DE102010046749A1

DE102010046749A1 - Verfahren zum Regenerieren eines Partikelfilters für einen geladenen Direkteinspritzmotor

Info

Publication number: DE102010046749A1
Application number: DE102010046749A
Authority: DE
Inventors: James Michael Trenton Kerns; Ralph Wayne Milan Cunningham; Helmut Hans Ruhland; Moritz Klaus Springer; Thomas Lorenz; Jan Harmsen; Georg Louven
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2009-09-29
Filing date: 2010-09-28
Publication date: 2011-03-31
Also published as: US20110072795A1; CN102168599A; CN102168599B; US8464514B2

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Regenerieren eines Partikelfilters offenbart. In einem Beispiel wird von einem Kompressor Sauerstoff von dem Einlasssystem eines turbogeladenen Benzinmotors mit Direkteinspritzung durch einen Zylinder und in die Abgasanlage gepumpt. Auf diese Weise kann eine Regeneration eines Partikelfilters ohne eine Hilfsluftzufuhr verwirklicht werden.

Description

Querverweis auf verwandte Anmeldungen
Die vorliegende Anmeldung beansprucht Priorität aus der vorläufigen U.S.-Anmeldung Nr. 61/246,926, mit dem Titel „SYSTEM AND METHOD FOR REGENERATING A PARTICULATE FILTER FOR A DIRECT INJECTION ENGINE”, eingereicht am 29. September 2009, die hierin vollumfänglich und für alle Zwecke durch Verweis aufgenommen ist.
Technisches Gebiet
Die vorliegende Anmeldung betrifft das Gebiet von Kraftfahrzeug-Schadstoffbegrenzungssystemen und -verfahren.
Hintergrund und Zusammenfassung
Jüngst wurde gezeigt, dass Benzinmotoren mit Direkteinspritzung die Motorleistung verbessern und transiente Luft-/Kraftstoff-Störungen verringern, die durch Kraftstoff verursacht werden kann, der an dem Ansaugkrümmer und Kanälen eines Motors anhaften kann. Bei höheren Motordrehzahlen und höheren Motorlasten können sich in Motorabgas aber Partikel bilden. Unter manchen Bedingungen kann die Bildung der Partikel mit der kurzen Zeitspanne zwischen dem Einspritzen des Kraftstoffs zu dem Zylinder und dem Auslösen von Verbrennung durch eine Zündkerze in Verbindung stehen. Im Einzelnen kann es eine nur kurze Gelegenheit für das vollständige Verdampfen des eingespritzten Kraftstoffs und das Bilden eines homogenen Gemisches geben, bevor die Verbrennung ausgelöst wird. Wird in dem Zylinder kein homogenes Luft/Kraftstoff-Gemisch gebildet, bevor die Verbrennung ausgelöst wird, können sich Schichtungstaschen bilden und durch Verbrennen fetter Bereiche in dem Luft/Kraftstoff-Gemisch des Zylinders kann Ruß erzeugt werden. Als eine Möglichkeit zum Reduzieren von Rußemissionen wurden Partikelfilter vorgeschlagen.
Die vorliegenden Erfinder haben ein Verfahren zum Regenerieren eines Partikelfilters, bei dem keine externe Luftzufuhr vorgesehen werden muss, entwickelt. Insbesondere haben die Erfinder ein Verfahren zum Regenerieren eines Partikelfilters eines Benzinmotors mit Direkteinspritzung entwickelt, welches umfasst: Vergrößern eines Überschneidens zwischen einem Einlassventil und einem Auslassventil eines Zylinders als Reaktion auf eine Betriebsbedingung eines Partikelfilters.
Durch Vergrößern von Überschneiden zwischen einem Einlassventil und einem Auslassventil eines Zylinders kann Luft von dem Einlasssystem zu der Abgasanlage strömen, so dass überschüssiger Sauerstoff zum Regenerieren eines Partikelfilters vorhanden ist. Da durch den Zylinder strömende Luft nicht das Luft/Kraftstoff-Gemisch des Zylinders beeinflusst, kann der Zylinder bei stöchiometrischen oder fetten Bedingungen betrieben werden, so dass während der Regeneration des Partikelfilters von dem Zylinder weniger NO_x erzeugt wird. In einer Ausführungsform können der Ladedruck und die Kraftstoffmenge des Zylinders als Reaktion auf eine Bedingung eines Partikelfilters angepasst werden, so dass die Menge überschüssigen Sauerstoffs in den Abgasen der Rußmenge angepasst werden kann, die von dem Partikelfilter gehalten wird. In einer anderen Ausführungsform können der Ladedruck und die Kraftstoffmenge des Zylinders als Reaktion auf eine Oxidationsrate von Ruß, der von dem Partikelfilter gehalten wird, angepasst werden.
Die vorliegende Beschreibung kann mehrere Vorteile bieten. Im Einzelnen kann die Vorgehensweise Motoremissionen durch Arbeitenlassen eines Zylinders bei stöchiometrischen Bedingungen, während ein Partikelfilter regeneriert wird, verbessern. Weiterhin kann die Menge überschüssigen Sauerstoffs, die zugeführt wird, um von dem Partikelfilter gehaltenen Ruß zu oxidieren, verändert werden, so dass der Ruß effizient verbrannt wird. Des Weiteren kann einem Partikelfilter in der Abgasanlage ohne Notwendigkeit einer Hilfsluftpumpe Sauerstoff zugeführt werden.
Die vorstehenden Vorteile sowie andere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden eingehenden Beschreibung allein genommen oder in Verbindung mit den Begleitzeichnungen ohne Weiteres hervor.
Es versteht sich, dass die vorstehende Zusammenfassung vorgesehen ist, um in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten vorzustellen, welche in der eingehenden Beschreibung weiter beschrieben werden. Es sollen keine wesentlichen oder Schlüsselmerkmale des beanspruchten Gegenstands festgestellt werden, dessen Umfang einzig und allein durch die der eingehenden Beschreibung folgenden Ansprüche festgelegt ist. Ferner ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf die Implementierungen beschränkt, welche vorstehend oder in einem Teil dieser Offenbarung angeführte Nachteile lösen.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
1 zeigt eine schematische Ansicht einer beispielhaften Ausführungsform eines Benzinmotors mit Direkteinspritzung;
2 zeigt ein Flussdiagramm einer Partikelfilter-Regenerationsroutine;
3 zeigt ein Flussdiagramm einer Strömungssteuerroutine zum Anpassen des Stroms von dem Einlasssystem zu dem Einlass eines Partikelfilters; und
4 zeigt eine Kraftstoffsteuerroutine zum Steuern von Motorkraftstoff während Regeneration eines Partikelfilters; und
5 zeigt ein Flussdiagramm für ein alternatives Verfahren zum Regenerieren eines Partikelfilters.
Eingehende Beschreibung der dargestellten Ausführungsformen
1 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines Benzinmotorsystems mit Direkteinspritzung allgemein bei 10. Im Einzelnen umfasst der Verbrennungsmotor 10 mehrere Zylinder, wovon ein Zylinder in 1 gezeigt ist. Der Motor 10 wird durch ein elektronisches Motorsteuergerät 12 gesteuert. Der Motor 10 umfasst einen Brennraum 14 und Zylinderwände 16 mit einem darin positionierten und mit einer Kurbelwelle 20 verbundenen Kolben 18. Der Brennraum 14 steht mittels eines jeweiligen Einlassventils 26 und Auslassventils 28 mit einem Ansaugkrümmer 22 und einem Abgaskrümmer 24 in Verbindung.
Der Ansaugkrümmer 22 steht mittels einer Drosselklappe 32 mit einem Drosselklappenstutzen 30 in Verbindung. In einer Ausführungsform kann eine elektronisch gesteuerte Drossel verwendet werden. In einer Ausführungsform wird die Drossel elektronisch gesteuert, um regelmäßig oder ständig einen festgelegten Unterdruckwert in dem Ansaugkrümmer 22 zu halten. Zu beachten ist, dass in manchen Anwendungen der Stutzen 30 und die Drosselplatte 32 an einer Stelle stromabwärts einer Kompressionsvorrichtung 90 angeordnet sein können. In einer Konfiguration, bei der sich die Drossel stromabwärts der Kompressionsvorrichtung befindet, kann sich die Anzapfung für das Strömenlassen von Einlasssystemgasen zu der Abgasanlage stromabwärts der Kompressionsvorrichtung und stromaufwärts der Drossel befinden. Alternativ kann auf einen Drosselstutzen 30 und eine Drosselplatte 32 verzichtet werden.
Der Brennraum 14 ist ebenfalls mit einer damit verbundenen Kraftstoffeinspritzvorrichtung 37 zum Liefern von Kraftstoff proportional zu der Pulsweite des Signals (fpw) von dem Steuergerät 12 gezeigt. Einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung 37 wird durch eine (nicht gezeigte) herkömmliche Kraftstoffanlage, die einen Kraftstofftank, eine Kraftstoffpumpe und ein Kraftstoffverteilerrohr (nicht gezeigt) umfasst, Kraftstoff geliefert. Im Fall von Direkteinspritzmotoren wird, wie in 1 gezeigt, eine Hochdruck-Kraftstoffanlage verwendet, beispielsweise eine Common-Rail-Anlage.
Bei Benzinmotoranwendungen sieht die Zündkerze 34 eine Zündquelle für den Inhalt des Brennraums 14 vor. Energie zum Erzeugen eines Zündfunken wird durch das Zündsystem 35 vorgesehen. Das Steuergerät 12 passt das Laden der Zündspule an, die der Zündkerze 34 elektrische Spannung liefert. Bei Dieselanwendungen kann auf die Zündkerze 34 und das Zündsystem 35 verzichtet werden.
In der dargestellten Ausführungsform ist das Steuergerät 12 ein herkömmlicher Mikrocomputer und umfasst einen Mikroprozessor 40, Input/Output-Ports 42, einen elektronischen Speicher 44, der in diesem bestimmten Beispiel ein elektronisch programmierbarer Speicher sein kann, einen Arbeitsspeicher 46 und einen herkömmlichen Datenbus.
Das Steuergerät 12 empfängt verschiedene Signale von mit dem Motor 10 verbundenen Sensoren, einschließlich aber nicht ausschließlich: Messungen des eingelassenen Luftmassenstroms (MAF) von einem Luftmengenmesser 50, der mit dem Luftfilter [A in 1] gekoppelt ist; Motorkühlmitteltemperatur (ECT) von einem mit einem Kühlmantel 54 verbundenen Temperaturfühler 52; eine Messung von Krümmerdruck (MAP) von einem mit dem Ansaugkrümmer 22 gekoppelten Krümmerdrucksensor 56; eine Messung der Drosselstellung (TP) von einem mit der Drosselklappe 32 gekoppelten Drosselstellungssensor 58; und ein Zündungsprofil-Aufnehmersignal (PIP) von einem mit der Kurbelwelle 20 verbundenen Hallgeber 60 (oder Sensor mit veränderlichem magnetischen Widerstand), das Motordrehzahl anzeigt.
Der Motor 10 kann ein System für Abgasrückführung (AGR) umfassen, um zum Senken von NO_x und anderen Emissionen beizutragen. Der Motor 10 kann zum Beispiel ein Hochdruck-AGR-System umfassen, bei dem durch ein Hochdruck-AGR-Rohr 70, das mit dem Abgaskrümmer 24 an einer Stelle stromaufwärts einer Abgasturbine 90a einer Kompressionsvorrichtung 90 in Verbindung steht und mit dem Ansaugkrümmer 22 an einer Stelle stromabwärts eines Einlasskompressors 90b der Kompressionsvorrichtung 90 in Verbindung steht, dem Ansaugkrümmer 22 Abgas geliefert wird. Das gezeigte Hochdruck-AGR-System umfasst eine Hochdruck-AGR-Ventilanordnung 72, die sich in dem Hochdruck-AGR-Rohr 70 befindet. Abgas strömt von dem Abgaskrümmer 24 zuerst durch die Hochdruck-AGR-Ventilanordnung 72 und dann zu dem Ansaugkrümmer 22. Ein AGR-Kühler [in 1 bei Y gezeigt] kann in dem Hochdruck-AGR-Rohr 70 angeordnet sein, um rückgeführte Abgase zu kühlen, bevor sie in den Ansaugkrümmer eindringen. Das Kühlen erfolgt typischerweise mit Hilfe von Motorwasser, doch kann auch ein Luft/Luft-Wärmetauscher verwendet werden.
