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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
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Diese Anmeldung ist mit der U.S.-Patentanmeldung Nr. 12/537,373 verwandt, die am 7. August 2009 eingereicht wurde. Die Offenbarung der obigen Anmeldung ist hier in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme eingeschlossen.
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GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein Verbrennungsmaschinen und insbesondere Abgasbehandlungssysteme.
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HINTERGRUND
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Die hier vorgesehene Hintergrundbeschreibung dient dem Zweck der allgemeinen Darstellung des Kontextes der Offenbarung. Arbeit der derzeit bezeichneten Erfinder in dem Maße, in dem sie in diesem Hintergrundabschnitt beschrieben ist, wie auch Aspekte der Beschreibung, die sich zum Zeitpunkt der Einreichung nicht anderweitig als Stand der Technik qualifizieren können, sind weder ausdrücklich noch implizit als Stand der Technik gegenüber der vorliegenden Offenbarung zulässig.
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Verbrennungsmaschinen verbrennen ein Luft- und Kraftstoff-Gemisch in Zylindern, um Antriebsmoment zu erzeugen. Ein Nebenprodukt der Verbrennung ist Abgas. Das Abgas kann verschiedene Komponenten umfassen, wie Stickoxide (NOx), Kohlenmonoxid (CO) und Kohlenwasserstoffe (HC). Ein Abgasbehandlungssystem umfasst einen Katalysator, der die NOx, das CO und die HC in Kohlendioxid und Wasser umwandelt.
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Der Umwandlungswirkungsgrad des Katalysators betrifft die Fähigkeit des Katalysators zur Reaktion mit oder zum Umwandeln einer oder mehrerer Komponenten des Abgases. Der Umwandlungswirkungsgrad des Katalysators steht mit der Temperatur des Katalysators in Verbindung. Der Katalysator kann bei einem reduzierten Umwandlungswirkungsgrad arbeiten, wenn die Katalysatortemperatur kleiner als eine Schwellentemperatur ist. Der Katalysatorwirkungsgrad kann durch Erhöhen der Katalysatortemperatur auf größer als oder gleich der Schwellentemperatur erhöht werden.
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Die Katalysatortemperatur kann unter Verwendung verschiedener Verfahren erhöht werden. Nur beispielhaft kann Wärme von dem die Maschine verlassenden Abgas die Katalysatortemperatur erhöhen. Das Abgas überträgt Wärme an den Katalysator über Konvektion, wodurch die Katalysatortemperatur erhöht wird. Eine Kraftstofflieferung an die Maschine kann auch eingestellt werden, um die Katalysatortemperatur zu erhöhen. Nur beispielhaft kann nicht verbrannter Kraftstoff von der Maschine in den Katalysator eintreten, wo der Kraftstoff mit Sauerstoff in dem Katalysator verbrennt, um die Katalysatortemperatur zu erhöhen. Luft kann in das Abgas und/oder den Katalysator gepumpt werden, um die Menge an Sauerstoff in dem Katalysator zu erhöhen.
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Hybridfahrzeuge weisen allgemein zwei Leistungsquellen auf: die Brennkraftmaschine und einen Elektromotor. Der Elektromotor wird öfter bei Stadtfahrt als eine Leistungsquelle verwendet, bei der die kinetische Energie durch regenerative Bremsung rückgewonnen, in elektrische und chemische Form umgewandelt und in einer Batterie gespeichert werden kann, von der der Motor angetrieben wird. Die Brennkraftmaschine kann geeigneter bei der Autobahnfahrt verwendet werden, während der Bremsung sowie Gelegenheiten zur Energierückgewinnung selten sind und die Maschine bei ihrem höchsten Wirkungsgrad arbeitet. Bei gemischten Stadt- und Autobahnfahrtbedingungen können der Elektromotor und die Brennkraftmaschine gemeinsam zur Übertragung von Leistung an eine Getriebeantriebswelle abhängig von Fahrtbedingungen und der Größe der Batteriekapazität verwendet werden.
