DE102008028005B4

DE102008028005B4 - Verbesserte Zündstrategie eines elektrisch beheizten Partikelfilters

Info

Publication number: DE102008028005B4
Application number: DE102008028005A
Authority: DE
Inventors: Eugene V. Pinckney Gonze; Michael J. Howell Paratore Jr.
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2007-06-15
Filing date: 2008-06-12
Publication date: 2011-02-17
Anticipated expiration: 2028-06-13
Also published as: CN101435357B; US20110214414A1; DE102008028005A1; CN101435357A; US8291694B2

Abstract

Abgasanlage, die durch eine Brennkraftmaschine (12) erzeugtes Abgas behandelt, umfassend:
einen Partikelfilter (34), der Partikel aus dem Abgas filtert, wobei ein stromaufwärts befindliches Ende des Partikelfilters (34) Abgas von der Brennkraftmaschine (12) empfängt;
ein Gitter (64) aus elektrischem Widerstandsmaterial, das an einer stromaufwärts befindlichen Außenfläche des Partikelfilters (34) aufgebracht ist und das selektiv Abgas erwärmt, das durch das Gitter (64) strömt, um eine Verbrennung von Partikeln in dem Partikelfilter (34) einzuleiten;
eine Katalysatorbeschichtung, die auf dem Partikelfilter (34) und/oder dem Gitter (64) aufgebracht ist; und
ein Steuermodul (44), das eine Temperatur des Gitters (64) schätzt und das in Abhängigkeit von der geschätzten Temperatur (93) des Gitters (64) die Brennkraftmaschine (12) steuert, um ein Sollabgasprodukt zum Reagieren mit der Katalysatorbeschichtung zu erzeugen, um die Temperatur des Gitters (64) anzuheben.

Description

Querverweis auf verwandte Anmeldungen
Diese Anmeldung beansprucht Nutzen aus der vorläufigen U.S. Patentanmeldung Nr. 60/934,985, eingereicht am 15. Juni 2007. Die Offenbarung der vorstehenden Anmeldung wird hierin durch Verweis aufgenommen.
Erklärung von Regierungsrechten
Diese Erfindung wurde gemäß U.S. Regierungsauftrag Nr. DE-FC-04-03 AL67635 mit dem Energieministerium (DoE) entwickelt. Die U.S.-Regierung hat gewisse Rechte an dieser Erfindung.
Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft Verfahren und Systeme zum Beheizen von Partikelfiltern.
Hintergrund
Die Angaben in diesem Abschnitt sehen lediglich Hintergrundinformationen bezüglich der vorliegenden Offenbarung vor und stellen eventuell nicht den Stand der Technik dar.
Dieselbrennkraftmaschinen weisen aufgrund eines erhöhten Verdichtungsverhältnisses und einer höheren Energiedichte von Dieselkraftstoff typischerweise einen höheren Wirkungsgrad als Benzinbrennkraftmaschinen auf. Ein Dieselverbrennungszyklus erzeugt Partikel, die typischerweise von einem Partikelfilter (PF), der in dem Abgasstrom angeordnet ist, aus Dieselabgas gefiltert werden. Im Laufe der Zeit wird der PF voll und die zurückgehaltenen Dieselpartikel müssen entfernt werden. Während Regeneration werden die Dieselpartikel in dem PF verbrannt.
Herkömmliche Regenerationsverfahren spritzen nach dem Hauptverbrennungsvorgang Kraftstoff in den Abgasstrom. Der nach der Verbrennung eingespritzte Kraftstoff wird über einem oder mehreren Katalysatoren verbrannt, die in dem Abgasstrom angeordnet sind. Die während der Kraftstoffverbrennung an den Katalysatoren freigesetzte Wärme hebt die Abgastemperatur an, was die zurückgehaltenen Rußpartikel in dem PF verbrennt. Diese Vorgehensweise kann aber zu höheren Temperaturauslenkungen als erwünscht führen, was für Abgasanlagenkomponenten, einschließlich des PF, schädlich sein kann.
In der Druckschrift DE 603 04 322 T2 ist ein Verfahren zum Regenerieren eines Partikelfilters offenbart, bei welchem mittels mehrerer keramischer Zünder eine Verbrennung des angesammelten Partikelmaterials eingeleitet wird. Um eine effiziente Ausbreitung der Partikelverbrennung zu gewährleisten, werden die Zünder nur dann aktiviert, wenn das Drehmoment des zugehörigen Verbrennungsmotors unterhalb eines Schwellenwerts liegt.
