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 claim 1 and a method according to the preamble of claim 10 for regenerating a particulate matter (PM) filter.

Solch ein System und ein entsprechendes Verfahren sind beispielsweise aus der US 4 516 993 A bekannt geworden. Der Art nach im Wesentlichen vergleichbare Systeme und Verfahren gehen ferner aus der DE 37 12 333 A1 und der DE 10 2008 047 126 A1 hervor.Such a system and a corresponding method are, for example, from the US 4,516,993 A known. Systems and processes which are essentially comparable in terms of type are also based on the DE 37 12 333 A1 and the DE 10 2008 047 126 A1 forth.

Bezüglich des weitergehenden Standes der Technik sei an dieser Stelle auf die Druckschriften US 5 144 798 A , US 6 167 696 B1 , US 2003 / 0 037 674 A1 und US 5 972 075 A verwiesen.With regard to the further state of the art, reference is made to the publications at this point US 5 144 798 A , US 6,167,696 B1 , US 2003/037674 A1 and US 5,972,075 A referred.

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 DE 42 43 990 A1 ist es dabei vorgehsehen, die Heizspule so zu regeln, dass die Filtertemperatur innerhalb eines Temperaturintervalls liegt, dessen untere Grenze eine Temperatur definiert, die 25°C über der Entzündungstemperatur der im Filter absorbierten Partikel liegt, und dessen obere Grenze durch eine Temperatur definiert ist, die mindestens 50°C unter der höchst zulässigen Filtertemperatur liegt.Diesel PM burns when temperatures above a combustion temperature, for example 600 ° C, are reached. According to the teaching of DE 42 43 990 A1 it is intended to regulate the heating coil in such a way that the filter temperature lies within a temperature interval, the lower limit of which defines a temperature which is 25 ° C. above the ignition temperature of the particles absorbed in the filter, and the upper limit of which is defined by a temperature, which is at least 50 ° C below the maximum permissible filter temperature.

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 claim 1 and with a method with the features of claim 10.

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

  • 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 von 1; 2nd shows a zone division according to the invention of a zoned inlet heating device for the electrically heated particle material (PM) filter from 1 ;
  • 3 zeigt eine erfindungsgemäße Zonenaufteilung einer in Zonen aufgeteilten Einlassheizvorrichtung für den elektrisch beheizten PM-Filter von 1; 3rd shows an inventive zoning of a zoned inlet heater for the electrically heated PM filter of 1 ;
  • 4 zeigt eine beispielhafte Widerstandsheizvorrichtung in einer der Zonen der in Zonen aufgeteilten Einlassheizvorrichtung von 3; 4th FIG. 12 shows an exemplary resistance heater in one of the zones of the zoned inlet heater of FIG 3rd ;
  • 5 zeigt den elektrisch beheizten PM-Filter von 1, der eine in Zonen aufgeteilte elektrische Heizvorrichtung aufweist; 5 shows the electrically heated PM filter from 1 having a zoned electric heater;
  • 6 zeigt Beheizen in der in Zonen aufgeteilten elektrischen Heizvorrichtung von 1 und 5; 6 shows heating in the zoned electric heater of FIG 1 and 5 ;
  • 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; und 9 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 von 9. 10th is an exemplary graph of energy input to each of the five zones of 9 .

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 1 ist ein beispielhaftes Dieselbrennkraftmaschinensystem 10 schematisch gemäß der vorliegenden Offenbarung gezeigt. Es versteht sich, dass das Dieselbrennkraftmaschinensystem 10 lediglich beispielhafter Natur ist und dass das hierin beschriebene zonenbeheizte Partikelfilterregenerationssystem in verschiedenen Brennkraftmaschinensystemen implementiert werden kann, die einen Partikelfilter verwenden. 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.Now referring to 1 is an exemplary diesel engine system 10th shown schematically in accordance with the present disclosure. It is understood that the diesel engine system 10th is merely exemplary in nature and that the zone-heated particulate filter regeneration system described herein can be implemented in various internal combustion engine systems that use a particulate filter. Such internal combustion engine systems may include, but are not limited to, internal combustion engine systems with gasoline direct injection and internal combustion engine systems with homogeneous compression ignition. For ease of explanation, the disclosure is discussed in the context of a diesel engine system.

Das Brennkraftmaschinensystem 10 umfasst ein Leistungsverteilungssystem 11, das Leistung zu einer elektrischen Heizvorrichtung (HTR) 35 steuert. Das Leistungsverteilungssystem 11 umfasst ein Steuermodul 44, eine Stromquelle 46, ein Leistungsschaltermodul 47 und die elektrische Heizvorrichtung 35, die Heizvorrichtungssegmente aufweist, die Zonen eines Partikelmaterial(PM)-Filters 34 zugeordnet sind. Beispielhafte Heizvorrichtungssegmente werden in 4 gezeigt. Das Steuermodul 44 umfasst ein Pulsweitenmodulations(PWM)-Modul 49, das Energie, einschließlich Leistung und Dauer der an den Heizvorrichtungssegmenten angelegten Leistung, steuert. Das Leistungsschaltermodul 47 kann ein Leistungsverteiler sein, der Relais und/oder Schalter 51 umfasst, die den Heizvorrichtungssegmenten zugeordnet sind. Das Steuermodul 44 liefert den Schaltern 51 Steuersignale, um ein Übertragen von Leistung von der Stromquelle 46 zu den ausgewählten Heizvorrichtungssegmenten zu ermöglichen.The internal combustion engine system 10th includes a power distribution system 11 power to an electric heater (HTR) 35 controls. The power distribution system 11 includes a control module 44 , a power source 46 , a circuit breaker module 47 and the electric heater 35 , which has heater segments, the zones of a particulate matter (PM) filter 34 assigned. Exemplary heater segments are shown in 4th shown. The control module 44 includes a pulse width modulation (PWM) module 49 that controls energy, including power and duration of the power applied to the heater segments. The circuit breaker module 47 can be a power distributor, the relay and / or switch 51 includes which are associated with the heater segments. The control module 44 supplies the switches 51 Control signals to transfer power from the power source 46 to allow for the selected heater segments.