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Hybridfahrzeuge können langen Perioden einer Maschinenabschaltzeit während Leerlauf- und Fahrtszenarien ausgesetzt sein. Während der Periode, in der die Maschine abgeschaltet ist, kann die Katalysatortemperatur unter die Schwellentemperatur sinken. Demgemäß kann eine Katalysatorerwärmung erforderlich werden, um den Spitzenwirkungsgrad des Katalysators zu erhalten. Die Beibehaltung der Katalysatortemperatur bei etwa der Schwellentemperatur während der Maschinenabschaltperioden erhöht den Umwandlungswirkungsgrad des Katalysators, wenn die Maschine gestartet wird.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Ein Abgasbehandlungssystem umfasst M Drei-Wege-Katalysatoren und N elektrisch beheizte Katalysatoren (EHCs). Die M Drei-Wege-Katalysatoren sind derart angeordnet, um Abgas aufzunehmen, das von einer Maschine eines Hybridfahrzeugs ausgegeben wird. M ist eine ganze Zahl größer als Eins. Die N EHCs sind derart angeordnet, dass sie das Abgas aufnehmen und Strahlungswärme für die M Drei-Wege-Katalysatoren bereitstellen, wenn die N EHCs mit Leistung beaufschlagt werden. N ist eine ganze Zahl größer als Eins.
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Ein Hybridfahrzeugsystem umfasst das Abgasbehandlungssystem und ein Maschinensteuermodul (ECM). Das ECM liefert Leistung an die N EHCs, wenn ein Ereignis stattfindet.
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Gemäß anderen Merkmalen legt das ECM Leistung an alle der N EHCs an, wenn das Ereignis stattfindet.
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Gemäß anderen Merkmalen tritt das Ereignis auf, wenn eine Verbrennung in der Maschine deaktiviert ist.
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Gemäß weiteren Merkmalen tritt das Ereignis auf, wenn eine Verbrennung in der Maschine deaktiviert ist und eine Drehmomentübertragung zu einem oder mehreren Rädern eines Hybridfahrzeugs durch einen oder mehrere Elektromotoren gesteuert ist.
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Gemäß noch weiteren Merkmalen tritt das Ereignis auf, wenn ein Abgasdurchfluss in einem Abgassystem Null ist.
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Gemäß noch weiteren Merkmalen reguliert das ECM eine Temperatur der M Drei-Wege-Katalysatoren auf Grundlage einer vorbestimmten Katalysatortemperatur, wenn die Ereignisse stattfinden.
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Gemäß noch weiteren Merkmalen erwärmt das ECM die M Drei-Wege-Katalysatoren auf die vorbestimmte Katalysatortemperatur, bevor die Verbrennung in der Maschine aktiviert wird.
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Gemäß weiteren Merkmalen steuert das ECM die Leistung zur Regulierung der Temperatur der M Drei-Wege-Katalysatoren auf Grundlage der vorbestimmten Katalysatortemperatur.
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Gemäß noch weiteren Merkmalen ist N kleiner als Neun.
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Ein Abgasbehandlungsverfahren umfasst, dass: M Drei-Wege-Katalysatoren implementiert werden, um Abgas aufzunehmen, das von einer Maschine eines Hybridfahrzeugs ausgegeben wird, wobei M eine ganze Zahl größer als Eins ist; N elektrisch beheizte Katalysatoren (EHCs) implementiert werden, um das Abgas aufzunehmen, wobei N eine ganze Zahl größer als Eins ist; und Strahlungswärme an die M Drei-Wege-Katalysatoren unter Verwendung der N EHCs geliefert wird.
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Gemäß anderen Merkmalen umfasst das Abgasbehandlungsverfahren ferner, dass die Strahlungswärme bereitgestellt wird, indem selektiv Leistung an die N EHCs angelegt wird, wenn ein Ereignis stattfindet.
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Gemäß noch weiteren Merkmalen umfasst das Abgasbehandlungsverfahren ferner, dass die Strahlungswärme bereitgestellt wird, indem Leistung an alle der N EHCs angelegt wird, wenn das Ereignis stattfindet.
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Gemäß weiteren Merkmalen findet das Ereignis statt, wenn die Verbrennung in der Maschine deaktiviert ist.
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Gemäß noch weiteren Merkmalen findet das Ereignis statt, wenn die Verbrennung in der Maschine deaktiviert ist und eine Drehmomentübertragung an ein oder mehrere Räder eines Hybridfahrzeugs durch einen oder mehrere Elektromotoren gesteuert ist.
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Gemäß anderen Merkmalen findet das Ereignis statt, wenn ein Abgasdurchfluss in einem Abgassystem Null ist.
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Gemäß noch weiteren Merkmalen umfasst das Abgasbehandlungsverfahren ferner, dass eine Temperatur der M Drei-Wege-Katalysatoren auf Grundlage einer vorbestimmten Katalysatortemperatur reguliert wird, wenn die Ereignisse stattfinden.