Die Druckschrift DE 10 2006 044 503 A1 offenbart eine Regenerationsvorrichtung für einen Dieselpartikelfilter, bei der eine elektrische Widerstandsheizung dazu eingesetzt wird, in dem Filter angesammelten Ruß zu entzünden.
Auf dem Fachgebiet ist man bestrebt, die Regeneration von Partikelfiltern weiter zu verbessern.
Zusammenfassung
Demgemäß wird eine Abgasanlage vorgesehen, die durch eine Brennkraftmaschine erzeugtes Abgas behandelt. Das System umfasst im Allgemeinen einen Partikelfilter (PF), der Partikel aus dem Abgas filtert, wobei ein stromaufwärts befindliches Ende des PF Abgas von der Brennkraftmaschine erhält. Ein Gitter aus elektrischem Widerstandsmaterial ist an einer stromaufwärts befindlichen Außenfläche des PF aufgebracht und erwärmt selektiv Abgas, das durch das Gitter strömt, um Verbrennung von Partikeln in dem PF einzuleiten. Eine Katalysatorbeschichtung ist auf dem PF und/oder dem Gitter aufgebracht. Ein Steuermodul schätzt eine Temperatur des Gitters und steuert die Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von der geschätztem Temperatur, um ein Sollabgasprodukt zum Reagieren mit der Katalysatorbeschichtung zu erzeugen, um die Temperatur des Gitters anzuheben.
Bei anderen Merkmalen wird ein Verfahren zum Regenerieren eines Partikelfilters (PF) einer Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine vorgesehen. Das Verfahren umfasst im Allgemeinen: Aufbringen eines Gitters aus elektrischem Widerstandsmaterial an einer vorderen Außenfläche des PF; Aufbringen einer Katalysatorbeschichtung an dem PF und/oder dem Gitter; Schätzen einer Temperatur des Gitters, insbesondere beruhend auf einer Abgaszusammensetzung und/oder einer Abgastemperatur; und Steuern der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von der geschätzten Temperatur, um ein Sollabgasprodukt zum Reagieren mit der Katalysatorbeschichtung zu erzeugen, um die Temperatur des Gitters anzuheben.
Weitere Anwendungsgebiete gehen aus der hierin vorgesehenen Beschreibung hervor. Es versteht sich, dass die Beschreibung und spezifischen Beispiele lediglich dem Zweck der Veranschaulichung dienen und nicht den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung beschränken sollen.
Zeichnungen
Die hierin beschriebenen Zeichnungen dienen lediglich zum Zwecke der Veranschaulichung und sollen nicht den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung in irgendeiner Weise beschränken.
1 ist ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Fahrzeugs, das einen Partikelfilter und ein Partikelfilterregenerationssystem nach verschiedenen Ausgestaltungen der vorliegenden Offenbarung umfasst.
2 ist eine Querschnittansicht eines beispielhaften Wandstrom-Monolith-Partikelfilters.
3 umfasst perspektivische Ansichten beispielhafter Vorderflächen von Partikelfiltern, welche verschiedene Muster von Widerstandspfaden veranschaulichen.
4 ist eine perspektivische Ansicht einer Vorderfläche eines beispielhaften Partikelfilters und eines Heizvorrichtungseinsatzes.
5 ist eine Querschnittsansicht des beispielhaften Partikelfilters von 2 einschließlich einer Katalysatorbeschichtung nach verschiedenen Ausgestaltungen der vorliegenden Offenbarung.
6 ist ein Datenflussdiagramm, das ein Partikelfilterregenerationssystem nach verschiedenen Ausgestaltungen der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
7 ist ein Flussdiagramm, das ein Partikelfilterregenerationsverfahren nach verschiedenen Ausgestaltungen der vorliegenden Offenbarung zeigt.
Eingehende Beschreibung
Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur und nicht dazu gedacht, die vorliegende Offenbarung, die Anwendung oder die Nutzungsmöglichkeiten zu beschränken. Es versteht sich, dass in den gesamten Zeichnungen entsprechende Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile und Merkmale bezeichnen. Wie hier verwendet bezieht sich der Begriff Modul auf eine applikationsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppe) und einen Speicher, die ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführen, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten, welche die beschriebene Funktionalität bereitstellen.
