DE102011117808A1

DE102011117808A1 - Steuerverfahren und -vorrichtung zur regeneration eines partikelfilters

Info

Publication number: DE102011117808A1
Application number: DE102011117808A
Authority: DE
Inventors: Eugene V. Gonze; Michael J. Paratore jun.
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2010-11-11
Filing date: 2011-11-07
Publication date: 2012-05-16
Anticipated expiration: 2031-11-08
Also published as: CN102465732A; CN102465732B; US20120117946A1; DE102011117808B4; US8707684B2

Abstract

Steuerverfahren zur Regeneration eines Partikelfilters und einer Vorrichtung, die eine Brennkraftmaschine, eine Abgasleitung in Fluidkommunikation mit der Brennkraftmaschine, die derart konfiguriert ist, Abgas von der Brennkraftmaschine aufzunehmen, und eine Partikelfilteranordnung in Fluidkommunikation mit der Abgasleitung, die derart konfiguriert ist, hindurchströmendes Abgas aufzunehmen, aufweist. Die Partikelfilteranordnung umfasst einen Partikelfilter zur Entfernung von Partikeln von dem Abgas, eine Heizungsvorrichtung, die neben einer Vorderseite des Partikelfilters angeordnet ist, um Wärme zur Regeneration des Partikelfilters nach Abschaltung der Brennkraftmaschine zu liefern, und eine Luftpumpe, um Luft in den Partikelfilter zuzuführen und damit die gelieferte Wärme von der Heizungsvorrichtung an den Partikelfilter zu übertragen.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen Abgasbehandlungssysteme für Brennkraftmaschinen und insbesondere eine Partikelfilter-(PF-)Regeneration.
HINTERGRUND
Das von einer Brennkraftmaschine emittierte Abgas ist ein heterogenes Gemisch, das gasförmige Emissionen, wie Kohlenmonoxid (”CO”), nicht verbrannte Kohlenwasserstoffe (”HC”) und Stickoxide (”NOx”), wie auch Materialien in kondensierter Phase (Flüssigkeiten und Feststoffe) enthält, die Partikelmaterial (”PM”) bilden. Katalysatorzusammensetzungen, die typischerweise an Katalysatorträgern oder -substraten angeordnet sind, sind in einem Maschinenabgassystem vorgesehen, um gewisse oder alle dieser Abgasbestandteile in nicht regulierte Abgaskomponenten umzuwandeln.
In einer Abgasbehandlungstechnologie sind verschiedene bekannte Filterstrukturen vorhanden, die dazu verwendet werden, eine dargestellte Wirksamkeit bei der Entfernung des Partikelmaterials von dem Abgas zu haben, wie keramische Waben-Wandströmungsfilter, Filter mit gewickelter oder gepackter Faser, offenzellige Schäume, gesinterte Metallfasern, etc. Keramische Wandströmungsfilter haben in Kraftfahrzeuganwendungen eine signifikante Akzeptanz erfahren. Typischerweise ist ein Partikelfilter entlang des Abgasstromes angeordnet, um die Partikel von dem Abgas zu filtern. Mit der Zeit kann der Partikelfilter voll werden, und es ist eine Regeneration erforderlich, um jegliche abgefangenen Partikel zu entfernen. Die Regeneration eines Partikelfilters in Fahrzeuganwendungen erfolgt typischerweise automatisch und wird durch einen Maschinen- oder anderen Controller auf Grundlage von Signalen gesteuert, die durch Maschinen- und Abgassystemsensoren erzeugt werden. Das Regenerationsereignis betrifft die Erhöhung der Temperatur des Partikelfilters auf Niveaus, die oftmals über 600°C liegen, um die gesammelten Partikel zu verbrennen und damit die Fortsetzung des Filterprozesses zu ermöglichen.
Es existieren Nachteile in Verbindung mit dem Regenerationsprozess. Diese umfassen den Kraftstoffverbrauch, der zur Regeneration des Partikelfilters erforderlich ist, sowie Abgasemissionen, die durch den Regenerationsprozess (z. B. Faktoren zur aufwärts gerichteten Einstellung (UAF von engl.: ”upward adjustment factors”) für NOx und HC) erzeugt werden.