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Gemäß weiteren Merkmalen umfasst das Abgasbehandlungsverfahren ferner, dass die M Drei-Wege-Katalysatoren auf die vorbestimmte Katalysatortemperatur erwärmt werden, bevor eine Verbrennung in der Maschine aktiviert ist.
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Gemäß noch weiteren Merkmalen umfasst das Abgasbehandlungsverfahren ferner, dass die Temperatur der M Drei-Wege-Katalysatoren auf Grundlage der vorbestimmten Katalysatortemperatur durch Steuerung des Anlegens von Leistung reguliert wird.
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Gemäß anderen Merkmalen ist N kleiner als Neun.
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Weitere Anwendungsbereiche der vorliegenden Offenbarung werden aus der nachfolgend vorgesehenen detaillierten Beschreibung offensichtlich. Es sei zu verstehen, dass die detaillierte Beschreibung und spezifische Beispiele nur zu Zwecken der Veranschaulichung und nicht dazu bestimmt sind, den Schutzumfang der Offenbarung zu beschränken.
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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 Funktionsblockschaubild eines beispielhaften Hybridfahrzeugsystems gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung ist;
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2 eine beispielhafte segmentierte Schnittperspektive einer Katalysatoranordnung mit einer Mehrzahl elektrisch beheizter Katalysatoren (EHCs) gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung ist;
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3 ein beispielhaftes Schaubild der Temperatur in Abhängigkeit der Zeit für die EHCs und passiven Drei-Wege-Katalysatoren gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung ist; und
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4 ein Flussschaubild ist, das ein beispielhaftes Verfahren zeigt, das durch ein Maschinensteuermodul gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung ausgeführt wird.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur und nicht dazu bestimmt, die Offenbarung, ihre Anwendung bzw. ihren Gebrauch zu beschränken. 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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Ein Hybridfahrzeug umfasst eine Maschine und einen oder mehrere Elektromotoren, die ein Fahrtdrehmoment, das an Räder des Fahrzeugs ausgegeben wird, steuern. In einigen Fällen ist die Maschine deaktiviert und der Drehmomentausgang an die Räder wird durch den einen oder die mehreren Elektromotoren gesteuert. Die Maschine kann deaktiviert werden, um beispielsweise die Kraftstoffwirtschaftlichkeit des Fahrzeugs zu steigern.
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Ein Abgassystem, das Abgas aufnimmt, das von der Maschine ausgegeben wird, umfasst eine Mehrzahl elektrisch beheizter Katalysatoren (EHCs) und eine Mehrzahl von Drei-Wege-Katalysatoren (TWCs). Die EHCs und die TWCs umfassen ein Katalysatormaterial, das mit verschiedenen Kornponenten des Abgases reagiert, um die Menge an diesen Komponenten des Abgases zu reduzieren. Die Katalysatoren der EHCs und der TWCs reagieren jedoch mit den bestimmten Komponenten des Abgases bei Temperaturen bei oder oberhalb einer vorbestimmten (d. h. Schwellen-)Temperatur, wie 300°C. Wenn die Maschine deaktiviert ist, kann die Temperatur der Katalysatoren unter die vorbestimmte Temperatur fallen.
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Demgemäß wird Leistung an die EHCs angelegt, um den Katalysator der EHCs auf oder über die vorbestimmte Temperatur zu erwärmen, während die Maschine deaktiviert ist. Die Leistungsbeaufschlagung der EHCs erzeugt auch Strahlungswärme, die an die TWCs abstrahlt, um die Katalysatoren der TWCs auf oder über die vorbestimmte Temperatur zu erwärmen. Die elektrische Erwärmung der EHCs und die Strahlungswärme der TWCs erhöhen das Volumen an Katalysator, das sich bei oder über der vorbestimmten Temperatur befindet, wenn die Maschine wieder aktiviert ist.
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Die Implementierung von mehr als einem kleineren EHC und TWC anstatt eines einzelnen größeren EHC und TWC verringert auch die Periode, die notwendig ist, um die Temperatur der Katalysatoren auf die vorbestimmte Temperatur zu erhöhen. Die Implementierung von mehr als einem kleineren EHC und TWC anstatt des einzelnen größeren EHC und TWC sieht auch eine gleichförmigere Erwärmung vor und ermöglicht einen Abzug einer geringeren Menge an Leistung, um die Katalysatoren auf die vorbestimmte Temperatur zu erwärmen.