Unter Bezug nun auf 1 ist ein beispielhaftes Fahrzeug 10, das ein Dieselbrennkraftmaschinensystem 11 umfasst, gemäß verschiedenen Ausgestaltungen der vorliegenden Offenbarung dargestellt. Es versteht sich, dass das Dieselbrennkraftmaschinensystem 11 lediglich beispielhafter Natur ist und dass das hierin beschriebene Partikelfilterregenerationssystem in verschiedenen Brennkraftmaschinensystemen umgesetzt sein kann, die einen Partikelfilter anwenden. Solche Brennkraftmaschinensysteme können Brennkraftmaschinensysteme mit Benzindirekteinspritzung und Brennkraftmaschinensysteme mit homogener Kompressionszündung umfassen, sind aber nicht hierauf beschränkt. Zur Erleichterung der Erläuterung wird die Offenbarung im Zusammenhang mit einem Dieselbrennkraftmaschinensystem erläutert.
Ein turboaufgeladenes Dieselbrennkraftmaschinensystem 11 umfasst eine Brennkraftmaschine 12, die ein Luft- und Kraftstoff-Gemisch verbrennt, um Antriebsdrehmoment zu erzeugen. Die Luft tritt durch Strömen durch einen Luftfilter 14 in das System ein. Luft dringt durch den Luftfilter 14 und wird in einen Turbolader 18 gesaugt. Der Turbolader 18 verdichtet die in das System 11 eintretende Frischluft. Je größer die Verdichtung der Luft allgemein ist, umso größer ist die Ausgangsleistung der Brennkraftmaschine 12. Die verdichtete Luft tritt dann durch einen Luftkühler 20, bevor sie in einen Ansaugkrümmer 22 eintritt.
Die Luft in dem Ansaugkrümmer 22 wird in Zylinder 26 verteilt. Obwohl vier Zylinder 26 dargestellt sind, versteht sich, dass die Systeme und Verfahren der vorliegenden Offenbarung in Brennkraftmaschinen mit mehreren Zylindern ausgeführt sein können, einschließlich, aber nicht ausschließlich bei 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10 und 12 Zylindern. Es versteht sich auch, dass die Systeme und Verfahren der vorliegenden Offenbarung in einer V-Zylinderkonfiguration ausgeführt sein können. Kraftstoff wird durch Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 28 in die Zylinder 26 eingespritzt. Wärme von der verdichteten Luft zündet das Luft-/Kraftstoff-Gemisch. Eine Verbrennung des Luft-/Kraftstoff-Gemischs erzeugt Abgas. Das Abgas tritt aus den Zylindern 26 in die Abgasanlage ein.
Die Abgasanlage umfasst einen Abgaskrümmer 30, einen Dieseloxidationskatalysator (DOC) 32 und einen Partikelfilter (PF) 34. Optional führt ein AGR-Ventil (nicht gezeigt) einen Teil des Abgases wieder in den Ansaugkrümmer 22 zurück. Der Rest des Abgases wird in den Turbolader 18 geleitet, um eine Turbine anzutreiben. Die Turbine erleichtert die Verdichtung der von dem Luftfilter 14 aufgenommenen Frischluft. Das Abgas strömt aus dem Turbolader 18 durch den DOC 32 und den PF 34. Der DOC 32 oxidiert das Abgas auf der Grundlage des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses nach der Verbrennung. Der PF 34 empfängt Abgas von dem DOC 32 und filtert jegliche in dem Abgas vorhandene Partikel heraus.
Ein Steuermodul 44 steuert die Brennkraftmaschine 12 und die PF-Regeneration auf der Grundlage verschiedener erfasster und/oder modellierter Informationen. Genauer gesagt schätzt das Steuermodul 44 die Partikelmaterialbeladung des PF 34. Wenn die geschätzte Partikelmaterialbeladung einen Grenzwert erreicht (zum Beispiel 5 Gramm/Liter Partikelmaterial) und die Abgasströmrate innerhalb eines Sollbereichs liegt, wird über eine Stromquelle 46 elektrischer Strom zum PF 34 geleitet, um den Regenerationsprozess einzuleiten. Die Dauer des Regenerationsprozesses variiert auf der Grundlage der Menge an Partikelmaterial in dem PF 34. Es wird erwartet, dass der Regenerationsprozess zwischen 1–6 Minuten dauern kann. Elektrischer Strom wird jedoch nur während eines anfänglichen Teils des Regenerationsprozesses angelegt. Genauer gesagt erwärmt die elektrische Energie die Fläche des PF 34 für eine Schwellendauer (z. B. etwa 1–2 Minuten). Durch die Vorderfläche tretendes Abgas wird erwärmt. Der Rest des Regenerationsprozesses wird unter Verwendung der Wärme, die durch Verbrennung von Partikelmaterial erzeugt wird, das nahe der erwärmten Fläche des PF 34 vorhanden ist, oder durch das durch den PF 34 hindurchtretende erwärmte Abgas verwirklicht.