Ein turboaufgeladenes Dieselbrennkraftmaschinensystem 10 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 10 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.A turbocharged diesel engine system 10th includes an internal combustion engine 12th that burns an air and fuel mixture to produce drive torque. The air flows through an air filter 14 into the system. Air passes through the air filter 14 and gets into a turbocharger 18th sucked. The turbocharger 18th compresses those into the system 10th incoming fresh air. The greater the compression of the air in general, the greater the output power of the internal combustion engine 12th . The compressed air then passes through an air cooler 20 before going into an intake manifold 22 entry.

Die Luft in dem Ansaugkrümmer 22 wird in Zylinder 26 verteilt. Obwohl vier Zylinder 26 dargestellt sind, können die Systeme und Verfahren der vorliegenden Offenbarung in Brennkraftmaschinen mit mehreren Zylindern ausgeführt sein, einschließlich, aber nicht ausschließlich mit 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.The air in the intake manifold 22 is in cylinder 26 distributed. Although four cylinders 26 illustrated, the systems and methods of the present disclosure may be embodied in multi-cylinder engines, including but not limited to 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10, and 12 cylinders. It is also understood that the systems and methods of the present disclosure can be implemented in a V-cylinder configuration. Fuel is delivered through fuel injectors 28 in the cylinders 26 injected. Heat from the compressed air ignites the air / fuel mixture. Combustion of the air / fuel mixture produces exhaust gas. The exhaust gas emerges from the cylinders 26 into the exhaust system.

Die Abgasanlage umfasst einen Abgaskrümmer 30, einen Dieseloxidationskatalysator (DOC) 32 und eine Partikelfilter(PM-Filter)-Anordnung 34 mit einer Einlassheizvorrichtung 35. Die Heizvorrichtung 35 kann in Zonen aufgeteilt sein. 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, durch die Heizvorrichtung 35 und in die PM-Filteranordnung 34. Der DOC 32 oxidiert das Abgas auf der Grundlage des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses nach der Verbrennung. Das Ausmaß der Oxidation erhöht die Temperatur des Abgases. Die PM-Filteranordnung 34 empfängt Abgas von dem DOC 32 und filtert jegliche in dem Abgas vorhandenen Partikel heraus. Die Einlassheizvorrichtung 35 steht mit der PM-Filteranordnung 34 in Kontakt oder ist von dieser beabstandet und erwärmt das Abgas auf eine Regenerationstemperatur, wie später beschrieben wird.The exhaust system includes an exhaust manifold 30th , a diesel oxidation catalyst (DOC) 32 and a particle filter (PM filter) arrangement 34 with an inlet heater 35 . The heater 35 can be divided into zones. Optionally, an EGR valve (not shown) returns part of the exhaust gas to the intake manifold 22 back. The rest of the exhaust gas is in the turbocharger 18th directed to drive a turbine. The turbine facilitates the compression of the air filter 14 fresh air intake. The exhaust gas flows out of the turbocharger 18th through the DOC 32 , through the heater 35 and into the PM filter assembly 34 . The DOC 32 oxidizes the exhaust gas based on the air / fuel ratio after combustion. The extent of the oxidation increases the temperature of the exhaust gas. The PM filter arrangement 34 receives exhaust from the DOC 32 and filters out any particles present in the exhaust gas. The inlet heater 35 stands with the PM filter arrangement 34 in contact or is spaced therefrom and heats the exhaust gas to a regeneration temperature, as will be described later.

Ein Steuermodul 44 steuert die Brennkraftmaschine und die PM-Filter-Regeneration auf der Grundlage verschiedener erfasster und/oder geschätzter Informationen. Die erfassten Informationen können von Sensoren 53 stammen oder können beruhend auf erfassten Informationen und Betriebszustand des Brennkraftmaschinensystems 10 geschätzt werden.A control module 44 controls the engine and PM filter regeneration based on various sensed and / or estimated information. The information collected can be from sensors 53 originate or can be based on recorded information and the operating state of the internal combustion engine system 10th to be appreciated.

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 44 die Beladung der PM-Filteranordnung 34 beruhend auf den erfassten und geschätzten Informationen. Wenn die geschätzte Beladung bei einem vorbestimmen Wert liegt und der Abgasdurchfluss innerhalb eines Sollbereichs liegt, kann über eine Stromquelle 46 elektrischer Strom zu der PM-Filteranordnung 34 geleitet werden, um den Regenerationsprozess einzuleiten. Die Dauer des Regenerationsprozesses kann auf der Grundlage der geschätzten Menge an Partikelmaterial in der PM-Filteranordnung 34 verändert werden. More precisely, the control module estimates 44 the loading of the PM filter arrangement 34 based on the captured and estimated information. If the estimated load is at a predetermined value and the exhaust gas flow is within a target range, a power source can be used 46 electrical current to the PM filter assembly 34 be directed to initiate the regeneration process. The duration of the regeneration process can be based on the estimated amount of particulate matter in the PM filter assembly 34 to be changed.

Elektrischer Strom wird während des Regenerationsprozesses an der Heizvorrichtung 35 angelegt. Genauer gesagt kann die Energie ausgewählte Zonen der Heizvorrichtung 35 der PM-Filteranordnung 34 jeweils über vorbestimmte Zeitspannen beheizen. Durch die Heizvorrichtung 35 tretendes Abgas wird durch die aktivierten Zonen erwärmt. Das erwärmte Abgas strömt zu dem stromabwärts befindlichen Filter der PM-Filteranordnung 34 und beheizt den Filter durch Konvektion und/oder Leitung. Der Rest des Regenerationsprozesses kann unter Verwendung der Wärme, die durch das durch den PM-Filter tretende erwärmte Abgas erzeugt wird, verwirklicht werden.Electric current is applied to the heater during the regeneration process 35 created. More specifically, the energy can be selected zones of the heater 35 the PM filter arrangement 34 heat each for a predetermined period of time. Through the heater 35 Exhaust gas is heated by the activated zones. The heated exhaust gas flows to the downstream filter of the PM filter arrangement 34 and heats the filter by convection and / or conduction. The rest of the regeneration process can be accomplished using the heat generated by the heated exhaust gas passing through the PM filter.

