DE102010034831A1

DE102010034831A1 - Dosiersteuersysteme und -verfahren

Info

Publication number: DE102010034831A1
Application number: DE102010034831A
Authority: DE
Inventors: Jason Daniel Howell Mullins; Justin A. Livonia Shetney; Kyle E. Howell Crawford; Paul Northville Jasinkiewicz; Rebecca J. Milford Darr
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2009-08-25
Filing date: 2010-08-19
Publication date: 2011-04-14
Anticipated expiration: 2030-08-20
Also published as: US8413427B2; CN101994592A; CN101994592B; DE102010034831B4; US20110047971A1

Abstract

Ein Dosiersteuersystem für ein Fahrzeug umfasst ein Pumpensteuermodul und ein Aktivierungs/Deaktivierungsmodul. Das Pumpensteuermodul steuert eine Pumpe, die Dosiermittel an einen Dosiermittelinjektor liefert, der stromaufwärts eines Katalysators für selektive katalytische Reduktion (SCR) in einem Abgassystem angeordnet ist. Das Aktivierungs/Deaktivierungsmodul deaktiviert die Pumpe für eine vorbestimmte Schmelzperiode nach einem Motorstart, wenn das Dosiermittel gefroren ist, und aktiviert selektiv die Pumpe während der vorbestimmten Schmelzperiode, um den Dosiermittelinjektor zu kühlen, wenn eine Spitzentemperatur des Dosiermittelinjektors größer als eine vorbestimmte Temperatur ist.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen U.S.-Anmeldung Nr. 61/236,664, die am 25. August 2009 eingereicht wurde. Die Offenbarung der obigen Anmeldung ist hier in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme eingeschlossen.
GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft Verbrennungsmotoren und insbesondere eine Abgasbehandlung.
HINTERGRUND
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.
Verbrennungsmotoren verbrennen ein Luft/Kraftstoff-Gemisch, um Antriebsmoment zu erzeugen. Luft wird in einen Motor durch einen Ansaugkrümmer gezogen. Ein Drosselventil steuert eine Luftströmung in den Motor. Die Luft mischt sich mit Kraftstoff, der durch einen oder mehrere Kraftstoffinjektoren injiziert wird, um das Luft/Kraftstoff-Gemisch zu bilden. Das Luft/Kraftstoff-Gemisch wird in einem oder mehreren Zylindern des Motors verbrannt. Die Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemisches erzeugt Antriebsmoment.
Abgas, das aus der Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemisches resultiert, umfasst Partikelmaterial (PM) und Abgas. Das Abgas umfasst Stickoxide (NOx), wie Stickstoffmonoxid (NO) und Stickstoffdioxid (NO₂). Das PM kann Kohlenwasserstoffe und Kohlenoxide aufweisen. Das Abgas wird von dem Motor an ein Abgassystem ausgestoßen, das ein Behandlungssystem aufweist. Das Behandlungssystem reduziert die Mengen an NOx und PM in dem Abgas.
Das Behandlungssystem umfasst einen Oxidationskatalysator (OC), einen Dosiermittelinjektor, einen Katalysator für selektive katalytische Reduktion (SCR) und einen Partikelfilter (PF). Der OC entfernt (z. B. verbrennt) Kohlenwasserstoffe und/oder Kohlenoxide von dem Abgas. Der Dosiermittelinjektor injiziert ein Dosiermittel in den Abgasstrom an einer Stelle zwischen dem OC und dem SCR-Katalysator. Der SCR-Katalysator absorbiert Ammoniak (NH3), der durch das Dosiermittel bereitgestellt wird, und das NH3 reagiert mit NOx in dem Abgas.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein Dosiersteuersystem für ein Fahrzeug umfasst ein Pumpensteuermodul und ein Aktivierungs/Deaktivierungsmodul. Das Pumpensteuermodul steuert eine Pumpe, die ein Dosiermittel an einen Dosiermittelinjektor liefert, der stromaufwärts eines Katalysators für selektive katalytische Reduktion (SCR) in einem Abgassystem angeordnet ist. Das Aktivierungs/Deaktivierungsmodul deaktiviert die Pumpe für eine vorbestimmte Schmelzperiode nach einem Motorstart, wenn das Dosiermittel gefroren ist, und aktiviert selektiv die Pumpe während der vorbestimmten Schmelzperiode, um den Dosiermittelinjektor zu kühlen, wenn eine Spitzentemperatur des Dosiermittelinjektors größer als eine vorbestimmte Temperatur ist.
Ein Dosiersteuerverfahren für ein Fahrzeug umfasst, dass eine Pumpe gesteuert wird, die Dosiermittel an einen Dosiermittelinjektor liefert, der stromaufwärts eines Katalysators für selektive katalytische Reduktion (SCR) in einem Abgassystem angeordnet ist, die Pumpe für eine vorbestimmte Schmelzperiode nach einem Motorstart deaktiviert wird, wenn das Dosiermittel gefroren ist, und die Pumpe selektiv während der vorbestimmten Schmelzperiode aktiviert und der Dosiermittelinjektor gekühlt wird, wenn eine Spitzentemperatur des Dosiermittelinjektors größer als eine vorbestimmte Temperatur ist.
Gemäß noch weiteren Merkmalen sind die oben beschriebenen Systeme und Verfahren durch ein Computerprogramm implementiert, das durch einen oder mehrere Prozessoren ausgeführt wird. Das Computerprogramm kann an einem konkreten computerlesbaren Medium vorhanden sein, wie beispielsweise, jedoch nicht darauf begrenzt, einem Speicher, einer nichtflüchtigen Datenspeicherung und/oder anderen geeigneten konkreten Speichermedien.
Weitere Anwendungsbereiche der vorliegenden Offenbarung werden aus der nachfolgenden 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.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Funktionsblockschaubild eines beispielhaften Motorsystems gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung;
2 ist ein Funktionsblockschaubild eines beispielhaften Dosiersteuermoduls gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung; und
3 ist ein Flussdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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.