In manchen Fällen verhindern hohe Werte eines Abgasstroms von der Brennkraftmaschine 12, dass die Fläche eine ausreichende Temperatur erreicht. Damit sich die Fläche ordnungsgemäß erwärmen kann, umfasst der PF 34 eine Katalysatorbeschichtung, wie nachstehend näher erläutert wird. Im Allgemeinen steuert das Steuermodul 44 die Brennkraftmaschine 12, um Abgasprodukte zu erzeugen, die vermehrte Kohlenwasserstoffe (HC) und Kohlenmonoxid (CO) umfassen. Das HC und CO reagieren mit der Katalysatorbeschichtung des PF 34, was einen Temperaturanstieg nahe der Fläche des PF 34 hervorruft.
Das Steuermodul 44 steuert die Brennkraftmaschinenabgasprodukte beruhend auf Sensorsignalen und/oder modellierten Daten und den Partikelfilterregenerationsverfahren und -systemen der vorliegenden Offenbarung. Bei verschiedenen Ausführungsformen erzeugt ein Abgastemperatursensor 47 ein Abgastemperatursignal beruhend auf einer Temperatur des Abgases. Ein Luftmassensensor 48 erzeugt ein Abluftsignal beruhend auf Luft, die in die Brennkraftmaschine 12 dringt oder aus ihr austritt. Ein Strom- und/oder Spannungssensor 49 erzeugt ein Strom- und/oder Spannungssignal beruhend auf der Spannung und/oder dem Strom, die dem PF 34 von der Stromquelle 46 geliefert werden. Ein Sauerstoffsensor 51 erzeugt ein Sauerstoffgehaltsignal beruhend auf einem Sauerstoffgehalt in dem Abgas.
In verschiedenen Ausführungsformen empfängt das Steuermodul 44 die Signale und steuert die Brennkraftmaschine 12 zum Beispiel durch Anordnen der Einspritzung von Kraftstoff in das Abgas nach dem Verbrennungszyklus mittels zum Beispiel der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 28 oder einer Kraftstoffnacheinspritzvorrichtung 53, die Kraftstoff in das Abgas einspritzt. Bei verschiedenen anderen Ausführungsformen steuert das Steuermodul 44 die Brennkraftmaschine durch Steuern des Luftstroms oder der Ventilsteuerzeiten.
Unter speziellem Bezug auf 2 ist der PF 34 vorzugsweise eine Monolith-Partikelfalle und umfasst abwechselnd geschlossene Zellen/Kanäle 50 und geöffnete Zellen/Kanäle 52. Die Zellen/Kanäle 50, 52 weisen typischerweise quadratische. Querschnitte auf und verlaufen axial durch das Teil hindurch. Wände 58 des PF 34 umfassen vorzugsweise eine poröse keramische Bienenwabenwand aus Cordieritmateial. Es versteht sich, dass innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Offenbarung ein beliebiges keramisches Wabenmaterial in Erwägung gezogen wird. Benachbarte Kanäle sind abwechselnd an jedem Ende verstopft, wie bei 56 gezeigt ist. Dies zwingt das Dieselaerosol durch die porösen Substratwände hindurch, welche als ein mechanischer Filter wirken. Partikelmaterial wird in den geschlossenen Kanälen 50 abgelagert, und Abgas tritt durch die geöffneten Kanäle 52 aus. Partikelmaterial 59 strömt in den PF 34 und wird darin festgehalten.
