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GEBIET
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Die vorliegende Anmeldung betrifft ein Steuersystem und insbesondere ein Steuersystem zur Regeneration eines elektrisch beheizten Partikelfilters während des Maschinen-Start/Stopp-Betriebes.
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HINTERGRUND
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Maschinen, wie Dieselmaschinen und Kompressionszündungsmaschinen, können Partikelmaterial (PM) erzeugen, das von Abgas gefiltert und durch einen PM-Filter gesammelt wird. Der PM-Filter ist in einem Abgassystem der Maschine angeordnet. Der PM-Filter reduziert Emissionen von PM, die während der Verbrennung erzeugt werden. Mit der Zeit wird der PM-Filter voll. Während eines Prozesses, der als Regeneration bezeichnet wird, kann das PM in dem PM-Filter verbrannt werden.
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Es existieren verschiedene Wege, um eine Regeneration auszuführen, einschließlich einer Modifizierung des Maschinenmanagements, der Verwendung eines Kraftstoffbrenners, der Verwendung einer katalytischen Oxidationseinrichtung zur Erhöhung der Abgastemperatur mit Nachinjektion von Kraftstoff, die Verwendung von Widerstandsheizspulen und/oder die Verwendung von Mikrowellenenergie. Die Widerstandsheizspulen werden typischerweise in Kontakt mit dem PM-Filter angeordnet, um eine Erwärmung durch sowohl Leitung als auch Konvektion zuzulassen.
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Ein Maschinensteuermodul (ECM) kann den PM-Filter unter Verwendung einer elektrischen Heiztechnik regenerieren. Die elektrische Heiztechnik betrifft das elektrische Heizen des in den PM-Filter eintretenden Abgases. Eine oder mehrere elektrische Spulen können stromaufwärts von dem PM-Filter angeordnet sein und aktiviert werden, um das Abgas zu erwärmen. Das erwärmte Abgas zündet PM in dem PM-Filter, das durch Kanäle in dem PM-Filter verbrennt. Die Abgasströmung befördert das PM durch die Kanäle.
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Die elektrische Heiztechnik sieht eine schnelle Erwärmung und ein schnelles Anspringen bzw. Zünden des PM vor. Elektrisch beheizte PM-Reduktionssysteme reduzieren eine Kraftstoffwirtschaftlichkeit um einen vernachlässigbaren Betrag, können jedoch auf Grundlage der Abgasströmung vom Betrieb her beschränkt sein. Wenn die Abgasströmung beispielsweise über einen bestimmten Durchfluss (kg/s) zunimmt, nimmt die Fähigkeit zum Auslösen einer Regeneration durch das elektrisch beheizte Element ab. Ferner nimmt die Fähigkeit zur Beibehaltung einer PM-Verbrennung durch die Kanäle ab, wenn die Abgasströmung über einen bestimmten Durchfluss zunimmt.
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Das ECM kann auch eine Verbrennung in der Maschine steuern, um die Kraftstoffwirtschaftlichkeit eines Fahrzeugs zu verbessern und/oder Emissionen zu reduzieren. Während Dauern, wenn die Maschine normalerweise im Leerlauf ist, wie beispielsweise, wenn ein Fahrer einen Bremseneingang betätigt und das Fahrzeug gestoppt wird, kann das ECM eine Kraftstofflieferung zu der Maschine stoppen, um eine Verbrennung zu stoppen. Wenn die Maschine stoppt, stoppt eine Strömung von Abgas durch das Abgassystem. Wenn das ECM bestimmt, dass der Fahrer dabei ist, das Fahrzeug zu beschleunigen, wie durch Freigeben des Bremseneinganges, kann das ECM die Maschine unter Verwendung eines Elektromotors, wie einen Maschinenanlasser, starten. Eine Verbrennung startet und Abgas beginnt durch das Abgassystem zu strömen.
