DE102008050019B4 - System and method for variable power distribution for zone-wise regeneration of an electrically heated particle filter - Google Patents
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Abstract
System umfassend:einen Partikelmaterial-Filter (34), der mehrere Zonen (1, 2, 3, 4, 5) umfasst;eine elektrische Heizvorrichtung (35), die mehrere Heizvorrichtungssegmente (201) umfasst, die jeweils einer jeweiligen der Zonen (1, 2, 3, 4, 5) entsprechen,wobei die elektrische Heizvorrichtung (35) stromaufwärts und nahe dem Partikelmaterial-Filter (34) angeordnet ist; undein Steuermodul (44), das selektiv in eine erste der Zonen (1, 2, 3, 4, 5) mittels eines ersten der Heizvorrichtungssegmente (201) einen ersten Energieeintrag vorsieht, um in der ersten Zone eine Regeneration auszulösen,wobei das Steuermodul (44) selektiv einen zweiten Energieeintrag, der kleiner als der erste Energieeintrag ist, in eine zweite der Zonen (1, 2, 3, 4, 5) mittels eines zweiten der Heizvorrichtungssegmente (201) vorsieht, um eine Regeneration in der zweiten Zone auszulösen;dadurch gekennzeichnet , dasssich die mehreren Zonen (1, 2, 3, 4, 5) in einem ersten umlaufenden Zonenband und in einem zweiten umlaufenden Zonenband befinden, wobei das zweite umlaufende Zonenband das erste umlaufende Zonenband umgibt, wobei sich innerhalb des ersten umlaufenden Zonenbands eine weitere der mehreren Zonen befindet.A system comprising: a particulate matter filter (34) comprising a plurality of zones (1, 2, 3, 4, 5); an electric heater (35) comprising a plurality of heater segments (201), each one of the zones (1 , 2, 3, 4, 5), wherein the electric heater (35) is located upstream and near the particulate filter (34); anda control module (44) which selectively provides a first energy input into a first of the zones (1, 2, 3, 4, 5) by means of a first of the heater segments (201) in order to trigger regeneration in the first zone, the control module ( 44) selectively provides a second energy input, less than the first energy input, into a second one of the zones (1, 2, 3, 4, 5) using a second one of the heater segments (201) to initiate regeneration in the second zone; characterized in that the plurality of zones (1, 2, 3, 4, 5) are located in a first circumferential zone band and in a second circumferential zone band, the second circumferential zone band surrounding the first circumferential zone band, one within the first circumferential zone band more of the multiple zones is located.
Description
Erklärung von RegierungsrechtenDeclaration of government rights
Diese Offenbarung 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 Offenbarung.This disclosure was developed in accordance with U.S. Government Order No. DE-FC-04-03 AL67635 with the Department of Energy (DoE). The U.S. government has certain rights in this disclosure.
Gebietarea
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein System gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 10 zum Regenerieren eines Partikelmaterial(PM)-Filters.The present disclosure relates to a system according to the preamble of
Solch ein System und ein entsprechendes Verfahren sind beispielsweise aus der
Bezüglich des weitergehenden Standes der Technik sei an dieser Stelle auf die Druckschriften
Hintergrundbackground
Brennkraftmaschinen wie Dieselbrennkraftmaschinen erzeugen Partikelmaterial (PM), das durch einen PM-Filter aus Abgas gefiltert wird. Der PM-Filter ist in einer Abgasanlage der Brennkraftmaschine angeordnet. Der PM-Filter senkt die Emission von PM, das während Verbrennung erzeugt wird.Internal combustion engines such as diesel internal combustion engines produce particulate matter (PM), which is filtered out of exhaust gas by a PM filter. The PM filter is arranged in an exhaust system of the internal combustion engine. The PM filter lowers the emission of PM generated during combustion.
Im Laufe der Zeit wird der PM-Filter voll. Während Regeneration kann das PM in dem PM-Filter verbrannt werden. Die Regeneration kann das Erwärmen des PM-Filters auf eine Verbrennungstemperatur des PM umfassen. Es gibt verschiedene Möglichkeiten des Durchführens von Regeneration, einschließlich Abwandeln von Brennkraftmaschinensteuerung, Verwenden eines Kraftstoffbrenners, Verwenden eines katalytischen Oxidationsmittels zum Anheben der Abgastemperatur mit Nacheinspritzung von Kraftstoff, Verwenden von Widerstandsheizspulen und/oder Verwenden von Mikrowellenenergie. Die Widerstandsheizspulen sind typischerweise in Kontakt mit dem PM-Filter angeordnet, um ein Beheizen sowohl durch Leitung als auch Konvektion zu ermöglichen.Over time, the PM filter becomes full. During regeneration, the PM can be burned in the PM filter. Regeneration may include heating the PM filter to a combustion temperature of the PM. There are various ways of performing regeneration, including modifying engine control, using a fuel burner, using a catalytic oxidizer to raise the exhaust temperature with post-injection of fuel, using resistive heating coils, and / or using microwave energy. The resistance heating coils are typically placed in contact with the PM filter to allow heating by both conduction and convection.