Der Motor 10 kann auch ein Niederdruck-AGR-System umfassen. Das dargestellte Niederdruck-AGR-System umfasst ein Niederdruck-AGR-Rohr 170, das mit dem Abgaskrümmer 24 an einer Stelle stromabwärts der Abgasturbine 90a in Verbindung steht und mit dem Ansaugkrümmer 22 an einer Stelle stromaufwärts des Einlasskompressors 90b in Verbindung steht. In dem Niederdruck-AGR-Rohr 170 ist eine Niederdruck-Ventilanordnung 172 angeordnet. Abgas in dem Niederdruck-AGR-Kreis strömt von der Turbine 90a durch eine katalytische Vorrichtung 82 (zum Beispiel einen Dreiwegekatalysator, der einen Platin, Palladium und Rhodium umfassenden Washcoat aufweisen kann) und einen Partikelfilter 80, bevor es in das Niederdruck-AGR-Rohr 170 eindringt. Die katalytische Vorrichtung 82 bereitet Motorabgase auf, um zum Beispiel Abgasbestandteile zu oxidieren. Ein Niederdruck-AGR-Kühler Ya kann entlang des Niederdruck-AGR-Rohrs 170 positioniert sein.
Die Hochdruck-AGR-Ventilanordnung 72 und die Niederdruck-AGR-Ventilanordnung 172 weist jeweils ein (nicht gezeigtes) Ventil zum Steuern einer veränderlichen Flächenbeschränkung im Hochdruck-AGR-Rohr 70 und Niederdruck-AGR-Rohr 170 auf, die dadurch das Strömen von Hoch- bzw. Niederdruck-AGR steuert.
Dem Partikelfilter-Regenerationskreis 179 wird Druckluft von dem Kompressor 90b zugeführt. Die Druckluft strömt zu einer Stelle in der Abgasanlage zwischen dem Katalysator 82 und dem Partikelfilter 80. Gase von dem Einlasssystem können abhängig von der Systemkonfiguration von stromaufwärts eines Drosselstutzens oder von stromabwärts eines Drosselstutzens vorgesehen werden. Wenn sich zum Beispiel ein Kompressor stromaufwärts eines Drosselstutzens befindet, können Einlasssystemgase von stromabwärts des Kompressors und stromaufwärts des Drosselstutzens zu der Abgasanlage getrieben werden. Wenn sich der Drosselstutzen dagegen stromaufwärts des Kompressors befindet, können Einlasssystemgase von stromabwärts des Drosselstutzens und stromaufwärts des Kompressors zu der Abgasanlage getrieben werden. In einer alternativen Ausführungsform kann ein zusätzlicher Dreiwegekatalysator stromabwärts des Partikelfilters 80 positioniert sein. Bei Bedarf können Abgase während Bedingungen, bei denen der Motor arbeitet und der Ansaugkrümmer einen niedrigeren Druck als den Abgasanlagendruck zwischen dem Partikelfilter 80 und dem Katalysator 82 aufweist, durch den Partikelfilter-Regenerationskreis zu dem Ansaugkrümmer gesaugt werden.
Unterdruckregler 74, 174 und 177 sind mit der Hochdruck-AGR-Ventilanordnung 72, der Niederdruck-AGR-Ventilanordnung 172 bzw. der Partikelfilter-Luftzufuhrventilanordnung 77 verbunden. Die Unterdruckregler 74, 174, 177 empfangen von dem Steuergerät 12 Betätigungssignale zum Steuern der Ventilstellungen der Hochdruck-AGR-Ventilanordnung 72, der Niederdruck-AGR-Ventilanordnung 172 und der Partikelfilter-Zufuhrventilanordnung 77. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Hochdruck-AGR-Ventilanordnung 72 und die Niederdruck-AGR-Ventilanordnung 172 unterdruckbetätigte Ventile. Es kann aber jede Art von Stromsteuerventil oder Stromsteuerventilen verwendet werden, beispielsweise ein elektrisches magnetbetriebenes Ventil oder ein durch einen Schrittmotor betriebenes Ventil. Eine Mündung und eine Drucksensoranordnung 79 stellen Daten bereit, die von dem Steuergerät 12 unter Verwenden der Bernoullischen Gleichung verarbeitet werden können, um Strom zwischen Einlasssystem und Abgasanlage zu ermitteln, wenn sich die Partikelfilter-Luftzufuhrventilanordnung 77 in einer offenen Stellung befindet.
Die Kompressionsvorrichtung 90 kann ein Turbolader oder eine beliebige andere derartige Vorrichtung sein. Die dargestellte Kompressionsvorrichtung 90 weist eine in dem Abgaskrümmer 24 verbaute Turbine 90a und einen Kompressor 90b auf, der in dem Ansaugkrümmer 22 mittels eines Zwischenkühlers [in 1 bei X gezeigt] angeschlossen ist, der typischerweise ein Luft/Luft-Wärmetauscher ist, aber wassergekühlt sein könnte. Die Turbine 90a ist typischerweise mittels einer Antriebswelle 92 mit dem Kompressor 90b verbunden. (Dies könnte auch eine sequentielle Turboladeranordnung, ein Einzel-VGT, Doppel-VGTs oder eine beliebige andere Anordnung von Turboladern sein, die verwendet werden könnten).
Die in der Abgasanlage vorhandene Sauerstoffkonzentration kann von Sauerstoffsensoren 178 und 176 beurteilt werden. Ferner kann ein (nicht gezeigter) zusätzlicher Sauerstoffsensor zwischen den Katalysator 82 und den Partikelfilter 80 gesetzt sein. Der Sauerstoffsensor 178 erfasst Motorabgas-Sauerstoffkonzentration, während der Sauerstoffsensor 176 Abgassauerstoff nach dem Katalysator und nach dem Partikelfilter erfasst. Sauerstoffsensoren können Sensoren mit breitem Bereich sein, die einen linearisierten Ausgang aufweisen, oder sie können Sensoren sein, die nahe stöchiometrischen Bedingungen ein Signal hoher Verstärkung anzeigen.
Weiterhin ist ein Fahrpedal 94 entlang eines Fahrerfußes 95 gezeigt. Ein Pedalstellungssensor (pps) 96 misst die Winkelstellung des vom Fahrer betätigten Pedals.
Es versteht sich, dass der dargestellte Motor 10 nur als Beispiel gezeigt ist und dass die hierin beschriebenen Systeme und Verfahren in jedem anderen geeigneten Motor implementiert oder angewendet werden können, der geeignete Komponenten und/oder eine geeignete Anordnung von Komponenten aufweist.
Unter Bezug nun auf 2 ist ein Flussdiagramm einer Partikelfilter-Regenerationsroutine 200 gezeigt. Bei 202 werden Motorbetriebsbedingungen von Sensoren und Aktuatoren ermittelt. In einem Beispiel ermittelt die Routine 200 Motortemperatur, Umgebungstemperatur, den Druckabfall über einem Partikelfilter, die Zeit seit Motorstart, Motorlast, Motordrehmomentforderung, Motordrehzahl und eine zu dem Motor eingelassene Luftmenge. In anderen beispielhaften Ausführungsformen können beruhend auf spezifischen Aufgaben zusätzliche oder weniger Betriebsbedingungen ermittelt werden.
Bei 204 kann die AGR-Sollmenge als Reaktion auf Motorbetriebsbedingungen ermittelt werden. Insbesondere werden Motordrehzahl und gefordertes Drehmoment verwendet, um eine Tabelle oder eine Funktion von empirisch ermittelten AGR-Mengen zu indizieren. Die in den Tabellenzellen oder in der Funktion enthaltenen Werte werden interpoliert, und eine den vorliegenden Betriebsbedingungen entsprechende bestimmte AGR-Menge wird ermittelt. Es ist zu beachten, dass in einer Ausführungsform unabhängig davon, ob ein Partikelfilter regeneriert, der Ausgangsdruck eines Laders oder Turboladers als Reaktion auf ein vom Fahrer gefordertes Drehmoment, das bei 204 ermittelt wird, angepasst wird. Nach Ermitteln der AGR-Sollmenge rückt die Routine 200 zu 206 vor.
Bei 206 entscheidet die Routine 200, von welchem AGR-Kreis die AGR bezogen werden soll. Insbesondere wählt die Routine 200 den AGR-Kreis (Hochdruckkreis oder Niederdruckkreis) als Reaktion auf Ansaugkrümmerdruck, Motordrehzahl und vom Fahrer gefordertes Drehmoment. Wenn AGR durch den Niederdruckkreis erwünscht ist, rückt die Routine 200 zu 208 vor. Ansonsten rückt die Routine 200 zu 210 vor. In einer alternativen Ausführungsform kann eine Kombination aus Hochdruck- und Niederdruck-AGR als Reaktion auf Betriebsbedingungen genutzt werden.
Bei 210 gibt das Steuergerät 12 Befehle zu dem Unterdruckreglerventil 74 aus, um die Stellung eines AGR-Ventils in der AGR-Ventilanordnung 72 anzupassen. Insbesondere passt das Steuergerät 12 die Stellung des AGR-Ventils als Reaktion auf die Druckdifferenz zwischen dem Abgasanlagendruck und dem Einlasssystemdruck an einer Stelle stromabwärts des Kompressors 90b an, um eine AGR-Sollmenge vorzusehen, die empirisch ermittelt und in einer Tabelle oder Funktion gespeichert wird, die nach Motordrehzahl und einer vom Fahrer erwünschten Drehmomentforderung indiziert werden kann. In einer Ausführungsform passt die Routine die Stellung des AGR-Ventils als Reaktion auf die Druckdifferenz an, die über einer Mündung festgestellt wird, um den AGR-Solldurchsatz zu erreichen. Die Stellung des AGR-Ventils kann in ungeregelter oder geregelter Weise gesteuert werden. Die Stellung des AGR-Ventils kann zum Beispiel durch einen PID-Regler angepasst werden, der sich in dem Steuergerät 12 befindet. Somit kann die Stellung des AGR-Ventils angepasst werden, um Abgase von einer Stelle stromaufwärts eines Partikelfilters zu dem Einlasssystem vorzusehen. Bei dieser Konfiguration kann AGR von einer Stelle in der Abgasanlage, die sich stromaufwärts des Partikelfilters befindet, gesaugt und zu dem Einlasssystem zu einer Stelle stromabwärts eines Kompressors gelenkt werden. Nach dem Anpassen der Hochdruck-AGR rückt die Routine zu 212 vor.
Bei 208 gibt das Steuergerät 12 Befehle an das Unterdruckreglerventil 172 aus, um die Stellung eines AGR-Ventils in der AGR-Ventilanordnung 174 anzupassen. Insbesondere passt das Steuergerät 12 die Stellung des AGR-Ventils als Reaktion auf die Druckdifferenz zwischen dem Abgasanlagendruck und dem Einlasssystemdruck an einer Stelle stromaufwärts des Kompressors 90b an, um eine AGR-Sollmenge bereitzustellen, die empirisch ermittelt und in einer Tabelle oder Funktion gespeichert wird, die nach Motordrehzahl und einer vom Fahrer erwünschten Drehmomentforderung indiziert ist. In einer Ausführungsform passt die Routine die Stellung des AGR-Ventils als Reaktion auf die Druckdifferenz an, die über einer Mündung festgestellt wird, um den AGR-Solldurchsatz zu erreichen. Die Stellung des AGR-Ventils kann in ungeregelter oder geregelter Weise gesteuert werden. Die Stellung des AGR-Ventils kann zum Beispiel durch einen PID-Regler angepasst werden, der sich in dem Steuergerät 12 befindet. Somit AGR in einer Konfiguration von einer Stelle in der Abgasanlage, die sich stromaufwärts des Partikelfilters befindet, gesaugt und zu dem Einlasssystem zu einer Stelle stromaufwärts des Kompressors gelenkt werden. Nach dem Anpassen der Hochdruck-AGR rückt die Routine 200 zu 212 vor.