Unter Bezug nun auf 2 wird eine nicht erfindungsgemäße in Zonen aufgeteilte Einlassheizvorrichtung 35' für die PM-Filteranordnung 34 gezeigt. Die elektrisch beheizte PM-Filteranordnung 34 ist beabstandet von der PM-Filteranordnung 34 oder mit dieser in Kontakt stehend angeordnet. Die PM-Filteranordnung 34 umfasst mehrere beabstandete Heizvorrichtungszonen, die Zone 1 (mit Unterzonen 1A, 1B und 1C), Zone 2 (mit Unterzonen 2A, 2B und 2C) und Zone 3 (mit Unterzonen 3A, 3B und 3C) umfassen. Die Zonen 1, 2 und 3 können während unterschiedlicher jeweiliger Zeiträume aktiviert werden.Now referring to 2nd becomes an inlet heater not zoned according to the invention 35 ' for the PM filter arrangement 34 shown. The electrically heated PM filter arrangement 34 is spaced from the PM filter assembly 34 or arranged in contact with it. The PM filter arrangement 34 includes several spaced heater zones, the zone 1 (with subzones 1A , 1B and 1C ), Zone 2nd (with subzones 2A , 2 B and 2C ) and zone 3rd (with subzones 3A , 3B and 3C ) include. The zones 1 , 2nd and 3rd can be activated during different periods.

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 2 sind zum Beispiel die Unterzonen 1A, 1B und 1C aktiviert und die Unterzonen 2A, 2B, 2C, 3A, 3B und 3C dienen als Spannungsminderungszonen.When exhaust gas flows through the activated zones of the heating device, regeneration occurs in the corresponding parts of the PM filter, which first took up the heated exhaust gas (e.g. areas downstream of the activated zones), or in downstream areas, which are caused by burning cascades that spread out Soot to be ignited. The corresponding parts of the PM filter that are not downstream of an activated zone serve as voltage reduction zones. In 2nd are for Example the subzones 1A , 1B and 1C activated and the subzones 2A , 2 B , 2C , 3A , 3B and 3C serve as stress reduction zones.

Während des Beheizens und Abkühlens dehnen sich die entsprechenden Teile des PM-Filters stromabwärts der aktiven Heizvorrichtungsunterzonen 1A, 1B und 1C thermisch aus und ziehen sich thermisch zusammen. Die Spannungsminderungsunterzonen 2A und 3A, 2B und 3B sowie 2C und 3C mindern eine durch das Ausdehnen und Zusammenziehen der Heizvorrichtungsunterzonen 1A, 1B und 1C bewirkte mechanische Spannung. Nachdem Zone 1 die Regeneration beendet hat, kann die Zone 2 aktiviert werden, und die Zonen 1 und 3 dienen als Spannungsminderungszonen. Nachdem die Zone 2 die Regeneration beendet hat, kann die Zone 3 aktiviert werden, und die Zonen 1 und 2 dienen als Spannungsminderungszonen.During heating and cooling, the corresponding parts of the PM filter expand downstream of the active heater sub-zones 1A , 1B and 1C thermally and contract thermally. The stress reduction subzones 2A and 3A , 2 B and 3B such as 2C and 3C mitigate one by expanding and contracting the heater sub-zones 1A , 1B and 1C caused mechanical tension. After zone 1 the regeneration has ended, the zone 2nd be activated and the zones 1 and 3rd serve as stress reduction zones. After the zone 2nd the regeneration has ended, the zone 3rd be activated and the zones 1 and 2nd serve as stress reduction zones.

Unter Bezug nun auf 3 wird eine andere beispielhafte Anordnung einer in Zonen aufgeteilten Einlassheizvorrichtung 35" gezeigt. Ein zentraler Teil kann von einer mittleren Zone umgeben sein, die ein erstes umlaufendes Band von Zonen umfasst. Der mittlere Teil kann von einem äußeren Teil umgeben sein, der ein zweites umlaufendes Band von Zonen umfasst.Now referring to 3rd Another exemplary arrangement of a zoned inlet heater 35 " shown. A central part can be surrounded by a central zone, which comprises a first circumferential band of zones. The middle part can be surrounded by an outer part, which comprises a second circumferential band of zones.

In diesem Beispiel umfasst der zentrale Teil Zone 1. Das erste umlaufende Band von Zonen umfasst die Zonen 2 und 3. Das zweite umlaufende Band von Zonen umfasst die Zonen 1, 4 und 5. Wie bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform werden stromabwärts von aktiven Zonen befindliche Teile regeneriert, während stromabwärts von inaktiven Zonen befindliche Teile eine Spannungsminderung vorsehen. Wie erkennbar ist, kann jeweils eine der Zonen 1, 2, 3, 4 und 5 aktiviert sein. Die anderen der Zonen bleiben deaktiviert.In this example, the central part is Zone 1 . The first circulating band of zones includes the zones 2nd and 3rd . The second circulating band of zones encompasses the zones 1 , 4th and 5 . As in the embodiment described above, parts downstream of active zones are regenerated, while parts downstream of inactive zones provide a voltage reduction. As can be seen, one of the zones can be used 1 , 2nd , 3rd , 4th and 5 be activated. The other of the zones remain deactivated.

Unter Bezug nun auf 4 wird eine beispielhafte Widerstandsheizvorrichtung 200 gezeigt, die zu einer der Zonen (z.B. Zone 3) aus dem ersten umlaufenden Band von Zonen in 3 benachbart angeordnet ist. Die Widerstandsheizvorrichtung 200 kann eine oder mehrere Spulen, Heizvorrichtungssegmente oder leitende Elemente umfassen, die die jeweilige Zone bedecken, um ausreichendes Beheizen vorzusehen. Die Widerstandsheizvorrichtung 200 umfasst wie gezeigt drei (3) Heizvorrichtungssegmente 201, die elektrisch leitend sind.Now referring to 4th becomes an exemplary resistance heater 200 shown that belong to one of the zones (e.g. Zone 3rd ) from the first circulating band of zones in 3rd is arranged adjacent. The resistance heater 200 may include one or more coils, heater segments, or conductive elements covering the respective zone to provide sufficient heating. The resistance heater 200 includes three (3) heater segments as shown 201 that are electrically conductive.