Diesel-PM verbrennt, wenn Temperaturen über einer Verbrennungstemperatur, beispielsweise 600°C, erreicht werden. Gemäß der Lehre der
Der Start der Verbrennung bewirkt einen weiteren Temperaturanstieg. Während fremdgezündete Brennkraftmaschinen typischerweise niedrige Sauerstoffwerte im Abgasstrom aufweisen, weisen Dieselbrennkraftmaschinen signifikant höhere Sauerstoffwerte auf. Während die erhöhten Sauerstoffwerte eine schnelle Regeneration des PM-Filters möglich machen, können sie auch einige Probleme aufwerfen.The start of combustion causes a further rise in temperature. While spark-ignited internal combustion engines typically have low oxygen values in the exhaust gas flow, diesel internal combustion engines have significantly higher oxygen values. While the increased oxygen levels allow rapid regeneration of the PM filter, they can also pose some problems.
PM-Reduktionssysteme, die Kraftstoff verwenden, pflegen die Kraftstoffwirtschaftlichkeit zu mindern. Viele auf Kraftstoff beruhende PM-Reduktionssysteme mindern die Kraftstoffwirtschaftlichkeit zum Beispiel um 5%. Elektrisch beheizte PM-Reduktionssysteme mindern die Kraftstoffwirtschaftlichkeit um einen vernachlässigbaren Betrag. Eine Langlebigkeit der elektrisch beheizten PM-Reduktionssysteme ist aber schwierig zu verwirklichen. Ferner kann die Leistung zum elektrischen Beheizen des PM erheblich sein.PM reduction systems that use fuel tend to reduce fuel economy. For example, many fuel-reducing PM reduction systems reduce fuel economy by 5%. Electrically heated PM reduction systems reduce fuel economy by a negligible amount. However, the longevity of the electrically heated PM reduction systems is difficult to achieve. Furthermore, the electrical heating power of the PM can be significant.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die Energie, die zum Regenerieren eines Partikelmaterial-Filters benötigt wird, zu reduzieren.The object of the invention is to reduce the energy required to regenerate a particulate filter.
ZusammenfassungSummary
Diese Aufgabe wird mit einem System mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst.This object is achieved with a system with the features of
In einer beispielhaften Ausführungsform wird ein System vorgesehen, das einen Partikelmaterial(PM)-Filter mit mehreren Zonen, eine elektrische Heizvorrichtung und ein Steuermodul umfasst. Die elektrische Heizvorrichtung umfasst Heizvorrichtungssegmente, die jeweils einer jeweiligen der Zonen entsprechen. Die elektrische Heizvorrichtung ist stromaufwärts von und nahe dem PM-Filter angeordnet. Das Steuermodul legt mittels eines ersten der Heizvorrichtungssegmente selektiv ein erstes Energieniveau an einer ersten der Zonen an, um in der ersten Zone eine Regeneration auszulösen. Das Steuermodul legt auch an einer zweiten der Zonen mittels eines zweiten der Heizvorrichtungssegmente selektiv ein zweites Energieniveau an, das kleiner als das erste Energieniveau ist, um in der zweiten Zone eine Regeneration auszulösen. In an exemplary embodiment, a system is provided that includes a multi-zone particulate matter (PM) filter, an electrical heater, and a control module. The electric heater includes heater segments, each corresponding to a respective one of the zones. The electric heater is located upstream of and near the PM filter. The control module selectively applies a first energy level to a first of the zones by means of a first of the heater segments in order to trigger regeneration in the first zone. The control module also selectively applies a second energy level to a second one of the zones by means of a second one of the heater segments, which is less than the first energy level in order to trigger regeneration in the second zone.
Bei anderen Merkmalen wird ein Verfahren vorgesehen, das das Vorsehen eines Partikelmaterial(PM)-Filters mit Zonen umfasst. Eine elektrische Heizvorrichtung, die Heizvorrichtungssegmente umfasst, die jeweils einer jeweiligen der Zonen entsprechen, ist stromaufwärts von und nahe dem PM-Filter angeordnet. An einer ersten der Zonen wird mittels eines ersten der Heizvorrichtungssegmente ein erstes Energieniveau angelegt, um in der ersten Zone eine Regeneration auszulösen. Ein zweites Energieniveau, das kleiner als das erste Energieniveau ist, wird mittels eines zweiten der Heizvorrichtungssegmente selektiv an einer zweiten der Zonen angelegt, um in der zweiten Zone eine Regeneration auszulösen.In other features, a method is provided that includes providing a zone particulate matter (PM) filter. An electrical heater, including heater segments each corresponding to a respective one of the zones, is located upstream of and near the PM filter. A first energy level is applied to a first of the zones by means of a first of the heating device segments in order to trigger regeneration in the first zone. A second energy level, which is less than the first energy level, is selectively applied to a second one of the zones using a second one of the heater segments to initiate regeneration in the second zone.