Bei 212 entscheidet die Routine, ob der Partikelfilter regeneriert werden muss oder nicht. In einer Ausführungsform fällt die Routine 200 eine Entscheidung beruhend auf dem Druckabfall über einem Partikelfilter. In einer anderen Ausführungsform kann die Routine 200 entscheiden, den Partikelfilter als Reaktion auf ein Model zu regenerieren. Zum Beispiel kann ein Rußansammlungsmodell, das die von einem Motor erzeugte Rußmenge schätzt, die Grundlage für das Regenerieren eines Partikelfilters sein. Wenn die geschätzte Rußmenge einen Schwellenwert übersteigt, wird Partikelfilterregeneration ausgelöst. Wenn dagegen ein Druck über dem Partikelfilter von einem Sensor oder einem schätzenden Modell ermittelt wird, kann die Partikelfilterregeneration ausgelöst werden, nachdem der festgestellte oder geschätzte Druck einen Schwellenwert übersteigt.
Ferner können andere Bedingungen aufgenommen werden, die ermitteln, wann der Partikelfilter zu regenerieren ist. Zum Beispiel darf die Filterregeneration nicht ablaufen, wenn die Motortemperatur über einer Schwellentemperatur liegt oder wenn die Motortemperatur unter einer Schwellentemperatur liegt. Weiterhin darf in einem Beispiel die Filterregeneration nicht ablaufen, wenn die Filtertemperatur unter einem Schwellenwert liegt. Wenn sich aber Ruß auf dem Filter angesammelt hat, kann das Steuergerät 12 die Filtertemperatur durch Spätverstellen der Zündung und Steigern von Motorluftstrom anheben, bis eine Filterschwellentemperatur erreicht ist. In diesem Beispiel kann die Partikelfilterregeneration ablaufen, nachdem die Schwellentemperatur erreicht ist. In einem noch anderen Beispiel darf die Partikelfilterregeneration einen Zeitraum lang nach Motorstart nicht ablaufen. Zum Beispiel darf die Partikelfilterregeneration nicht ausgelöst werden, bis genügend Zeit für das Stabilisieren von Motordrehzahl nach Motorstart verstrichen ist. In einer anderen Ausführungsform kann die Partikelfilterregeneration während Schubabschaltung ausgelöst werden. In einer noch anderen Ausführungsform darf die Partikelfilterregeneration nicht ausgelöst werden, sofern nicht die Motorlast größer als ein Schwellenwert ist (zum Beispiel kann die Motorlast das Motorsolldrehmoment dividiert durch das gesamte vom Motor verfügbare Drehmoment sein; in anderen Anwendungen kann die Last die Zylinderluftfüllung dividiert durch die gesamte theoretische Zylinderluftfüllung sein), zum Beispiel 0,3 Last. Wenn die Partikelfilterregeneration erwünscht ist und die Bedingungen erfüllt sind, rückt die Routine 200 zu 214 vor. Ansonsten rückt die Routine 200 zu 226 vor.
Bei 214 entscheidet die Routine 200, ob in dem Einlasssystem genügend Druck vorliegt, um Gase von dem Einlasssystem zu der Abgasanlage strömen zu lassen. In einem Beispiel kann eine Tabelle oder Funktion, die nach Motordrehzahl, Stellung des Ladedruckregelventils des Turboladers oder Schaufelstellung und Solldrehmoment indiziert sein kann, verwendet werden, um zu ermitteln, ob zwischen dem Einlasssystem und der Abgasanlage eine Druckdifferenz vorliegt, die ausreicht, um Gasstrom von dem Einlasssystem zu der Abgasanlage zu treiben. In einer anderen Ausführungsform kann der Druck in dem Einlasssystem und der Abgasanlage durch Drucksensoren ermittelt werden. Der Druck in dem Einlasssystem kann durch einen Kompressor eines Turboladers oder durch einen Lader aufgebaut werden. Wenn der Ladedruck in dem Einlasssystem den Abgasdruck übersteigt, rückt die Routine 200 zu 216 vor. Ansonsten rückt die Routine 200 zu Schritt 218 vor.
Bei 218 werden an den Motoraktuatoren Anpassungen vorgenommen, so dass der Ladedruck angepasst werden kann, während das Motorsolldrehmoment beibehalten wird oder dem vom Fahrer geforderten Drehmoment gefolgt wird. Wenn in einer Ausführungsform der Ladedruck (z. B. Druck in dem Einlasssystem stromabwärts eines Kompressors) kleiner als der Abgasanlagendruck an einer Stelle stromaufwärts des Partikelfilters ist, werden die Nockensteuerzeiten angepasst, um ein Motorsolldrehmoment zu erzeugen, während der Ladedruck angehoben wird. Dieses Verfahren lässt Gase von dem Einlasssystem zu der Abgasanlage strömen, während das Motordrehmoment dem vom Fahrer geforderten Drehmoment folgt. Abhängig von der Motorkonfiguration können Nockensteuerzeiten bezüglich Ventilöffnungsvorgängen im Verhältnis zur Kurbelwellenposition auf früh oder spät verstellt werden, wenn Ladedruck erhöht wird. Die Anpassungen der Nockensteuerzeiten können aus Tabellen oder Funktionen ermittelt werden, die empirisch ermittelte Anpassungen von Nockensteuerzeiten enthalten, um eine Motorluftmenge vorzusehen, die der Motorluftmenge vor Auslösen der Partikelfilterregeneration entspricht. Zu beachten ist aber, dass die Motorluftmenge vor dem Erhöhen der Ladung und nach Erhöhen der Ladung gleichwertig ist, wenn das vom Fahrer geforderte Drehmoment konstant bleibt; wenn aber das vom Fahrer geforderte Drehmoment während Filterregeneration steigt, können Nockensteuerzeiten und Drosselstellung angepasst werden, um die Sollluftmenge vorzusehen, die dem vom Fahrer geforderten erhöhten Drehmoment entspricht.
Wenn in einer anderen Ausführungsform das vom Fahrer geforderte Drehmoment im Wesentlichen null ist (z. B. kleiner als 2% des Volllast-Motordrehmoments), kann der Kompressorladedruck so angepasst werden, dass der Ladedruck unter einem Schwellenwert liegt, wenn das vom Fahrer geforderte Drehmoment im Wesentlichen null ist und wenn der Partikelfilter gerade nicht regeneriert wird. Somit kann der Ladedruck unter einen Schwellenwert gesenkt werden, wenn der Partikelfilter nicht regeneriert wird, so dass der Motor weniger Arbeit erbringt und Kraftstoff spart.
In einer anderen Ausführungsform können die Zündsteuerzeiten so auf spät verstellt werden, dass das Motorsolldrehmoment vorgesehen wird, wenn der Ladedruck erhöht wird. Die Zündung kann als Funktion von Ladedruckanstieg auf spät verstellt werden. Wenn der Ladedruck zum Beispiel um 40 mm-H₂O erhöht wird, dann kann die Zündung um 5 Kurbelwellenwinkelgrad auf spät verstellt werden.
Wenn sich in einer anderen Ausführungsform eine Drossel stromabwärts einer Kompressionsvorrichtung befinden kann, kann die Drosselstellung hin zu einer geschlossenen Stellung bewegt werden, wenn der Ladedruck erhöht wird. Wenn sich eine Drossel insbesondere stromabwärts eines Kompressors befindet, kann der Betrag der Drosselöffnung verringert werden, so dass Gase stromaufwärts des Drosselstutzens zu einer Stelle in der Abgasanlage stromaufwärts des Partikelfilters gelenkt werden können.
In einer anderen Ausführungsform können Zündsteuerzeiten, Drosselstellung und Nockensteuerzeiten angepasst werden, wenn der Ladedruck angepasst wird, um den erhöhten Ladedruck auszugleichen, der Gas von dem Einlasssystem zu der Abgasanlage strömen lässt. In noch anderen Ausführungsformen können Kombinationen und Unterkombinationen von Zünd-, Drossel- und Nockeneinstellungen vorgenommen werden, um ein Anpassen von Ladedruck zu berücksichtigen. Nach dem Anpassen der Aktuatoren rückt die Routine 200 zu 220 vor.
Bei 220 wird der Ladedruck angehoben, so dass Gase von dem Einlasssystem zu der Abgasanlage strömen können. In einem Beispiel können die Schaufeln variabler Geometrie des Turboladers angepasst werden, um Ladedruck zu erhöhen. In einem anderen Beispiel kann die Stellung des Turbolader-Ladedruckregelventils angepasst werden, um Ladedruck zu erhöhten. Der Ladedruck kann vorbehaltlich von Stoß- und Kompressorbeschränkungen angehoben werden. Wenn zum Beispiel das Erhöhen von Ladedruck zu einem Stoßzustand führen würde, kann der Ladedruck bis zu einem Druck erhöht werden, der kleiner als der Stoßschwellendruck ist. In einem Beispiel wird der Ladedruck um einen konstanten Betrag über den Ladedruck erhöht, der ein Strömen von dem Einlasssystem zu der Abgasanlage induziert. Der Ladedruck kann zum Beispiel um 60 mm-H₂O über einen Wert angehoben werden, der Strömen von dem Einlasssystem zu der Abgasanlage erzeugt. Die Aktuatoranpassungen, die die Ladung verstärken, können auf empirischen Daten beruhen, die im Speicher eines Steuergeräts gespeichert sind. Nach dem Anpassen von Ladedruck rückt die Routine 200 zu 222 vor.
Bei 222 passt die Routine 200 eine Stellung des Niederdruck- und/oder Hochdruck-AGR-Ventils abhängig davon an, welcher Druckkreis aktiviert ist. Da AGR zum gleichen Zeitpunkt in das Einlasssystem strömen kann, da Einlasssystemgase zu der Abgasanlage strömen, kann die Stellung des AGR-Ventils geändert werden, wenn der Ladedruck erhöht wird. In einem Beispiel kann der Öffnungsbetrag des Niederdruck-AGR-Ventils verringert werden, wenn der Ladedruck erhöht wird. Ferner kann das Steigern des Stroms in das Einlasssystem dazu neigen, den AGR-Strom in den Kompressor zu erhöhen, wenn die Stellung des AGR-Ventils konstant bleibt, da der Druck an dem Einlass des Kompressors verringert sein kann, wodurch die Druckdifferenz zwischen dem Einlasssystem und der Abgasanlage erhöht werden kann. Daher wird das Niederdruck-AGR-Ventil hin zu einer geschlossenen Stellung bewegt. In einem anderen Beispiel kann der Strom in dem Hochdruck-AGR-Kreis abnehmen, wenn die Stellung des Hochdruck-AGR-Ventils konstant bleibt, da der Druckanstieg in dem Einlasssystem den Strom von der Abgasanlage zu dem Einlasssystem verringern kann. Daher kann das Hochdruck-AGR-Steuerventil zu einer offeneren Stellung bewegt werden, so dass der AGR-Solldurchsatz erreicht werden kann, wenn der Ladedruck steigt. Nach dem Anpassen eines oder mehrerer AGR-Ventile rückt die Routine 200 zu 224 vor.
Bei 224 aktiviert die Routine 200 die Partikelfilterregeneration und legt den Durchsatz zwischen dem Einlasssystem und der Abgasanlage fest. Der Durchsatz von dem Einlasssystem zu der Abgasanlage kann als Reaktion auf das vom Fahrer geforderte Drehmoment, die AGR-Menge, die Menge gespeicherter Partikel und die Partikelfiltertemperatur ermittelt werden.