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Nun Bezug nehmend auf 1 ist ein Funktionsblockschaubild eines beispielhaften Hybridfahrzeugsystems 100 dargestellt. Das Hybridfahrzeugsystem 100 umfasst eine Maschine 102, die ein Luft/Kraftstoff-Gemisch verbrennt, um Antriebsmoment auf Grundlage eines Fahrereingabemoduls 104 zu erzeugen. Luft wird in einen Ansaugkrümmer 110 durch ein Drosselventil 112 gezogen. Nur beispielhaft kann das Drosselventil 112 ein Klappenventil aufweisen, das einen drehbaren Flügel aufweist. Ein Maschinensteuermodul (ECM) 114 kann ein Drosselaktuatormodul 116 steuern, das ein Öffnen des Drosselventils 112 reguliert, um die Menge an Luft, die in den Ansaugkrümmer 110 gezogen wird, zu steuern.
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Luft von dem Ansaugkrümmer 110 wird in Zylinder der Maschine 102 gezogen. Während die Maschine 102 mehrere Zylinder aufweisen kann, ist zu Veranschaulichungszwecken ein einzelner repräsentativer Zylinder 118 gezeigt. Nur beispielhaft kann die Maschine 102 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10 und/oder 12 Zylinder aufweisen. Luft von dem Ansaugkrümmer 110 wird in den Zylinder 118 durch ein Ansaugventil 122 gezogen.
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Das ECM 114 steuert ein Kraftstoffaktuatormodul 124, das eine Kraftstoffinjektion reguliert, um ein gewünschtes Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu erreichen. Kraftstoff kann in den Ansaugkrümmer 110 an einer zentralen Stelle oder an mehreren Stellen injiziert werden, wie nahe dem Ansaugventil von jedem der Zylinder. Bei verschiedenen Implementierungen, die in 1 nicht gezeigt sind, kann Kraftstoff direkt in die Zylinder oder in Mischkammern, die den Zylindern zugeordnet sind, injiziert werden. Der injizierte Kraftstoff mischt sich mit Luft und erzeugt ein Luft/Kraftstoff-Gemisch in dem Zylinder 118.
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Ein Kolben (nicht gezeigt) in dem Zylinder 118 komprimiert das Luft/Kraftstoff-Gemisch. Auf Grundlage eines Signals von dem ECM 114 kann ein Zündfunkenaktuatormodul 126 eine Zündkerze 128 in dem Zylinder 118 ansteuern, die das Luft/Kraftstoff-Gemisch zündet. Der Zündzeitpunkt des Zündfunkens kann relativ zu der Zeit festgelegt sein, wenn sich der Kolben an seiner obersten Position befindet, die als oberer Totpunkt (OT) bezeichnet ist. Bei Diesel- und Kompressionszündungsmaschinen kann die Kompression durch den Kolben das Luft/Kraftstoff-Gemisch zünden. Das Zündfunkenaktuatormodul 126 kann durch ein Zündzeitpunktsignal gesteuert werden, das angibt, wie weit vor oder nach dem OT der Zündfunken vorgesehen werden sollte. Der Betrieb des Zündfunkenaktuatormoduls 126 kann daher mit einer Kurbelwellenrotation synchronisiert werden.
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Die Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemisches treibt den Kolben abwärts, wodurch eine rotierende Kurbelwelle (nicht gezeigt) angetrieben wird. Der Kolben beginnt dann, sich wieder aufwärts zu bewegen, und treibt die Nebenprodukte der Verbrennung durch ein Abgasventil 130. Die Nebenprodukte der Verbrennung werden von dem Hybridfahrzeug über ein Abgassystem 134 ausgetragen.
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Das Ansaugventil 122 kann durch eine Einlassnockenwelle 140 gesteuert werden, während das Abgasventil 130 durch eine Auslassnockenwelle 142 gesteuert werden kann. Bei verschiedenen Implementierungen können mehrere Einlassnockenwellen mehrere Ansaugventile pro Zylinder steuern und/oder können die Ansaugventile mehrerer Zylinderreihen steuern. Ähnlicherweise können mehrere Abgasnockenwellen mehrere Abgasventile pro Zylinder steuern und/oder können Abgasventile für mehrere Zylinderreihen steuern.