Bei noch anderen Merkmalen wird ein System vorgesehen, das einen Partikelmaterial(PM)-Filter mit Zonen, eine elektrische Heizvorrichtung und ein Steuermodul umfasst. Die elektrische Heizvorrichtung umfasst Heizvorrichtungssegmente, die jeweils einer jeweiligen der Zonen entsprechen. Die elektrische Heizvorrichtung ist stromaufwärts von und nahe dem PM-Filter angeordnet. Ein Steuermodul regeneriert die Zonen durch selektives Anlegen eines unterschiedlichen Energieniveaus an jeder der Zonen.In yet other features, a system is provided that includes a zone particulate matter (PM) filter, an electrical heater, and a control module. The electric heater includes heater segments, each corresponding to a respective one of the zones. The electric heater is located upstream of and near the PM filter. A control module regenerates the zones by selectively applying a different energy level to each of the zones.
Weitere Gebiete der Anwendbarkeit gehen aus der hierin vorgesehenen Beschreibung hervor.Further areas of applicability will become apparent from the description provided herein.
FigurenlisteFigure list
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1 ist ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Brennkraftmaschinensystems, das ein Leistungsverteilungssystem für einen elektrisch beheizten Partikelmaterial(PM)-Filter enthält;1 FIG. 14 is a functional block diagram of an exemplary engine system that includes a power distribution system for an electrically heated particulate matter (PM) filter; -
2 zeigt eine nicht erfindungsgemäße Zonenaufteilung einer in Zonen aufgeteilten Einlassheizvorrichtung für den elektrisch beheizten Partikelmaterial(PM)-Filter von1 ;2nd shows a zone division according to the invention of a zoned inlet heating device for the electrically heated particle material (PM) filter from1 ; -
3 zeigt eine erfindungsgemäße Zonenaufteilung einer in Zonen aufgeteilten Einlassheizvorrichtung für den elektrisch beheizten PM-Filter von1 ;3rd shows an inventive zoning of a zoned inlet heater for the electrically heated PM filter of1 ; -
4 zeigt eine beispielhafte Widerstandsheizvorrichtung in einer der Zonen der in Zonen aufgeteilten Einlassheizvorrichtung von3 ;4th FIG. 12 shows an exemplary resistance heater in one of the zones of the zoned inlet heater of FIG3rd ; -
5 zeigt den elektrisch beheizten PM-Filter von1 , der eine in Zonen aufgeteilte elektrische Heizvorrichtung aufweist;5 shows the electrically heated PM filter from1 having a zoned electric heater; -
6 zeigt Beheizen in der in Zonen aufgeteilten elektrischen Heizvorrichtung von1 und5 ;6 shows heating in the zoned electric heater of FIG1 and5 ; -
7 ist ein Flussdiagramm, das beispielhafte Schritte zeigt, die von dem Steuermodul zum Anheben des Abgastemperatureintrags zu dem elektrisch beheizten PM-Filter vor Starten der Regeneration ausgeführt werden;7 FIG. 12 is a flowchart showing exemplary steps performed by the exhaust temperature entry control module to the electrically heated PM filter prior to starting regeneration; -
8 ist ein Flussdiagramm, das beispielhafte Schritte zum Regenerieren einer in Zonen aufgeteilten elektrischen Heizvorrichtung, die einem PM-Filter zugeordnet ist, zeigt;8th FIG. 14 is a flowchart showing exemplary steps for regenerating a zoned electric heater associated with a PM filter; -
9 ist ein beispielhafter Graph, der eine Umverteilung von Strömen während Regeneration eines PM-Filters zeigt; und9 12 is an exemplary graph showing redistribution of currents during regeneration of a PM filter; and -
10 ist ein beispielhafter Graph eines Energieeintrags zu jeder der fünf Zonen von9 .10th is an exemplary graph of energy input to each of the five zones of9 .
Eingehende BeschreibungDetailed description
Es versteht sich, dass in den gesamten Zeichnungen entsprechende Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile und Merkmale bezeichnen.It goes without saying that corresponding reference symbols designate identical or corresponding parts and features in the entire drawings.
Wie hierin verwendet bezieht sich der Begriff Modul auf eine applikationsspezifische integrierte Schaltung (ASIC, kurz vom engl. Application Specific Integrated Circuit), 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.As used herein, the term module refers to an application specific integrated circuit (ASIC), an electronic circuit, a processor (shared, dedicated, or group), and memory that contains one or more software or Execute firmware programs, a combinatorial logic circuit and / or other suitable components that provide the functionality described.
Die vorliegende Offenbarung hebt die eingebrachte Abgastemperatur vor Ausführen von Regeneration mit Hilfe einer elektrischen Heizvorrichtung an, um eine stabilere Regeneration des PM-Filters zu ermöglichen. Lediglich zum Beispiel kann die Einlassabgastemperatur über die maximale Abgastemperatur am PM-Filter, die während normalen Betriebs auftritt, und unter eine Rußoxidationstemperatur angehoben werden. Die Temperatur des in einen Einlass des PM-Filters eindringenden Abgases kann durch Abwandeln von Brennkraftmaschinensteuerung, Verwenden eines Kraftstoffbrenners, Verwenden eines katalytischen Oxidationsmittels zum Anheben der Abgastemperatur mit Nacheinspritzung von Kraftstoff und/oder andere geeignete Vorgehensweisen angehoben werden.The present disclosure raises the introduced exhaust gas temperature before performing regeneration using an electric heater to allow more stable regeneration of the PM filter. For example only, the intake exhaust temperature may be raised above the maximum exhaust temperature at the PM filter that occurs during normal operation and below a soot oxidation temperature. The temperature of the exhaust gas entering an inlet of the PM filter can be increased by modifying engine control, using a fuel burner, using a catalytic oxidizer to raise the exhaust gas temperature with post-injection of fuel, and / or other suitable approaches.