In einer Ausführungsform kann der Strom von dem Einlasssystem zu der Abgasanlage beruhend auf einem Massendurchsatz von Sauerstoff festgelegt werden. Die in den Motor eindringende Sauerstoffmenge kann von einem Massendurchsatzsensor ermittelt werden. Da aber AGR auch in das Einlasssystem strömen kann, können die von dem Einlasssystem zu der Abgasanlage strömenden Gase Sauerstoff und AGR enthalten. Daher kann die gesamte Masse von Gasen, die mittels des Partikelfilter-Regenerationskreises von dem Einlasssystem zu der Abgasanlage strömen, erhöht werden, um den Anteil an AGR in dem Einlasssystem verglichen mit der Situation auszugleichen, bei der in dem Einlasssystem keine AGR vorhanden ist. Die Stellung des AGR-Ventils kann aus dem Druckabfall, der über einer Mündung auftritt, die in dem Partikelfilter-Regenerationskreis positioniert ist, und dem Solldurchsatz ermittelt werden. Durch Kennen der in das Einlasssystem eindringenden AGR-Masse und durch Kennen der in das Einlasssystem eindringenden Sauerstoffmasse kann die Sauerstoffkonzentration in dem Einlasssystem ermittelt werden. Die Sauerstoffkonzentration multipliziert mit dem Durchsatz von dem Einlasssystem zu der Abgasanlage bestimmt die dem Partikelfilter gelieferte Sauerstoffmenge. Die Luftzufuhr-Ventilanordnungsöffnung des Partikelfilters kann weiter geöffnet werden, um die zu dem Partikelfilter strömende Sauerstoffmenge zu steigern, wenn AGR von der Abgasanlage zu dem Einlasssystem strömt.
In einem anderen Beispiel kann der Durchsatz zwischen dem Einlasssystem und der Abgasanlage auf empirisch ermittelten Durchsätzen beruhen, die als Reaktion auf einen Temperatursensor angepasst werden können, der sich stromabwärts des Partikelfilters befindet. Zum Beispiel kann die Stellung der Luftzufuhr-Ventilanordnung des Partikelfilters zu einer vorbestimmten Stellung befohlen werden, wenn die Partikelfilterregeneration ausgelöst wird. Wenn die Temperatur in der Abgasanlage aufgrund von Oxidation von Partikeln steigt, kann die Ventilstellung weiter geöffnet werden, um dem Oxidationsprozess zusätzlichen Sauerstoff zu liefern, nachdem die Oxidation begonnen hat. Wenn aber die Temperatur des Partikelfilters oder stromabwärts des Partikelfilters über einen Schwellenwert steigt, kann der Strom von Sauerstoff von dem Einlasssystem zu der Abgasanlage verringert werden, um die Partikelfiltertemperatur zu steuern.
In einem anderen Beispiel kann der Durchsatz zwischen dem Einlasssystem und der Abgasanlage auf empirisch ermittelten Durchsätzen beruhen und die als Reaktion auf einen Sauerstoffsensor angepasst werden können, der sich stromaufwärts oder stromabwärts des Partikelfilters befindet. Wenn zum Beispiel ein Partikelfilter eine Temperatur aufweist, bei der Regeneration auftreten kann, kann Sauerstoff stromaufwärts des Partikelfilters eingeleitet werden. Wenn die stromabwärts des Filters erfasste Sauerstoffmenge über einen Schwellenwert steigt, kann das Luftzufuhrventil des Partikelfilters hin zu einer geschlossenen Stellung bewegt werden (der Ventilöffnungsbetrag kann verringert werden). Wenn dagegen ein stromabwärts befindlicher Sauerstoffsensor verglichen mit der stromaufwärts des Partikelfilters vorhandenen Sauerstoffmenge eine Verringerung von Sauerstoff anzeigt, kann der Strom von dem Einlasssystem zu der Abgasanlage erhöht werden. Zu beachten ist aber, dass eine Zunahme des Stroms von dem Einlasssystem zu der Abgasanlage als Reaktion auf die Zeit, seit Regeneration ausgelöst wurde, und als Reaktion auf Partikelfiltertemperatur beschränkt sein kann. Wenn zum Beispiel die Partikelfiltertemperatur über eine Schwellentemperatur steigt oder unter eine Schwellentemperatur sinkt, kann die Strommenge von dem Einlasssystem zu der Abgasanlage verringert sein. Das Luftzufuhrventil des Partikelfilters kann dagegen von einer ersten offenen Stellung zu einer zweiten offenen Stellung bewegt werden, die geschlossener als die erste offene Stellung ist, wenn die Sauerstoffkonzentration in der Abgasanlage zwischen dem Katalysator und dem Partikelfilter einen Schwellenwert übersteigt. Analog kann das Luftzufuhrventil des Partikelfilters von einer ersten offenen Stellung zu einer zweiten offenen Stellung bewegt werden, die offener als die ersten offene Stellung ist, wenn die Sauerstoffkonzentration in der Abgasanlage zwischen dem Katalysator und dem Partikelfilter unter einem Schwellenwert liegt. Wenn ferner die Sauerstoffmenge in der Abgasanlage an einer Stelle stromabwärts eines Partikelfilters einen Schwellenwert übersteigt, kann das Strömen von Gasen von dem Einlasssystem zu der Abgasanlage unterbunden werden.
In einem noch anderen Beispiel kann die Stellung der Luftzufuhrventilanordnung des Partikelfilters einer vorbestimmten Trajektorie folgen, die in einem Steuergerät gespeichert ist. Es können verschiedene Luftzufuhrventiltrajektorien des Partikelfilters für verschiedene Betriebsbedingungen vorgesehen werden. Zum Beispiel kann die Stellung des Luftzufuhrventils des Partikelfilters angepasst werden, um als Reaktion auf eine in dem Partikelfilter gehaltene Rußmenge einer ersten Trajektorie zu folgen. In einem anderen Beispiel kann die Luftzufuhrstellung des Partikelfilters angepasst werden, um als Reaktion auf eine gefolgerte oder festgestellte Partikelfiltertemperatur einer zweiten Trajektorie zu folgen. Somit kann die dem Partikelfilter zugeführte Sauerstoffmenge abhängig von Betriebsbedingungen variieren.
Wenn ferner Einlassgase von dem Einlasssystem zu der Abgasanlage zu strömen beginnen, kann die Stellung des Turbolader-Ladedruckregelventils oder der Schaufeln veränderlicher Geometrie angepasst werden, um einen Sollladedruck zu halten. Zum Beispiel kann ein Ladedruckregelventil zu einem geschlosseneren Zustand bewegt werden, so dass eine größere Menge von Abgasen auf die Turboladerturbine auftreffen kann. Bei Turboladern mit einer Steuerung der Schaufeln veränderlicher Geometrie können die Schaufeln so bewegt werden, dass die Abgase mehr Arbeit an der Turboladerturbine erbringen. Somit kann der Turbinenwirkungsgrad erhöht werden, so dass der Turboladerkompressor zusätzliche Luft zu dem Einlasssystem pumpt, wenn Gase von dem Einlasssystem zu der Abgasanlage strömen. Ferner kann eine von dem Einlasssystem zu der Abgasanlage gelieferte Luftmenge von einer in das Lufteinlasssystem des Motors eindringenden Luftmenge subtrahiert werden. Durch Subtrahieren des Teils von Luft, der zu der Abgasanlage geht, kann der Motor bei einem im Wesentlichen stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Gemisch betrieben werden, wenn der Partikelfilter regeneriert wird.
Bei 216 kann die einem Partikelfilter zugeführte Sauerstoffmenge ähnlich ermittelt werden.
Bei 226 kann Partikelfilter-Regenerationsluft heruntergefahren werden. Wenn die Partikelfilterregeneration abgeschlossen ist oder wenn Betriebsbedingungen eine Partikelfilterregeneration schwierig oder unpraktisch machen, kann das Luftzufuhrventil des Partikelfilters geschlossen werden. Das Luftzufuhrventil des Partikelfilters kann entsprechend einer in einem Steuergerät enthaltenen vorbestimmten Trajektorie geschlossen werden.
In einem anderen Beispiel kann das Luftzufuhrventil des Partikelfilters als Reaktion auf einen Sauerstoffsensor gesteuert werden, der sich in der Abgasanlage stromabwärts des Partikelfilters befindet. In manchen Ausführungsformen kann es vorteilhaft sein, einen Katalysator hinter dem Partikelfilter positioniert zu haben. Bei solchen Konfigurationen kann der Zustand des stromabwärts befindlichen Katalysators als Reaktion auf einen Sauerstoffsensor geregelt werden, der zwischen einem Partikelfilter und dem Katalysator positioniert ist. Zum Beispiel kann Kraftstoff angereichert werden, während das Luftzufuhrventil des Partikelfilters zu einer geschlossenen Stellung bewegt wird, so dass überschüssiger Sauerstoff von dem stromabwärts befindlichen Katalysator entfernt wird. Wenn der Sauerstoffsensor ermittelt, dass das Nachpartikelgemisch magerer als erwünscht ist, kann das Luftzufuhrventil des Partikelfilters bei einer erhöhten Rate geschlossen werden. Wenn dagegen der Sauerstoffsensor ermittelt, dass das Nachpartikelgemisch fetter als erwünscht ist, kann das Luftzufuhrventil des Partikelfilters bei einer verringerten Rate geschlossen werden.
Unter Bezug nun auf 3 ist ein Flussdiagramm einer Stromsteuerroutine zum Anpassen von Strom von dem Einlasssystem zu dem Einlass eines Partikelfilters gezeigt. Bei 302 ermittelt die Routine 300, ob Bedingungen erfüllt sind, um einen Partikelfilter zu regenerieren. Die Bedingungen können Druckabfall über dem Partikelfilter, Motortemperatur, die Zeit seit Motorstart und die Partikelfiltertemperatur umfassen, sind aber nicht darauf beschränkt. In einem Beispiel wird Regeneration begonnen, wenn die Partikelfiltertemperatur einen Schwellenwert übersteigt und wenn der Druckabfall über dem Partikelfilter einen Schwellenwert übersteigt. Wenn Partikelfilterregeneration erwünscht ist, rückt die Routine zu 304 vor, ansonsten endet die Routine 300.
Bei 304 ermittelt die Routine, ob mehr als vier Versuche unternommen wurden, einen Partikelfilter zu regenerieren, ohne dass Regeneration erfolgte. Alternativ kann die Anzahl an Regenerationsversuchen bei Bedarf erhöht oder verringert werden. Wenn zum Beispiel Luft zu einem Partikelfilter eingelassen wurde, der sich bei einer Schwellentemperatur befindet und kein Anstieg der Partikelfiltertemperatur oder keine Verringerung der Sauerstoffkonzentration von durch den Partikelfilter strömenden Gasen oder keine Verringerung des Druckabfalls über dem Partikelfilter stattfindet, dann kann der Filter als nicht regeneriert beurteilt werden. Wenn die Routine 300 feststellt, dass mehr als vier Partikelfilterregenerationsversuche unternommen wurden, rückt die Routine 300 zu 322 vor, wo ein Degradationsflag gesetzt wird, so dass kein zusätzlicher Versuch der Partikelfilterregeneration unternommen wird, bis das System geprüft wurde oder sich ein Parameter ändert, der zusätzliche Regenerationsversuche zulässt. Natürlich können weniger oder mehr Regenerationsversuche unternommen werden.
Bei 306 kann ein Massendurchsatz von dem Einlasssystem zu der Abgasanlage angeordnet werden. In einem Beispiel kann der Massendurchsatz durch Festlegen einer Stellung des Luftzufuhrventils des Partikelfilters als Reaktion auf eine Tabelle oder Funktion, die nach Motordrehzahl, AGR-Menge und Einlasssystemdruck indiziert ist, hergestellt werden. Die Stellung des Luftzufuhrventils des Partikelfilters kann sich mit Betriebsbedingungen ändern, so dass ein Solldurchsatz zwischen dem Einlasssystem und der Abgasanlage hergestellt wird. Dann rückt die Routine zu 308 vor.