Unter Bezug nun auf 5 wird die PM-Filteranordnung 34 näher gezeigt. Die PM-Filteranordnung 34 umfasst ein Gehäuse 200, einen Filter 202 und die in Zonen aufgeteilte Heizvorrichtung 35. Der Filter 202 kann einen hinteren Endstopfen 208 umfassen. Die Heizvorrichtung 35 kann zwischen einem laminaren Strömelement 210 und einem Substrat des Filters 202 angeordnet sein. Ein elektrischer Steckverbinder 211 kann den Zonen der PM-Filteranordnung 34 wie vorstehend beschrieben elektrischen Strom liefern.Now referring to 5 becomes the PM filter assembly 34 shown in more detail. The PM filter arrangement 34 includes a housing 200 , a filter 202 and the zoned heater 35 . The filter 202 can have a rear end plug 208 include. The heater 35 can be between a laminar flow element 210 and a substrate of the filter 202 be arranged. An electrical connector 211 can the zones of the PM filter arrangement 34 supply electrical current as described above.

Wie sich versteht, kann die Heizvorrichtung 35 mit dem Filter 202 in Kontakt stehen oder von diesem beabstandet sein, so dass das Beheizen Konvektions- und/oder Leitungsbeheizen ist. Zwischen der Heizvorrichtung 35 und dem Gehäuse 200 kann eine Isolierung 212 angeordnet sein. Von einem stromaufwärts befindlichen Einlass 214 dringt Abgas in die PM-Filteranordnung 34 ein und wird durch eine oder mehrere Zonen der PM-Filteranordnung 34 erwärmt. Das erwärmte Abgas wird von dem Filter 202 aufgenommen.As is understood, the heater 35 with the filter 202 are in contact or at a distance from it, so that the heating is convection and / or line heating. Between the heater 35 and the housing 200 can be insulation 212 be arranged. From an upstream inlet 214 Exhaust gas enters the PM filter assembly 34 and is passed through one or more zones of the PM filter assembly 34 warmed up. The heated exhaust gas is from the filter 202 added.

Unter Bezug nun auf 6 wird das Beheizen in der PM-Filteranordnung 34 näher gezeigt. Das Abgas 250 tritt durch die Heizvorrichtung 35 und wird durch eine oder mehrere Zonen der Heizvorrichtung 35 erwärmt. Bei Beabstandung von dem Filter 202 legt das erwärmte Abgas eine Strecke „d“ zurück und wird dann von dem Filter 202 aufgenommen. Lediglich zum Beispiel kann die Strecke „d“ ½ Zoll (1,27 cm) oder weniger sein. Der Filter 202 kann einen mittleren Einlass 240, einen Kanal 242, ein Filtermaterial 244 und einen Auslass 246 aufweisen, der radial außerhalb des Einlasses angeordnet ist. Der Filter kann katalysiert sein. Das erwärmte Abgas bewirkt ein Verbrennen von PM in dem Filter, was den PM-Filter regeneriert. Die Heizvorrichtung 35 überträgt die Wärme durch Konvektion und/oder Leitung, um einen vorderen Teil des Filters 202 zu entzünden. Wenn der Ruß in den Vorderflächenteilen eine ausreichend hohe Temperatur erreicht, wird die Heizvorrichtung abgeschaltet. Die Verbrennung von Ruß breitet sich dann kaskadenartig einen Filterkanal 254 hinab aus, ohne dass die Leistung zur Heizvorrichtung aufrechterhalten werden muss.Now referring to 6 becomes heating in the PM filter assembly 34 shown in more detail. The exhaust gas 250 passes through the heater 35 and is passed through one or more zones of the heater 35 warmed up. At a distance from the filter 202 the heated exhaust gas travels a distance "d" and is then removed by the filter 202 added. For example, the distance "d" can be ½ inch ( 1 , 27 cm) or less. The filter 202 can have a medium inlet 240 , a channel 242 , a filter material 244 and an outlet 246 have, which is arranged radially outside of the inlet. The filter can be catalyzed. The heated exhaust gas causes PM to burn in the filter, which regenerates the PM filter. The heater 35 transfers heat through convection and / or conduction to a front portion of the filter 202 to ignite. When the soot in the front surface parts reaches a sufficiently high temperature, the heater is switched off. The combustion of soot then cascades through a filter channel 254 down without having to maintain power to the heater.

Unter Bezug nun auf 7 beginnt die Steuerung bei Schritt 300. Bei Schritt 304 ermittelt die Steuerung, ob Regeneration erforderlich ist. Bei Schritt 308 ermittelt die Steuerung, ob die Eintragsabgastemperatur zu dem PM-Filter größer als ein erster Temperaturschwellenwert TTH1 ist. Der erste Temperaturschwellenwert TTH1 kann größer als eine normale Abgastemperatur, die während normalen Brennkraftmaschinenbetriebs auftritt, und kleiner als eine Rußoxidationstemperatur sein. Lediglich zum Beispiel kann der erste Temperaturschwellenwert TTH1 in dem Bereich zwischen 340-540°C gewählt werden. Lediglich zum Beispiel kann der Temperaturschwellenwert in dem Bereich zwischen 390-490°C gewählt werden. Lediglich zum Beispiel kann der Temperaturschwellenwert TTH1 in dem Bereich zwischen 430-470°C gewählt werden. Lediglich zum Beispiel kann der Temperaturschwellenwert TTH1 so gewählt werden, dass er etwa 440-460°C ist. Der Begriff „etwa“, so wie er hierin verwendet wird, bedeutet +/- 5 °C. Now referring to 7 control begins at step 300 . At step 304 the controller determines whether regeneration is required. At step 308 The controller determines whether the exhaust gas temperature to the PM filter is greater than a first temperature threshold T TH1 . The first temperature threshold T TH1 may be greater than a normal exhaust gas temperature that occurs during normal engine operation and less than a soot oxidation temperature. For example only, the first temperature threshold T TH1 can be selected in the range between 340-540 ° C. For example, the temperature threshold can be selected in the range between 390-490 ° C. Just for example the temperature threshold T TH1 can be selected in the range between 430-470 ° C. For example only, the temperature threshold T TH1 can be selected to be about 440-460 ° C. The term "about" as used herein means +/- 5 ° C.