Lediglich zum Beispiel kann die Abgastemperatur auf einen Temperaturbereich zwischen 340 bis 540°C angehoben werden. Dieser Temperaturbereich ist niedriger als die typische Rußoxidationstemperatur, aber höher als die natürliche Abgastemperatur. Typischerweise arbeiten Brennkraftmaschinen mit hohem Wirkungsgrad kühler als etwa 300°C.For example, the exhaust gas temperature can be raised to a temperature range between 340 and 540 ° C. This temperature range is lower than the typical soot oxidation temperature, but higher than the natural exhaust gas temperature. Typically, high efficiency internal combustion engines work cooler than about 300 ° C.
Sobald die Abgastemperatur zu dem PM-Filter angehoben ist, aktiviert die elektrische Heizvorrichtung beheizte Zonen, was das Ausbreiten einer Rußverbrennungswelle den PM-Filterkanal hinab zum Reinigen des Filters bewirkt. Dieser Prozess setzt sich fort, bis alle der Heizvorrichtungszonen regeneriert sind. Wenn eine Regeneration des PM-Filters mit einer Einlassabgastemperatur in diesem erhöhten Temperaturbereich ausgeführt wird, wie hierin beschrieben wird, neigen die Verbrennungsflammenfronten weniger zu einem Verlöschen. Die erhöhte Einlassabgastemperatur erzeugt auch ein kleineres Temperaturdelta, was Wärmespannungskräfte an dem PM-Filter senkt.Once the exhaust gas temperature to the PM filter is raised, the electric heater activates heated zones, causing a soot combustion wave to spread down the PM filter channel to clean the filter. This process continues until all of the heater zones are regenerated. If regeneration of the PM filter is performed with an intake exhaust temperature in this elevated temperature range, as described herein, the combustion flame fronts are less likely to extinguish. The increased inlet exhaust gas temperature also creates a smaller temperature delta, which lowers thermal stress on the PM filter.
Die elektrische Heizvorrichtung kann in Zonen aufgeteilt sein oder kann nicht in Zonen aufgeteilt sein. Die elektrische Heizvorrichtung kann mit dem PM-Filter in Kontakt stehen oder von diesem beabstandet sein. Die Heizvorrichtung beheizt selektiv den gesamten PM-Filter oder Teile desselben. Der PM-Filter kann mit der Vorderseite des PM-Filters in Kontakt stehen oder nahe genug an dieser angebracht sein, um das Heizmuster zu steuern. Die Länge der Heizvorrichtung kann so festgelegt werden, dass die Abgastemperatur optimiert wird.The electric heater may or may not be zoned. The electrical heater may contact or be spaced from the PM filter. The heater selectively heats all or part of the PM filter. The PM filter may be in contact with, or close enough to, the front of the PM filter to control the heating pattern. The length of the heater can be set to optimize the exhaust gas temperature.
Wärmeenergie wird von der elektrischen Heizvorrichtung zu dem PM-Filter übertragen. Der PM-Filter kann durch Konvektion und/oder Leitung beheizt werden. Die elektrische Heizvorrichtung kann in Zonen unterteilt sein, um die zum Beheizen des PM-Filters erforderliche elektrische Leistung zu verringern. Die Zonen beheizen auch ausgewählte stromabwärts befindliche Teile in dem PM-Filter. Durch Beheizen nur der ausgewählten Teile des Filters wird die Größenordnung der Kräfte in dem Substrat aufgrund thermischer Ausdehnung verringert. Dadurch können höhere örtlich begrenzte Rußtemperaturen während Regeneration verwendet werden, ohne den PM-Filter zu beschädigen.Thermal energy is transferred from the electric heater to the PM filter. The PM filter can be heated by convection and / or conduction. The electrical heater may be zoned to reduce the electrical power required to heat the PM filter. The zones also heat selected downstream parts in the PM filter. By heating only the selected parts of the filter, the magnitude of the forces in the substrate due to thermal expansion is reduced. This allows higher, localized soot temperatures to be used during regeneration without damaging the PM filter.
Der PM-Filter kann durch selektives Beheizen einer oder mehrerer der Zonen vor dem PM-Filter und durch Zünden des Rußes mit Hilfe des erwärmten Abgases regeneriert werden. Wenn eine ausreichende Stirnseitentemperatur erreicht ist, kann die Heizvorrichtung abgeschaltet werden und der brennende Ruß wandert dann kaskadenartig die Länge des PM-Filterkanals hinab, was einer brennenden Zündschnur bei einem Feuerwerkskörper ähnelt. Der brennende Ruß ist der Kraftstoff, der die Regeneration fortsetzt. Dieser Prozess wird für jede Heizzone fortgesetzt, bis der PM-Filter vollständig regeneriert ist.The PM filter can be regenerated by selectively heating one or more of the zones in front of the PM filter and by igniting the soot using the heated exhaust gas. When a sufficient face temperature has been reached, the heating device can be switched off and the burning soot then cascades down the length of the PM filter channel, which is similar to a burning fuse in a firework. The burning soot is the fuel that continues the regeneration. This process continues for each heating zone until the PM filter is fully regenerated.