Zu Regenerationszwecken ist ein Gitter 64, das ein elektrisches Widerstandsmaterial umfasst, an der vorderen Außenfläche befestigt, die als die Vorderfläche des PF 34 bezeichnet wird. Elektrischer Strom wird dem Widerstandsmaterial zugeführt, um thermische Energie zu erzeugen. Es versteht sich, dass eine Dickschichterwärmungstechnologie verwendet werden kann, um das Gitter 64 an dem PF 34 zu befestigen. Zum Beispiel kann ein Heizmaterial, wie zum Beispiel Silber oder Nichrom, aufgetragen und dann geätzt oder mit einer Maske auf die Vorderfläche des PF 34 aufgebracht werden. Bei verschiedenen anderen Ausführungsformen besteht das Gitter 64 aus einem elektrischen Widerstandsmaterial, wie zum Beispiel rostfreiem Stahl, und ist mit Hilfe von Klebstoff oder Presspassung an dem PF 34 befestigt.
Es versteht sich auch, dass das Widerstandsmaterial wie in 3 gezeigt in verschiedenen Einzel- oder Mehrfachpfadmustern aufgebracht sein kann. Segmente aus Widerstandsmaterial können entfernt werden, um die Bahnen zu erzeugen. Bei verschiedenen Ausführungsformen kann ein perforierter Heizvorrichtungseinsatz 70 wie in 4 gezeigt an der Vorderfläche des PF 34 befestigt sein. Bei jeder der oben erwähnten Ausführungsformen trägt das Abgas, das durch den PF 34 hindurchtritt, thermische Energie, die an der Vorderfläche des PF 34 erzeugt wurde, eine kurze Strecke die Kanäle 50, 52 hinab. Die erhöhte thermische Energie entzündet das Partikelmaterial, das nahe dem Einlass des PF 34 vorhanden ist. Die durch die Verbrennung der Partikel erzeugte Wärme wird dann durch den PF 34 hindurchgeleitet, um eine Verbrennung der restlichen Partikel in dem PF 34 herbeizuführen.
Unter spezieller Bezugnahme auf 5 ist bei verschiedenen Ausführungsformen eine Katalysatorbeschichtung zusätzlich an dem PF 34 oder dem Gitter 64 angebracht. Nach der vorliegenden Offenbarung kann die Katalysatorbeschichtung in Unterabschnitten des PF 34 bei unterschiedlichen Dichten optimiert durch eine Betriebstemperatur des PF 34 verteilt sein. Wie sich versteht kann die Dichte der Katalysatorbeschichtungen in einem stufenartigen Format oder bei einem steten oder geradlinigen Format aufgebracht sein.
Wie in 5 gezeigt umfasst ein beispielhafter PF 34 einen Einlass, der Abgas in den PF 34 treten lässt, und einen Auslass, der das Abgas aus dem PF treten lässt. Der PF 34 umfasst einen ersten Unterabschnitt 72 und einen zweiten Unterabschnitt 74. Der erste Unterabschnitt 72 befindet sich eine erste Strecke weg von dem Einlass. Der zweite Unterabschnitt 74 befindet sich eine zweite Strecke weg von dem Einlass, die größer als die erste Strecke ist. Der erste Unterabschnitt 72 ist mit Katalysatoren bei einer ersten Dichte beschichtet. Die erste Beschichtung kann einen Oxidationskatalysator umfassen, der HC und CO reduziert. Der Oxidationskatalysator umfasst Palladium, Platin und/oder dergleichen, ist aber nicht hierauf beschränkt. Der zweite Unterabschnitt 74 kann mit Katalysatoren bei einer zweiten Dichte beschichtet sein oder alternativ gar nicht beschichtet sein. Bei Beschichtung ist die zweite Dichte kleiner als die erste Dichte. Die zweite Beschichtung kann auch einen Oxidationskatalysator umfassen, der wie vorstehend erläutert HC und CO reduziert.
Unter speziellem Bezug auf 6 zeigt ein Datenflussdiagramm verschiedene Ausführungsformen eines Partikelfilterregenerationssystems, das in dem Steuermodul 44 eingebettet sein kann. Verschiedene Ausführungsformen von Partikelfilterregenerationssystemen nach der vorliegenden Offenbarung können eine beliebige Anzahl an in dem Steuermodul 44 eingebetteten Submodulen umfassen. Wie sich versteht, können die in 6 gezeigten Submodule kombiniert und/oder weiter unterteilt werden, um analog die Regeneration des PF 34 zu steuern. Eingaben in das System können von dem Fahrzeug 10 (1) erfasst, von anderen (nicht dargestellten) Steuermodulen in dem Fahrzeug 10 (1) empfangen und/oder durch andere (nicht dargestellte) Submodule in dem Steuermodul 44 ermittelt werden. In verschiedenen Ausführungsformen umfasst das Steuermodul 44 von 6 ein Regenerationssteuermodul 80, ein Brennkraftmaschinensteuermodul 82 und ein Temperaturmodul 84.