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Die Druckschrift
DE 10 2008 023 397 A1 offenbart ein Steuersystem mit einem Verbrennungssteuermodul, das einen Betrieb eines Fahrzeugs in einem ersten Modus, während dem eine Verbrennungsmaschine abgeschaltet ist, und in einem zweiten Modus steuert, während dem die Verbrennungsmaschine eingeschaltet ist. Ferner umfasst das Steuersystem ein Regenerationssteuermodul in Kommunikation mit dem Verbrennungssteuermodul, das eine elektrische Heizung während des ersten Modus aktiviert, um einen Einlass eines Partikelmaterial-Filters zu erwärmen, wobei durch die Verbrennungsmaschine erzeugtes Abgas in den Einlass eintritt und einen Regenerationszyklus des Partikelmaterial-Filters in dem zweiten Modus auslöst. Das Regenerationssteuermodul steuert die elektrische Heizung während des ersten Modus auf eine erste Temperatur und deaktiviert die elektrische Heizung während des zweiten Modus.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Steuersystem zu schaffen, das gegenüber dem in der Druckschrift
DE 10 2008 023 397 A1 offenbarten Steuersystem eine verbesserte Regeneration des Partikelmaterial-Filters ermöglicht.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Ein erfindungsgemäßes Steuersystem umfasst ein Verbrennungssteuermodul und ein Regenerationssteuermodul. Das Verbrennungssteuermodul steuert einen Betrieb eines Fahrzeugs in einem ersten Modus, während dem eine Verbrennungsmaschine abgeschaltet ist, und in einem zweiten Modus, während dem die Verbrennungsmaschine eingeschaltet ist. Das Regenerationssteuermodul steht in Kommunikation mit dem Verbrennungssteuermodul und aktiviert während des ersten Modus eine elektrische Heizung, um einen Einlass eines Partikelmaterial-(PM)-Filters zu erwärmen. In dem zweiten Modus tritt durch die Verbrennungsmaschine erzeugtes Abgas in den Einlass ein und löst einen Regenerationszyklus des PM-Filters aus. Das Regenerationssteuermodul steuert die elektrische Heizung während des ersten Modus auf eine erste Temperatur. Ferner steuert das Regenerationssteuermodul während des zweiten Modus die elektrische Heizung auf eine zweite Temperatur auf Grundlage einer Temperatur des Abgases, einer Sauerstoffkonzentration des Abgases und/oder eines Durchflusses des Abgases.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die zweite Temperatur kleiner als die erste Temperatur.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung steuert das Regenerationssteuermodul während des ersten Modus die elektrische Heizung, um den PM-Filter auf eine Temperatur zu erwärmen, die größer oder gleich einer PM-Verbrennungstemperatur ist.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung bestimmt ein Stopphäufigkeitsmodul eine Stopphäufigkeit des Fahrzeugs auf Grundlage einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs während einer vorbestimmten Dauer vor dem ersten Modus, wobei das Regenerationssteuermodul den Abgaseingang zu dem PM-Filter erwärmt, wenn die Stopphäufigkeit größer als eine vorbestimmte Häufigkeitsschwelle ist.
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Weitere Anwendungsbereiche der vorliegenden Offenbarung werden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung offensichtlich.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die vorliegende Offenbarung wird aus der detaillierten Beschreibung und den begleitenden Zeichnungen besser verständlich, in welchen:
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1 ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Maschinensystems mit einem elektrisch beheizten Partikelfilter gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung ist;
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2 den beispielhaften elektrisch beheizten Partikelfilter gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht;
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3 Zonen des elektrisch beheizten Partikelfilters gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht;
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4A und 4B eine Regeneration einer Zone des beispielhaften elektrisch beheizten Partikelfilters gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung zeigen;
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5 ein Funktionsblockschaubild eines beispielhaften Maschinensteuermoduls gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung ist; und
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6 ein Flussdiagramm ist, das beispielhafte Schritte, die in dem Maschinensteuermodul ausgeführt werden, gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung zeigt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur. Zu Zwecken der Klarheit sind in den Zeichnungen dieselben Bezugszeichen zur Identifizierung ähnlicher Elemente verwendet. Die hier verwendete Formulierung ”zumindest eines aus A, B und C” sei so zu verstehen, dass ein logisches (A oder B oder C) unter Verwendung eines nicht exklusiven logischen Oder gemeint ist. Es sei zu verstehen, dass Schritte innerhalb eines Verfahrens in verschiedener Reihenfolge ausgeführt werden können, ohne die Grundsätze der vorliegenden Offenbarung zu ändern.
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Der hier verwendete Begriff ”Modul” betrifft eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppe) und Speicher, die ein oder mehrere Software- oder Firmware-Programme ausführen, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen.
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Die elektrische Heiztechnik funktioniert am besten, wenn der Abgasdurchfluss relativ gering ist. Nur beispielhaft kann der Abgasdurchfluss gering sein, wenn die Maschine unter Stadtfahrbedingungen betrieben wird, die eine geringe Maschinendrehzahl und einen geringen Drehmomentausgang wie auch häufige Fahrzeugstopps und Leerlaufperioden aufweisen. Die elektrische Heizung heizt schneller, wenn der Abgasdurchfluss gering ist, da weniger Wärme durch das vorbeiströmende Abgas entfernt werden muss, als dann, wenn der Abgasdurchfluss hoch ist.
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Sobald die elektrische Heizung eine Verbrennung von PM in dem PM-Filter auslöst, kann der hohe Abgasdurchfluss das brennende PM auslöschen oder ”ausblasen”, bevor die Verbrennung das Ende des PM-Filters erreicht. Umgekehrt fördert ein geringer Abgasdurchfluss die Verbrennung von PM durch den PM-Filter, um den PM-Filter zu regenerieren, ohne das brennende PM auszulöschen.
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Die vorliegende Offenbarung aktiviert die elektrische Heizung, wenn die Maschine ausgeschaltet ist, und Abgas, das durch die Maschine erzeugt wird, regeneriert den PM-Filter, wenn die Maschine eingeschaltet ist. Die elektrische Heizung heizt den PM-Filter auf die PM-Verbrennungstemperatur, wenn die Maschine abgeschaltet ist und kein Abgas durch die elektrische Heizung strömt. Die elektrische Heizung heizt mit einer schnelleren Rate, wenn die Maschine abgeschaltet ist, als wenn die Maschine eingeschaltet ist und die Abgasströmung vorhanden ist. Obwohl der PM-Filter auf die PM-Verbrennungstemperatur erwärmt werden kann, kann es sein, dass das PM nicht zu verbrennen beginnt, da keine Abgasströmung zur Übertragung von Wärme von der Heizung vorhanden ist, um Sauerstoff für die Verbrennung bereitzustellen oder eine Verbrennung von PM durch den PM-Filter fortzusetzen.