Die Heizvorrichtungszonen können so beabstandet sein, dass Wärmespannung zwischen aktiven Heizvorrichtungen gemindert wird. Daher sind die Gesamtspannungskräfte aufgrund von Beheizen kleiner und sind über das Volumen des gesamten elektrisch beheizten PM-Filters verteilt. Diese Vorgehensweise ermöglicht Regeneration in größeren Segmenten des elektrisch beheizten PM-Filters, ohne Wärmespannungen zu erzeugen, die den elektrisch beheizten PM-Filter beschädigen.The heater zones can be spaced so that thermal stress between active heaters is reduced. Therefore, the total tension forces due to heating are smaller and are distributed over the volume of the entire electrically heated PM filter. This procedure enables regeneration in larger segments of the electrically heated PM filter without generating thermal stresses that damage the electrically heated PM filter.
Ein größter Temperaturgradient pflegt an den Kanten der in Zonen aufgeteilten Heizvorrichtungen aufzutreten. Daher ermöglicht das Aktivieren einer Heizvorrichtung hinter die örtlich begrenzte Spannungszone einer anderen Heizvorrichtung ein aktiver beheiztes Regenerationsvolumen ohne Zunahme der Gesamtspannung. Dies pflegt die Möglichkeit der Regeneration in einem Fahrzyklus zu verbessern und verringert Kosten und Komplexität, da das System nicht so viele Zonen unabhängig regenerieren muss.A greatest temperature gradient tends to occur on the edges of the zoned heaters. Therefore, activating a heater behind the localized voltage zone of another heater enables an active heated regeneration volume without increasing the total voltage. This tends to improve the possibility of regeneration in one driving cycle and reduces costs and complexity since the system does not have to regenerate as many zones independently.
Unter Bezug nun auf
Das Brennkraftmaschinensystem
Ein turboaufgeladenes Dieselbrennkraftmaschinensystem
Die Luft in dem Ansaugkrümmer
Die Abgasanlage umfasst einen Abgaskrümmer
Ein Steuermodul
Die Sensoren können Temperatursensoren, Brennkraftmaschinensensoren und Module, mit Luft in Beziehung stehende Sensoren und Drucksensoren umfassen. Die Sensoren können Sensoren zum Ermitteln von Abgasströmungswerten, Abgastemperaturwerten, Abgasdruckwerten, Sauerstoffwerten, Ansaugluftströmungsgeschwindigkeiten, Ansaugluftdruck, Ansauglufttemperatur, Brennkraftmaschinendrehzahl, AGR, etc. umfassen.The sensors can include temperature sensors, engine sensors, and modules, air-related sensors, and pressure sensors. The sensors may include sensors for determining exhaust gas flow values, exhaust gas temperature values, exhaust gas pressure values, oxygen values, intake air flow velocities, intake air pressure, intake air temperature, engine speed, EGR, etc.
Die Temperatursensoren können einen Ansaugtemperatursensor, einen Brennkraftmaschinenkühlmitteltemperatursensor, einen Brennkraftmaschinenöltemperatursensor, Abgastemperatursensoren, PM-Filter-Temperatursensoren, einen Umgebungstemperatursensor umfassen und können andere Brennkraftmaschinentemperatursensoren umfassen. Der Ansauglufttemperatursensor kann ein Signal für eine Ansauglufttemperatur (IAT) erzeugen. Der Brennkraftmaschinenkühlmitteltemperatursensor kann ein Brennkraftmaschinenkühlmitteltemperatur(ECT)-Signal erzeugen. Der Brennkraftmaschinenöltemperatursensor kann ein Brennkraftmaschinenöltemperatur(TOIL)-Signal erzeugen. Die Abgastemperatursensoren können Einlass-, Innen- und Auslass-Abgastemperatursignale erzeugen, die einem PM-Filter zugeordnet sind. Der Umgebungstemperatursensor kann ein Umgebungstemperatur(AMB)-Signal erzeugen.The temperature sensors may include an intake temperature sensor, an engine coolant temperature sensor, an engine oil temperature sensor, exhaust gas temperature sensors, PM filter temperature sensors, an ambient temperature sensor, and may include other engine temperature sensors. The intake air temperature sensor can be a signal for a Generate intake air temperature (IAT). The engine coolant temperature sensor may generate an engine coolant temperature (ECT) signal. The engine oil temperature sensor may generate an engine oil temperature (T OIL ) signal. The exhaust temperature sensors can generate intake, interior, and exhaust exhaust temperature signals associated with a PM filter. The ambient temperature sensor can generate an ambient temperature (AMB) signal.