Das Regenerationssteuermodul 80 empfängt als Eingabe einen Partikelmaterialgehalt 86, der einen geschätzten Gehalt angesammelten Partikelmaterials anzeigt, das in dem PF 34 (1) vorhanden ist, sowie einen Abgasstrom 88. Beruhend auf dem Partikelmaterialgehalt 86 und dem Abgasstrom 88 ermittelt das Regenerationssteuermodul 80, ob Regeneration erwünscht ist. Wenn zum Beispiel der gesammelte Partikelmaterialgehalt 86 hoch ist und der Abgasstrom 88 ausreichend ist, um die Verbrennung zu tragen, ermittelt das Regenerationssteuermodul 80, dass Regeneration erwünscht ist.
Das Regenerationssteuermodul 80 kann als Eingabe auch eine Gittertemperatur 93 (wie nachstehend erläutert) empfangen. Sobald Regeneration erwünscht ist und die Gittertemperatur 93 in einem vorbestimmten Bereich liegt, erzeugt das Regenerationssteuermodul 80 ein Stromsteuersignal 94, das elektrischen Strom zu dem PF 34 (1) steuert, um die Fläche des PF 34 (1) zu beheizen.
Das Temperaturmodul 84 empfängt als Eingabe einen Sauerstoffgehalt 96, einen Abgasstrom 98, eine Abgastemperatur 100 und Strom/Spannung 102. Das Temperaturmodul 84 sagt die Gittertemperatur 93 des Gitters 64 (2) beruhend auf einer oder mehreren der Eingaben 96–102 voraus. Im Allgemeinen sagt das Temperaturmodul 84 die Gittertemperatur 93 beruhend auf einer Zusammensetzung des Brennkraftmaschinenabgases sowie der Abgastemperatur 100 voraus.
In verschiedenen Ausführungsformen kann das Temperaturmodul 84 die Gittertemperatur 93 beruhend darauf schätzen, ob der Katalysator 32 (1) vorgesehen ist. Wenn zum Beispiel der Katalysator 32 (1) vorgesehen ist, wird die Gittertemperatur 93 als Funktion einer abgegebenen Energie des Partikelfilters, Abgasstrom 98, einer Partikelfiltertemperatur und/oder Kombinationen derselben geschätzt. Die abgegebene Energie des Partikelfilters kann als Funktion von Brennkraftmaschinenabgasprodukten, dem Sauerstoffgehalt 96, Katalysatorwirkungsgrad und/oder Kombinationen derselben geschätzt werden. Die Brennkraftmaschinenabgasprodukte können beruhend auf einer Verbrennungsstrategie (z. B. Kraftstoff/Luft-Verhältnis und/oder Ventilsteuerzeiten) geschätzt werden. Die Partikelfiltertemperatur kann als Funktion von Abgastemperatur 100 und/oder Katalysatorexotherm geschätzt werden. In verschiedenen anderen Ausführungsformen kann das Temperaturmodul 84 die Gittertemperatur beruhend auf dem Strom-/Spannungswert 102 und/oder dem Abgasstrom 98 schätzen.
Das Brennkraftmaschinensteuermodul 82 empfängt als Eingabe die Gittertemperatur 93. Wenn die Gittertemperatur 93 außerhalb eines vorbestimmten Sollbereichs liegt, kann das Brennkraftmaschinensteuermodul 82 ein Brennkraftmaschinensteuersignal 104 und/oder ein Luftsteuersignal 106 erzeugen, um die Zusammensetzung des zu dem PF 34 (1) strömenden Abgases zu steuern. Zum Beispiel kann die Brennkraftmaschine gesteuert werden, um einen vermehrten Gehalt an HC und/oder CO in dem Abgas zu erzeugen, so dass eine Reaktion mit der Katalysatorbeschichtung erfolgen kann, um die Gittertemperatur 93 anzuheben. In verschiedenen Ausführungsformen steuert das Brennkraftmaschinensteuermodul die Brennkraftmaschine 12 (1) beruhend darauf, ob ein Katalysator 32 (1) vorhanden ist.