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.
Eine Injektion eines Dosiermittels in ein Abgassystem kann während eines normalen Motorbetriebs gesteuert werden, um beispielsweise einen Umwandlungswirkungsgrad eines Katalysators für selektive katalytische Reduktion (SCR) zu maximieren und einen Schlupf von Ammoniak (NH3) zu minimieren. Der Umwandlungswirkungsgrad des SCR-Katalysators betrifft einen Prozentsatz von Stickoxiden (NOx), der von Abgas über Reaktion mit NH3 entfernt wird. Ein NH3-Schlupf tritt auf, wenn beispielsweise NH3 stromabwärts des SCR-Katalysators vorhanden ist.
Das Dosiermittel kann bei Temperaturen von weniger als einer Gefrierpunkttemperatur des Dosiermittels gefrieren. Nur beispielhaft kann die Gefrierpunkttemperatur etwa –11°C betragen. Eine Regeneration eines Partikelfilters kann während einer vorbestimmten Schmelzperiode von gefrorenem Dosiermittel ausgeführt werden, wenn eine Dosiermittelinjektion allgemein nicht ausgeführt wird. Nur beispielhaft kann die vorbestimmte Schmelzperiode etwa 70 Minuten an Motorbetriebszeit nach einem Motorstart aufweisen.
Unter bestimmten Umständen kann eine Dosiermittelinjektion während der Regeneration ausgelöst werden, um den Dosiermittelinjektor zu kühlen. Ein Dosiersteuermodul der vorliegenden Offenbarung überwacht die Injektion von Dosiermittel während der Regeneration des PF. Nachdem die Regeneration beendet ist, begrenzt das Dosiersteuermodul selektiv eine zukünftige Injektion von Dosiermittel auf Grundlage der Injektion während der Regeneration.
Nun Bezug nehmend auf 1 ist ein Funktionsblockschaubild eines beispielhaften Motorsystems 100 gezeigt. Ein Motor 102 verbrennt ein Luft/Kraftstoff-Gemisch, um Antriebsmoment zu erzeugen. Während der Motor 102 als ein Motor vom Dieseltyp beschrieben ist, kann der Motor 102 einen Motor vom Benzintyp, einen Motor vom Hybridtyp und/oder einen anderen geeigneten Motortyp aufweisen.
Luft wird in den Motor 102 durch einen Ansaugkrümmer 104 gezogen. Ein Drosselventil 106 steuert eine Luftströmung in den Motor 102. Ein Drosselaktuatormodul 108 steuert eine Öffnung des Drosselventils 106. Nur beispielhaft kann das Drosselaktuatormodul 108 einen elektronischen Drosselcontroller (ETC) aufweisen. Die Luft mischt sich mit Kraftstoff, der durch einen oder mehrere Kraftstoffinjektoren injiziert wird, wie Kraftstoffinjektor 110. das Luft/Kraftstoff-Gemisch wird in einem oder mehreren Zylindern des Motors 102 verbrannt, wie Zylinder 112. Die Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemisches erzeugt Drehmoment. Ein Motorsteuermodul (ECM) 114 steuert den Drehmomentausgang des Motors 102.
Abgas, das aus der Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemisches resultiert, wird von dem Motor 102 an ein Abgassystem 120 ausgestoßen. Das Abgas umfasst Partikelmaterial (PM) und Abgas. Das Abgas umfasst Stickoxide (NOx), wie Stickstoffmonoxid (NO) und Stickstoffdioxid (NO₂). Das PM kann Kohlenwasserstoffe und Kohlenoxide aufweisen. Das Abgassystem 120 umfasst ein Behandlungssystem, das die Mengen an NOx und PM in dem Abgas reduziert.
Das Behandlungssystem umfasst einen Oxidationskatalysator (OC) 130, einen Dosiermittelinjektor 134 und einen Katalysator für selektive katalytische Reduktion (SCR) und Partikelfilter (PF) 138. Nur beispielhaft kann der OC 130 einen Dieseloxidationskatalysator (DOC) aufweisen, und der PF kann einen Dieselpartikelfilter (DPF) aufweisen. Obwohl der SCR-Katalysator und der PF 138 in 1 so gezeigt sind, dass sie in einem gemeinsamen Gehäuse implementiert sind, können der SCR-Katalysator und der PF unabhängig voneinander implementiert sein.
Das Abgas strömt von dem Motor 102 zu dem OC 130. Der OC 130 entfernt (beispielsweise verbrennt) Kohlenwasserstoffe und/oder Kohlenoxide von dem Abgas. Der Dosiermittelinjektor 134 injiziert ein Dosiermittel in den Abgasstrom an einer Stelle zwischen dem OC 130 und dem SCR-Katalysator. Nur beispielhaft kann das Dosiermittel Harnstoff, Ammoniak oder ein anderes geeignetes Dosiermittel aufweisen, das Ammoniak (nachfolgend ”NH3”) bereitstellt. Eine Spitze des Dosiermittelinjektors 134 kann sich in das Abgassystem 120 erstrecken.