Die Brennkraftmaschinensensoren und -module können ein Zylinderluftprüfmodul, einen Brennkraftmaschinenabtriebsdrehmomentsensor oder - modul, ein Brennkraftmaschinenlastmodul, eine Brennkraftmaschinenbetriebsdaueranzeige, einen Brennkraftmaschinendrehzahlsensor umfassen. Das Zylinderluftprüfmodul ermittelt den Status von Luft in Zylindern einer Brennkraftmaschine. Der Status kann zum Beispiel Durchfluss und Zylinderluftmasse umfassen. Das Zylinderluftprüfmodul ermittelt den Status beruhend auf mit Luft in Beziehung stehenden Signalen, die durch die Luftsensoren erzeugt werden, und Brennkraftmaschinenabtriebsdrehmoment. Das Brennkraftmaschinenabtriebsdrehmoment kann direkt oder indirekt gemessen oder geschätzt werden. Das Brennkraftmaschinenabtriebsdrehmoment kann mittels eines oder mehrerer Sensoren, beispielsweise eines Antriebswellendrehmomentsensors, eines Dehnungsmessers oder eines anderen Drehmomentsensors, direkt gemessen werden. Das Brennkraftmaschinenabtriebsdrehmoment kann beruhend auf Brennkraftmaschinenbetriebsparametern, wovon einige hierin dargelegt werden, indirekt geschätzt werden, zum Beispiel mit Hilfe einer Lookup-Tabelle. Der Brennkraftmaschinendrehzahlsensor, beispielsweise ein Nockenwellen-, Kurbelwellen-, Schwungrad- oder Getriebesensor, erzeugt ein Drehzahlsignal, das Brennkraftmaschinendrehzahl RPM anzeigt. Das Steuermodul kann aus dem Drehzahlsignal Brennkraftmaschinendrehzahl ermitteln. Zu beachten ist, dass die Brennkraftmaschinendrehzahl beruhend auf Brennkraftmaschinenbetriebsparametern auch indirekt geschätzt werden kann.The engine sensors and modules may include a cylinder air test module, an engine output torque sensor or module, an engine load module, an engine operating time indicator, an engine speed sensor. The cylinder air test module determines the status of air in cylinders of an internal combustion engine. The status can include flow and cylinder air mass, for example. The cylinder air test module determines the status based on air related signals generated by the air sensors and engine output torque. The engine output torque can be measured or estimated directly or indirectly. The internal combustion engine output torque can be measured directly by means of one or more sensors, for example a drive shaft torque sensor, a strain gauge or another torque sensor. Engine output torque may be indirectly estimated based on engine operating parameters, some of which are set forth herein, for example using a lookup table. The engine speed sensor, such as a camshaft, crankshaft, flywheel, or transmission sensor, generates a speed signal that indicates engine speed RPM. The control module can determine the engine speed from the speed signal. It should be noted that the engine speed can also be estimated indirectly based on engine operating parameters.
Die Luftsensoren können einen Luftmengenmesser, einen Drosselklappenstellungssensor, einen Ansaugluftdrucksensor umfassen und können andere mit Luft in Beziehung stehende Sensoren umfassen. Ein Luftmengenmesser kann ein Luftmassenmesser (MAF) sein, der den Luftdurchfluss durch eine Drosselklappe überwacht. Der Drosselklappenstellungssensor spricht auf eine Stellung einer Drosselklappe an und erzeugt ein Drosselklappenstellungssignal TPS. Der Ansaugluftdrucksensor erzeugt ein Krümmerunterdrucksignal (MAP).The air sensors may include an air flow meter, a throttle position sensor, an intake air pressure sensor, and may include other sensors related to air. An air flow meter can be an air mass meter (MAF) that monitors air flow through a throttle valve. The throttle position sensor responds to a position of a throttle valve and generates a throttle position signal TPS. The intake air pressure sensor generates a manifold vacuum signal (MAP).
Die Drucksensoren können auf Atmosphärendruck ansprechen und können ein Luftdrucksignal BARO erzeugen.The pressure sensors can respond to atmospheric pressure and can generate an BARO air pressure signal.
Genauer gesagt schätzt das Steuermodul
Elektrischer Strom wird während des Regenerationsprozesses an der Heizvorrichtung
Unter Bezug nun auf
Wenn Abgas durch die aktivierten Zonen der Heizvorrichtung strömt, kommt es zu Regeneration in den entsprechenden Teilen des PM-Filters, die zuerst das erwärmte Abgas aufnahmen (z.B. Bereiche stromabwärts der aktivierten Zonen), oder in stromabwärts befindlichen Bereichen, die durch sich kaskadenartig ausbreitenden brennenden Ruß gezündet werden. Die entsprechenden Teile des PM-Filters, die sich nicht stromabwärts einer aktivierten Zone befinden, dienen als Spannungsminderungszonen. In
Während des Beheizens und Abkühlens dehnen sich die entsprechenden Teile des PM-Filters stromabwärts der aktiven Heizvorrichtungsunterzonen
Unter Bezug nun auf
In diesem Beispiel umfasst der zentrale Teil Zone
Unter Bezug nun auf
Unter Bezug nun auf
Wie sich versteht, kann die Heizvorrichtung
Unter Bezug nun auf
Unter Bezug nun auf
Wenn Schritt
Lediglich zum Beispiel kann die Regenerationstemperatur in dem PM-Filter auf ungefähr größer als oder gleich 600°C gesetzt werden. Lediglich zum Beispiel kann die Regenerationstemperatur in dem PM-Filter auf ungefähr größer als oder gleich 700°C gesetzt werden. Lediglich zum Beispiel kann die Regenerationstemperatur in dem PM-Filter auf ungefähr größer als oder gleich 800°C gesetzt werden. In einer Ausführungsform ist eine Solltemperatur bei 900°C festgelegt. Die Heizvorrichtungssegmenttemperaturen können in etwa gleich oder höher als die vorstehend genannten Temperaturen festgelegt werden.For example only, the regeneration temperature in the PM filter can be set to approximately greater than or equal to 600 ° C. For example only, the regeneration temperature in the PM filter can be set to approximately greater than or equal to 700 ° C. For example only, the regeneration temperature in the PM filter can be set to approximately greater than or equal to 800 ° C. In one embodiment, a target temperature is set at 900 ° C. The heater segment temperatures can be set approximately equal to or higher than the above temperatures.