Demgemäß ist es erwünscht, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Regeneration eines Partikelfilters bereitzustellen, die in einem reduzierten Kraftstoffverbrauch sowie einer Abgasemission von nahezu Null während der Partikelfilterregeneration resultieren.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Um die oben erwähnten Probleme zu beseitigen, sieht die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Regeneration eines Dieselpartikelfilters (DPF) unmittelbar nach dem Abschalten der Maschine vor.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Abgas-Partikelfiltersystem für eine Brennkraftmaschine vorgesehen. Das Abgas-Partikelfiltersystem für eine Brennkraftmaschine weist eine Brennkraftmaschine, eine Abgasleitung in Fluidkommunikation mit der Brennkraftmaschine, die derart konfiguriert ist, Abgas von der Brennkraftmaschine aufzunehmen, und eine Partikelfilteranordnung in Fluidkommunikation mit der Abgasleitung, die derart konfiguriert ist, hindurchströmendes Abgas aufzunehmen, auf. Die Partikelfilteranordnung weist einen Partikelfilter zur Entfernung von Partikeln von dem Abgas, eine Heizungsvorrichtung, die nahe einer Vorderseite des Partikelfilters angeordnet ist, um Wärme zur Regeneration des Partikelfilters nach Abschaltung der Brennkraftmaschine zu liefern, und eine Luftpumpe auf, um Luft in den Partikelfilter zuzuführen, um die gelieferte Wärme von der Heizungsvorrichtung an den Partikelfilter zu übertragen.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Steuerverfahren zur Regeneration einer Abgas-Partikelfilteranordnung einer Brennkraftmaschine, die einen Partikelfilter und eine stromaufwärts desselben angeordnete Heizungsvorrichtung aufweist, vorgesehen. Das Steuerverfahren umfasst ein Bestimmen, ob die Brennkraftmaschine abgeschaltet worden ist, ein Bestimmen, ob ein Regenerationsbetrieb des Partikelfilters auszulösen ist, wenn bestimmt worden ist, dass die Brennkraftmaschine abgeschaltet worden ist, ein Aktivieren der Heizungsvorrichtung, wenn bestimmt worden ist, dass die Brennkraftmaschine abgeschaltet worden ist, und ein Aktivieren einer Luftpumpe, um Wärme von der Heizungsvorrichtung zur Ausführung eines Regenerationsbetriebes des Partikelfilters zu übertragen.
Bei einer anderen beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Steuerverfahren zur Regeneration einer Abgas-Partikelfilteranordnung einer Brennkraftmaschine, die einen Partikelfilter und eine stromaufwärts davon angeordnete Heizungsvorrichtung aufweist, vorgesehen. Das Steuerverfahren umfasst ein Bestimmen, ob die Brennkraftmaschine abgeschaltet worden ist, ein Bestimmen, ob ein Regenerationsbetrieb des Partikelfilters auf eine in Zonen unterteilte Weise über eine Mehrzahl von Zonen der Heizungsvorrichtung auszulösen ist, wenn bestimmt worden ist, dass die Brennkraftmaschine abgeschaltet worden ist, ein Aktivieren einer ersten Zone der Mehrzahl von Zonen der Heizungsvorrichtung, um Wärme an eine Zone des Partikelfilters zu liefern, ein Aktivieren einer Luftpumpe, um die Wärme von der ersten Zone der Mehrzahl von Zonen an die Heizungsvorrichtung durch den Partikelfilter zu übertragen, um einen Regenerationsbetrieb der Zone des Partikelfilters auszuführen, und ein anschließendes Aktivieren einer nächsten Zone der Mehrzahl von Zonen der Heizungsvorrichtung, um Wärme an eine nächste Zone zu dem Partikelfilter zu übertragen, bis eine Mehrzahl von Zonen des Partikelfilters erhitzt und eine Regeneration des Partikelfilters beendet worden ist.