Unter speziellem Bezug auf 7 veranschaulicht ein Flussdiagramm ein beispielhaftes Partikelfilterregenerationsverfahren, das durch das Partikelregenerationssystem von 6 gemäß verschiedenen Ausgestaltungen der vorliegenden Offenbarung ausgeführt werden kann. Wie sich versteht, kann die Reihenfolge der Ausführung der Schritte des beispielhaften Partikelfilterregenerationsverfahrens variieren, ohne das Wesen des Verfahrens zu ändern. Das beispielhafte Partikelfilterregenerationsverfahren kann regelmäßig während des Steuermodulbetriebs ausgeführt werden oder kann so angesetzt werden, dass es beruhend auf bestimmten Ereignissen abläuft.
In einem Beispiel kann das Verfahren bei 200 beginnen. Der PF 34 (1) wird bei 210 geprüft, um zu ermitteln, ob Regeneration erwünscht ist. Wenn der PF 34 (1) voll ist und bei 210 Regeneration erwünscht ist, wird wie vorstehend erläutert bei 210 die Gittertemperatur 93 geschätzt und bei 230 und 240 geprüft. Wenn andernfalls bei 210 keine Regeneration erwünscht ist, kann das Verfahren bei 270 enden.
Wenn bei 230 die Gittertemperatur 93 unter einem vorbestimmten optimalen Temperaturschwellenwert (erster Schwellenwert) liegt und die Gittertemperatur 93 bei 240 über einem Schwellenwert der katalytischen Verbrennungstemperatur (zweiter Schwellenwert) liegt, dann wird die Brennkraftmaschine 12 (1) bei 250 so gesteuert, dass sie ein Sollabgasprodukt erzeugt. Sobald die Gittertemperatur 93 bei 230 über dem vorbestimmten optimalen Temperaturschwellenwert liegt, wird bei 260 elektrischer Strom zu dem Gitter 64 (2) gesteuert. Das Verfahren kann bei 270 enden. Wenn aber die Gittertemperatur 93 bei 240 unter den Schwellenwert der katalytischen Verbrennungstemperatur fällt, kann das Verfahren bei 270 enden.
Fachleute können nun der vorangegangenen Beschreibung entnehmen, dass die breite Lehre der vorliegenden Offenbarung in verschiedenen Formen ausgeführt sein kann. Wenngleich diese Offenbarung in Verbindung mit bestimmten Beispielen derselben beschrieben wurde, sollte daher der wahre Schutzumfang der Offenbarung nicht darauf beschränkt sein, da dem Fachmann andere Abwandlungen bei Prüfen der Zeichnungen, der Beschreibung und der folgenden Ansprüche offenkundig werden.

Claims

Abgasanlage, die durch eine Brennkraftmaschine (12) erzeugtes Abgas behandelt, umfassend: einen Partikelfilter (34), der Partikel aus dem Abgas filtert, wobei ein stromaufwärts befindliches Ende des Partikelfilters (34) Abgas von der Brennkraftmaschine (12) empfängt; ein Gitter (64) aus elektrischem Widerstandsmaterial, das an einer stromaufwärts befindlichen Außenfläche des Partikelfilters (34) aufgebracht ist und das selektiv Abgas erwärmt, das durch das Gitter (64) strömt, um eine Verbrennung von Partikeln in dem Partikelfilter (34) einzuleiten; eine Katalysatorbeschichtung, die auf dem Partikelfilter (34) und/oder dem Gitter (64) aufgebracht ist; und ein Steuermodul (44), das eine Temperatur des Gitters (64) schätzt und das in Abhängigkeit von der geschätzten Temperatur (93) des Gitters (64) die Brennkraftmaschine (12) steuert, um ein Sollabgasprodukt zum Reagieren mit der Katalysatorbeschichtung zu erzeugen, um die Temperatur des Gitters (64) anzuheben.
Abgasanlage nach Anspruch 1, wobei das Steuermodul (44) die Temperatur des Gitters (64) beruhend auf einer Zusammensetzung des Abgases und/oder einer Abgastemperatur (100) schätzt.
Abgasanlage nach Anspruch 1, weiterhin umfassend: einen stromaufwärts des Partikelfilters (34) angeordneten Katalysator (32) und wobei das Steuermodul (44) die Temperatur des Gitters (64) beruhend auf einem Vorhandensein des Katalysators (32) schätzt.