Unter Bezug nun auf
Bei Schritt
Die Änderung der Strömungsverteilung über den Zonen kann zum Schätzen des zuzuführenden Energieniveaus verwendet werden. Die Mindesttemperatur der Stirnseite sollte ausreichen, um die Rußverbrennung zu starten und eine Kaskadenwirkung zu erzeugen. Lediglich beispielhaft kann die Mindesttemperatur der Stirnseite auf 700°C oder mehr gesetzt werden. Die Leistung kann beruhend auf dem vorbestimmten Zeitraum oder umgekehrt ermittelt werden.The change in flow distribution across the zones can be used to estimate the energy level to be supplied. The minimum temperature of the front should be sufficient to start the soot combustion and to create a cascade effect. The minimum temperature of the end face can be set to 700 ° C. or more merely by way of example. The performance can be determined based on the predetermined period or vice versa.
Bei Schritt
Bei Schritt
Bei Schritt
Die vorstehend beschriebenen Schritte sind als veranschaulichende Beispiele gedacht; die Schritte können abhängig von der Anwendung nacheinander, synchron, gleichzeitig, kontinuierlich, während überlappender Zeiträume oder in anderer Reihenfolge ausgeführt werden.The steps described above are intended as illustrative examples; Depending on the application, the steps can be carried out sequentially, synchronously, simultaneously, continuously, during overlapping periods or in another order.
Unter Bezug nun auf
Der erste Zustand wird dem PM-Filter vor Regeneration zugeordnet, wenn die fünf Zonen mit Ruß beladen oder im Wesentlichen mit Ruß beladen sind. Der zweite Zustand wird zugeordnet, nachdem eine erste Zone regeneriert wurde. Somit nahm wie gezeigt das Strömen in der ersten Zone zu. Da das Strömen in der ersten Zone zunimmt, nimmt das Strömen in den anderen Zonen ab. Der Anstieg des Durchflusses ermöglicht das Anlegen eines verringerten Energieniveaus für die Regeneration der nicht regenerierten Zonen. Wenn eine Zone regeneriert ist, bewirkt der Mangel an Ruß in dieser Zone einen Abfall des Strömungswiderstands, was zu einem stärkeren Strömen führt. Zonen, die die später erzeugt werden, haben aufgrund ihres hohen Strömungswiderstands, der durch die Rußablagerung hervorgerufen wird, den Vorteil verminderten Strömens. Vermindertes Strömen trägt dazu bei, Energie von einer elektrischen Heizvorrichtung auf Abgas und auf den PM-Filter zu übertragen.The first state is assigned to the PM filter before regeneration when the five zones are loaded with soot or are essentially loaded with soot. The second state is assigned after a first zone has been regenerated. Thus, as shown, the flow in the first zone increased. As the flow increases in the first zone, the flow decreases in the other zones. The increase in the flow rate enables the application of a reduced energy level for the regeneration of the non-regenerated zones. When a zone is regenerated, the lack of soot in that zone causes a drop in flow resistance, which leads to increased flow. Zones that are created later have the advantage of reduced flow due to their high flow resistance caused by soot deposition. Decreased flow helps transfer energy from an electric heater to exhaust gas and the PM filter.
Die erste regenerierte Zone kann ein maximales Energieniveau erhalten und folgende Zonen können ein zunehmend geringeres Energieniveau erhalten. Die Verteilung von Energie und/oder Leistung kann der Verteilung der Strömung folgen.The first regenerated zone can get a maximum energy level and subsequent zones can get an increasingly lower energy level. The distribution of energy and / or power can follow the distribution of the flow.
Der dritte Zustand wird zugeordnet, nachdem die ersten und zweiten Zone regeneriert sind. Somit nimmt wie gezeigt das Strömen in den ersten und zweiten Zonen ab, während das Strömen in den dritten, vierten und fünften Zonen abnimmt. Die vierten und fünften Zustände weisen ähnliche fortschreitende Ergebnisse wie die des dritten Zustands auf.The third state is assigned after the first and second zones are regenerated. Thus, as shown, the flow decreases in the first and second zones, while the flow decreases in the third, fourth and fifth zones. The fourth and fifth states have progressive results similar to those of the third state.