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Wenn die Maschine eingeschaltet ist, strömt Abgas durch die elektrische Heizung und kann erwärmt werden. Das erwärmte Abgas liefert zusätzliche Wärme und Sauerstoff zur Regeneration des PM-Filters. Das PM beginnt zu verbrennen und setzt sich aufgrund der Wärme und des Sauerstoffs von dem Abgas durch den PM-Filter fort. Die Abgasströmung setzt das Verbrennen des PM durch den PM-Filter fort, bis die Regeneration des PM-Filters vollständig ist.
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Die vorliegende Offenbarung kann auch den Abgaseingang zu dem PM-Filter vorerwärmen, bevor die elektrische Heizung aktiviert ist. Das vorerwärmte Abgas kann den PM-Filter vorerwärmen, um die Zeitdauer zu reduzieren, die notwendig ist, um den PM-Filter elektrisch zu erwärmen, wenn die Maschine abgeschaltet ist. Die vorliegende Offenbarung kann eine Stopphäufigkeit des Fahrzeugs auf Grundlage der Fahrzeuggeschwindigkeit während einer vorbestimmten Dauer, bevor die elektrische Heizung aktiviert ist, bestimmen. Nur beispielhaft kann die Stopphäufigkeit angeben, wann das Fahrzeug unter Stadtfahrbedingungen arbeitet. Wenn die Stopphäufigkeit größer als eine vorbestimmte Häufigkeit (d. h. Schwellenhäufigkeit) ist, kann das Abgas durch Modifizierung eines Maschinenmanagements, die Verwendung eines Kraftstoffbrenners und/oder die Verwendung einer katalytischen Oxidationseinrichtung erwärmt werden, um die Abgastemperatur mit Nachinjektion von Kraftstoff in die Maschine und/oder das Abgassystem zu erhöhen. Das erwärmte Abgas strömt durch den PM-Filter und erwärmt den PM-Filter, bevor die elektrische Heizung eingeschaltet ist.
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Nun Bezug nehmend auf 1 ist ein beispielhaftes Maschinensystem 20 gemäß der vorliegenden Offenbarung schematisch gezeigt. Das Maschinensystem 20 ist lediglich beispielhafter Natur. Der hier beschriebene elektrisch beheizte Partikelfilter kann in verschiedenen Maschinensystemen, die einen Partikelfilter verwenden, implementiert sein. Derartige Maschinensysteme können Dieselmaschinensysteme, Benzin-Direkteinspritz-Maschinensysteme sowie Maschinensysteme mit homogener Kompressionszündung umfassen, sind jedoch nicht darauf beschränkt.
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Das Maschinensystem 20 umfasst eine Maschine 22, die ein Luft/Kraftstoff-Gemisch verbrennt, um Antriebsdrehmoment zu erzeugen. Luft wird in einen Ansaugkrümmer 24 durch einen Einlass 26 gezogen. Eine Drossel (nicht gezeigt) kann enthalten sein, um eine Luftströmung in den Ansaugkrümmer 24 zu regulieren. Luft in dem Ansaugkrümmer 24 wird in Zylinder 28 verteilt. Obwohl 1 sechs Zylinder 28 zeigt, kann die Maschine 22 zusätzliche oder weniger Zylinder 28 aufweisen. Nur beispielhaft sind Maschinen mit 4, 5, 8, 10, 12 und 16 Zylindern vorstellbar.
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Ein Maschinensteuermodul (ECM) 32 kommuniziert mit Komponenten des Maschinensystems 20. Die Komponenten können die Maschine 22, Sensoren und Aktuatoren aufweisen, wie hier diskutiert ist. Das ECM 32 kann eine Steuerung des elektrisch beheizten Partikelfilters der vorliegenden Offenbarung implementieren.
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Luft gelangt durch den Einlass 26 durch einen Luftmassenstrom-(MAF)-Sensor 34. Der MAF-Sensor 34 erzeugt ein MAF-Signal, das eine Rate an durch den MAF-Sensor 34 strömender Luft angibt. Ein Krümmerdruck-(MAP)-Sensor 36 ist in dem Ansaugkrümmer 24 zwischen dem Einlass 26 und der Maschine 22 positioniert. Der MAP-Sensor 36 erzeugt ein MAP-Signal, das einen Luftdruck in dem Ansaugkrümmer 24 angibt. Der Ansauglufttemperatur-(IAT)-Sensor 38, der in dem Ansaugkrümmer 24 angeordnet ist, erzeugt ein IAT-Signal auf Grundlage der Ansauglufttemperatur.