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Das Abgassystem 134 umfasst eine Katalysatoranordnung 136. Die Katalysatoranordnung 136 umfasst eine Mehrzahl von elektrisch beheizten Katalysatoren (EHCs) und Drei-Wege-Katalysatoren (TWCs). Die Katalysatoranordnung 136 ist nachfolgend detailliert beschrieben. Ein Schalldämpfer (nicht gezeigt) kann in dem Abgassystem 134 stromabwärts der Katalysatoranordnung 136 implementiert sein. Ein Heizungsaktuatormodul 138 legt selektiv Leistung an einen oder mehrere der EHCs basierend auf Signalen von dem ECM 114 an.
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Das ECM 114 kann Signale von verschiedenen Sensoren verwenden, um Steuerentscheidungen für das Hybridfahrzeugsystem 100 zu treffen. Das ECM 114 steuert auch einen Betrieb der Maschine 102 und den Drehmomentausgang der Maschine 102. Das ECM 114 kann mit einem Hybridsteuermodul 196 kommunizieren, um einen Betrieb der Maschine 102 und eines Elektromotors 198 zu koordinieren. Während nur der Elektromotor 198 gezeigt ist, kann das Hybridfahrzeugsystem 100 mehr als einen einzelnen Elektromotor aufweisen.
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In einigen Fällen kann der Elektromotor 198 dazu verwendet werden, Antriebsmoment zu erzeugen, das von dem Motor 102 ausgegebenes Drehmoment ergänzt. In anderen Fällen kann die Maschine 102 abgeschaltet (d. h. deaktiviert) werden, um eine Kraftstoffwirtschaftlichkeit des Hybridfahrzeugs zu steigern. Der Elektromotor 198 liefert Antriebsdrehmoment für das Hybridfahrzeug während Perioden, wenn die Maschine 102 abgeschaltet ist.
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Der Elektromotor 198 kann auch als ein Generator funktionieren. Der Elektromotor 198 kann dazu verwendet werden, elektrische Energie zur Verwendung durch die verschiedenen Komponenten des Hybridfahrzeugsystems 100 und/oder zur Speicherung zu erzeugen. Bei verschiedenen Implementierungen können verschiedene Funktionen des ECM 114 und des Hybridsteuermoduls 196 in ein oder mehrere Module integriert sein.
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Das ECM 114 betreibt selektiv das Hybridfahrzeug in einem Verbrennungsmodus. Der Verbrennungsmodus umfasst, dass die Maschine 102 verwendet wird, um Antriebsmoment zu erzeugen. Das ECM 114 betreibt auch selektiv das Hybridfahrzeug in einem elektrischen Modus. Der elektrische Modus umfasst, dass der Elektromotor 198 dazu verwendet wird, Antriebsmoment zu erzeugen. Das ECM 114 kann das Hybridfahrzeug in einem gemischten Modus durch Verwendung sowohl der Maschine 102 als auch des Elektromotors 198 betreiben, um Antriebsmoment zu erzeugen. Das ECM 114 kann den Betriebsmodus auf Grundlage eines gewünschten Drehmomentausgangs, der auf einer Fahrereingabe basieren kann, wählen.
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Nun Bezug nehmend auf 2 ist eine beispielhafte segmentierte perspektivische Schnittansicht der Katalysatoranordnung 136 gezeigt. Die Katalysatoranordnung 136 weist ein Gehäuse 202 auf, das mit dem Abgassystem 134 gekoppelt ist, um von der Maschine 102 ausgegebenes Abgas aufzunehmen. Die Katalysatoranordnung 136 nimmt von der Maschine 102 ausgegebenes Abgas an einem Einlass 204 auf.
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Eine Mehrzahl elektrisch beheizter Katalysatoren (EHCs) sind in dem Gehäuse 202 der Katalysatoranordnung 136 implementiert. Nur beispielhaft zeigen die 2–3 drei EHCs 206, 208 und 210. Während die drei EHCs 206 bis 210 beschrieben und gezeigt sind, kann die Katalysatoranordnung 136 zwei oder mehr EHCs aufweisen. Nur beispielhaft kann die Anzahl von EHCs, die in einem Fahrzeug implementiert sind, auf einer Batterielast, einer Last an dem Elektromotor 198, einem elektrischen Ausgang der Lichtmaschine/des Generators und/oder anderen elektrischen Komponenten basieren, die dem elektrischen System des Fahrzeugs zugeordnet sind.