Wenn Schritt 308 verneint wird, hebt das Brennkraftmaschinensteuermodul die Abgastemperatur bei Schritt 312 mit Hilfe einer beliebigen geeigneten Vorgehensweise an. Die Steuerung fährt von den Schritten 312 und 308 (falls bejaht) mit Schritt 316 fort. Wenn Schritt 316 bejaht wird, ermittelt die Steuerung, ob die Temperatur des PM-Filters größer als ein zweiter Temperaturschwellenwert TTH2 ist. Wenn Schritt 316 bejaht wird, führt die Steuerung die Regenerationssteuerung des PM-Filters aus. Die Steuerung fährt von den Schritten 316 (falls verneint) und Schritt 320 mit Schritt 324 fort.If step 308 if the answer is no, the internal combustion engine control module raises the exhaust gas temperature at step 312 using any suitable approach. The controller moves from the steps 312 and 308 (if yes) with step 316 away. If step 316 If the answer is affirmative, the controller determines whether the temperature of the PM filter is greater than a second temperature threshold value T TH2 . If step 316 if the answer is affirmative, the control carries out the regeneration control of the PM filter. The controller moves from the steps 316 (if not) and step 320 with step 324 away.

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 8 werden beispielhafte Schritte zum Regenerieren eines in Zonen aufgeteilten PM-Filters gezeigt. Bei Schritt 400 beginnt die Steuerung und rückt zu Schritt 404 vor. Wenn die Steuerung bei Schritt 404 ermittelt, dass Regeneration erforderlich ist, wählt die Steuerung bei Schritt 408 eine oder mehrere Zonen.Now referring to 8th exemplary steps for regenerating a zoned PM filter are shown. At step 400 control begins and moves to step 404 in front. If the control at step 404 determines that regeneration is required, the controller chooses at step 408 one or more zones.

Bei Schritt 412 schätzt die Steuerung die Energie, die zum Erreichen einer Mindesttemperatur der Filterstirnseite erforderlich ist. Die geschätzte Energie umfasst Leistung und einen Heizzeitraum zum Anlegen eines festen oder variablen Leistungsniveaus an der ausgewählten Zone oder an gewählten Teilen derselben. Die geschätzte Energie beruht auf mindestens einem von: Leistung, einschließlich elektrischen Stroms und elektrischer Spannung, dem vorbestimmten Zeitraum, Abgasstrom und Abgastemperatur. Die geschätzte Energie kann auch auf der den Heizvorrichtungssegmenten zugeordneten Querschnittfläche, der Anzahl an Zonen, Widerstandseigenschaften in Verbindung mit den Zonen und anderen Faktoren, von denen einige hierin beschrieben werden, beruhen. Das geschätzte Energieniveau kann beruhend auf Druckabfall über dem PM-Filter vom Einlass zum Auslass ermittelt werden, wie nachstehend beschrieben wird.At step 412 The controller estimates the energy required to reach a minimum temperature on the filter face. The estimated energy includes power and a heating period for applying a fixed or variable power level to the selected zone or to selected parts thereof. The estimated energy is based on at least one of: power, including electrical current and voltage, the predetermined period, exhaust gas flow, and exhaust gas temperature. The estimated energy may also be based on the cross-sectional area associated with the heater segments, the number of zones, resistance properties associated with the zones, and other factors, some of which are described herein. The estimated energy level can be determined based on pressure drop across the PM filter from the inlet to the outlet, as described below.

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 416 aktiviert die Steuerung beruhend auf der geschätzten Energie und der entsprechenden Leitung sowie dem vorbestimmten Zeitraum zum Anlegen dieser Leistung die Heizvorrichtung für die ausgewählte Zone. Die der ausgewählten Zone zugeordneten Heizvorrichtungssegmente werden aktiviert. Zum Beispiel wird ein erstes Energieniveau mit einem zugeordneten ersten Leistungsniveau an den Heizvorrichtungssegmenten einen ersten vorbestimmten Zeitraum lang (Dauer angelegter Leistung) angelegt. Das Steuermodul 44 kann zum Beispiel dem Leistungsschaltermodul 47 signalisieren, den Heizvorrichtungssegmenten Leistung zu liefern. Ein pulsweitenmoduliertes Signal kann von dem Steuermodul 44 erzeugt werden und dem Leistungsschaltermodul 47 geliefert und angepasst werden, um das ermittelte Energieniveau vorzusehen.At step 416 the controller activates the heater for the selected zone based on the estimated energy and line, and the predetermined amount of time to apply this power. The heater segments associated with the selected zone are activated. For example, a first energy level with an associated first power level is applied to the heater segments for a first predetermined period of time (duration of power applied). The control module 44 can for example the circuit breaker module 47 signal to deliver power to the heater segments. A pulse width modulated signal can be sent from the control module 44 generated and the circuit breaker module 47 delivered and adjusted to provide the determined energy level.

Bei Schritt 418 ermittelt die Steuerung, ob der vorbestimmte Heizzeitraum abgelaufen ist. Wenn Schritt 418 bejaht wird, ermittelt die Steuerung bei Schritt 420, ob weitere Zonen regeneriert werden müssen. Wenn Schritt 420 bejaht wird, rückt die Steuerung zu Schritt 422 vor, ansonsten endet die Steuerung bei Schritt 428.At step 418 the controller determines whether the predetermined heating period has expired. If step 418 if the answer is affirmative, the control determines at step 420 whether additional zones need to be regenerated. If step 420 if the answer is affirmative, the control moves to step 422 otherwise, control ends at step 428 .