Der PF filtert PM von dem Abgas, und von dem Abgas gefiltertes PM sammelt sich in dem PF. PM wird von dem PF periodisch durch einen Prozess gereinigt, der als Regeneration bezeichnet ist, was nachfolgend weiter beschrieben ist. Der SCR-Katalysator speichert (d. h. absorbiert) NH3, das durch injiziertes Dosiermittel geliefert wird. Eine beispielhafte chemische Gleichung, die eine NH3-Absorption durch den SCR-Katalysator veranschaulicht, ist nachfolgend vorgesehen. NH₃ + S → NH₃(S)
Der SCR-Katalysator katalysiert eine Reaktion zwischen dem gespeicherten NH3 und NOx in dem Abgas. Nur beispielhaft kann der SCR-Katalysator einen Vanadiumkatalysator und/oder einen Zeolithkatalysator aufweisen. Bei einigen Implementierungen kann das Dosiermittel beispielsweise mit Wasser verdünnt sein. Bei derartigen Implementierungen kann Wärme von dem Abgas ein Verdampfen des Wassers bewirken, wodurch die Bereitstellung von NH3 für den SCR-Katalysator resultiert. Eine beispielhafte chemische Gleichung, die die Produktion von NH3 aus einer Dosiermittellösung veranschaulicht, ist nachfolgend vorgesehen. HCNO + H₂O → NH₃ + CO₂
Das Dosiermittel ist in einem Tank 140 gespeichert, bevor es an den Dosiermittelinjektor 134 geliefert wird. Eine Pumpe 142 zieht das Dosiermittel von dem Tank 140 und beaufschlagt das Dosiermittel in einer Verbindungsleitung 144 mit Druck. Das druckbeaufschlagte Dosiermittel wird an den Dosiermittelinjektor 134 über die Verbindungsleitung 144 geliefert. Eine Heizung 146 erwärmt das in dem Tank 140 gespeicherte Dosiermittel. Die Heizung 146 kann beispielsweise eine Widerstandsheizung aufweisen.
Bei einigen Implementierungen kann die Temperatur der Heizung 146 selbst geregelt sein. Nur beispielhaft kann sich der Widerstand der Heizung 146 andern, wenn sich die Heizungstemperatur ändert, um die Heizungstemperatur auf etwa eine vorbestimmte Schmelztemperatur zu regulieren. Bei einigen Implementierungen kann die Heizungstemperatur durch ein Modul geregelt werden, wie das ECM 114, wie bei der beispielhaften Ausführungsform von 2 gezeigt ist. Das ECM 114 kann die Heizungstemperatur durch Steuern des Anlegens von Leistung an die Heizung 146 unter Verwendung eines Heizungssignals steuern.
In dem Motorsystem 100 können verschiedene Sensoren implementiert sein. Nur beispielhaft misst ein Tanktemperatursensor 148 eine Temperatur in dem Tank 140 (d. h. eine Tanktemperatur). Ein Abgasdurchfluss-(EFR)-Sensor 152 misst einen Massendurchfluss des von dem Motor 102 ausgegebenen Abgases. Der Massendurchfluss des Abgases kann als der Abgasdurchfluss (EFR) bezeichnet werden.
Ein Abgastemperatursensor 154 misst eine Abgastemperatur an einer Stelle zwischen dem OC 130 und dem PF. Umgebungsdruck- und Temperatursensoren 156 und 158 messen einen Druck (Amb P) bzw. eine Temperatur (Amb T) von Umgebungsluft. Das Motorsystem 100 kann auch andere Sensoren 160 aufweisen, wie einen Temperatursensor stromaufwärts des OC 130, einen Temperatursensor stromabwärts des PF, Sauerstoffsensoren, einen NOx-Sensor stromabwärts des PF und andere geeignete Sensoren. Die anderen Sensoren 160 können zusätzlich oder alternativ einen Krümmerabsolutdruck-(MAP)-Sensor, einen Luftmassenstrom-(MAF)-Sensor, einen Drosselpositionssensor (TPS), einen Ansauglufttemperatur-(IAT)-Sensor und/oder einen oder mehrere andere Sensoren aufweisen.
Ein Dosiersteuermodul 170 steuert den Massendurchfluss, bei dem das Dosiermittel durch den Dosiermittelinjektor 134 injiziert wird (beispielsweise g/s). Das Dosiersteuermodul 170 kann die Injektion von Dosiermittel steuern, um den Prozentsatz von NOx, der von dem Abgas über Reaktion mit NH3 während des Normalbetriebs entfernt wird, zu maximieren. Das Dosiersteuermodul 170 steuert auch die Injektion von Dosiermittel, um einen NH3-Schlupf zu minimieren. Der NH3-Schlupf findet statt, wenn NH3 stromabwärts des SCR-Katalysators vorhanden ist. Nur beispielhaft kann der NH3-Schlupf stattfinden, wenn mehr NH3 an den SCR-Katalysator geliefert wird, als der SCR-Katalysator speichern kann.
Das in dem Tank 140 gespeicherte Dosiermittel kann bei Temperaturen von kleiner als einer Gefrierpunkttemperatur des Dosiermittels gefrieren. Nur beispielhaft kann die Gefrierpunkttemperatur des Dosiermittels etwa –11°C betragen. Ein Zündmodul 180 liefert Zündsignale an das Dosiersteuermodul 170 gemäß Anwendereingaben über ein Zündaktuatormodul (nicht gezeigt). Nur beispielhaft kann das Zündaktuatormodul Motorstart- und Motorabschaltanweisungen auf Grundlage von Anwendereingaben an ein Zündsystem erzeugen.
Bei oder kurz nach einem Motorstart kann eine begrenzte Menge an flüssigem Dosiermittel in dem Tank 140 vorhanden sein, wenn die Tanktemperatur kleiner als die Gefrierpunkttemperatur ist. Das Abziehen von Dosiermittel von dem Tank 140, bevor das gefrorene Dosiermittel in eine Flüssigkeit schmilzt, kann bewirken, dass sich in dem gefrorenen Dosiermittel in dem Tank 140 ein Hohlraum bildet. Da flüssiges Dosiermittel ein effektives Wärmeübertragungsmedium zwischen der Heizung 146 und dem gefrorenen Dosiermittel sein kann, kann eine Entfernung von flüssigem Dosiermittel den Schmelzprozess des gefrorenen Dosiermittels verlangsamen.