Bei 308 entscheidet die Routine 300, ob eine Partikelfilterregeneration begonnen hat. Wie vorstehend dargelegt kann eine Partikelfilterregeneration aus Partikelfiltertemperatur oder aus einer Änderung von Sauerstoff in Motorabgasen oder aus einer Änderung eines Druckabfalls über dem Partikelfilter ermittelt werden. Zum Beispiel kann eine Partikelfilterregeneration als begonnen festgestellt werden, wenn eine Temperatur eines Partikelfilters ohne Änderung von Motorbetriebsbedingungen um mehr als 10°C steigt. In einem anderen Beispiel kann Partikelfilterregeneration als begonnen festgestellt werden, wenn eine Sauerstoffkonzentration in einem durch einen Partikelfilter strömenden Gas um mehr als 5% sinkt oder bei einer Abnahme von Druckabfall von 2 kPa zum Beispiel. Wenn ferner die Partikelfilterregeneration begonnen hat und die Partikelfiltertemperatur auf eine Temperatur unter einer Schwellentemperatur sinkt, kann die Routine 300 zu 310 und 314 vorrücken, um nach Beginn der Regeneration den Partikelfilter weiter regenerieren zu lassen. Dieses Merkmal ermöglicht die Regeneration eines Partikelfilters, selbst wenn ein Motor von Teil- oder Vollgasbedingungen zu einer Motorleerlaufbedingung wechselt. Wenn die Routine feststellt, dass die Partikelfilterregeneration begonnen hat, rückt die Routine 300 zu 316 vor. Ansonsten rückt die Routine 300 zu 310 vor.
Bei 310 kann durch Anheben des Durchsatzes zwischen dem Einlasssystem und der Abgasanlage eine zweite Partikelfilterregeneration versucht werden. In einem Beispiel wird der Durchsatz zwischen dem Einlasssystem und der Abgasanlage um 10% angehoben. Nach dem Anheben des Stroms von dem Einlasssystem zu der Abgasanlage rückt die Routine 300 zu 312 vor.
Bei 312 wird festgestellt, ob die Partikelfilterregeneration begonnen hat, wie bei 308 beschrieben ist. Wenn die Regeneration nicht begonnen hat, rückt die Routine 300 zu 314 vor. Ansonsten rückt die Routine 300 zu 316 vor.
Bei 314 wird die Filtertemperatur angehoben. In einer Ausführungsform kann die Filtertemperatur durch Verstellen von Zündsteuerzeiten auf spät und Steigern des Luftmassenstroms durch den Motor angehoben werden. Durch Verstellen der Zündung auf spät wird das vom Fahrer geforderte Drehmoment gehalten, während der Luftstrom durch den Motor zunimmt. Daher kann das Motorsteuergerät die Fahrerforderung erfüllen, während der dem Partikelfilter gelieferte Wärmebetrag erhöht wird. Dann rückt die Routine 300 zu 304 vor und versucht, den Partikelfilter nochmals zu regenerieren. In einem Beispiel wird die Partikelfiltertemperatur um einen vorbestimmten Betrag, zum Beispiel 20°C, angehoben.
Bei 316 stellt die Routine 300 fest, ob der Partikelfilter eine katalytische Beschichtung aufweist. Wenn nicht, rückt die Routine 300 zu 320 vor. Wenn ja, rückt die Routine zu 318 vor. Bei manchen Motorkonfigurationen kann es für einen Partikelfilter vorteilhaft sein, eine katalytische Beschichtung zu haben. Die Beschichtung kann die Oxidation von Partikeln verbessern und kann dazu beitragen, die Menge an Kohlenwasserstoffen zu verringern, die aus dem Fahrzeugendrohr ausgestoßen werden. Bei anderen Anwendungen kann eine katalytische Beschichtung aber weniger erwünscht sein, da sie eine Luft/Kraftstoff-Steuerung erschweren kann, da die Beschichtung die Abgasbestandteile in einer unerwünschten Weise ändern kann. Daher kann das Motorsteuergerät programmiert werden, Informationen zu speichern, ob der bestimmte Partikelfilter einen Washcoat für das Aufbereiten von Abgasen aufweist oder nicht.
Bei 320 passt die Routine den Strom von dem Einlasssystem zu der Abgasanlage durch das gleiche bei 226 von 2 beschriebene Verfahren an. Nach dem Anpassen des Durchsatzes endet die Routine 320.
Bei 318 passt die Routine den Strom von dem Einlasssystem zu der Abgasanlage durch das bei 216 von 2 beschriebene Verfahren an, doch passt die Routine 300 den Strom auch als Reaktion auf den Sauerstoffzustand des Partikelfilters an. Zum Beispiel kann die Stellung des Luftzufuhrventils des Partikelfilters gemäß einer vorab festgelegten Trajektorie oder Funktion, die mit dem Wert der in dem Partikelfilter-Washcoat verfügbaren Sauerstoffspeicherung in Verbindung steht, verändert werden. Insbesondere kann die Stellung des Luftzufuhrventils des Partikelfilters bei einer Frequenz, z. B. 1 Hz, moduliert werden. In einem anderen Beispiel können die Stellung des Luftzufuhrventils des Partikelfilters und die Motorkraftstoffmenge als Reaktion auf die Ausgabe eines stromabwärts des Partikelfilters positionierten Sauerstoffsensors moduliert werden. Und in einem noch anderen Beispiel kann die Stellung des Zufuhrventils des Partikelfilters als Reaktion auf einen Sauerstoffsensor, der stromaufwärts des Partikelfilters positioniert ist, und einen Sauerstoffsensor, der stromabwärts des Partikelfilters positioniert ist, verändert werden. Insbesondere kann die Stellung des Zufuhrventils des Partikelfilters als Reaktion auf die Sauerstoffkonzentration und den Durchsatz von Abgasen, die in den Partikelfilter eindringen, sowie auf die Sauerstoffkonzentration von Gasen, die aus dem Partikelfilter austreten, angepasst werden. In einer Ausführungsform kann die Stellung des Luftzufuhrventils des Partikelfilters als Reaktion auf eine in dem Partikelfilter gespeicherte Sauerstoffmenge zusammen mit der von dem Filter gehaltenen Rußmenge und der Rate oder Rußoxidation angepasst werden. Zum Beispiel kann der Durchsatz von Einlassgasen von dem Einlasssystem zu der Abgasanlage angehoben werden, wenn die in dem Partikelfilter genutzte oder gespeicherte Sauerstoffmenge zunimmt. Analog kann der Betrag des Stroms von dem Einlasssystem zu der Abgasanlage verringert werden, wenn die in dem Partikelfilter genutzte oder gespeicherte Sauerstoffmenge abnimmt.
Unter Bezug nun auf 4 ist ein Flussdiagramm einer Kraftstoffsteuerroutine zum Steuern von Motorkraftstoff während der Regeneration eines Partikelfilters gezeigt. Bei 402 werden Motorbetriebsbedingungen von Sensoren und Aktuatoren ermittelt. In einem Beispiel ermittelt die Routine 400 die Motortemperatur, die Umgebungstemperatur, die Zeit seit Motorstart, Motorlast, Motordrehmomentforderung, Motordrehzahl. In anderen beispielhaften Ausführungsformen können zusätzliche oder weniger Betriebsbedingungen beruhend auf spezifischen Aufgaben ermittelt werden. Nach dem Ermitteln von Betriebsbedingungen rückt die Routine 402 zu 404 vor.
Bei 404 ermittelt die Routine 400 die Grundkraftstoffmenge des Motors. In einem Beispiel kann die Grundkraftstoffmenge als Reaktion auf das vom Fahrer geforderte Solldrehmoment und Motordrehzahl ermittelt werden. Insbesondere wird das von einem Fahrer geforderte Solldrehmoment in eine Menge von Kraftstoff und Luft umgewandelt, die bei der vorliegenden Motordrehzahl erforderlich sein kann, um das Motorsolldrehmoment auszugeben. Das Motorsolldrehmoment und die Motorsolldrehzahl können verwendet werden, um eine Tabelle zu indizieren, die eine empirisch ermittelte Kraftstoffmenge hält, die einer Kraftstoffmenge in einem im Wesentlichen stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Gemisch entspricht (z. B. ±0,06 Lambda, wobei Lambda das Luft/Kraftstoff-Verhältnis dividiert durch das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis ist), die das Motorsolldrehmoment vorsieht. Nach dem Ermitteln des Motorgrundkraftstoffs rückt die Routine 400 zu 406 vor.
Bei 406 stellt die Routine 400 fest, ob eine Regeneration eines Partikelfilters begonnen hat oder nicht. Wenn ja, rückt die Routine 400 zu 408 vor. Wenn nicht, rückt die Routine 400 zum Ende vor. Wie bei 308 von 3 beschrieben kann eine Partikelfilterregeneration hergestellt werden, wenn eine Temperatur eines Partikelfilters ohne Änderung von Motorbetriebsbedingungen um mehr als einen Schwellenbetrag, z. B. 10°C, steigt. Ferner kann die Partikelfilterregeneration als begonnen beurteilt werden, wenn eine Sauerstoffkonzentration in einem durch einen Partikelfilter tretenden Gas um mehr als einen Schwellenbetrag sinkt, zum Beispiel 5%. Wenn entschieden wird, dass die Partikelregeneration begonnen hat, rückt die Routine 400 zu 408 vor. Ansonsten rückt die Routine 400 zum Ende vor.
Bei 408 entscheidet die Routine, ob ein Partikelfilter einen katalytischen Washcoat aufweist oder nicht. In einer Ausführungsform kann das Motorsteuergerät programmiert sein, Informationen zu speichern, ob der bestimmte Partikelfilter einen Washcoat zum Aufbereiten von Abgasen aufweist oder nicht. Wenn ja, rückt die Routine 400 zu 410 vor. Wenn nicht, rückt die Routine 400 zu 418 vor.
Bei 418 unterbindet die Routine 400 Anpassungen der Motorgrundkraftstoffmenge, die bei 404 ermittelt wird. Da von dem Einlasssystem zu der Abgasanlage stromaufwärts des Partikelfilters und stromabwärts des Katalysators Sauerstoff eingeleitet wird, kann ein stromabwärts des Partikelfilters angeordneter Sauerstoffsensor einen Ausgang haben, der von dem eingeleiteten Sauerstoff beeinflusst wird. Wenn folglich der Grundkraftstoff als Reaktion auf Sauerstoff angepasst wird, der von dem Einlasssystem eingeleitet wird, kann die Motorkraftstoffzufuhr von einer erwünschten Kraftstoffmenge abweichen. Wenn zum Beispiel ein sich stromabwärts eines Partikelfilters befindlicher Sauerstoffsensor überschüssigen Sauerstoff detektiert, kann Kraftstoff zu dem Motor angehoben werden, so dass die in einen stromaufwärts befindlichen Dreiwegekatalysator eindringenden Gase fett statt eines erwünschten stöchiometrischen Gemisches sind. Folglich kann sich der Umwandlungswirkungsgrad des Dreiwegekatalysators verschlechtern, zumindest bei einigen Abgasbestandteilen. Insbesondere können zusätzliche Kohlenwasserstoffe und CO in den Endrohrabgasen vorhanden sein. Daher kann der Ausgang eines Sauerstoffsensors, der sich stromabwärts der Stelle befindet, an der Einlassgase zu der Abgasanlage eingeleitet werden, von der Kraftstoffsteuerroutine außer acht gelassen werden, so dass die Grundkraftstoffmenge nicht von dem stromabwärts liegenden Sauerstoffsensor beeinflusst wird. Nach dem Unterbinden von Anpassungen des Grundkraftstoffs als Reaktion auf den stromabwärts liegenden Sensor rückt die Routine 400 zu 420 vor.
In einer alternativen Ausführungsform kann die Routine 400 eine zu einem Zylinder als Reaktion auf einen Sauerstoffsensor, der sich stromabwärts eines Partikelfilters und stromaufwärts eines zweiten Dreiwegekatalysators befindet, gelieferte Kraftstoffmenge anpassen. In einem Beispiel kann eine einem Zylinder gelieferte Kraftstoffmenge angereichert werden, wenn die Abgas-Sauerstoffkonzentration stromabwärts eines Partikelfilters magerer als stöchiometrisches Abgas ist. In einem anderen Beispiel kann eine einem Zylinder gelieferte Kraftstoffmenge abgemagert sein, wenn die Abgas-Sauerstoffkonzentration stromabwärts eines Partikelfilters fetter als stöchiometrisches Abgas ist. Alternativ kann die zu der Abgasanlage strömende Menge an Einlassgasen verringert werden, wenn eine Sauerstoffkonzentration in der Abgasanlage an einer Stelle stromabwärts eines Partikelfilters magerer (d. h. eine höhere Sauerstoffkonzentration in den Abgasen) als die von stöchiometrischen Abgasen ist. Die zu der Abgasanlage strömende Menge an Einlassgasen kann angehoben werden, wenn eine Sauerstoffkonzentration in der Abgasanlage an einer Stelle stromabwärts des Partikelfilters fetter (z. B. eine niedrigere Sauerstoffkonzentration in dem Abgas) als die von stöchiometrischen Abgasen ist.