Die obigen Merkmale und Vorteile wie auch weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen leicht offensichtlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Andere Aufgaben, Merkmale, Vorteile und Einzelheiten sind nur beispielhaft in der folgenden detaillierten Beschreibung der Ausführungsformen dargestellt, wobei die detaillierte Beschreibung Bezug auf die Zeichnungen nimmt, in welchen:
1 eine schematische Ansicht eines Abgasbehandlungssystems für eine Brennkraftmaschine ist;
2 eine Schnittansicht einer beispielhaften Ausführungsform eines Partikelfilters ist, der Aspekte der vorliegenden Erfindung verkörpert;
3 eine beispielhafte Ausführungsform einer Heizungsvorrichtung ist, die nahe einer Vorderseite des in 2 gezeigten Partikelfilters angeordnet ist und Aspekte der vorliegenden Erfindung verkörpert;
4 ein Flussdiagramm eines Steuerverfahrens zur Regeneration eines Abgaspartikelfilters ist, der Aspekte der vorliegenden Erfindung verkörpert; und
5 ein Flussdiagramm eines Steuerverfahrens zur Regeneration eines Abgaspartikelfilters ist, der andere Aspekte der vorliegenden Erfindung verkörpert.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur und nicht dazu bestimmt, die vorliegende Offenbarung, Anwendung oder Gebräuche zu beschränken. Es sei zu verstehen, dass in den Zeichnungen entsprechende Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile und Merkmale angeben.
Nun Bezug nehmend auf 1 ist eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung auf ein Abgasbehandlungssystem, das allgemein mit 10 bezeichnet ist, für die Reduktion regulierter Abgasbestandteile einer Brennkraftmaschine 12 gerichtet. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das Abgasbehandlungssystem 10 eine Partikelfilteranordnung 50 auf, die einen Partikelfilter 32 (wird später beschrieben) und eine Luftpumpe 38 besitzt, um Sauerstoff, der zur Ausführung eines Regenerationsbetriebs des Partikelfilters 32 erforderlich ist, zu liefern. Ein Katalysator an dem Partikelfilter 32 minimiert eine Emission von Gasen, wie Kohlenmonoxid (CO), während des Regenerationsbetriebs. Die vorliegende Erfindung offenbart ferner ein Verfahren zur Ausführung einer Regeneration des Partikelfilters 32 unmittelbar nach Abschaltung der Maschine. Normalerweise wird der Partikelfilter 32 regeneriert, wenn die Abgastemperatur angehoben wird, um darin mitgeführtes Partikelmaterial zu oxidieren. Die Temperatur an dem Partikelfilter 32 wird auf ein Niveau gesteuert, das kein thermisches Durchgehen (typischerweise im Bereich zwischen 350 bis 600°C) des PM bewirkt. Diese Regenerationstemperatur wird normalerweise für etwa 15 bis 30 Minuten beibehalten.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Brennkraftmaschine 12 vorgesehen. Es sei angemerkt, dass die hier beschriebene Erfindung in verschiedenen Maschinensystemen implementiert sein kann, die einen Abgaspartikelfilter implementieren. Derartige Maschinensysteme können umfassen, sind jedoch nicht darauf beschränkt, Dieselmaschinen, Benzin-Direktinjektionssysteme sowie Maschinensysteme mit homogener Kompressionszündung.