Somit wird während einer vorbestimmten Periode nach einem Motorstart, wenn die Tanktemperatur kleiner als die Gefrierpunkttemperatur ist, eine Dosiermittelinjektion allgemein nicht ausgeführt. Diese vorbestimmte Periode kann als eine Schmelzperiode bezeichnet werden. Nur beispielhaft kann die Schmelzperiode auf Grundlage von Leitlinien von einer oder mehreren Regierungsstellen festgelegt sein und kann etwa 70 Minuten an Motorbetriebszeit umfassen.
Während der Schmelzperiode kann jedoch die Regeneration des PF ausgeführt werden. Die Regeneration des PF umfasst ein Verbrennen von PM, das in dem PF abgefangen ist. Die Verbrennung von abgefangenem PM kann bei hohen Temperaturen erreicht werden, wie größer als etwa 600°C. Kohlenwasserstoffe (beispielsweise Kraftstoff) können an den OC 130 geliefert werden, um eine Regeneration des PF auszulösen, und können an den OC 130 für die Regeneration geliefert werden. Der OC 130 verbrennt die Kohlenwasserstoffe, die Verbrennung erzeugt Wärme und die Wärme wird durch das Abgas stromabwärts des PF geführt.
Da der Dosiermittelinjektor 134 stromabwärts des OC 130 angeordnet ist, empfängt die Spitze des Dosiermittelinjektors 134 jedoch auch Wärme von dem OC 130. In einigen Fällen kann diese Wärme bewirken, dass die Temperatur der Spitze des Dosiermittelinjektors 134 eine Siedepunkttemperatur des Dosiermittels überschreitet. Nur beispielhaft kann die Siedepunkttemperatur des Dosiermittels kleiner als etwa 120°C sein. Das Dosiermittel kann bei Temperaturen von größer als der Siedepunkttemperatur nach sauer wechseln, und die Säure kann den Dosiermittelinjektor 134 schädigen und das Dosiermittel zur Reaktion mit NOx ineffektiv machen.
Das Dosiersteuermodul 170 kann die Pumpe 142 während der Schmelzperiode aktivieren, um druckbeaufschlagtes Dosiermittel an den Dosiermittelinjektor 134 zu liefern. Die Bereitstellung von kälterem Dosiermittel an den Dosiermittelinjektor 134 und die Injektion des Dosiermittels kann die Spitze des Dosiermittelinjektors 134 kühlen. Genauer kann Wärme von der Spitze des Dosiermittelinjektors 134 von dem Dosiermittelinjektor 134 auf das Dosiermittel übertragen werden.
Das Dosiersteuermodul 170 der vorliegenden Offenbarung verfolgt eine Gesamtmenge (beispielsweise g) von Dosiermittel, das während der Regeneration des PF injiziert wird, die während der Schmelzperiode stattfindet. Nachdem die Regeneration beendet ist oder nachdem die Schmelzperiode vergangen ist, begrenzt das Dosiersteuermodul 170 selektiv die Injektion von Dosiermittel auf Grundlage der Gesamtmenge, die während der Regeneration injiziert wurde. Auf diese Art und Weise spart das Dosiersteuermodul 170 flüssiges Dosiermittel, das ansonsten injiziert würde. Diese Einsparung von flüssigem Dosiermittel stellt sicher, dass das flüssige Dosiermittel in dem Tank 140 zum Schmelzen von gefrorenem Dosiermittel, das in dem Tank 140 verbleibt, vorhanden ist.
Nun Bezug nehmend auf 2 ist ein Funktionsblockschaubild einer beispielhaften Implementierung des Dosiersteuermoduls 170 dargestellt. Das Dosiersteuermodul 170 umfasst ein Aktivierungs/Deaktivierungsmodul 202, ein Temperaturschätzmodul 204, ein Heizungszeitgebermodul 206 und ein Schwellenbestimmungsmodul 208. Das Dosiersteuermodul 170 umfasst ferner ein Modussteuermodul 210, ein Pumpensteuermodul 220, ein Basisdosiermodul 222, ein Überwachungsmodul 224 sowie ein Auswahlmodul 226. Das Dosiersteuermodul 170 umfasst ferner ein Verzögerungsmodul 227, ein Integratormodul 228, ein Faktorbestimmungsmodul 230, ein Einsparungsmodul 232, ein Dosierreduktionsmodul 238 sowie ein Injektorsteuermodul 240.
Das Aktivierungs/Deaktivierungsmodul 202 aktiviert und deaktiviert selektiv die Injektion von Dosiermittel. Das Aktivierungs/Deaktivierungsmodul 202 aktiviert und deaktiviert die Injektion von Dosiermittel durch Steuerung eines Zustandes eines Aktivierungssignals. Der Zustand des Aktivierungssignals kann beispielsweise einen aktiven Zustand (beispielsweise 5 V) und einen inaktiven Zustand (beispielsweise 0 V) aufweisen.
Das Aktivierungs/Deaktivierungsmodul 202 deaktiviert die Injektion von Dosiermittel, wenn das Dosiermittel bei Motorstart gefroren ist. Das Aktivierungs/Deaktivierungsmodul 202 kann auf Grundlage eines Vergleichs der Tanktemperatur mit der Gefrierpunkttemperatur bestimmen, ob das Dosiermittel gefroren ist. Wenn das Dosiermittel gefroren ist, kann das Aktivierungs/Deaktivierungsmodul 202 die Deaktivierung der Injektion von Dosiermittel für die vorbestimmte Schmelzperiode beibehalten.
Während die Injektion von Dosiermittel während der vorbestimmten Schmelzperiode deaktiviert ist, aktiviert das Aktivierungs/Deaktivierungsmodul 202 selektiv die Injektion von Dosiermittel während der vorbestimmten Schmelzperiode. Das Aktivierungs/Deaktivierungsmodul 202 kann die Injektion von Dosiermittel während der vorbestimmten Schmelzperiode beispielsweise auf Grundlage von: (1) einem Vergleich einer geschätzten Temperatur der Spitze des Dosiermittelinjektors (d. h. einer Spitzentemperatur) und einer vorbestimmten Temperatur; und (2) einem Vergleich, wie lange die Heizung 146 seit dem Motorstart aufgewärmt worden ist (d. h. eine Heizungseinschaltperiode), aktivieren.