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Eine Maschinenkurbelwelle (nicht gezeigt) rotiert mit Maschinendrehzahl oder einer Rate, die proportional zu der Maschinendrehzahl ist. Ein Kurbelwellensensor 40 erfasst eine Position der Kurbelwelle und erzeugt ein Kurbelwellenpositions-(CSP)-Signal. Das CSP-Signal kann mit der Drehzahl der Kurbelwelle sowie Zylinderereignissen in Beziehung stehen. Nur beispielhaft kann der Kurbelwellensensor 40 ein Sensor mit variabler Reluktanz sein. Die Maschinendrehzahl sowie die Zylinderereignisse können unter Verwendung anderer geeigneter Verfahren erfasst werden.
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Eine Fahrzeuggeschwindigkeit kann durch einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 41 gemessen werden.
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Das ECM 32 betätigt Kraftstoffinjektoren 42, um Kraftstoff in die Zylinder 28 einzuspritzen. Das ECM 32 kann eine Kraftstofflieferung zu den Kraftstoffinjektoren 42 unterbinden, um eine Verbrennung in der Maschine 22 zu stoppen. Das ECM 32 kann die Maschine 22 durch Aktivieren eines Elektromotors 43 starten. Das ECM 32 kann Fahrereingabesignale von einem Fahrereingabemodul 44 empfangen und den Elektromotor 43 auf Grundlage der Fahrereingabesignale aktivieren. Nur beispielhaft kann der Elektromotor 43 ein Anlassermotor sein, der die Kurbelwelle rotiert, bis die Maschine 22 die Verbrennung beginnt.
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Während der Verbrennung öffnet und schließt ein Ansaugventil 45 selektiv, um einen Zutritt von Luft zu dem Zylinder 28 zu ermöglichen. Die Einlassnockenwelle (nicht gezeigt) reguliert die Ansaugventilposition. Ein Kolben (nicht gezeigt) komprimiert und verbrennt das Luft/Kraftstoff-Gemisch in dem Zylinder 28. Der Kolben treibt die Kurbelwelle während eines Arbeitshubes an, um Antriebsdrehmoment zu erzeugen.
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Abgas, das aus der Verbrennung in dem Zylinder 28 resultiert, wird durch einen Abgaskrümmer 46 ausgetrieben, wenn ein Abgasventil 48 in einer offenen Position ist. Eine Aulassnockenwelle (nicht gezeigt) reguliert die Abgasventilposition. Ein Abgaskrümmerdruck-(EMP)-Sensor 50 erzeugt ein EMP-Signal, das einen Abgaskrümmerdruck angibt.
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Ein Abgasbehandlungssystem 52 kann das Abgas behandeln. Das Abgasbehandlungssystem 52 kann einen Oxidationskatalysator (OC) 54 aufweisen. Der OC 54 oxidiert Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffe in dem Abgas. Der OC 54 oxidiert das Abgas auf Grundlage des Nachverbrennungs-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses. Der Oxidationsbetrag kann die Temperatur des Abgases erhöhen.
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Das Abgasbehandlungssystem 52 umfasst eine Partikelmaterial-(PM)-Filteranordnung 56. Die PM-Filteranordnung 56 kann Abgas von dem OC 54 empfangen und jegliches in dem Abgas vorhandene Partikelmaterial filtern. Eine elektrische Heizung 58 erwärmt selektiv das Abgas und/oder einen Anteil der PM-Filteranordnung 56, um eine Regeneration von PM in der Filteranordnung 56 auszulösen. Das ECM 32 steuert die Maschine 22 und eine Filterregeneration auf Grundlage verschiedener erfasster und/oder geschätzter Information.
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Insbesondere kann das ECM 32 eine PM-Filterbeladung auf Grundlage der erfassten und geschätzten Information schätzen. Die Filterbeladung kann einer Menge an Partikelmaterial in der PM-Filteranordnung 56 entsprechen. Die Filterbeladung kann auf einer Abgastemperatur und/oder einer Abgasströmung basieren. Die Abgasströmung kann auf dem MAF-Signal und der Kraftstoffbelieferung der Maschine 22 basieren. Wenn die Filterbeladung größer als oder gleich einer Filterbeladungsschwelle ist, kann das ECM 32 eine Regeneration auslösen. Das ECM 32 kann die elektrische Heizung 58 aktivieren, wenn die Maschine 22 abgeschaltet ist. Die elektrische Heizung 58 heizt schneller, wenn die Maschine 22 abgeschaltet ist, als wenn die Maschine eingeschaltet ist. Das ECM 32 kann die Maschine 22 starten, um das PM in der PM-Filteranordnung 56 zu regenerieren.
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Das Abgasbehandlungssystem 52 kann einen Gassensor 64 und Abgastemperatursensoren 66-1, 66-2, 66-3 (gemeinsam Abgastemperatursensoren 66) aufweisen. Der Gassensor 64 erzeugt Gasniveausignale, die Mengen an NOx und/oder Sauerstoff in dem Abgas angeben.