Bei Schritt 422 wählt die Steuerung eine andere Zone für Regeneration. Bei Schritt 424 schätzt die Steuerung Energie, die an den Heizvorrichtungssegmenten anzulegen ist, die der ausgewählten Zone von Schritt 422 zugeordnet sind. Das geschätzte Energieniveau kann ähnlich zu dem Prozess von Schritt 412 ermittelt werden. Das geschätzte Energieniveau ist niedriger als das Energieniveau, das an einer zuvor aktivierten Zone und/oder an der in Schritt 416 aktivierten ersten Zone angelegt wurde. Um ein verringertes Energieniveau vorzusehen, kann die Leistung oder die Dauer, über die die Leistung angelegt wird, verringert werden. Die Steuerung berücksichtigt bei der Ermittlung von Strömungsverteilung die Anzahl regenerierter und nicht regenerierter Zonen. Somit kann ein zweites oder anschließendes Leistungsniveau angelegt werden, das niedriger als ein vorheriges und/oder das erste Leistungsniveau ist. Als Alternative oder kombiniert mit einer Abnahme der Leistung kann eine zweite oder anschließende Zeit ermittelt werden, die kleiner als eine vorherige und/oder die erste vorbestimmte Zeit ist. Bei Schritt 426 aktiviert die Steuerung die ausgewählte Zone von Schritt 422 durch Anlegen eines entsprechenden Leistungsniveaus über eine Zeitdauer, um das bei Schritt 424 ermittelte Energieniveau vorzusehen.At step 422 the control selects another zone for regeneration. At step 424 The controller estimates energy to be applied to the heater segments that of the selected zone by step 422 assigned. The estimated energy level can be similar to the process of step 412 be determined. The estimated energy level is lower than the energy level at a previously activated zone and / or at the step 416 activated first zone was created. To provide a reduced energy level, the power or the duration over which the power is applied can be reduced. The controller takes into account the number of regenerated and non-regenerated zones when determining the flow distribution. Thus, a second or subsequent level of performance can be created, the is lower than a previous and / or first level of performance. As an alternative or in combination with a decrease in performance, a second or subsequent time can be determined which is less than a previous and / or the first predetermined time. At step 426 the controller activates the selected zone from step 422 by applying an appropriate level of performance over a period of time, at step 424 to provide determined energy level.

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 9 veranschaulicht ein beispielhafter Graph die Umverteilung von Strömung während Regeneration eines PM-Filters. Der Graph umfasst Strömen für jeden Regenerationszustand, während Regeneration eines PM-Filters mit fünf (5) Zonen gezeigt ist. Es werden fünf Regenerationszustände gezeigt. Für jeden der fünf Zustände werden fünf Balken gezeigt. Jeder Balken ist einer bestimmten Zone des PM-Filters zugeordnet.Now referring to 9 An exemplary graph illustrates the redistribution of flow during regeneration of a PM filter. The graph includes currents for each regeneration state while regeneration of a five (5) zone PM filter is shown. Five regeneration states are shown. Five bars are shown for each of the five states. Each bar is assigned to a specific zone of the PM filter.

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 10 wird ein beispielhafter Graph des Energieeintrags zu jeder der fünf Zonen von 9 gezeigt. Die vertikale Achse ist Energie in Prozent, wobei 100% einem maximalen Energiewert entsprechen. Es werden fünf Regenerationszustände gezeigt. Für jeden der fünf Zustände werden zwei Balken gezeigt. Der erste Balken stellt ein Beispiel dar, bei dem ein gleichmäßiges Energieniveau an jeder der fünf Zonen angelegt wird. Der zweite Balken stellt eine fortschreitend abnehmende Energiemenge dar, die an jeder der fünf Zonen angelegt wird. Der erste Zustand wird dem PM-Filter vor Regeneration zugeordnet, wobei die fünf Zonen mit Ruß beladen oder im Wesentlichen mit Ruß beladen sind. Der zweite Zustand wird zugeordnet, wenn die erste Zone regeneriert ist. Der dritte Zustand wird zugeordnet, wenn die zweite Zone regeneriert ist. Der vierte Zustand wird zugeordnet, wenn die dritte Zone regeneriert ist. Der fünfte Zustand wird zugeordnet, wenn die vierte Zone regeneriert ist.Now referring to 10th is an exemplary graph of energy input to each of the five zones of 9 shown. The vertical axis is energy in percent, with 100% corresponding to a maximum energy value. Five regeneration states are shown. Two bars are shown for each of the five states. The first bar represents an example where an even energy level is applied to each of the five zones. The second bar represents a progressively decreasing amount of energy that is applied to each of the five zones. The first state is assigned to the PM filter before regeneration, the five zones being loaded with soot or essentially being loaded with soot. The second state is assigned when the first zone is regenerated. The third state is assigned when the second zone is regenerated. The fourth state is assigned when the third zone is regenerated. The fifth state is assigned when the fourth zone is regenerated.

Die Graphen von 9 und 10 sind Beispiele, bei denen die Zonen eines PM-Filters als separate verbundene PM-Filter modelliert sind, wobei jeder in etwa die gleiche Rußbeladung aufweist. Die Energiewerte können angepasst werden, um ungleiche Mengen an Rußbeladung zu berücksichtigen. Der Druckabfall über einem PM-Filter bei sauberen und beladenen Zonen kann als Funktion verschiedener Faktoren dargestellt werden. Die wesentlichen Faktoren können Strömung und Rußbeladung umfassen.The graphs of 9 and 10th are examples in which the zones of a PM filter are modeled as separate connected PM filters, each with approximately the same soot load. The energy values can be adjusted to take into account uneven amounts of soot loading. The pressure drop across a PM filter with clean and loaded zones can be represented as a function of various factors. The main factors can include flow and soot loading.