Nur beispielhaft stellt das Aktivierungs/Deaktivierungsmodul 202 das Aktivierungssignal auf aktiv ein, wenn die Spitzentemperatur größer als die vorbestimmte Temperatur ist und die Heizungseinschaltperiode größer als die vorbestimmte Heizungseinschaltperiode ist. Die vorbestimmte Temperatur kann kalibrierbar sein und kann auf Grundlage der Siedepunkttemperatur des Dosiermittels eingestellt sein. Nur beispielhaft kann die vorbestimmte Temperatur kleiner als etwa 120°C sein. Das Aktivierungs/Deaktivierungsmodul 202 kann die Injektion von Dosiermittel während der vorbestimmten Schmelzperiode ferner auf Grundlage dessen, ob ein Regenerationsmodus aktiv ist, aktivieren Nur beispielhaft kann das Aktivierungs/Deaktivierungsmodul 202 die Injektion des Dosiermittels während der vorbestimmten Schmelzperiode aktivieren, wenn der Regenerationsmodus aktiv ist.
Das Temperaturschätzmodul 204 schätzt die Spitzentemperatur auf Grundlage verschiedener Parameter. Nur beispielhaft kann das Temperaturschätzmodul 202 die Spitzentemperatur auf Grundlage der Abgastemperatur, des EFR, des Umgebungsdrucks, der Umgebungstemperatur, der Tanktemperatur und der Fahrzeuggeschwindigkeit schätzen. Das Temperaturschätzmodul 204 kann die Spitzentemperatur ferner auf Grundlage einer Gesamtmenge an Dosiermittel schätzen, die während der Schmelzperiode injiziert wird.
Das Heizungszeitgebermodul 206 verfolgt die Heizungseinschaltperiode und liefert die Heizungseinschaltperiode an das Aktivierungs/Deaktivierungsmodul 202. Das Schwellenbestimmungsmodul 208 bestimmt die vorbestimmte Heizungseinschaltperiode und liefert die vorbestimmte Heizungseinschaltperiode an das Aktivierungs/Deaktivierungsmodul 202. Nur beispielhaft kann das Schwellenbestimmungsmodul 208 die vorbestimmte Heizungseinschaltperiode auf Grundlage der Tanktemperatur bestimmen.
Die vorbestimmte Heizungseinschaltperiode entspricht einer Zeitperiode, nach der eine vorbestimmte Menge an flüssigem Dosiermittel in dem Tank 140 vorhanden ist. Diese vorbestimmte Menge kann eine Menge an flüssigem Dosiermittel aufweisen, die ausreichend ist, um die Verbindungsleitung 144 zur Injektion zu füllen und den Dosiermittelinjektor 134 unter die vorbestimmte Temperatur zu kühlen, und um eine gewünschte Menge an flüssigem Dosiermittel in dem Tank 140 zum fortgesetzten Schmelzen des gefrorenen Dosiermittels beizubehalten.
Das Modussteuermodul 210 steuert den Betriebsmodus für das Dosiersteuermodul 170. Die Betriebsmoden können unter anderem einen Normalmodus und einen Regenerationsmodus aufweisen. Das Modussteuermodul 210 kann den Regenerationsmodus, wenn eine Regeneration stattfinden soll und während der Regeneration, auf aktiv einstellen. Nur beispielhaft kann das Modussteuermodul 210 den Regenerationsmodus als aktiv beibehalten, während der OC 130 Wärme zur Regeneration bereitstellt. Bei einigen Implementierungen kann die Bestimmung, ob eine Regeneration des PF stattfinden soll, auf Grundlage des EFR, der Änderung des Drucks über den PF und/oder anderer geeigneter Parameter basieren.
Wie oben beschrieben ist, kann das Aktivierungs/Deaktivierungsmodul 202 das Aktivierungsmodul auf aktiv einstellen, wenn die Spitzentemperatur größer als die vorbestimmte Temperatur ist, die Heizungseinschaltperiode größer als die vorbestimmte Heizungseinschaltperiode ist und der Regenerationsmodus aktiv ist. Das Aktivierungs/Deaktivierungsmodul 202 kann das Aktivierungssignal so lange in dem aktivierten Zustand beibehalten, bis die Regeneration als erfolgreich betrachtet worden ist oder bis eine Motorabschaltanweisung empfangen wird.
Das Aktivierungs/Deaktivierungsmodul 202 kann das Aktivierungssignal in dem aktivierten Zustand ungeachtet dessen beibehalten, ob eine oder mehrere Aktivierungsbedingungen, die erfüllt sind, enden. Wenn die Motorabschaltanweisung empfangen ist oder wenn die Regeneration als erfolgreich betrachtet worden ist, kann das Aktivierungs/Deaktivierungsmodul 202 das Aktivierungssignal in den inaktiven Zustand einstellen.
Bei einigen Implementierungen kann das Modussteuermodul 210 bestimmen und angeben, ob die Regeneration des PF erfolgreich gewesen ist. Nur beispielhaft kann das Modussteuermodul 210 auf Grundlage des EFR, der Änderung des Drucks über den PF und/oder anderer geeigneter Parameter bestimmen, ob die Regeneration erfolgreich gewesen ist.
Das Aktivierungs/Deaktivierungsmodul 202 liefert das Aktivierungssignal an das Pumpensteuermodul 220, das Basisdosiermodul 222, das Überwachungsmodul 224 und das Auswahlmodul 226. Das Pumpensteuermodul 220 aktiviert die Pumpe 142, wenn das Aktivierungssignal aktiv ist. Die Pumpe 142 zieht dann flüssiges Dosiermittel von dem Tank 140 und liefert das Dosiermittel an den Dosiermittelinjektor 134. Flüssiges Dosiermittel ist dann zur Injektion in das Abgassystem 120 bereit.