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Jeder der EHCs 206–210 umfasst ein Substrat, wie Cordierit, Aluminium und/oder ein anderes geeignetes Material. Die Substrate können in einer Wabenanordnung oder in einer anderen geeigneten Anordnung geformt sein. Auf jedes der Substrate der EHCs 206–210 ist ein Katalysator aufgebracht. Der Katalysator kann beispielsweise Platin, Rhodium und/oder einen anderen Drei-Wege-Katalysator aufweisen. Der Katalysator reagiert mit verschiedenen Komponenten des Abgases, um die Menge dieser Komponenten in dem Abgas zu reduzieren.
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Eine Mehrzahl passiver Drei-Wege-Katalysatoren (TWCs) sind auch in dem Gehäuse 202 der Katalysatoranordnung 136 implementiert. Nur beispielhaft umfasst die Katalysatoranordnung 136 vier passive TWCs 212, 214, 216 und 218. Während die vier TWCs 212–218 beschrieben und gezeigt sind, kann die Katalysatoranordnung 136 zwei oder mehr TWCs aufweisen. Jeder der TWCs 212–218 umfasst auch ein Substrat, wie Cordierit, Aluminium und/oder ein anderes geeignetes Substrat. Diese Substrate können auch in einer Wabenanordnung oder in einer anderen geeigneten Anordnung geformt sein.
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Es ist auch ein Katalysator auf jedes der Substrate der TWCs 212–218 aufgetragen. Der Katalysator kann beispielsweise Platin, Rhodium und/oder einen anderen geeigneten Drei-Wege-Katalysator aufweisen. Bei einigen Implementierungen ist derselbe Drei-Wege-Katalysator auf sowohl die TWCs 212–218 als auch die EHCs 206–210 aufgetragen. Der Katalysator der TWCs 212–218 reagiert auch mit verschiedenen Komponenten des Abgases, um die Menge dieser Komponenten in dem Abgas zu reduzieren.
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Die EHCs 206–210 und die TWCs 212–218 der Katalysatoranordnung 136 sind auf eine Weise angeordnet, dass Strahlungswärmeenergie, die durch die EHCs 206–210 bereitgestellt wird, maximiert wird. Nur beispielhaft sind in der beispielhaften Implementierung von 2 die EHCs 206–210 und die TWCs 212–218 angeordnet, um zwischen EHCs und passiven TWCs zu wechseln. Genauer sind die EHCs 206–210 und die TWCs 212–218 in der folgenden Reihenfolge beginnend am nächsten zu dem Einlass 204 angeordnet: zuerst der TWC 212; als zweites der EHC 206; als drittes der TWC 214; als viertes der EHC 208; als fünftes der TWC 216; als sechstes der EHC 210; und als siebtes der TWC 218.
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Jeder der EHCs 206–210 ist von jedem der TWCs 212–218 getrennt. Mit anderen Worten ist zwischen jedem der EHCs 206–210 und der TWCs 212–218 eine Pufferzone vorgesehen. Beispielhafte Pufferzonen zwischen den EHCs 206–210 und den TWCs 212–218 sind durch Pufferzonen 220 dargestellt. Die Pufferzonen 220 können implementiert sein, um beispielsweise eine elektrische Erdung der EHCs 206–210 zu verhindern.
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Die Katalysatoren der EHCs 206–210 und der TWCs 212–218 sind bei der Reaktion mit dem Abgas wirksam, wenn die Temperatur des Katalysators größer als die Schwellentemperatur (beispielsweise 300°C) ist. Das Heizungsaktuatormodul 136 legt selektiv Leistung an die EHCs 206–210 auf Grundlage von Signalen von dem ECM 114 an. Das Heizungsaktuatormodul 138 legt Leistung an die EHCs 206–210 über elektrische Verbinder an, die jedem der EHCs 206–210 zugeordnet sind. Nur beispielhaft sind elektrische Verbinder 222 und 224 dem EHC 206 zugeordnet. Elektrische Verbinder 226 und 228 sind dem EHC 208 zugeordnet, und elektrische Verbinder 230 und 232 sind dem EHC 210 zugeordnet.
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Leistung wird an jeden der EHCs 206, 208 und 210 über die zugeordneten elektrischen Verbinder 222, 226 bzw. 230 angelegt. Die Leistung kann beispielsweise durch den Elektromotor 198, eine Energiespeichervorrichtung (beispielsweise eine Batterie) und/oder eine andere geeignete Leistungsquelle geliefert werden. Leistung fließt durch die EHCs 206, 208 und 210 an die elektrischen Verbinder 224, 228 bzw. 232. Die elektrischen Verbinder 224, 228 und 232 sind mit einer Massequelle 234 elektrisch verbunden, wie einer Massequelle, die üblich für die Leistungsquelle ist.