In einer noch anderen Ausführungsform kann die Routine 400 die als Reaktion auf einen Sauerstoffsensor, der sich stromabwärts eines Partikelfilters befindet, und als Reaktion auf einen Durchsatz von Gasen von dem Einlasssystem zu der Abgasanlage gelieferte Kraftstoffmenge anpassen. Wenn zum Beispiel die Sauerstoffkonzentration in der Abgasanlage minus der der Abgasanlage mittels des Einlasssystems zugeführten Sauerstoffkonzentration höher als erwünscht ist, kann der Motorkraftstoff angehoben werden, um den zusätzlichen Sauerstoff in den Abgasen auszugleichen. Wenn dagegen die Sauerstoffkonzentration in der Abgasanlage minus der der Abgasanlage mittels des Einlasssystems zugeführten Sauerstoffkonzentration geringer als erwünscht ist, kann die Motorkraftstoffmenge verringert werden, um weniger Sauerstoff in den Abgasen auszugleichen.
Bei 420 kann ein Strom von dem Einlasssystem zu der Abgasanlage gesteuert werden. Insbesondere wird der Strom von dem Einlasssystem zu der Abgasanlage wie bei 216 von 2 beschrieben gesteuert. Auf eine Wiederholung des Verfahrens wird hier der Kürze halber verzichtet.
Bei 422 entscheidet die Routine 400, ob die Filterregeneration abgeschlossen sein kann oder nicht oder ob Bedingungen für eine Regeneration nicht mehr vorliegen. In einer Ausführungsform kann die Regeneration als abgeschlossen ermittelt werden, wenn die Druckdifferenz über dem Partikelfilter kleiner als ein vorbestimmter Betrag ist. In einem anderen Beispiel kann die Regeneration als abgeschlossen ermittelt werden, wenn das Abgas stromabwärts des Partikelfilters einen Anstieg der Sauerstoffkonzentration in Abgasen anzeigt, die durch den Partikelfilter treten. Die erhöhte Sauerstoffkonzentration kann ein Indikator sein, dass Ruß in dem Filter oxidiert wurde und dass die Rußmenge reduziert ist, so dass weniger Sauerstoff verbraucht wird, um in dem Filter verbleibenden Ruß zu oxidieren. Wenn die Routine 400 entscheidet, dass die Regeneration abgeschlossen ist, rückt die Routine 400 zu 424 vor. Ansonsten rückt die Routine 400 zu 420 vor.
Bei 424 wird eine Regelung des bei 404 ermittelten Motorgrundkraftstoffs reaktiviert. Ferner kann Gasstrom von dem Einlasssystem zu der Abgasanlage gestoppt werden. In einer Ausführungsform kann der Strom von dem Einlasssystem zu der Abgasanlage wie bei 226 von 2 beschrieben gestoppt werden.
Bei 410 passt die Routine 400 die bei 404 ermittelte Grundkraftstoffmenge an. In einer Ausführungsform kann die Frequenz, die Vorbelastung oder das Ausmaß von Magerkeit oder Fettheit einer den Zylindern des Motors gelieferten modulierten Kraftstoffmenge als Reaktion auf einen Sauerstoffsensor angepasst werden, der sich stromabwärts eines Partikelfilters befindet, der eine katalytische Beschichtung aufweist. Zu beachten ist, dass Kraftstoffsteuerterme wie Vorbelastung, Ausmaß von Magerkeit oder Fettheit und Frequenz auch als Reaktion auf einen Sauerstoffsensor angepasst werden können, der sich stromaufwärts eines Katalysators befindet. Weiterhin können die Kraftstoffsteuerterme Vorbelastung, Ausmaß von Magerkeit oder Fettheit und Frequenz durch einen Sauerstoffsensor oder durch mehr als zwei Sauerstoffsensoren (z. B. einen stromaufwärts eines ersten Katalysators befindlichen Sensor, einen stromabwärts eines Partikelfilters befindlichen Sensor und einen stromabwärts des Partikelfilters befindlichen dritten Sensor; einen stromaufwärts eines ersten Katalysators befindlichen Sensor, einen stromabwärts eines Partikelfilters befindlichen Sensor und einen stromabwärts eines zweiten Katalysators befindlichen dritten Sensor) angepasst werden. Wenn der Motor arbeitet und der Partikelfilter nicht regeneriert wird, kann der Motorgrundkraftstoff als Reaktion auf den stromabwärts befindlichen Sauerstoffsensor durch eine erste Gruppe von Steuerparametern oder Variablen angepasst werden, wobei die erste Gruppe von Steuerparametern einen Vorbelastungsterm (zum Beispiel eine fette oder magere Verschiebung in dem durchschnittlichen Luft/Kraftstoff-Gemisch des Zylinders), das Ausmaß des Magerkeits- oder Fettheitsterms und einen ersten Modulationsfrequenzterm, die mit dem Luft/Kraftstoff-Gemischverhältnis des Motors in Verbindung stehen, umfassen kann, aber nicht darauf beschränkt ist. Ferner kann die erste Gruppe von Steuerparametern einen Nockenwinkel oder Nockensteuerzeiten sowie Zündsteuerzeiten und Drosselstellung umfassen. Der bei 404 ermittelte Grundkraftstoff zusammen mit der ersten Vorbelastung, dem ersten Ausmaß von Magerkeit oder Fettheit und der ersten Modulationsfrequenz dienen zum Betreiben des Motors bei einem im Wesentlichen stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Gemisch. Nach Beginn der Partikelregeneration (z. B. nach Herstellen von Strömen von dem Einlasssystem zu der Abgasanlage) kann der Grundkraftstoff als Reaktion auf den Sauerstoffsensor, der sich stromabwärts des Partikelfilters befindet, durch Betreiben des Motors mit einer zweiten Reihe von Steuerparametern oder Variablen, die sich von der ersten Gruppe von Steuerparametern oder Variablen unterscheidet, angepasst werden, wobei die zweite Gruppe von Steuerparametern einen Vorbelastungsterm, einen zweite Term für das Ausmaß von Magerkeit oder Fettheit und einen zweiten Modulationsfrequenzterm, die mit dem Luft/Kraftstoff-Gemischverhältnis des Motors in Verbindung stehen, umfassen kann, aber nicht darauf beschränkt ist. Zusätzlich kann die zweite Gruppe von Steuerparametern Nockenwinkel oder Nockensteuerzeiten sowie Zündsteuerzeiten und Drosselstellung umfassen. Der bei 404 ermittelte Grundkraftstoff zusammen mit der zweiten Vorbelastung, dem zweiten Ausmaß von Magerkeit oder Fettheit und der zweiten Modulationsfrequenz dienen zum Betreiben des Motors bei einem im Wesentlichen stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Gemisch; doch kann das Gemisch etwas fett vorbelastet sein, um das Einleiten von Luft in die Abgasanlage auszugleichen. Durch Betreiben des Motors bei im Wesentlichen stöchiometrischen Bedingungen arbeitet ein stromaufwärts des Partikelfilters positionierter Dreiwegekatalysator bei einem hohen Wirkungsgrad, unabhängig davon ob der Partikelfilter regeneriert wird oder nicht. Ferner können die Vorbelastung, das Ausmaß der Magerkeit oder Fettheit und die Modulationsfrequenz als Reaktion auf eine gespeicherte oder in dem Regenerationsprozess oxidierte Rußmenge angepasst werden. Zum Beispiel kann eine fette Vorbelastung das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors so anreichern, dass weniger NOx von dem Motor erzeugt wird, wenn der Partikelfilter regeneriert wird, und dass der Umwandlungswirkungsgrad von NOx durch den Katalysator während Partikelfilterregeneration steigt. Und die in die Abgasanlage eingeleiteten Einlassgase tragen dazu bei, HC-Emissionen durch erhöhte Oxidation zu senken, die von dem überschüssigen Sauerstoff stromabwärts des Katalysators zur Verfügung gestellt wird.
Bei 412 steuert die Routine 400 den Strom von dem Einlasssystem zu der Abgasanlage. Insbesondere steuert das bei 318 von 3 beschriebene Verfahren den Strom zwischen dem Einlasssystem und der Abgasanlage. Auf eine Wiederholung des bei 318 beschriebenen Verfahrens wird hier der Kürze halber verzichtet. Bei 414 entscheidet die Routine, ob eine Regeneration des Partikelfilters abgeschlossen sein kann. Bei 414 wird das gleiche Verfahren zum Ermitteln, dass die Regeneration abgeschlossen sein kann, das bei 422 verwendet wird, verwendet.
Wenn die Partikelfilterregeneration nicht abgeschlossen ist, rückt die Routine 400 zu 410 vor. Ansonsten rückt die Routine 400 zu 416 vor. Bei 416 werden die erste Vorbelastung, das erste Ausmaß von Magerkeit und Fettheit, die erste Modulationsfrequenz des Luft/Kraftstoff-Gemischverhältnisses des Motors reaktiviert, so dass die Sauerstoffspeicherfähigkeit des stromaufwärts befindlichen Katalysators sowie die Sauerstoffspeicherfähigkeit des Partikelfilters und eines stromabwärts des Partikelfilters positionierten Katalysators gesteuert werden können. In einer Ausführungsform werden die erste Vorbelastung, das Ausmaß von Magerkeit oder Fettheit und die erste Frequenz so angepasst, dass zwischen 20%–80% und vorzugsweise zwischen 40%–60% der verfügbaren Sauerstoffspeicherung, die in dem Nachbehandlungssystem verfügbar ist, genutzt wird, um Sauerstoff zu speichern, wenn der Motor arbeitet. Nach dem Reaktivieren der ersten Gruppe von Kraftstoffsteuerparametern endet die Routine 400.
Somit sieht die Routine von 4 ein Verfahren vor, bei dem ein Steuergerät einem Benzinmotor mit Direkteinspritzung als Reaktion auf eine erste Gruppe von Bedingungen Kraftstoff zuführt. Weiterhin führt das Steuergerät dem Direkteinspritzmotor als Reaktion auf eine zweite Gruppe von Bedingungen Kraftstoff zu, wobei sich die zweite Gruppe von Bedingungen von der ersten Gruppe von Bedingungen unterscheidet. Somit kann das Steuergerät den Benzinmotor mit Direkteinspritzung so betreiben, dass der Motorkraftstoff angepasst wird, um eine Regeneration eines Partikelfilters mit von dem Einlasssystem zugeführten Gasen zu bewältigen.
Die Partikelfilterregeneration kann in zusätzlicher Weise durch einen Turbolader oder Lader unterstützt werden. Insbesondere können Ansaugkrümmergase während Überschneidungszeiträumen von Einlass- und Auslassventilen durch einen Motorzylinder gedrückt werden, um dem Partikelfilter Sauerstoff zuzuführen, ohne ein mageres Luft/Kraftstoff-Gemisch erzeugen zu müssen. U.S. Patent 7,275,516 beschreibt ein Verfahren zum Strömenlassen von Gasen von einem Ansaugkrümmer zu einem Abgaskrümmer und wird hierdurch durch Erwähnung in jeder Hinsicht vollumfänglich aufgenommen. Wenn eine Regeneration eines Partikelfilters erwünscht ist, können Gase von dem Einlasssystem durch Motorzylinder durch Anpassen von Ladedruck und Ventilsteuerzeiten zu der Abgasanlage geleitet werden. Und die Bildung von NOx kann durch Anreichern des Luft/Kraftstoff-Gemisches des Zylinders durch Einspritzen von Kraftstoff in den Zylinder, nachdem das Auslassventil geschlossen hat, verringert werden. Auf diese Weise können magere Gase von dem Einlasssystem zu der Abgasanlage geleitet werden, ohne das Luft/Kraftstoff-Gemisch des Zylinders abzumagern.