Das Basisdosiermodul 222 bestimmt einen Basisdurchfluss zur Dosiermittelinjektion, wenn das Aktivierungssignal aktiv ist. Der Basisdurchfluss entspricht einem Massendurchfluss des flüssigen Dosiermittels, der möglicherweise die Spitzentemperatur auf weniger als oder gleich der vorbestimmten Temperatur kühlt. Nur beispielhaft kann das Basisdosiermodul 222 den Basisdurchfluss auf Grundlage der Spitzentemperatur bestimmen. Wenn das Aktivierungssignal später auf inaktiv eingestellt wird, kann das Basisdosiermodul 222 beispielsweise den Basisdurchfluss steuern, um den Prozentsatz von NOx, der von dem Abgas über Reaktion mit NH3 entfernt wird, zu maximieren, und den NH3-Schlupf zu minimieren.
Das Basisdosiermodul 222 liefert den Basisdurchfluss an das Auswahlmodul 226. Der Basisdurchfluss stellt einen von zwei Eingängen zu dem Auswahlmodul 226 dar. Der andere der beiden Eingänge zu dem Auswahlmodul 226 ist ein begrenzter Durchfluss, der durch das Dosierreduktionsmodul 238 geliefert wird. Das Dosierreduktionsmodul 238 und der begrenzte Durchfluss sind nachfolgend weiter beschrieben.
Das Auswahlmodul 226 wählt den Basisdurchfluss oder den begrenzten Durchfluss auf Grundlage des Zustandes des Aktivierungssignals. Nur beispielhaft kann das Auswahlmodul 226 den Basisdurchfluss wählen, wenn das Aktivierungssignal aktiv ist, und kann den begrenzten Durchfluss wählen, wenn das Aktivierungssignal inaktiv ist. Bei einigen Implementierungen kann das Auswahlmodul 226 einen Zwei-zu-Eins-Multiplexer aufweisen, wie bei der beispielhaften Ausführungsform von 2 gezeigt ist. Das Auswahlmodul 226 kann andere geeignete Typen von Auswahlvorrichtungen aufweisen.
Der durch das Auswahlmodul 226 gewählte Durchfluss wird an das Injektorsteuermodul 240 geliefert. Das Injektorsteuermodul 240 steuert eine Öffnung des Dosiermittelinjektors 134 auf Grundlage des gewählten Durchflusses. Nur beispielhaft kann das Injektorsteuermodul 240 ein Tastverhältnis eines Signals, das an den Dosiermittelinjektor 134 angelegt ist, auf Grundlage des gewählten Durchflusses bestimmen. Das Tastverhältnis kann einem Prozentsatz einer Zeitperiode entsprechen, die sich der Dosiermittelinjektor 134 während der Periode in einer vollständig offenen Position befindet.
Das Überwachungsmodul 224 überwacht den Basisdurchfluss, wenn das Aktivierungssignal aktiviert ist, und verfolgt eine Gesamtmenge (beispielsweise g) des Dosiermittels, die während der Schmelzperiode injiziert worden ist. Nur beispielhaft kann das Überwachungsmodul 224 den Basisdurchfluss über jedes vorbestimmte Intervall (beispielsweise 100 ms) integrieren, um eine injizierte Menge des Dosiermittels (beispielsweise g) zu bestimmen. Das Überwachungsmodul 224 kann die Gesamtmenge an Dosiermittel, die injiziert wird, als eine Summe der Mengen bestimmen, die über die vorbestimmten Intervalle bestimmt sind.
Das Überwachungsmodul 224 kann diese Ansammlung der Gesamtmenge an injiziertem Dosiermittel beispielsweise so lange fortsetzen, bis die Regeneration als erfolgreich bestimmt worden ist oder bis eine Betriebszeitperiode die Schmelzperiode überschreitet. Der Wechsel des Aktivierungssignals von dem aktiven Zustand zu dem inaktiven Zustand kann als die Angabe des Erfolgs der Regeneration oder des Ablaufs der Schmelzperiode verwendet werden. Ein Betriebszeit-Zeitgebermodul 242 verfolgt die Betriebszeitperiode. Die Betriebszeitperiode entspricht dem, wie lange der Motor 102 seit dem Motorstart gelaufen ist (d. h. Kraftstoff verbrannt hat).
Das Verzögerungsmodul 227 empfängt die Gesamtmenge an injiziertem Dosiermittel von dem Überwachungsmodul 224. Das Verzögerungsmodul 227 gibt eine vorherige Gesamtmenge, die in dem Verzögerungsmodul 227 gespeichert ist, aus, und speichert die Gesamtmenge. Bei Empfang einer nächsten Gesamtmenge gibt das Verzögerungsmodul 227 die Gesamtmenge aus und speichert die nächste Gesamtmenge. Die Gesamtmengen werden an das Integratormodul 228 ausgegeben. Nur beispielhaft kann das Verzögerungsmodul 227 einen Ein-Bit-First-In/First-Out-(FIFO)-Puffer aufweisen.
Das Integratormodul 228 bestimmt eine integrierte Menge (beispielsweise g) an Dosiermittel und liefert die integrierte Menge an das Faktorbestimmungsmodul 230. Das Integratormodul 228 bestimmt die integrierte Menge auf Grundlage der von dem Verzögerungsmodul 227 ausgegebenen Gesamtmenge und einer gesparten Menge an Dosiermittel. Die gesparte Menge ist nachfolgend weiter beschrieben.