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Die Abgastemperatursensoren 66 erzeugen Abgastemperatursignale, die Temperaturen des Abgases angeben. Die Abgastemperatursensoren 66 können Temperaturen des Abgases vor dem OC 54 und der PM-Filteranordnung 56 messen. Die Abgastemperatursensoren 66 können die Temperaturen des Abgases nach der PM-Filteranordnung 56 und/oder zwischen dem OC 54 und der PM-Filteranordnung 56 messen. Nur beispielhaft kann der Abgastemperatursensor 66-2 eine Einlasstemperatur der PM-Filteranordnung 56 messen. Das ECM 32 kann ein Abgastemperaturmodell erzeugen, um Abgastemperaturen über das Abgasbehandlungssystem 52 hinweg zu schätzen.
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Ein Abgasdurchflusssensor 67 kann ein Durchflusssignal erzeugen, das einen Durchfluss des Abgases in die PM-Filteranordnung 56 angibt. Das ECM 32 kann auch ein Abgasdurchflussmodell erzeugen, um den Abgasdurchfluss auf Grundlage der Kraftstofflieferung, dem MAF und anderer Maschinenbedingungen zu schätzen.
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Nun Bezug nehmend auf die 2, 4A und 4B ist eine beispielhafte PM-Filteranordnung 56 gezeigt. Die PM-Filteranordnung 56 kann ein Gehäuse 68, einen PM-Filter 70 und die elektrische Heizung 58 aufweisen. Die elektrische Heizung 58 kann zwischen dem OC 54 und dem PM-Filter 70 angeordnet sein. Das ECM 32 kann Energie oder Leistung an die elektrische Heizung 58 in der Form von Spannung oder Strom anlegen. Der PM-Filter 70 umfasst Kanäle 72, durch die Abgas strömen kann. Das PM kann gefiltert werden, wenn das Abgas durch die Kanäle 72 strömt, wodurch PM innerhalb der Kanäle 72 zurückbleibt.
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Bezug nehmend auf 3 kann die elektrische Heizung 58 eine oder mehrere Spulen, Heizungssegmente oder leitende Elemente umfassen, die eine Mehrzahl von Zonen des PM-Filters 70 bedecken. Nur beispielhaft kann eine erste Zone 74-1 eine zentrale Zone sein, die einen axial zentrierten Bereich eines Einlasses 76 des PM-Filters 70 aufweist. Verbleibende Zonen 74-2, 74-3, 74-4 und 74-5 können die erste Zone 74-1 des PM-Filters 70 umgeben. Jede Zone kann einen Bereich des PM-Filters 70 in Kontakt mit der elektrischen Heizung 58 darstellen. Jede Zone kann einen Abschnitt des PM-Filters 70 stromabwärts der elektrischen Heizung 58 aufweisen.
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Wenn die Maschine 22 ausgeschaltet ist, kann eines oder können mehrere Segmente 58-1, 58-2, 58-3, 58-4 und 58-5 der elektrischen Heizung 58 durch das ECM 32 aktiviert sein. Jedes Segment entspricht einer Zone des PM-Filters 70. Nur beispielhaft entspricht ein erstes Segment 58-1 der ersten Zone 74-1. Die elektrische Heizung 58 kann so lange aktiviert sein, bis eine Temperatur der Zone größer als oder gleich der PM-Verbrennungstemperatur ist. Nur beispielhaft kann das PM bei einer Temperatur von etwa 600°C verbrennen.
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Nun Bezug nehmend auf 4A aktiviert das ECM 32 das Segment 58-1, um die erste Zone 74-1 zu erwärmen, wenn die Maschine 22 abgeschaltet ist. Die Temperatur des Segments 58-1 steigt mit einer schnelleren Rate, wenn die Maschine 22 abgeschaltet ist, als wenn die Maschine 22 eingeschaltet ist, da kein Abgas durch das Segment 58-1 strömt, um das Segment 58-1 zu kühlen. Wenn die Maschine 22 eingeschaltet ist, kann das Abgas das Segment 58-1 kühlen, da die Temperatur des Segments 58-1 größer als die Abgastemperatur ist. Daher überträgt sich Wärme von dem heißeren Segment 58-1 auf das kühlere Abgas.
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In 4A strömt kein Abgas durch den PM-Filter 70 oder die elektrische Heizung 58. Das ECM 32 steuert das Segment 58-1 auf eine erste Temperatur, die eine Temperatur der Zone 74-1 auf eine PM-Verbrennungstemperatur erhöht. Das PM in der Zone 74-1 (schattierte Abschnitte der Kanäle 72) beginnt keine Verbrennung, da wenig Sauerstoff zur Verbrennung mit dem PM verfügbar ist. Die Verbrennung von PM setzt sich nicht durch die Kanäle 72 des PM-Filters 70 fort, da kein Abgas durch den PM-Filter 70 strömt.
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Nun Bezug nehmend auf 4B startet das ECM 32 die Maschine 22, und Abgas beginnt, von der Maschine 22 zu dem Abgassystem 52 zu strömen. Das Abgas tritt in den PM-Filter 70 von der elektrischen Heizung 58 durch einen Einlass 76 des PM-Filters 70 ein. Das erste Segment 58-1 erwärmt einen Anteil des Abgases, bevor der Anteil in die erste Zone 74-1 eintritt. Das erste Segment 58-1 kann auch weiterhin die erste Zone 74-1 direkt erwärmen. Das Abgas umfasst eine Sauerstoffmenge, die beginnt, mit dem PM in der ersten Zone 74-1 zu verbrennen. Nur beispielhaft kann das PM beginnen, hinter Endstopfen 78 in der ersten Zone 74-1 zu verbrennen. Das Abgas fördert die Verbrennung von PM durch einen ersten Filterabschnitt 70-1 (schattierte Kanäle 72) des PM-Filters 70.