Das Abgasbehandlungssystem 10 weist eine Abgasleitung 14 auf, die mehrere Segmente umfassen kann und in Fluidkommunikation mit der Brennkraftmaschine 12 steht und derart konfiguriert ist, Abgas von der Brennkraftmaschine 12 aufzunehmen und um Abgas 16 von der Maschine 12 an die verschiedenen Abgasbehandlungsvorrichtungen des Abgasbehandlungssystems zu transportieren.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können die Abgasbehandlungsvorrichtungen eine Katalysatorvorrichtung 18 stromaufwärts des Partikelfilters 32 aufweisen, um eine Oxidation der Abgasbestandteile zu bewirken und das Abgas 16 zu erhitzen. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Katalysatorvorrichtung 18 eine Oxidationskatalysator-(”OC”-)Vorrichtung sein. Die Oxidationskatalysatorvorrichtung 18 kann ein Durchström-Metall- oder Keramik-Monolithsubstrat 20 aufweisen, das in eine intumeszente Matte (nicht gezeigt) gewickelt ist, die sich bei Erhitzung ausdehnt, wobei das Substrat gesichert und isoliert wird, das in eine starre Schale oder einen starren Behälter 19 gepackt ist, der einen Einlass und einen Auslass in Fluidkommunikation mit der Abgasleitung 14 besitzt. Das Substrat kann eine daran angeordnete Oxidationskatalysatorverbindung (nicht gezeigt) aufweisen, die als ein Washcoat aufgetragen werden und Platingruppenmetalle enthalten kann, wie Platin (Pt), Palladium (Pd), Rhodium (Rh) oder andere geeignete oxidierende Katalysatoren oder eine Kombination daraus. Die Oxidationskatalysatorvorrichtung 18 ist bei der Behandlung nicht verbrannter gasförmiger und nichtflüchtiger HC und CO nützlich, die oxidiert werden, um Kohlendioxid und Wasser zu bilden.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Liefervorrichtung 21 mit der Abgasleitung 14 verbunden und steht in Fluidkommunikation mit dieser. Gemäß der gegenwärtigen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist die Liefervorrichtung 21 einen Injektor 22 auf, der zwischen der Oxidationskatalysatorvorrichtung 18 und einem Mischer oder Turbulator 24 angeordnet ist, der stromabwärts von der Oxidationskatalysatorvorrichtung 18 angeordnet ist. Der Injektor 22 und der Mischer 24 sind mit der Abgasleitung 14 verbunden und stehen in Fluidkommunikation mit dieser. Der Injektor 22 ist derart konfiguriert, dass er ein Reduktionsmittel 23, wie Harnstoff oder Ammoniak oder eine Kombination daraus, in die Abgasströmung zwischen der Oxidationskatalysatorvorrichtung 18 und dem Mischer 24 periodisch und selektiv injiziert. Es können andere geeignete Verfahren zur Lieferung des Reduktionsmittels 23 an das Abgas 16 verwendet werden. Das Reduktionsmittel 23 wird von einem Reduktionsmittelliefertank 25 durch eine Leitung 17 geliefert. Das Reduktionsmittel 23 kann in der Form eines Gases, einer Flüssigkeit oder einer wässrigen Harnstofflösung vorliegen und kann mit Luft in dem Injektor 22 gemischt werden, um die Dispersion des injizierten Sprühnebels in dem Abgas 16 zu unterstützen. Der Mischer oder Turbulator 24 ist in der Abgasleitung 14 in nächster Nähe zu dem Injektor 22 angeordnet, um ein vollständiges Mischen des Reduktionsmittels 23 mit dem Abgas 16 weiter zu unterstützen.