Das Faktorbestimmungsmodul 230 bestimmt einen Begrenzungsfaktor auf Grundlage der integrierten Menge. Das Faktorbestimmungsmodul 230 kann den Begrenzungsfaktor ferner auf Grundlage einer anfänglichen Tanktemperatur, die durch den Tanktemperatursensor 148 gemessen wird, bestimmen. Die anfängliche Tanktemperatur kann eine erste Tanktemperatur aufweisen, die durch den Tanktemperatursensor 148 nach dem Motorstart gemessen wird. Nur beispielhaft kann der Begrenzungsfaktor einen Wert zwischen 0,0 und 1,0 aufweisen. Die Begrenzungsfaktoren können auf Grundlage einer Zuordnung (beispielsweise Nachschlagetabelle) von Begrenzungsfaktoren bestimmt werden, die durch eine integrierte Menge indexiert sind. Nur beispielhaft können die Begrenzungsfaktoren sich 1,0 annähern, wenn sich die integrierte Menge 0,0 annähert.
Das Dosierreduktionsmodul 238 empfängt den Begrenzungsfaktor von dem Faktorbestimmungsmodul 230 und den Basisdurchfluss von dem Basisdosiermodul 222. Das Dosierreduktionsmodul 238 bestimmt den begrenzten Durchfluss (beispielsweise g/s) auf Grundlage des Basisdurchflusses und des Begrenzungsfaktors. Nur beispielhaft kann das Dosierreduktionsmodul 238 den begrenzten Durchfluss als ein Produkt des Basisdurchflusses und des Begrenzungsfaktors bestimmen, wie bei der beispielhaften Ausführungsform von 2 gezeigt ist. Auf diese Art und Weise kann ein Begrenzungsfaktor von 1,0 einer Begrenzung von Null des Basisdurchflusses entsprechen (d. h. Dosiermittelinjektion bei dem Basisdurchfluss). Das Dosierreduktionsmodul 238 liefert den begrenzten Durchfluss an das Auswahlmodul 226, und das Auswahlmodul 226 wählt den Basisdurchfluss oder den begrenzten Durchfluss zur Steuerung der Dosiermittelinjektion.
Das Einsparungsmodul 232 bestimmt eine während der Injektion eingesparte Menge an flüssigem Dosiermittel auf Grundlage des begrenzten Durchflusses. Diese Menge an flüssigem Dosiermittel wird als die eingesparte Menge bezeichnet (beispielsweise g). Nur beispielhaft kann das Einsparungsmodul 232 die eingesparte Menge auf Grundlage einer Durchflussdifferenz zwischen dem Basisdurchfluss und dem begrenzten Durchfluss bestimmen. Das Einsparungsmodul 232 kann die Durchflussdifferenz über die vorbestimmten Intervalle, während der begrenzte Durchfluss gewählt ist, integrieren und die eingesparte Menge ähnlich oder identisch dem bestimmen, wie die Gesamtmenge durch das Überwachungsmodul 224 bestimmt wird.
Das Integratormodul 228 bestimmt die integrierte Menge auf Grundlage der eingesparten Menge und der Gesamtmenge, die durch das Einsparungsmodul 232 bzw. das Verzögerungsmodul 227 bereitgestellt wird. Genauer kann das Integratormodul 228 die integrierte Menge auf Grundlage einer Differenz zwischen der eingesparten Menge und der Gesamtmenge bestimmen. Nur beispielhaft kann das Integratormodul 228 die integrierte Menge als die Gesamtmenge abzüglich der eingesparten Menge ausgeben.
Auf diese Art und Weise nimmt die eingesparte Menge zu, wenn die Zeit vergeht, während der begrenzte Durchfluss zum Steuern des Massendurchflusses an Dosiermittelinjektion gewählt und verwendet wird. Die integrierte Menge verringert sich daher, während der begrenzte Durchfluss gewählt ist. Wenn die integrierte Menge Null erreicht, kann der Begrenzungsfaktor etwa 1,0 sein. Auf diese Art und Weise kann die Begrenzung, die der Injektion von Dosiermittel auferlegt wird, angehoben werden, sobald die eingesparte Menge die Gesamtmenge erreicht.
Mit anderen Worten kann die Injektion von Dosiermittel so lange begrenzt sein, bis eine Menge an Dosiermittel gleich der Gesamtmenge durch Steuerung der Injektion von Dosiermittel auf Grundlage des begrenzten Durchflusses eingespart worden ist. Diese Begrenzung der Injektion von Dosiermittel, das nach der Regeneration injiziert wird, stellt sicher, dass das flüssige Dosiermittel in dem Tank 140 zum weiteren Schmelzen von gefrorenem Dosiermittel gehalten wird.
Nun Bezug nehmend auf 3 ist ein Flussdiagramm dargestellt, das ein beispielhaftes Verfahren 300 zeigt. Die Steuerung kann bei Schritt 302 während einer Regeneration des PF beginnen, die innerhalb der Schmelzperiode nach einem Motorstart stattfindet. Bei Schritt 302 bestimmt die Steuerung, ob die Spitzentemperatur größer als die vorbestimmte Temperatur ist. Wenn dies zutrifft, fährt die Steuerung mit Schritt 304 fort; wenn dies nicht zutrifft, bleibt die Steuerung bei Schritt 302. Nur beispielhaft kann die vorbestimmte Temperatur kleiner als etwa 120°C sein.
Die Steuerung bestimmt bei Schritt 304, ob die Aktivierungsbedingungen erfüllt sind. Wenn dies zutrifft, fährt die Steuerung mit Schritt 306 fort; wenn dies nicht zutrifft, kehrt die Steuerung zu Schritt 302 zurück. Nur beispielhaft können die Aktivierungsbedingungen erfüllt sein, wenn die Spitzentemperatur größer als die vorbestimmte Temperatur ist, die Heizungseinschaltperiode größer als die vorbestimmte Heizungseinschaltperiode ist und der Regenerationsmodus aktiv ist. Bei Schritt 306 injiziert die Steuerung das Dosiermittel auf Grundlage des Basisdurchflusses. Die Steuerung bestimmt bei Schritt 308 eine injizierte Menge an Dosiermittel. Nur beispielhaft kann die Steuerung den Basisdurchfluss über eine Periode integrieren, die einer Steuerschleife entspricht, um die Menge bei Schritt 308 zu bestimmen.