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Die Regeneration hält durch den ersten Filterabschnitt 70-1 an, wenn die Abgasströmung die Verbrennung von PM fortsetzt. Das ECM 32 steuert das Segment 58-1 auf eine zweite Temperatur, um eine Abgastemperatur aufrechtzuerhalten, die eine Regeneration des ersten Filterabschnitts 70-1 fortsetzt. Der erste Filterabschnitt 70-1 kann einen oder mehrere Kanäle 72 aufweisen, die sich von der ersten Zone 74-1 zu einem PM-Filterauslass 80 erstrecken. Der PM-Filter 70 kann eine Mehrzahl von Filterabschnitten 70-2, 70-3, 70-4 (nicht gezeigt) und 70-5 (nicht gezeigt) aufweisen, die jeder der Zonen 74-2, 74-3, 74-4 bzw. 74-5 entsprechen. Das ECM 32 kann jeden der Abschnitte auf dieselbe Weise wie den ersten Filterabschnitt 70-1 regenerieren.
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Der PM-Filter 70 kann auf eine elektrische Regenerationstemperatur unter Verwendung einer Abgaserwärmungstechnik vorerwärmt werden, wie Nachinjektion von Kraftstoff und/oder einem Kraftstoffbrenner. Das Vorerwärmen des PM-Filters 70 kann die Zeitdauer und/oder die Energiemenge, die nötig sind, um Abschnitte des PM-Filters 70 unter Verwendung der elektrischen Heizung 58 zu regenerieren, verringern. Kraftstoff kann in die Zylinder 28 durch die Kraftstoffinjektoren 42 oder in das Abgassystem 52 injiziert und in dem OC 54 verbrannt werden. Die Verbrennung erhöht die Temperatur des in den PM-Filter 70 eintretenden Abgases. Das erwärmte Abgas heizt den PM-Filter 70 auf die Temperatur der elektrischen Regeneration.
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Das ECM 32 kann auf Grundlage einer Stopphäufigkeit des Fahrzeugs bestimmen, wann der PM-Filter 70 vorerwärmt werden soll. Nur beispielhaft kann, wenn das Fahrzeug häufige Stopps macht, das ECM 32 mehr Gelegenheiten zur Regeneration des PM-Filters 70 unter Verwendung des Steuersystems und -verfahren der vorliegenden Offenbarung haben. Das ECM 32 kann die Stopphäufigkeit auf Grundlage einer Anzahl von Fahrzeugstopps (d. h. wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit kleiner als eine vorbestimmte Geschwindigkeitsschwelle ist), Stoppdauern und einer vorbestimmten Dauer bestimmen.
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Wenn die Stopphäufigkeit größer als eine Stopphäufigkeitsschwelle ist, kann das ECM 32 den PM-Filter 70 unter Verwendung von Abgaserwärmung, wenn die Maschine 22 eingeschaltet ist, vorerwärmen. Das Vorerwärmen des PM-Filters 70 kann den Leistungsbetrag reduzieren, die dazu verwendet wird, die elektrische Heizung 58 zu heizen. Nur beispielhaft kann ein Segment der elektrischen Heizung auf eine geringere Temperatur (d. h. weniger Leistung notwendig) erwärmt werden, wenn der PM-Filter 70 vorerwärmt ist. Das Vorerwärmen des PM-Filters 70 kann auch die Zeitdauer zur Regeneration des PM-Filters 70 reduzieren.
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Nun Bezug nehmend auf 5 ist ein Funktionsblockschaubild eines beispielhaften ECM 32 dargestellt. Das ECM 32 kann ein Verbrennungssteuermodul 202 aufweisen, das eine Verbrennung in der Maschine 22 startet und stoppt. Das Verbrennungssteuermodul 202 kann eine Verbrennung in der Maschine 22 durch Deaktivierung eines Kraftstoffsteuermoduls 204 stoppen. Das Verbrennungssteuermodul 202 kann die Maschine 22 durch Aktivieren des Anlassers 43 starten. Der Anlasser 43 kann die Kurbelwelle der Maschine 22 rotieren, um eine Verbrennung zu starten.
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Das ECM 32 kann ein Regenerationssteuermodul 206 aufweisen, das eine Regeneration des PM-Filters 70 steuert. Das Regenerationssteuermodul 206 kann auf Grundlage der Filterbeladung bestimmen, ob der PM-Filter 70 zu regenerieren ist. Ein Filterbeladungsbestimmungsmodul 208 kann die Filterbeladung auf Grundlage von MAF, Kraftstofflieferung, einer Zeitdauer, die die Maschine 22 läuft, einer Fahrleistung des Fahrzeugs und/oder anderer Maschinenbedingungen bestimmen. Wenn die Filterbeladung größer als die Filterbeladungsschwelle ist, kann das Regenerationssteuermodul 206 den PM-Filter 70 regenerieren.