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Das Anlegen von Leistung an die einen elektrischen Widerstand aufweisenden EHCs 206–210 bewirkt die Erzeugung von (Widerstands-)Wärme von jedem der EHCs 206–210. Die EHCs 206–210 strahlen ihrerseits Wärme an die TWCs 212–218 ab. Auf diese Art und Weise erhöht die durch die EHCs 206–210 vorgesehene Strahlungswärme das Volumen an Katalysator (EHC und TWC), das auf die Schwellentemperatur erwärmt werden kann und effektiv mit Abgas reagiert, wenn die Maschine 102 gestartet wird.
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Das ECM 114 legt selektiv Leistung an die EHCs 206–210 an, wenn die Maschine 102 deaktiviert (d. h. abgeschaltet) ist und der Elektromotor 198 aktiviert ist (d. h. Drehmoment ausgibt). Mit anderen Worten legt das ECM 114 selektiv Leistung an die EHCs 206–210 während des Betriebs in dem elektrischen Modus an. Das Heizungsaktuatormodul 138 legt die Leistung an alle der EHCs 206–210 an. Das Heizungsaktuatormodul 138 kann eine vorbestimmte Leistungsmenge an die EHCs 206–210 anlegen. Die vorbestimmte Leistungsmenge kann auf Grundlage von Charakteristiken der EHCs 206–210 und/oder der TWCs 212–218 festgelegt sein und kann auf beispielsweise 3,1 kW festgelegt sein.
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Die Widerstandsaufheizung der EHCs 206–210 auf oder über die Schwellentemperatur ermöglicht eine Reaktion des Katalysators der EHCs 206–210 mit Abgas, wenn die Maschine 102 gestartet (d. h. eingeschaltet) wird. Wenn ausreichend lange Leistung an die EHCs 206–210 angelegt worden ist, um zu ermöglichen, dass die Strahlungswärme die TWCs 212–218 auf oder über die Schwellentemperatur anhebt, können die Katalysatoren der TWCs 212–218 auch mit dem Abgas reagieren, wenn die Maschine 102 gestartet wird. Auf diese Art und Weise steigert die durch die EHCs 206–210 gelieferte Strahlungswärme das effektive Volumen an Katalysator, das mit Abgas reagieren kann, wenn die Maschine 102 gestartet wird.
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Eine Implementierung mehrerer EHCs und passiver TWCs anstatt eines einzelnen größeren EHC und TWC verringert auch die Periode, die notwendig ist, um die Katalysatortemperaturen auf oder über die Schwellentemperatur anzuheben. Die Implementierung mehrerer EHCs und passiver TWCs anstatt des einzelnen größeren EHC und TWC sieht auch eine gleichförmigere Erwärmung vor und ermöglicht einen Abzug von weniger Leistungsmenge, um die Katalysatoren auf die Schwellentemperatur zu erwärmen. Kleinere EHCs und TWCs können auch leichter hergestellt werden, als größere EHCs und TWCs.
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Nun Bezug nehmend auf 3 ist ein beispielhaftes Schaubild der Temperatur in Abhängigkeit der Zeit für einen EHC und einen passiven TWC dargestellt. Der passive TWC ist derart angeordnet, dass er Strahlungswärme von dem EHC aufnimmt. Die beispielhafte Linie 302 verfolgt die Temperatur des EHC, und die beispielhafte Linie 304 verfolgt die Temperatur des passiven TWC.
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Das ECM 114 legt Leistung an den EHC beginnend bei Zeitpunkt Null an. Der Zeitpunkt Null entspricht dem, wenn die Maschine 102 deaktiviert ist und der Elektromotor 198 Antriebsmoment erzeugt. Die EHC-Temperatur 302 steigt, wenn die Zeit vergeht und Leistung an den EHC angelegt wird. Das Anlegen von Leistung an den EHC erzeugt Strahlungswärme, die zu dem passiven TWC strahlt, wodurch die Temperatur des passiven TWC 304 erhöht wird.