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. Δ P = μ Q g 2 V e f f ( D + w 0 ) 2 [ w 0 K 0 D + 8 F L e f f 2 3 D 4 ] + ρ g Q g 2 V e f f 2 D 2 ( D + w 0 ) 4 [ 2 ζ L e f f 2 D 2 + β w 0 4 ]

Figure DE102008050019B4_0001
For example, the pressure drop of a clean PM filter can be represented as provided by equation [1]. The linear term represents the pressure loss due to channel flow and the Darcy term flow through a soot layer and a wall of the PM filter. The quadratic term represents the losses due to expansion and contraction at the inlet of the PM filter and at the outlet of the PM filter as well as the second order inertia losses through the wall. Δ P = μ Q G 2nd V e f f ( D + w 0 ) 2nd [ w 0 K 0 D + 8th F L e f f 2nd 3rd D 4th ] + ρ G Q G 2nd V e f f 2nd D 2nd ( D + w 0 ) 4th [ 2nd ζ L e f f 2nd D 2nd + β w 0 4th ]
Figure DE102008050019B4_0001

Als weiteres Beispiel wird ein Druckabfall über einem mit Ruß (Kuchenschicht) beladenen PM-Filter durch Gleichung [2] vorgesehen. Δ P = μ Q g 2 V e f f ( D + w 0 ) 2 [ w 0 K 0 ' D + 1 2 K s ln ( D D 2 w ) + 4 F L e f f 2 3 ( 1 ( D 2 w ) 4 + 1 D 4 ) ] + ρ g Q g 2 V e f f 2 D 2 ( D + w 0 ) 4 [ 2 ζ L e f f 2 D 2 + β w 0 4 ]

Figure DE102008050019B4_0002
As another example, a pressure drop across a PM filter loaded with soot (cake layer) is provided by Equation [2]. Δ P = μ Q G 2nd V e f f ( D + w 0 ) 2nd [ w 0 K 0 ' D + 1 2nd K s ln ( D D - 2nd w ) + 4th F L e f f 2nd 3rd ( 1 ( D - 2nd w ) 4th + 1 D 4th ) ] + ρ G Q G 2nd V e f f 2nd D 2nd ( D + w 0 ) 4th [ 2nd ζ L e f f 2nd D 2nd + β w 0 4th ]
Figure DE102008050019B4_0002

BezeichnungenDesignations

DD Kanalbreite (hydraulischer Durchmesser)Channel width (hydraulic diameter) mm FF Reibungsfaktor für quadratische Kanäle, 28,45Friction factor for square channels, 28.45 -- K0 K 0 Permeabilität einer sauberen Wand eines PM-FiltersPermeability of a clean wall of a PM filter m2 m 2 K 0 '

Figure DE102008050019B4_0003
K 0 '
Figure DE102008050019B4_0003
Permeabilität einer mit Ruß beladenen Wand eines PM-FiltersPermeability of a wall of a PM filter loaded with soot m2 m 2 Ks K s Permeabilität der RußschichtPermeability of the soot layer m2 m 2 Leff L eff Nutzbare Länge (ohne Stopfen) der Kanäle des PM-FiltersUsable length (without plug) of the channels of the PM filter mm Patm P atm AtmosphärendruckAtmospheric pressure N/m2 N / m 2 Qg Q g Einlassgasstrom zum PM-FilterInlet gas flow to the PM filter m3/sm 3 / s Veff V eff Nutzbares Volumen des PM-FiltersUsable volume of the PM filter mm w0 w 0 WanddickeWall thickness mm ww RußschichtdickeSoot layer thickness mm ββ Forchheimer-Koeffizient für poröse WandForchheimer coefficient for porous wall m-1 m -1 ζζ Koeffizient für Ausdehnen/Zusammenziehen für TrägheitsdruckverlustExpansion / contraction coefficient for inertial pressure loss -- µµ GasphasenviskositätGas phase viscosity kg/m/skg / m / s ρg ρ g GasdichteGas density kg/m3 kg / m 3

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. Equations 1 and 2 can be used to calculate flow when regenerating the zones. The controller can also take temperature differences between the zones into account.

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.

Claims (12)