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Das Regenerationssteuermodul 206 kann eine Regeneration durch Aktivierung eines elektrischen Heizmoduls 210 beginnen, um ein oder mehrere Segmente der elektrischen Heizung 58 zu erwärmen, wenn die Maschine abgeschaltet ist. Nur beispielhaft kann das Verbrennungssteuermodul 202 die Maschine 22 abschalten, um Kraftstoff zu sparen, wenn ein Fahrer eine Bremseneingabevorrichtung betätigt und das Fahrzeug gestoppt wird. Wenn die Maschine 22 abgeschaltet ist, aktiviert das elektrische Heizmodul 210 ein Segment, wie ein erstes Segment 58-1, der elektrischen Heizung 58, um eine Zone, wie die erste Zone 74-1 des PM-Filters 70 zu erwärmen. Das elektrische Heizmodul 210 kann das Segment 58-1 auf eine erste Temperatur steuern, die der PM-Verbrennungstemperatur in der ersten Zone 74-1 entspricht. Das PM in der ersten Zone 74-1 kann möglicherweise nicht zu brennen beginnen.
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Das Verbrennungssteuermodul 202 kann nur beispielhaft die Maschine 22 starten, wenn ein Fahrer eine Bremseneingabevorrichtung freigibt. Alternativ dazu kann das Verbrennungssteuermodul 202 die Maschine 22 starten, wenn die Temperatur des Segments 58-1 für eine vorbestimmte Dauer größer als oder gleich der ersten Temperatur ist. Das Verbrennungssteuermodul 202 kann die Maschine 22 starten, um ein Überhitzen und/oder verschwendete elektrische Leistung durch die elektrische Heizung 58 zu verhindern.
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Wenn die Maschine 22 startet, heizt das Segment 58-1 einen Anteil des Abgases der Maschine 22. Die Temperatur der ersten Zone 74-1 kann aufgrund der angelegten Wärme, während die Maschine 22 ausgeschaltet ist, größer als oder gleich der PM-Verbrennungstemperatur sein. Das erwärmte Abgas stellt zusätzliche Wärme und zusätzlichen Sauerstoff bereit, die notwendig sind, um eine Verbrennung von PM in der ersten Zone 74-1 zu beginnen. Wenn die PM-Verbrennung beginnt, beginnt ein Regenerationszyklus. Die Abgasströmung fördert die Verbrennung von PM durch den ersten Filterabschnitt 70-1 während des Regenerationszyklus, um den ersten Filterabschnitt 70-1 zu regenerieren.
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Während des Regenerationszyklus steuert das elektrische Heizmodul 210 die elektrische Heizung 58 auf Grundlage der Einlassabgastemperatur, einer Sauerstoffkonzentration des Abgases und/oder dem Abgasdurchfluss auf eine zweite Temperatur. Die elektrische Heizung 58 sieht weiterhin zusätzliche Wärme für das Abgas vor, um eine Regeneration fortzusetzen. Das PM in dem ersten Filterabschnitt 70-1 setzt eine Verbrennung fort, während das Abgas durch den PM-Filter 70 strömt.
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Das Verbrennungssteuermodul 202 hält die Maschine während des Regenerationszyklus am Laufen. Nur beispielhaft kann das Regenerationssteuermodul 206 mit dem Verbrennungssteuermodul 202 kommunizieren, ob der Regenerationszyklus vollständig ist. Wenn der Regenerationszyklus nicht vollständig ist, stoppt das Verbrennungssteuermodul 202 die Verbrennung in der Maschine 22 nicht, und zwar ungeachtet der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Bremseneingabevorrichtung. Wenn das Verbrennungssteuermodul 202 die Verbrennung in der Mitte eines Regenerationszyklus eines Filterabschnitts stoppen würde, wäre eine Regeneration des Filterabschnitts nicht vollständig. Abgas würde ein Fortsetzen des brennenden PM stoppen und ein Sauerstoffmangel von dem Abgas würde das brennende PM in dem Filterabschnitt ersticken.
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Der PM-Filter 70 kann vorerwärmt werden, bevor das elektrische Heizmodul 210 die elektrische Heizung 58 aktiviert. Das Vorerwärmen des PM-Filters 70 kann die Zeitdauer wie auch die Energiemenge reduzieren, die notwendig sind, um den PM-Filter 70 zu regenerieren. Nur beispielhaft kann eine Vorerwärmung des PM-Filters 70 eine Erwärmung der elektrischen Heizung 58 durch das elektrische Heizmodul 210 auf eine geringere Temperatur ermöglichen.
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Das Regenerationssteuermodul 206 kann auf Grundlage der Stopphäufigkeit des Fahrzeugs bestimmen, den PM-Filter 70 vorzuerwärmen. Ein Stopphäufigkeitsmodul 212 kann die Stopphäufigkeit auf Grundlage der Fahrzeuggeschwindigkeit während einer Dauer bestimmen. Nur beispielhaft kann, wenn das Fahrzeug stoppt, das Stopphäufigkeitsmodul die Stopphäufigkeit erhöhen. Wenn die Stopphäufigkeit größer als eine Stopphäufigkeitsschwelle ist, kann der PM-Filter 70 vorerwärmt werden. Der PM-Filter 708 kann vorerwärmt werden, während die Maschine 22 eingeschaltet ist.