Eine Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion (”SCR”) 26 kann stromabwärts der Oxidationskatalysatorvorrichtung 18 angeordnet sein. Auf eine Weise ähnlich der Oxidationskatalysatorvorrichtung 18 kann die SCR 26 ebenfalls ein Durchström-Keramik- oder Metall-Monolithsubstrat 28 aufweisen, das in eine intumeszente Matte (nicht gezeigt) gewickelt ist, die sich bei Erhitzung ausdehnt, wobei das Substrat gesichert und isoliert wird, das in eine starre Schale oder einen starren Behälter 27 gepackt ist, der einen Einlass und einen Auslass in Fluidkommunikation mit der Abgasleitung 14 aufweist. Das Substrat besitzt eine darauf aufgebrachte SCR-Katalysatorzusammensetzung (nicht gezeigt). Die Zusammensetzung des Katalysators des SCR 26 enthält bevorzugt einen Zeolith sowie ein oder mehrere Grundmetallkomponenten, wie Eisen (”Fe”), Kobalt (Co”), Kupfer (”Cu”) oder Vanadium (”V”), die effizient dazu dienen können, NOx-Bestandteile in dem Abgas 16 in der Anwesenheit des Reduktionsmittels 23 umzuwandeln. Nun werden weitere Details betreffend das Abgasbehandlungssystem 10 diskutiert. Wie in 1 weiter gezeigt ist, steht gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Partikelfilteranordnung 50 in Fluidkommunikation mit der Abgasleitung 14 und ist zur Aufnahme des Abgases 16 konfiguriert. Die Partikelfilteranordnung 50 weist den in einem Behälter oder einer Schale 35 angeordneten Partikelfilter 32 auf, um Partikel von dem Abgas 16 zu entfernen. Die Partikelfilteranordnung 50 weist ferner eine Heizungsvorrichtung 36 auf, wie ein Heizungsgitter, um Wärme an den Partikelfilter 32 zu liefern. Details bezüglich des Partikelfilters 32 und der Heizungsvorrichtung 36 werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die 2 und 3 beschrieben.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist, wie in 1 weiter gezeigt ist, die Partikelfilteranordnung 50 ferner eine Luftpumpe 38 auf, um Luft in das Abgasbehandlungssystem 10 zuzuführen und damit die gelieferte Wärme von der Heizungsvorrichtung 36 an den Partikelfilter 32 bei Aktivierung der Luftpumpe 38 zu übertragen. Ein optionaler Schlupfkatalysator 40 kann verwendet werden, wenn der Partikelfilter 32 keinen oxidierenden Katalysator aufweist oder wenn ein kombinierter DPF/SCR-Filter verwendet wird.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist auch ein Temperatursensor 42 vorgesehen, der in Fluidkommunikation mit dem Abgas in der Partikelfilteranordnung 50 steht und derart konfiguriert ist, ein Signal zu erzeugen, das eine Temperatur des Abgases 16 darin angibt. Nun wird eine Beschreibung des elektrisch beheizten Partikelfilters 32 und der Heizungsvorrichtung 36 diskutiert.
Die 2 und 3 sind Schaubilder, die den Partikelfilter 32 bzw. die Heizungsvorrichtung 36 veranschaulichen und die, wie in 1 gezeigt ist, in Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung implementiert sein können. Wie in 1 gezeigt ist, ist der Partikelfilter 32 in dem Abgasbehandlungssystem 10 stromabwärts des SCR 26 angeordnet und dient dazu, das Abgas 16 von Kohlenstoff und anderen Partikeln zu filtern.
Wie in 2 gezeigt ist, ist der Partikelfilter 32 ein monolithischer Partikelfänger und weist abwechselnde geschlossene Zellen/Kanäle 70 und offene Zellen/Kanäle 72 auf. Ein Partikelfilter-Mattenmaterial 75 umgibt den monolithischen Partikelfänger, und die Außenschale 35 umgibt die Partikelfiltermatte 75. Die Zellen/Kanäle 70, 72 besitzen typischerweise quadratische Querschnitte, die sich axial durch den Partikelfilter 32 erstrecken. Wände 78 des Filters 32 können eine poröse keramische Wabenwand aus Cordierit-Mateial umfassen. Es kann jeder Typ von Keramikmaterial, der für den hier dargestellten Zweck geeignet ist, verwendet werden. Benachbarte Kanäle sind an jedem Ende abwechselnd verstopft 76. Das Maschinenabgas 16 wird dann zur Strömung durch die Substratwände 78 getrieben, die als ein mechanischer Filter wirken. Partikelmaterial