Abgasanlage nach Anspruch 3, wobei das Steuermodul (44) die Temperatur des Gitters (64) beruhend auf einer abgegebenen Energie des Partikelfilters (34), einer Partikelfiltertemperatur und/oder einem Abgasstrom schätzt.
Abgasanlage nach Anspruch 4, wobei das Steuermodul (44) die Partikelfiltertemperatur beruhend auf einer Abgastemperatur (100) und einem Katalysatorexotherm schätzt.
Abgasanlage nach Anspruch 4, wobei das Steuermodul (44) die abgegebene Energie des Partikelfilters (34) beruhend auf einer Zusammensetzung des Abgases und/oder einem Wirkungsgrad des Katalysators (32) schätzt.
Abgasanlage nach Anspruch 1, wobei das Steuermodul (44) den elektrischen Strom zu dem Gitter (64) so steuert, dass er während eines anfänglichen Zeitraums eines Partikelfilter-Regenerationszyklus vorliegt.
Abgasanlage nach Anspruch 7, wobei das Steuermodul (44) eine Partikelmenge in dem Partikelfilter (34) schätzt und wobei der elektrische Strom gesteuert wird, wenn die Menge eine Schwellenmenge übersteigt.
Verfahren zum Regenerieren eines Partikelfilters (34) einer Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine (12) umfassend: Aufbringen eines Gitters (64) aus elektrischem Widerstandsmaterial an einer vorderen Außenfläche des Partikelfilters (34); Aufbringen einer Katalysatorbeschichtung an dem Partikelfilter (34) und/oder dem Gitter (64); Schätzen einer Temperatur des Gitters (64); und Steuern der Brennkraftmaschine (12) in Abhängigkeit von der geschätzten Temperatur (93) des Gitters (64), um ein Sollabgasprodukt zum Reagieren mit der Katalysatorbeschichtung zu erzeugen, um die Temperatur des Gitters (64) anzuheben.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Schätzen der Temperatur des Gitters (64) auf einer Zusammensetzung des Abgases und/oder einer Abgastemperatur (100) beruht.
Verfahren nach Anspruch 9, weiterhin umfassend: Vorsehen eines Katalysators (32) stromaufwärts des Partikelfilters (34) und wobei das Schätzen der Temperatur des Gitters (64) auf einem Vorhandensein des Katalysators (32) beruht.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Schätzen der Temperatur des Gitters (64) auf einer abgegebenen Energie des Partikelfilters (34), einer Partikelfiltertemperatur und/oder einem Abgasstrom beruht.
Verfahren nach Anspruch 12, weiterhin umfassend: Schätzen der Partikelfiltertemperatur beruhend auf einer Abgastemperatur und einem Katalysatorexotherm.
Verfahren nach Anspruch 12, weiterhin umfassend: Schätzen der abgegebene Energie des Partikelfilters (34) beruhend auf einer Zusammensetzung des Abgases und/oder einem Wirkungsgrad des Katalysators (32).
Verfahren nach Anspruch 9, weiterhin umfassend: Erwärmen des Gitters (64) durch Zuführen von elektrischem Strom zu dem elektrischen Widerstandsmaterial.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Erwärmen des Gitters (64) ausgeführt wird, sobald die geschätzte Temperatur (93) über einem vorbestimmten Schwellenwert liegt.
Verfahren nach Anspruch 15, weiterhin umfassend: Auslösen einer Verbrennung von Partikeln, die an der Vorderfläche des Partikelfilters (34) vorhanden sind, mittels des beheizten Gitters (64).
Verfahren nach Anspruch 17, weiterhin umfassend: Leiten von Wärme, die durch die Verbrennung der Partikel erzeugt wird, in den Partikelfilter (34), um in dem Partikelfilter (34) eine Verbrennung von Partikeln auszulösen.
Verfahren nach Anspruch 15, weiterhin umfassend: Steuern des elektrischen Stroms, um eine Regeneration während eines anfänglichen Zeitraums eines Partikelfilter-Regenerationszyklus auszulösen.
Verfahren nach Anspruch 19, weiterhin umfassend: Schätzen einer Partikelmenge in dem Partikelfilter (34) und wobei das Steuern ausgeführt wird, wenn die Menge eine Schwellenmenge übersteigt.