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; und ein 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 , dass sich 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 filter (34) comprising multiple zones (1, 2, 3, 4, 5); an electric heater (35) comprising a plurality of heater segments (201) each corresponding to a respective one of the zones (1, 2, 3, 4, 5), the electric heater (35) upstream and near the particulate matter filter (34 ) is arranged; and a control module (44) selectively providing a first energy input to a first one of the zones (1, 2, 3, 4, 5) by means of a first one of the heater segments (201) to initiate 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) by means of 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, being within the first circumferential zone band another of the several zones is located. System nach Anspruch 1, wobei die elektrische Heizvorrichtung (35) entweder benachbart zu oder in Kontakt mit dem Partikelmaterial-Filter (34) ist.System according to Claim 1 wherein the electrical heater (35) is either adjacent to or in contact with the particulate filter (34). System nach Anspruch 1, wobei das Steuermodul (44) eine erste Zeitspanne lang selektiv einen ersten Energieeintrag mittels des ersten Heizvorrichtungssegments (201) vorsieht und wobei das Steuermodul (44) eine zweite Zeitspanne lang selektiv einen zweiten Energieeintrag mittels des zweiten Heizvorrichtungssegments (201) anlegt.System according to Claim 1 , wherein the control module (44) selectively provides a first energy input by means of the first heater segment (201) for a first period of time and wherein the control module (44) selectively applies a second energy input by means of the second heater segment (201) for a second period of time. System nach Anspruch 3, wobei das Steuermodul (44) eine Heizvorrichtungssegmenttemperatur eines der Heizvorrichtungssegmente (201) beruhend auf mindestens einem von Abgasstrom, Abgastemperatur und dem Heizvorrichtungssegment (201) zugeführter Leistung schätzt, und wobei das Steuermodul (44) mindestens einen der Energieeinträge, der mittels eines der Heizvorrichtungssegmente (201) vorgesehen wird, beruhend auf der Heizvorrichtungssegmenttemperatur anpasst.System according to Claim 3 , wherein the control module (44) estimates a heater segment temperature of one of the heater segments (201) based on at least one of the power supplied by exhaust gas flow, exhaust gas temperature, and the heater segment (201), and wherein the control module (44) at least one of the energy inputs generated by one of the heater segments (201) is adjusted based on the heater segment temperature. System nach Anspruch 1, weiterhin umfassend: eine Stromquelle (46); ein Leistungsschaltermodul, das zwischen der Stromquelle und der elektrischen Heizvorrichtung (35) elektrisch angeschlossen ist, wobei das Steuermodul (44) eines der Heizvorrichtungssegmente (201) mittels des Leistungsschaltermoduls auswählt.System according to Claim 1 , further comprising: a power source (46); a circuit breaker module that is electrically connected between the power source and the electrical heater (35), the control module (44) selecting one of the heater segments (201) using the circuit breaker module. System nach Anspruch 5, wobei das Steuermodul (44) ein pulsweitenmoduliertes Signal erzeugt, und wobei das Leistungsschaltermodul der elektrischen Heizvorrichtung (35) beruhend auf dem pulsweitenmodulierten Signal Leistung zuführt.System according to Claim 5 , wherein the control module (44) generates a pulse width modulated signal, and wherein the circuit breaker module supplies power to the electrical heating device (35) based on the pulse width modulated signal. System nach Anspruch 1, wobei das Steuermodul (44) ein erstes pulsweitenmoduliertes Signal für ein erstes Heizvorrichtungssegment (201) erzeugt, und wobei das Steuermodul (44) ein zweites pulsweitenmoduliertes Signal für ein zweites Heizvorrichtungssegment (201) erzeugt. System according to Claim 1 , wherein the control module (44) generates a first pulse width modulated signal for a first heater segment (201), and wherein the control module (44) generates a second pulse width modulated signal for a second heater segment (201). System nach Anspruch 1, wobei das Steuermodul (44) der elektrischen Heizvorrichtung (35) zugeführte Leistung für jede anschließende Zonenregeneration verringert.System according to Claim 1 wherein the control module (44) reduces power supplied to the electrical heater (35) for each subsequent zone regeneration. System nach Anspruch 1, wobei das Steuermodul (44) nacheinander in jeder der Zonen eine Regeneration auslöst.System according to Claim 1 wherein the control module (44) sequentially triggers regeneration in each of the zones. Verfahren umfassend: Vorsehen eines Partikelmaterial-Filters (34), der mehrere Zonen (1, 2, 3, 4, 5) umfasst; Anordnen einer elektrischen Heizvorrichtung (35), die mehrere Heizvorrichtungssegmente (201) umfasst, die jeweils einer jeweiligen der Zonen (1, 2, 3, 4, 5) entsprechen, stromaufwärts von und nahe zu dem Partikelmaterial-Filter (34); selektives Anlegen einer ersten Energie an einer ersten der Zonen (1, 2, 3, 4, 5) mittels eines ersten der Heizvorrichtungssegmente (201), um in der ersten Zone eine Regeneration auszulösen, und selektives Anlegen eines zweiten Energieniveaus, das kleiner als das erste Energieniveau ist, an einer zweiten der Zonen (1, 2, 3, 4, 5) mittels eines zweiten der Heizvorrichtungssegmente (201), um Regeneration in der zweiten Zone auszulösen; dadurch gekennzeichnet , dass die mehreren Zonen (1, 2, 3, 4, 5) in einem ersten umlaufenden Zonenband und in einem zweiten umlaufenden Zonenband angeordnet werden, wobei das zweite umlaufende Zonenband das erste umlaufende Zonenband umgibt, wobei sich innerhalb des ersten umlaufenden Zonenbands eine weitere der mehreren Zonen befindet.A method comprising: providing a particulate filter (34) comprising multiple zones (1, 2, 3, 4, 5); Placing an electrical heater (35), comprising a plurality of heater segments (201), each corresponding to a respective one of the zones (1, 2, 3, 4, 5), upstream of and close to the particulate matter filter (34); selectively applying a first energy to a first one of the zones (1, 2, 3, 4, 5) using a first one of the heater segments (201) to initiate regeneration in the first zone and selectively applying a second energy level that is less than that is first energy level at a second one of the zones (1, 2, 3, 4, 5) by means of a second one of the heater segments (201) to trigger regeneration in the second zone; characterized in that the plurality of zones (1, 2, 3, 4, 5) are arranged in a first circumferential zone band and in a second circumferential zone band, the second circumferential zone band surrounding the first circumferential zone band, being within the first circumferential zone band another of the several zones is located. Verfahren nach Anspruch 10 umfassend: eine erste Zeitspanne lang selektives Anlegen eines ersten Energieeintrags mittels des ersten Heizvorrichtungssegments (201); und eine zweite Zeitspanne lang selektives Anlegen eines zweiten Energieeintrags mittels des zweiten Heizvorrichtungssegments (201).Procedure according to Claim 10 comprising: selectively applying a first energy input using the first heater segment (201) for a first period of time; and selectively applying a second energy input using the second heater segment (201) for a second period of time. Verfahren nach Anspruch 11, weiterhin umfassend: Schätzen einer Heizvorrichtungssegmenttemperatur eines der Heizvorrichtungssegmente (201) beruhend auf mindestens einem von Abgasstrom, Abgastemperatur und dem Heizvorrichtungssegment (201) zugeführter Leistung und Anpassen mindestens eines von Leistung und Dauer eines Energieeintrags, der mittels eines der Heizvorrichtungssegmente (201) vorgesehen wird, beruhend auf der Heizvorrichtungssegmenttemperatur.Procedure according to Claim 11 , further comprising: estimating a heater segment temperature of one of the heater segments (201) based on at least one power supplied by the exhaust gas flow, exhaust gas temperature and the heater segment (201) and adjusting at least one of the power and duration of an energy input that is provided by means of one of the heater segments (201) , based on the heater segment temperature.
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