wird in den geschlossenen Kanälen 70 abgeschieden und das Abgas 16 tritt durch die offenen Kanäle 72 aus. Rußpartikel 79 strömen in den Filter 32 und werden darin abgefangen. Wie oben erwähnt ist, ist gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Partikelfilter 32 ein elektrisch beheizter Partikelfilter. Die Heizungsvorrichtung 36 ist an oder nahe einer Vorderseite 32a des Partikelfilters 32 angeordnet, wie in den 1 und 2 gezeigt ist. Ein Verfahren zur Regeneration des Partikelfilters 32 unter Verwendung der Heizungsvorrichtung 36 ist nachfolgend und unter Bezugnahme auf 4 diskutiert.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der Partikelfilter 32 ein in Zonen unterteilter elektrisch beheizter Partikelfilter sein. Zusätzliche Details bezüglich der Mehrzahl von Zonen der Heizungsvorrichtung 36 und der Regeneration des Partikelfilters 32 in einer in Zonen unterteilten Weise sind nun unter Bezugnahme auf 3 diskutiert. Wie in 3 gezeigt ist, kann die Heizungsvorrichtung 36 in eine Mehrzahl von Zonen 301 bis 305 unterteilt sein. Die Heizungsvorrichtung 36 ist derart konfiguriert, dass sie Wärme anschließend an jede Zone 301 bis 305 liefert, so dass der Partikelfilter 32 in einer in Zonen unterteilten Art und Weise erhitzt und regeneriert wird. Jede Zone 301 bis 305 wird individuell erhitzt, sodass der Partikelfilter 32 selektiv in Stufen erhitzt wird. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann jede Zone 301 bis 305 durch Liefern von Leistung an einen Widerstandspfad, der in jeder Zone 301 bis 305 angeordnet ist, separat erhitzt werden. Beispielsweise kann die Zone 301 zuerst erhitzt werden, wodurch ein Zentralgebiet des Partikelfilters 32 erhitzt wird. Als zweites kann die Zone 302 erhitzt werden, wodurch ein äußeres radiales Gebiet des Partikelfilters 32 erhitzt wird, und so weiter. Es sei angemerkt, dass der Partikelfilter 32 in Segmenten über die Verwendung der Heizungsvorrichtung 36 erhitzt wird. Es ist denkbar, dass der Partikelfilter 32 in eine Mehrzahl von Zonen unter Verwendung einer Mehrzahl von Heizungsformaten segmentiert werden kann; daher ist die vorliegende Erfindung nicht auf die Ausführungsform von 3 beschränkt. Ein Verfahren zur Regeneration des Partikelfilters auf eine in Zonen unterteilte Art und Weise wird nun nachfolgend und unter Bezugnahme auf 5 beschrieben.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform erfordert die Erhöhung des Abgasgegendruckes, die durch die Ansammlung von Partikelmaterial 79 (PM) bewirkt wird, dass der Partikelfilter 32 periodisch gereinigt oder regeneriert wird. Die Regeneration betrifft die Oxidation oder das Verbrennen des angesammelten Kohlenstoffs und anderer Partikel 79, 2, typischerweise in einer Umgebung mit hoher Temperatur (> 600°C). Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Regenerationsbetrieb von Gebieten des Partikelfilters 32 separat für jede Zone 301 bis 305 ausgeführt, sodass eine Zone 301 bis 305 anschließend nacheinander auf Grundlage des Bedarfs und nicht in einer bestimmten Reihenfolge erhitzt wird. Nun ist eine Beschreibung von Regenerationsbetriebsabläufen der Abgas-Partikelfilteranordnung 50 nachfolgend und unter Bezugnahme auf die 4 und 5 dargestellt.
4 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Regeneration des Abgaspartikelfilters 32 nach dem Abschalten der Brennkraftmaschine 12 zeigt. Das Steuerverfahren beginnt mit dem Betriebsschritt 100. Bei Betriebsschritt 110 wird bestimmt, ob die Brennkraftmaschine 12 (wie in 1 gezeigt ist) abgeschaltet worden ist. Wenn bestimmt wird, dass die Maschine 12 nicht abgeschaltet ist, dann kann der Regenerationsbetrieb des Partikelfilters 32 verzögert werden. Wenn bei Betriebsschritt 110 bestimmt worden ist, dass die Brennkraftmaschine 12 abgeschaltet worden ist, wird unmittelbar bestimmt, ob ein Regenerationsbetrieb des Partikelfilters auszulösen ist, beispielsweise durch Ausführen der Betriebsschritte 115 bis 125.