Unter Bezug nun auf 5 ist ein Flussdiagramm für ein alternatives Verfahren zum Erzeugen eines Partikelfilters gezeigt. Bei 502 werden von Sensoren und Aktuatoren Motorbetriebsbedingungen ermittelt. In einem Beispiel ermittelt die Routine 500 Motortemperatur, Umgebungstemperatur, den Druckabfall über einem Partikelfilter, Zeit seit Motorstart, Motorlast, Motordrehmomentforderung, Motordrehzahl und zu dem Motor eingelassene Luftmenge. In anderen beispielhaften Ausführungsformen können beruhend auf bestimmten Aufgaben zusätzliche oder weniger Betriebsbedingungen ermittelt werden.
Bei 504 entscheidet die Routine, ob der Partikelfilter regeneriert werden muss oder nicht. In einer Ausführungsform fällt die Routine 500 die Entscheidung beruhend auf dem Druckabfall über einem Partikelfilter. In einer anderen Ausführungsform kann die Routine 500 entscheiden, den Partikelfilter als Reaktion auf ein Modell, das bei 212 von 2 beschrieben ist, zu regenerieren.
Ferner können andere Bedingungen aufgenommen werden, um zu ermitteln, wann der Partikelfilter zu regenerieren ist. Zum Beispiel darf die Filterregeneration nicht ablaufen, wenn die Motortemperatur über einer Schwellentemperatur liegt oder wenn die Motortemperatur unter einer Schwellentemperatur liegt. Weiterhin darf die Filterregeneration in einem Beispiel nicht ablaufen, wenn die Filtertemperatur unter einem Schwellenwert liegt. Wenn sich aber Ruß an dem Filter angesammelt hat, kann das Steuergerät 12 die Filtertemperatur durch Verstellen der Zündung auf spät und Steigern von Motorluftstrom, bis eine Filterschwellentemperatur erreicht ist, anheben. In diesem Beispiel kann die Partikelfilterregeneration ablaufen, nachdem die Schwellentemperatur erreicht ist. In einem noch anderen Beispiel darf die Partikelfilterregeneration einen Zeitraum lang nach Motorstart nicht ablaufen. Zum Beispiel darf die Partikelfilterregeneration nicht ausgelöst werden, bis genügend Zeit für das Stabilisieren der Motordrehzahl nach Motorstart verstrichen ist. In einer noch anderen Ausführungsform darf die Partikelfilterregeneration nicht ausgelöst werden, sofern die Motorlast nicht größer als ein Schwellenwert ist. Wenn Partikelfilterregeneration erwünscht ist und die Bedingungen erfüllt sind, rückt die Routine 500 zu 506 vor. Ansonsten rückt die Routine 500 zum Ende vor.
Bei 506 werden Anpassungen an Motoraktuatoren vorgenommen, so dass der Ladedruck angehoben werden kann, während Einlassgase zu der Abgasanlage strömen und während das Motorsolldrehmoment gehalten oder dem vom Fahrer geforderten Drehmoment gefolgt wird. Abhängig von der Motorkonfiguration können Nockensteuerzeiten bezüglich Ventilöffnungsvorgängen im Verhältnis zur Kurbelwellenstellung auf früh oder spät verstellt werden, wenn der Ladedruck erhöht wird. Die Anpassungen von Nockensteuerzeiten können aus Tabellen oder Funktionen ermittelt werden, die empirisch ermittelte Anpassungen von Nockensteuerzeiten enthalten, um eine Motorluftmenge vorzusehen, die der Motorluftmenge vor Auslösen der Partikelfilterregeneration entspricht. Zu beachten ist aber, dass die Motorluftmenge vor dem Erhöhen der Ladung und nach Erhöhen der Ladung gleichwertig sein kann, wenn das vom Fahrer geforderte Drehmoment konstant bleibt; wenn aber das vom Fahrer geforderte Drehmoment während Filterregeneration steigt, können Nockensteuerzeiten angepasst werden, um die Sollluftmenge vorzusehen, die dem vom Fahrer geforderten erhöhten Drehmoment entspricht. Weiterhin werden die Auslassventil-Öffnungszeit und die Einlassventil-Schließzeit so angepasst, dass Einlassgase von dem Einlasssystem zu der Abgasanlage strömen können. In einem Beispiel ist die Ventilüberschneidung in einer Tabelle oder Funktion beschrieben, die nach einem Solldurchsatz von dem Einlasssystem zu der Abgasanlage, dem Sollladedruck und der Motordrehzahl indiziert ist.
Wenn Partikelfilterregeneration gefordert wird, wird die Zeit, die das Einlassventil und das Auslassventil gleichzeitig offen sind, durch Verstellen der Einlassnockenwelle oder der Auslassnockenwelle auf früh oder spät verlängert, wodurch zusätzliche Einlassgase zu der Abgasanlage strömen können. Bei manchen Anwendungen kann auch die Drosselstellung angepasst werden. Somit können die Nockenwellensteuerzeiten als Reaktion zum Beispiel auf eine Betriebsbedingung eines Partikelfilters, einen Druckabfall über dem Partikelfilter oder eine Temperatur des Partikelfilters angepasst werden. Weiterhin kann der Ladedruck als Reaktion auf eine Sauerstoffkonzentration angepasst werden, die von einem stromaufwärts oder stromabwärts eines Partikelfilters befindlichen Sensor ermittelt wird. In einer Ausführungsform kann der Kompressorladedruck gesenkt werden, wenn eine in der Abgasanlage erfasste Sauerstoffkonzentration über einem Schwellenbetrag liegt. Wenn eine in der Abgasanlage erfasste Sauerstoffkonzentration umgekehrt kleiner als ein Schwellenbetrag ist, kann der Kompressorladedruck erhöht werden.
Das Frühverstellen der Zündung kann ebenfalls während Partikelfilterregeneration angepasst werden. In einem Beispiel kann die Zündung auf spät verstellt werden, um die Partikelfiltertemperatur anzuheben. In einem anderen Beispiel können die Zündsteuerzeiten als Reaktion auf eine Betriebsbedingung eines Partikelfilters angepasst werden. Wenn zum Beispiel mehr als ein Schwellenbetrag von Ruß von dem Partikelfilter gehalten wird, kann die Zündung auf einen ersten Wert auf spät verstellt werden. Wenn der Partikelfilter regeneriert, kann die Zündung auf einen zweiten Wert spät verstellt werden, wobei der zweite Wert kleiner als der erste Wert ist. Nach dem Anpassen von Aktuatoren rückt die Routine 500 zu 508 vor.
Bei 508 kann der Ladedruck angehoben werden, so dass Gase von dem Einlasssystem zu der Abgasanlage strömen können. In einem Beispiel können die Schaufeln veränderlicher Geometrie des Turboladers angepasst werden, um Ladedruck zu erhöhten. In einem anderen Beispiel kann die Stellung des Ladedruckregelventils des Turboladers angepasst werden, um Ladedruck zu erhöhen. Der Ladedruck kann vorbehaltlich von Stoß- und Kompressorbeschränkungen angehoben werden. Wenn zum Beispiel das Erhöhen von Ladedruck zu einem Stoßzustand führen würde, kann der Ladedruck bis zu einem Druck erhöht werden, der kleiner als der Stoßschwellendruck ist. In einem Beispiel wird der Ladedruck um einen konstanten Betrag über den Ladedruck erhöht, der ein Strömen von dem Einlasssystem zu der Abgasanlage induziert. Der Ladedruck kann zum Beispiel um 60 mm-H₂O über einen Wert angehoben werden, der Strömen von dem Einlasssystem zu der Abgasanlage erzeugt. Die Aktuatoranpassungen, die die Ladung verstärken, können auf empirischen Daten beruhen, die im Speicher eines Steuergeräts gespeichert sind. Somit kann der Kompressorladedruck zum Beispiel als Reaktion auf eine Bedingung eines Partikelfilters, einen Druckabfall über dem Partikelfilter, einer Rußoxidationsrate oder einer Temperatur des Partikelfilters angepasst werden. In einem Beispiel kann die Ladung angehoben werden, wenn die Rußoxidationsrate steigt. Nach dem Anpassen von Ladedruck rückt die Routine 500 zu 510 vor.
Bei 510 kann der in den Zylinder eingespritzte Kraftstoff während Partikelfilterregeneration angereichert werden. In einem Beispiel kann Kraftstoff in den Zylinder eingespritzt werden, nachdem das Auslassventil schließt, so dass kein Kraftstoff zu der Abgasanlage befördert wird. Das Anreichern des Zylindergemisches kann das in dem Motorzylinder erzeuge NOx senken, während Einlasssystemgase, die durch den Zylinder zu der Abgasanlage strömen, verwendet werden können, um Ruß an dem Partikelfilter zu oxidieren. In einem Beispiel kann der zusätzliche Kraftstoff, der eingespritzt wird, um das Zylindergemisch anzureichern, auf der durch die Abgasanlage strömenden Menge von Einlassgasen beruhen, die nicht an einem Verbrennungsvorgang in dem Zylinder beteiligt waren. Wenn das Zylindergemisch angereichert ist, wird es anschließend verbrannt und dann mit den Abgasen gemischt, die von dem Einlasssystem zu der Abgasanlage strömten. Dadurch kann das Gasgemisch in der Abgasanlage näher auf eine Sauerstoffsollkonzentration gebracht werden. Somit kann die Leistung eines Dreiwegekatalysators, der sich stromaufwärts oder stromabwärts des Partikelfilters befindet, verglichen mit dem Zuführen eines mageren Abgasgemisches zu dem Katalysator verbessert werden. In einer anderen Ausführungsform kann die einem Zylinder des Motors zugeführte Kraftstoffmenge als Reaktion auf eine Rate von Rußoxidation angepasst werden. Wenn zum Beispiel eine Temperatur eines Partikelfilters steigt oder wenn der Druckabfall über einem Partikelfilter abnimmt, kann ermittelt werden, dass die Rate der Rußoxidation steigt. Wenn umgekehrt eine Temperatur eines Partikelfilters sinkt oder wenn der Druckabfall über einem Partikelfilter für einen vorgegebenen Abgasdurchsatz im Wesentlichen konstant ist, kann ermittelt werden, dass die Rate der Rußoxidation sinkt. Wenn die Rußoxidationsrate steigt, kann die einem Zylinder gelieferte Kraftstoffmenge erhöht werden. Wenn die Rußoxidationsrate sinkt, kann die dem Zylinder gelieferte Kraftstoffmenge gesenkt werden.
Ferner kann der Betrag der Kraftstoffanreicherung als Reaktion auf eine Betriebsbedingung des Partikelfilters erfolgen. Wenn zum Beispiel ein Partikelfilter zu regenerieren beginnt, verbraucht er Sauerstoff in dem Abgasstrom. Wenn die Regeneration weiter abläuft, kann aus dem Abgasstrom weniger Sauerstoff verbraucht werden, da weniger Partikelmaterial oxidiert wird. Demgemäß kann die Menge von überschüssigem Sauerstoff in dem Abgas durch Anreichern oder Abmagern des Luft/Kraftstoff-Gemisches des Zylinders angepasst werden. Wenn zum Beispiel ein stromabwärts eines Partikelfilters befindlicher Sauerstoffsensor eine übermäßige Sauerstoffkonzentration in den Abgasen anzeigt, während ein Partikelfilter regeneriert wird, kann ein Luft/Kraftstoff-Gemisch des Zylinders angereichert werden, um den überschüssigen Sauerstoff zu verringern. Wenn ein stromabwärts eines Partikelfilters befindlicher Sauerstoffsensor eine niedrige Sauerstoffkonzentration in den Abgasen anzeigt, während ein Partikelfilter regeneriert wird, kann ein Luft/Kraftstoff-Gemisch des Zylinders abgemagert werden, um den überschüssigen Sauerstoff zu steigern.