Unter Bezug nun auf
Die Graphen von
Der Druckabfall eines sauberen PM-Filters kann zum Beispiel wie durch Gleichung [1] vorgesehen dargestellt werden. Der lineare Term stellt die Druckverluste aufgrund von Kanalströmung dar und der Darcy-Term Strömung durch eine Rußschicht und eine Wand des PM-Filters. Der quadratische Term stellt die Verluste aufgrund von Ausdehnen und Zusammenziehen am Einlass des PM-Filters und am Auslass des PM-Filters sowie die Trägheitsverluste zweiter Ordnung durch die Wand dar.
Als weiteres Beispiel wird ein Druckabfall über einem mit Ruß (Kuchenschicht) beladenen PM-Filter durch Gleichung [2] vorgesehen.
BezeichnungenDesignations
Es kann angenommen werden, dass die Zonen des PM-Filters den in etwa gleichen Druckabfall aufweisen. Somit passt sich die Strömung an, so dass der Druckabfall durch einen sauberen Abschnitt gleich dem Druckabfall über einem beladenen Abschnitt ist. Die Gleichungen 1 und 2 können bei Regenerieren der Zonen zum Berechnen von Strömung verwendet werden. Die Steuerung kann auch Temperaturunterschiede zwischen den Zonen berücksichtigen.It can be assumed that the zones of the PM filter have approximately the same pressure drop. Thus the flow adjusts so that the pressure drop across a clean section is equal to the pressure drop across a loaded section.
Zum Berechnen der an den Zonen anzulegenden Energie kann angenommen werden, dass sich die elektrische Heizvorrichtung und/oder die Heizvorrichtungssegmente in einem stationären Zustand befinden. Die in die elektrische Heizvorrichtung eingebrachte Gesamtenergie ist proportional zu der auf die Gasphase übertragenen Gesamtenergie. Somit ist die Energie in etwa gleich einer Konstanten multipliziert mit dem Durchfluss, ferner multipliziert mit der Abgastemperatur. Mit erhöhtem Durchfluss wird der elektrischen Heizvorrichtung mehr Energie zum Erwärmen des Abgases auf eine vorbestimmte Temperatur geliefert. Wenn umgekehrt der Durchfluss abnimmt, da es einen anderen bevorzugten Pfad für das Abgas gibt, nämlich den gesäuberten Abschnitt, wird eine verringerte Energiemenge zum Aufwärmen des Abgases auf die gleiche vorbestimmte Temperatur vorgesehen.To calculate the energy to be applied to the zones, it can be assumed that the electrical heating device and / or the heating device segments are in a stationary state. The total energy introduced into the electric heater is proportional to the total energy transferred to the gas phase. Thus, the energy is approximately equal to a constant multiplied by the flow rate, furthermore multiplied by the exhaust gas temperature. As the flow increases, the electrical heating device is supplied with more energy for heating the exhaust gas to a predetermined temperature. Conversely, if the flow rate decreases because there is another preferred path for the exhaust gas, namely the cleaned section, a reduced amount of energy is provided for heating the exhaust gas to the same predetermined temperature.
Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen mindern den Betrag an Leistung, die von einer Stromquelle, beispielsweise einer Batterie, während Regeneration eines PM-Filters abgezogen wird. Die Ausführungsformen senken den Stromverbrauch einer elektrischen Heizvorrichtung, die zum Regenerieren eines Partikelfilters verwendet wird. Die Ausführungsformen verbessern auch die Haltbarkeit von Substrat/PM-Filter, da jede Zone des PM-Filters den geeignete Energiewert für die Regeneration erhält.The above-described embodiments reduce the amount of power drawn from a power source, such as a battery, during regeneration of a PM filter. The embodiments reduce the power consumption of an electric heater used to regenerate a particulate filter. The embodiments also improve the durability of the substrate / PM filter because each zone of the PM filter receives the appropriate energy value for regeneration.
Die vorliegende Offenbarung pflegt die Regeneration von PM-Filtern zu verbessern. Die hierin beschriebene Vorgehensweise pflegt das Wärme-Delta zu senken und verbessert daher die Substrathaltbarkeit. Kraft aufgrund von thermischem Ausdehnen und Zusammenziehen ist definiert als αΔTE(Area), wobei α ein Expansionskoeffizient ist, E der Youngsche Modul, Area eine Umfangsfläche und gleich ΠD ist und ΔT das Temperatur-Delta ist. Wie sich versteht, senkt das Anheben der Abgastemperatur vor Verwenden der elektrischen Heizvorrichtungen ΔT, was Kraft aufgrund von thermischem Ausdehnen und Zusammenziehen verringert. Die vorliegende Offenbarung pflegt auch einheitlichere Heizmuster vorzusehen und Flammabriss zu verringern.The present disclosure tends to improve the regeneration of PM filters. The procedure described here tends to lower the heat delta and therefore improves substrate durability. Force due to thermal expansion and contraction is defined as αΔTE (area), where α is an expansion coefficient, E is the Young's modulus, area is a circumferential surface and is equal to ΠD and ΔT is the temperature delta. As is understood, raising the exhaust temperature before using the electric heaters lowers ΔT, which reduces force due to thermal expansion and contraction. The present disclosure also tends to provide more uniform heating patterns and reduce flame out.
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