Bei Betriebsschritt 115 wird bestimmt, ob eine Temperatur des Partikelfilters 32 größer als eine erste Anspringtemperatur für Partikelmaterial (PM), beispielsweise Kohlenmonoxid (CO), ist. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die erste PM-Anspringtemperatur etwa 200°C betragen. Wenn bei Betriebsschritt 115 bestimmt wird, dass die Temperatur des Partikelfilters 32 größer als die erste PM-Anspringtemperatur ist, fährt der Prozess mit Betriebsschritt 120 fort, wo die Heizungsvorrichtung 36 stromaufwärts des Partikelfilters 32 eingeschaltet wird. Von Betriebsschritt 120 fährt der Prozess mit Betriebsschritt 125 fort, wo bestimmt wird, ob eine Heizungstemperatur der Heizungsvorrichtung 36 größer als eine zweite PM-Anspringtemperatur ist. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die zweite PM-Anspringtemperatur etwa 800°C betragen. Wenn bestimmt wird, dass die Heizungstemperatur kleiner als die zweite PM-Anspringtemperatur ist, wird kein Regenerationsbetrieb des Partikelfilters ausgeführt. Andererseits bewegt sich, wenn bei Betriebsschritt 125 bestimmt wird, dass die Heizungstemperatur größer als die zweite PM-Anspringtemperatur ist, der Prozess zu Betriebsschritt 130 fort, bei dem die Luftpumpe 38, die stromaufwärts von dem Partikelfilter 32 angeordnet ist, aktiviert wird, um Wärme über die Heizungsvorrichtung 36 an den Partikelfilter 32 zu übertragen, um eine Regeneration des Partikelfilters 32 auszuführen. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Heizungstemperatur auf Grundlage der Impedanz der Heizungsvorrichtung 36 bestimmt werden, und es können ein oder mehrere Sensoren vorgesehen sein, um die Heizungstemperatur wie auch die erste und zweite PM-Anspringtemperatur zu detektieren.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der Partikelfilter 32 in eine in Zonen unterteilte Art und Weise nach dem Abschalten der Brennkraftmaschine 12 regeneriert werden, wie nachfolgend unter Bezugnahme auf 5 diskutiert ist. Das Steuerverfahren beginnt mit Betriebsschritt 200. Bei Betriebsschritt 210 wird bestimmt, ob die Brennkraftmaschine 12 abgeschaltet worden ist. Wenn bestimmt ist, dass die Maschine 12 nicht abgeschaltet ist, dann kann der Regenerationsbetrieb des Partikelfilters 32 verzögert werden. Wenn bei Betriebsschritt 210 bestimmt wird, dass die Maschine 12 abgeschaltet worden ist, wird unmittelbar bestimmt, ob ein Regenerationsbetrieb des Partikelfilters 32 auszulösen ist, indem Betriebsschritte 215 bis 230 ausgeführt werden.
Bei Betriebsschritt 215 wird bestimmt, ob eine Temperatur des Partikelfilters 32 größer als eine erste Anspringtemperatur für Partikelmaterial (PM) ist. Wenn bei Betriebsschritt 215 bestimmt wird, dass die Temperatur des Partikelfilters 32 größer als die erste PM-Anspringtemperatur ist, fährt der Prozess mit Betriebsschritt 220 fort, bei dem eine gewählte Zone (beispielsweise eine erste Zone 301) der Heizungsvorrichtung 36 erhitzt wird. Von dem Betriebsschritt 220 fährt der Prozess zu Betriebsschritt 225 fort, wo bestimmt wird, ob die Heizungstemperatur der Heizungsvorrichtung 36 größer als eine zweite PM-Anspringtemperatur ist. Wenn bestimmt wird, dass die Heizungstemperatur kleiner als die zweite PM-Anspringtemperatur ist, wird kein Regenerationsbetrieb des Partikelfilters ausgeführt. Wenn andererseits bei Betriebsschritt 225 bestimmt wird, dass die Heizungstemperatur größer als die zweite PM-Anspringtemperatur ist, bewegt sich der Prozess zu Betriebsschritt 230, bei dem die Luftpumpe 38 aktiviert wird, um die Wärme von der gewählten Zone (beispielsweise 301) der Heizungsvorrichtung 36 auf den Partikelfilter 32 zu übertragen und damit eine Regeneration der gewählten Zone des Partikelfilters 32 auszuführen.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die Betriebsschritte 215 bis 230 nach Bedarf wiederholt, bis alle der Mehrzahl von Zonen 301 bis 305, die eine Regeneration erfordern, erhitzt worden sind und eine Regeneration des Partikelfilters 32 beendet worden ist.