Zu beachten ist, dass die Einlassventilsteuerzeiten und die Auslassventilsteuerzeiten zusammen mit dem Ansaugkrümmerdruck und Abgaskrümmerdruck verwendet werden können, um eine Luftmenge zu folgern, die durch einen Zylinder tritt, ohne an der Verbrennung beteiligt zu sein. In einem Beispiel kann eine Tabelle oder Funktion von empirisch ermittelten Luftmengen nach Einlass- und Auslassventilsteuerzeiten und nach Ansaug- und Abgaskrümmerdrücken indiziert sein. Die Luftmenge, die während eines Zylinderzyklus von dem Einlasssystem zu der Abgasanlage strömt, kann von einer Luftmenge subtrahiert werden, die während des Zylinderzyklus in den Zylinder strömte, so dass die in dem Zylinder während eines Zylinderzyklus für einen Verbrennungsvorgang gehaltene Luftmenge ermittelt werden kann. Dann rückt die Routine 500 zu 512 vor.
Bei 512 ermittelt die Routine 500, ob die Abgassauerstoffkonzentration bei einem Sollwert liegen kann. Wenn ja, rückt die Routine 500 zu 514 vor. Wenn nicht, rückt die Routine zu 506 vor. In einer Ausführungsform kann das Abgas zu einer Sauerstoffsollkonzentration gesteuert werden. Zum Beispiel können die Ventilsteuerzeiten für Ventilüberschneidung oder die zu einem Zylinder eingespritzte Kraftstoffmenge beruhend auf einer Sauerstoffkonzentration angepasst werden, die von einem Sauerstoffsensor erfasst wird. Wenn die Abgassauerstoffkonzentration höher oder niedriger als erwünscht ist, können der Ladedruck und die Nockensteuerzeiten bei 506 angepasst werden. Wenn zum Beispiel die in der Abgasanlage erfasste Sauerstoffkonzentration höher als erwünscht ist, können der Betrag der Ventilüberschneidung und der Ladedruck verringert werden. Wenn die in der Abgasanlage erfasste Sauerstoffkonzentration niedriger als erwünscht ist, können der Betrag der Ventilüberschneidung und der Ladedruck erhöht werden. Wenn in einer Ausführungsform die Abgassauerstoffkonzentration für eine Partikelfilterregeneration eventuell niedriger als erwünscht ist, kann der Betrag der Ladung erhöht werden. Wenn in einer anderen Ausführungsform die Abgassauerstoffkonzentration für die Partikelfilterregeneration eventuell niedriger als erwünscht ist, kann der Betrag der Einlass- und Auslassventilüberschneidung angehoben werden. Wenn in einer anderen Ausführungsform die Abgassauerstoffkonzentration für Partikelfilterregeneration eventuell höher als erwünscht ist, kann der Betrag an Ladung gesenkt werden. Wenn in einer anderen Ausführungsform die Abgassauerstoffkonzentration für Partikelfilterregeneration eventuell höher als erwünscht ist, kann der Betrag der Einlass- und Auslassventilüberschneidung verringert werden.
Bei 514 entscheidet die Routine, ob die Regeneration des Partikelfilters abgeschlossen sein kann oder nicht oder ob keine Bedingungen für Regeneration mehr vorliegen. In einer Ausführungsform kann die Regeneration als abgeschlossen ermittelt werden, wenn die Druckdifferenz über dem Partikelfilter kleiner als ein vorbestimmter Betrag ist. In einem anderen Beispiel kann die Regeneration als abgeschlossen ermittelt werden, wenn der Abgasstrom stromabwärts des Partikelfilters einen Anstieg der Sauerstoffkonzentration in den Abgasen, die durch den Partikelfilter treten, anzeigt. Die erhöhte Sauerstoffkonzentration kann ein Indikator sein, dass Ruß in dem Filter oxidiert wurde und dass die Rußmenge reduziert ist, so dass weniger Sauerstoff verbraucht wird, um in dem Filter verbleibenden Ruß zu oxidieren. Wenn die Routine 500 entscheidet, dass die Regeneration abgeschlossen ist, rückt die Routine 500 zu 516 vor. Ansonsten bleibt die Routine 500 bei 514, bis die Regeneration abgeschlossen sein kann.
Bei 516 werden Aktuatoren, die Ladedruck, Nockensteuerzeiten und Drossel anpassen, zu den Grundwerten zurückgeführt, die auf Motorbetriebsbedingungen beruhen. In einem Beispiel kann die Auslassventilüberschneidung verringert werden, wenn die Partikelfilterregeneration abgeschlossen ist. Zudem wird eine fette Vorbelastung der Kraftstoffversorgung des Zylinders entfernt, so dass die Motorzylinder bei einem nahezu stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Gemisch arbeiten. Dann rückt die Routine 500 zum Ende vor.
Auf diese Weise sieht das Verfahren von 5 erste Motorventilsteuerzeiten als Reaktion auf eine erste Bedingung eines Partikelfilters und zweite Motorventilsteuerzeiten als Reaktion auf eine zweite Bedingung eines Partikelfilters vor, wobei die zweiten Ventilsteuerzeiten das Strömen von mehr Gasen durch das Einlasssystem zu der Abgasanlage erlauben, ohne die Gase an einem Verbrennungsvorgang zu beteiligen, bevor sie von dem Einlasssystem zu der Abgasanlage strömen. Weiterhin kann das Verfahren von 5 den Betrag der Ventilüberschneidung als Reaktion auf einen oder mehrere Sauerstoffsensoren steuern, die in der Abgasanlage positioniert sind. Wenn zum Beispiel die Sauerstoffmenge stromabwärts eines Partikelfilters über einen Sollbetrag hinaus steigt, kann der Betrag der Ventilüberschneidung verringert werden. Wenn dagegen die Sauerstoffmenge stromabwärts eines Partikelfilters über einen Sollbetrag hinaus sinkt, kann der Betrag der Ventilüberschneidung angehoben werden. Wie vorstehend erläutert kann die Ventilüberschneidung durch Anpassen von Steuerzeiten der Einlass- und Auslassnockenwellen im Verhältnis zur Kurbelwelle erhöht oder verringert werden. In einer Ausführungsform kann sich der Sauerstoffsensor stromaufwärts eines Partikelfilters in der Abgasanlage befinden. In einer anderen Ausführungsform befindet sich der Sauerstoffsensor stromabwärts des Partikelfilters. Wenn eine Konfiguration gewählt wird, die einen stromabwärts des Partikelfilters befindlichen Sauerstoffsensor aufweist, kann der Sauerstoffsensor die Oxidation von Ruß durch Erfassen von weniger Sauerstoff in den Abgasen detektieren. Alternativ kann an Stelle eines Sauerstoffsensors bei Bedarf ein Modell verwendet werden.
Es versteht sich, dass die hierin offenbarten Konfigurationen und Routinen beispielhafter Natur sind und dass diese spezifischen Ausführungen nicht einschränkend aufgefasst werden dürfen, da zahlreiche Abänderungen möglich sind. Zum Beispiel kann die obige Technologie auf V-6, I-4, I-6, V-12, Gegenkolben- und andere Motorausführungen angewendet werden.
Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung umfasst somit alle neuartigen und nicht nahe liegenden Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen sowie andere Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften, die hierin offenbart werden.
Die folgenden Ansprüche zeigen insbesondere bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen auf, welche als neuartig und nicht nahe liegend betrachtet werden. Diese Ansprüche können auf „ein” Element oder „ein erstes” Element oder eine Entsprechung desselben verweisen. Diese Ansprüche sind so zu verstehen, dass sie das Integrieren eines oder mehrerer solcher Elemente umfassen, wobei sie zwei oder mehrere dieser Elemente weder fordern noch ausschließen. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Abänderung der vorliegenden. Ansprüche oder durch Vorlage neuer Ansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Solche Ansprüche werden, ob sie nun gegenüber dem Schutzumfang der ursprünglichen Ansprüche breiter, enger, gleich oder unterschiedlich sind, ebenfalls als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthalten betrachtet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 7275516 [0077]

Claims

Verfahren zum Regenerieren eines Partikelfilters eines Benzinmotors mit Direkteinspritzung, welches umfasst: Vergrößern einer Überschneidung zwischen einem Einlassventil und einem Auslassventil eines Zylinders als Reaktion auf eine Betriebsbedingung eines Partikelfilters.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsbedingung ein Druckabfall über dem Partikelfilter ist.
Verfahren nach Anspruch 1, welches weiterhin das Anheben eines Ladedrucks des Benzinmotors mit Direkteinspritzung als Reaktion auf eine Betriebsbedingung des Partikelfilters umfasst.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ladedruck durch Anpassen einer Stellung eines Ladedruckregelventils oder einer Schaufel angehoben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Überschneidung durch Anpassen einer Nockenwelle im Verhältnis zu einer Kurbelwelle vergrößert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, welches weiterhin das Subtrahieren einer Luftmenge, die während eines Zylinderzyklus von einem Einlasssystem zu einer Abgasanlage strömt, von einer Luftmenge, die während des Zylinderzyklus in den Zylinder eindringt, umfasst, wobei die Luftmenge, die von dem Einlasssystem zu der Abgasanlage strömt, nicht an der Verbrennung von Kraftstoff in einem Zylinder des Benzinmotors mit Direkteinspritzung beteiligt ist.
Verfahren zum Regenerieren eines Partikelfilters eines Benzinmotors mit Direkteinspritzung, welches umfasst: Vergrößern der Einlassventil- und Auslassventilüberschneidung eines Zylinders als Reaktion auf eine Sauerstoffkonzentration in einer Abgasanlage, wobei die Sauerstoffkonzentration stromabwärts eines Partikelfilters vorliegt; und Anreichern eines Zylinder-Luft/Kraftstoff-Gemisches als Reaktion auf die Betriebsbedingung des Partikelfilters.
Verfahren nach Anspruch 7, welches weiterhin das Anheben des Ladedrucks des Benzinmotors mit Direkteinspritzung als Reaktion auf eine Sauerstoffkonzentration in einer Abgasanlage umfasst.
Verfahren nach Anspruch 7, welches weiterhin das Anpassen von Nockensteuerzeiten des Benzinmotors mit Direkteinspritzung als Reaktion auf eine Sauerstoffkonzentration in der Abgasanlage umfasst.
Verfahren nach Anspruch 7, welches weiterhin das Anpassen von Kraftstoffversorgung eines Zylinders als Reaktion auf eine Sauerstoffkonzentration in einer Abgasanlage stromabwärts des Partikelfilters umfasst.
Verfahren nach Anspruch 7, welches weiterhin das Anpassen von Zündsteuerzeiten als Reaktion auf die Betriebsbedingung des Partikelfilters umfasst.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Anpassen der Nockensteuerzeiten das Anpassen von Steuerzeiten einer Einlassnockenwelle umfasst.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Anpassen der Nockensteuerzeiten das Anpassen von Steuerzeiten einer Auslassnockenwelle umfasst.
Verfahren für die Regeneration eines Partikelfilters eines Benzinmotors mit Direkteinspritzung, welches umfasst: Vergrößern der Einlassventil- und Auslassventilüberschneidung eines Zylinders als Reaktion auf eine Betriebsbedingung eines Partikelfilters; Anreichern eines Zylinder-Luft/Kraftstoff-Gemisches als Reaktion auf die Betriebsbedingung des Partikelfilters; und Anpassen mindestens eines Aktuators als Reaktion auf eine Sauerstoffkonzentration in einer Abgasanlage.
Verfahren nach Anspruch 14, welches weiterhin das Anheben des Ladedrucks des Benzinmotors mit Direkteinspritzung als Reaktion auf die Betriebsbedingung des Partikelfilters umfasst.
Verfahren nach Anspruch 14, welches weiterhin das Anpassen von Nockensteuerzeiten des Benzinmotors mit Direkteinspritzung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 14, welches weiterhin das Anpassen von Kraftstoff zu einem Zylinder als Reaktion auf die Betriebsbedingung des Partikelfilters umfasst.
Verfahren nach Anspruch 14, welches weiterhin das Anpassen von Zündsteuerzeiten als Reaktion auf die Betriebsbedingung des Partikelfilters umfasst.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Anpassen der Nockensteuerzeiten das Anpassen von Steuerzeiten einer Einlassnockenwelle umfasst.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Anpassen der Nockensteuerzeiten das Anpassen von Steuerzeiten einer Auslassnockenwelle umfasst.