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Auf diese Art und Weise erhöht das ECM 114 die EHC-Temperatur 302 und die Temperatur 304 des passiven TWC auf oder über die Schwellentemperatur, während die Maschine 102 deaktiviert ist und kein Abgas erzeugt. Die Katalysatoren des EHC und des passiven TWC können daher möglicherweise zu einer Reaktion mit Abgas, das von der Maschine 102 ausgegeben wird, mit einem hohen Umwandlungswirkungsgrad in der Lage sein, wenn die Maschine 102 gestartet wird. Auf diese Art und Weise erhöht die Strahlungswärme, die an den passiven TWC geliefert wird, während die Maschine 102 deaktiviert ist, das Volumen an Katalysator (EHC und TWC), das in der Lage ist, mit dem Abgas zu reagieren, wenn die Maschine 102 gestartet wird.
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Zum Zeitpunkt 306 wird Leistung von dem EHC entfernt. Die EHC-Temperatur 302 sinkt nach dem Zeitpunkt 306 dementsprechend. Die Temperatur 304 des passiven TWC pendelt sich ein, kurz nachdem Leistung von dem EHC entfernt wird, da keine Strahlungswärme mehr an den passiven TWC geliefert wird. Demgemäß sinkt die Temperatur 304 des passiven TWC danach.
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Nun Bezug nehmend auf 4 ist ein Flussdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren 400 zeigt, das durch das ECM 114 ausgeführt wird, dargestellt. Das Verfahren 400 bestimmt bei Schritt 402, ob der Elektromotor 198 aktiviert ist. Mit anderen Worten bestimmt das Verfahren 400 bei Schritt 402, ob der Elektromotor 198 betriebsfähig ist, um Antriebsmoment für das Fahrzeug zu erzeugen. Wenn dies zutrifft, fährt das Verfahren 400 mit Schritt 404 fort; wenn dies nicht zutrifft, verbleibt das Verfahren 400 bei Schritt 402.
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Das Verfahren 400 bestimmt bei Schritt 404, ob die Maschine 102 deaktiviert ist. Mit anderen Worten bestimmt das Verfahren 400 bei Schritt 404, ob die Maschine 102 das Luft/Kraftstoff-Gemisch verbrennt oder Antriebsmoment erzeugt. Bei einer Implementierung kann das Verfahren 400 auf Grundlage dessen, ob ein Abgasdurchfluss in dem Abgassystem 134 größer als Null ist, bestimmen, ob die Maschine 102 deaktiviert ist. Wenn dies zutrifft, fährt das Verfahren 400 mit Schritt 406 fort; wenn dies nicht zutrifft, kehrt das Verfahren 400 zu Schritt 402 zurück. Das Verfahren 400 legt bei Schritt 406 Leistung an alle EHCs an.
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Das Verfahren 400 bestimmt bei Schritt 408, ob die Maschine 102 startet oder gestartet wird. Wenn dies zutrifft, endet das Verfahren; wenn dies nicht zutrifft, kehrt das Verfahren 400 zu Schritt 406 zurück und setzt ein Aufbringen von Leistung an die EHCs fort. Bei einer Implementierung kann das Verfahren 400 auch die an die EHCs angelegte Leistung einstellen, um eine mögliche Überhitzung der EHCs oder der zugeordneten passiven TWCs zu vermeiden.
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Der Fachmann kann nun aus der vorhergehenden Beschreibung erkennen, dass die breiten Lehren der vorliegenden Erfindung in einer Vielzahl von Formen ausgeführt werden können. Daher sei, während diese Erfindung in Verbindung mit bestimmten Beispielen derselben beschrieben worden ist, der wahre Schutzumfang der Erfindung nicht so beschränkt, da andere Abwandlungen dem Fachmann nach einem Studium der Zeichnungen, der Beschreibung und der folgenden Ansprüche offensichtlich werden.
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Bezugszeichenliste
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Fig. 1
- 104
- Fahrereingabemodul
- 116
- Drosselaktuatormodul
- 114
- Maschinensteuermodul
- 196
- Hybridsteuermodul
- 198
- Elektromotor
- 126
- Zündfunkenaktuatormodul
- 138
- Heizungsaktuatormodul
- 124
- Kraftstoffaktuatormodul
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Bezugszeichenliste
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Fig. 2
- 138
- Heizungsaktuatormodul
- 114
- Maschinensteuermodul
- 196
- Hybridsteuermodul
- 198
- Elektromotor
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Bezugszeichenliste
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Fig. 4
- 402
- Elektromotor aktiviert?
- 404
- Maschine deaktiviert?
- 406
- Lege Leistung an EHCs an
- 408
- Startet Maschine?