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Das durch den PM-Filter 70 strömende Abgas kann durch Modifizieren eines Maschinenmanagements, die Verwendung eines Kraftstoffbrenners und/oder die Verwendung einer katalytischen Oxidationseinrichtung erwärmt werden, um die Abgastemperatur mit Nachinjektion von Kraftstoff zu erhöhen. Ein Abgaserwärmungsmodul 214 kann eine Kraftstofflieferung durch das Kraftstoffsteuermodul 204 einstellen, um das Abgas zu erwärmen. Der Kraftstoff kann durch den OC 54 oxidiert werden, um die Abgastemperatur zu erhöhen. Wärme von dem erwärmten Abgas überträgt sich auf den PM-Filter 70, um die PM-Filtertemperatur auf die elektrische Regenerationstemperatur anzuheben.
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Nun Bezug nehmend auf 6 zeigt ein Flussdiagramm 300 beispielhafte Schritte eines durch das ECM 32 ausgeführten Verfahrens. Bei Schritt 302 bestimmt die Steuerung, wann die Filterbeladung größer als die Filterbeladungsschwelle ist und eine Regeneration notwendig ist. Wenn eine Regeneration notwendig ist, fährt die Steuerung mit Schritt 304 fort, ansonsten endet die Steuerung.
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Bei Schritt 304 bestimmt die Steuerung, ob die Maschine 22 gestoppt werden soll. Wenn die Maschine 22 gestoppt wird, stoppt die Verbrennung und es strömt kein Abgas von der Maschine 22. Die Steuerung aktiviert bei Schritt 306 die elektrische Heizung 58, um eine Zone des PM-Filters 70 zu erwärmen. Nur beispielhaft kann die Steuerung das Segment 58-1 aktivieren, um die erste Zone 74-1 zu erwärmen. Bei Schritt 308 bestimmt die Steuerung, wann die Heizungstemperatur größer als oder gleich einer ersten Temperaturschwelle ist. Die erste Temperaturschwelle kann einer Zonentemperatur entsprechen, die größer als oder gleich der PM-Verbrennungstemperatur ist. Die elektrische Heizung 58 heizt schneller auf die erste Temperaturschwelle, wenn die Maschine 22 abgeschaltet ist und die Abgasströmung stoppt, als wenn die Maschine 22 eingeschaltet ist. Wenn die Heizungstemperatur kleiner als die erste Temperaturschwelle ist und die Maschine 22 abgeschaltet ist, setzt die Steuerung die Aktivierung der elektrischen Heizung 58 fort. Das PM in der Zone verbrennt nicht.
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Bei Schritt 310 bestimmt die Steuerung, ob die Maschine 22 gestartet werden soll. Wenn die Maschine 22 gestartet ist, startet die Verbrennung und Abgas strömt von der Maschine 22 zu dem PM-Filter 70. Die Steuerung fährt mit Schritt 316 fort. Ansonsten fährt die Steuerung mit Schritt 312 fort. Bei Schritt 312 bestimmt die Steuerung, ob die elektrische Heizung 58 für eine vorbestimmte Dauer aktiviert worden ist. Wenn die elektrische Heizung 58 aktiviert worden ist und die vorbestimmte Dauer nicht vergangen ist, kehrt die Steuerung zu Schritt 304 zurück. Wenn die vorbestimmte Dauer vergangen ist, startet die Steuerung bei Schritt 314 die Maschine 22. Wenn die Maschine 22 startet, beginnt Abgas, zu dem PM-Filter 70 zu strömen.
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Bei Schritt 316 erwärmt die Steuerung die elektrische Heizung 58 auf eine zweite Temperatur. Bei Schritt 318 heizt die elektrische Heizung 58 das in die Zone des PM-Filters 70 eintretende Abgas. Das PM in der Zone zündet aufgrund von Sauerstoff in dem Abgas und Wärme von dem erwärmten Abgas sowie Wärme, die sich in der Zone aus einer Erwärmung aufbaut, wenn die Maschine 22 abgeschaltet wurde. Die Regeneration der Zone beginnt und dauert an, während verbrennendes PM sich durch den PM-Filter 70 fortsetzt. Bei Schritt 320 kann die Steuerung bestimmen, ob die Regeneration der Zone vollständig ist. Wenn die Regeneration vollständig ist, fährt die Steuerung mit Schritt 324 fort, ansonsten fährt die Steuerung mit Schritt 322 fort.
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Bei Schritt 322 hält die Steuerung die Maschine 22 so lange am Laufen, bis eine Regeneration der Zone vollständig ist. Da eine Regeneration nicht vollständig ist, muss die Maschine 22 eingeschaltet gehalten werden, um Abgas an das brennende PM zu liefern. Bei Schritt 324 bestimmt die Steuerung, ob alle Zonen des PM-Filters 70 regeneriert worden sind. Wenn alle Zonen regeneriert sind, endet die Steuerung, ansonsten kehrt die Steuerung zu Schritt 304 zurück.