Bei Schritt 310 bestimmt die Steuerung die injizierte Gesamtmenge an Dosiermittel. Bei Schritt 312 bestimmt die Steuerung, ob die Regeneration als erfolgreich betrachtet wird oder ob die Schmelzperiode abgelaufen ist. Wenn dies zutrifft, fährt die Steuerung mit Schritt 314 fort; wenn dies nicht zutrifft, kehrt die Steuerung zu Schritt 306 zurück. Die Steuerung wechselt bei Schritt 314 zu einer begrenzten Dosierung. Mit anderen Worten wechselt die Steuerung bei Schritt 314 zum Steuern der Dosiermittelinjektion auf Grundlage des begrenzten Durchflusses. Der begrenzte Durchfluss ist kleiner als der Basisdurchfluss, und daher wird Dosiermittel während der Injektion auf Grundlage des begrenzten Durchflusses eingespart.
Bei Schritt 316 bestimmt die Steuerung die eingesparte Menge an Dosiermittel. Die Steuerung fährt zu Schritt 318 fort, bei dem die Steuerung die integrierte Menge auf Grundlage der Gesamtmenge von Schritt 310 und der eingesparten Menge von Schritt 316 bestimmt. Die Steuerung bestimmt bei Schritt 320 den Begrenzungsfaktor auf Grundlage der integrierten Menge und der anfänglichen Tanktemperatur. Die Steuerung bestimmt bei Schritt 322 den begrenzten Durchfluss und steuert bei Schritt 324 eine Injektion des Dosiermittels auf Grundlage des begrenzten Durchflusses. Die Steuerung kehrt dann zu Schritt 316 zurück.
Die breiten Lehren der Offenbarung können in einer Vielzahl von Formen implementiert sein. Daher sei, während diese Offenbarung bestimmte Beispiele aufweist, der wahre Schutzumfang der Offenbarung nicht so begrenzt, da andere Abwandlungen dem Fachmann nach einem Studium der Zeichnungen, der Beschreibung und der folgenden Ansprüche offensichtlich werden.

Claims

Dosiersteuersystem für ein Fahrzeug, umfassend: ein Pumpensteuermodul, das eine Pumpe steuert, die Dosiermittel an einen Dosiermittelinjektor liefert, der stromaufwärts eines Katalysators für selektive katalytische Reduktion (SCR) in einem Abgassystem angeordnet ist; und ein Aktivierungs/Deaktivierungsmodul, das die Pumpe für eine vorbestimmte Schmelzperiode nach einem Motorstart deaktiviert, wenn das Dosiermittel gefroren ist, und das die Pumpe selektiv während der vorbestimmten Schmelzperiode aktiviert, um den Dosiermittelinjektor zu kühlen, wenn eine Spitzentemperatur des Dosiermittelinjektors größer als eine vorbestimmte Temperatur ist.
Dosiersteuersystem nach Anspruch 1, wobei das Aktivierungs/Deaktivierungsmodul die Pumpe deaktiviert, wenn die Spitzentemperatur für mehr als eine vorbestimmte Periode größer als die vorbestimmte Temperatur ist.
Dosiersteuersystem nach Anspruch 1, ferner mit einem Injektorsteuermodul, das eine Injektion des Dosiermittels steuert, wobei das Aktivierungs/Deaktivierungsmodul die Injektion des Dosiermittels während der vorbestimmten Schmelzperiode deaktiviert, wenn das Dosiermittel gefroren ist, und die Injektion von Dosiermittel selektiv während der vorbestimmten Schmelzperiode aktiviert.
Dosiersteuersystem nach Anspruch 3, ferner umfassend: ein Überwachungsmodul, das eine injizierte Menge an Dosiermittel während einer Partikelfilterregeneration überwacht, die während der vorbestimmten Schmelzperiode stattfindet; und ein Dosierreduktionsmodul, das die Injektion von Dosiermittel nach der Partikelfilterregeneration auf Grundlage der Menge selektiv reduziert.
Dosiersteuersystem nach Anspruch 4, ferner mit einem Einsparungsmodul, das eine eingesparte Menge an Dosiermittel, die während der reduzierten Injektion injiziert wird, bestimmt, wobei das Dosierreduktionsmodul die Injektion des Dosiermittels ferner auf Grundlage der eingesparten Menge selektiv reduziert.
Dosiersteuersystem nach Anspruch 5, wobei das Dosierreduktionsmodul die Injektion von Dosiermittel auf Grundlage einer Differenz zwischen der Menge und der eingesparten Menge reduziert.
Dosiersteuersystem nach Anspruch 4, wobei das Dosierreduktionsmodul die Injektion von Dosiermittel ferner auf Grundlage einer anfänglichen Temperatur in einem Dosiermitteltank selektiv reduziert, die gemessen wird, wenn das Dosiermittel gefroren ist.
Dosiersteuersystem nach Anspruch 3, wobei das Aktivierungs/Deaktivierungsmodul die Injektion von Dosiermittel selektiv auf Grundlage der Spitzentemperatur aktiviert.
Dosiersteuersystem nach Anspruch 8, wobei das Aktivierungs/Deaktivierungsmodul die Injektion von Dosiermittel selektiv aktiviert, wenn die Spitzentemperatur größer als eine vorbestimmte Temperatur ist.
Dosiersteuersystem nach Anspruch 1, ferner mit einem Temperaturschätzmodul, das die Spitzentemperatur auf Grundlage einer Abgastemperatur, die zwischen einem Oxidationskatalysator und einem Partikelfilter gemessen wird, einem Abgasdurchfluss und einer injizierten Menge an Dosiermittel schätzt.