Erneut Bezug nehmend auf 1 ist ein Controller 60, wie ein Fahrzeug- oder Maschinencontroller, funktionell mit der Maschine 12 und dem Abgasbehandlungssystem 10 verbunden und überwacht die Maschine 12 und das Abgasbehandlungssystem 10 durch Signalkommunikation mit einer Anzahl von Sensoren. Gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein separates Steuermodul bereitgestellt sein, um das Abgasbehandlungssystem 10 zu steuern und zu überwachen. Der hier verwendete Begriff ”Controller” kann eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppe) und Speicher, der ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführt, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten aufweisen, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen. Der Controller 60 kann derart konfiguriert sein, dass er die Lieferung von Reduktionsmittel 23, das über den Injektor 22 zu injizieren ist, steuert und ferner die Partikelfilteranordnung 50 steuert, um die Luftpumpe 38 zu aktivieren, die Leistungsfähigkeit eines Regenerationsbetriebs des Partikelfilters 32, wenn bestimmt, steuert, und die Luftpumpe 38 nach Beendigung der Regeneration des Partikelfilters 32 deaktiviert.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sehen eine Luftpumpe, einen katalysierten Partikelfilter sowie eine elektrische Heizung vor, um eine Regeneration des Partikelfilters nach der Maschinenabschaltung auszuführen. Daher sieht die vorliegende Erfindung die Vorteile der Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs und das Erreichen von Emissionen von nahezu Null während des Regenerationsbetriebs des Partikelfilters vor.
Während die Erfindung unter Bezugnahme auf beispielhafte Ausführungsformen beschrieben worden ist, sei dem Fachmann angemerkt, dass verschiedene Änderungen durchgeführt und Äquivalente gegen Elemente derselben ohne Abweichung von dem Schutzumfang der Erfindung ersetzt werden können. Zusätzlich können viele Modifikationen ausgeführt werden, um eine bestimmte Situation oder ein bestimmtes Material an die Lehren der Erfindung anzupassen, ohne von dem wesentlichen Schutzumfang desselben abzuweichen. Daher ist es beabsichtigt, dass die Erfindung nicht auf die bestimmten Ausführungsformen beschränkt ist, die als die beste Art offenbart sind, die zum Ausführen dieser Erfindung denkbar ist, sondern dass die Erfindung alle Ausführungsformen umschließt, die in den Schutzumfang der vorliegenden Anmeldung fallen.

Claims

Abgas-Partikelfiltersystem für eine Brennkraftmaschine, umfassend: eine Brennkraftmaschine; eine Abgasleitung in Fluidkommunikation mit der Brennkraftmaschine, die derart konfiguriert ist, Abgas von der Brennkraftmaschine aufzunehmen; eine Partikelfilteranordnung in Fluidkommunikation mit der Abgasleitung, die derart konfiguriert ist, hindurchströmendes Abgas aufzunehmen, wobei die Partikelfilteranordnung umfasst: einen Partikelfilter, um Partikel von dem Abgas zu entfernen; eine Heizungsvorrichtung, die neben einer Vorderseite des Partikelfilters angeordnet ist, um Wärme zur Regeneration des Partikelfilters nach Abschaltung der Brennkraftmaschine zu liefern, und eine Luftpumpe, um Luft in den Partikelfilter zuzuführen, um die gelieferte Wärme von der Heizungsvorrichtung an den Partikelfilter zu übertragen.
Abgas-Partikelfiltersystem nach Anspruch 1, wobei der Partikelfilter einen katalysierten Partikelfilter umfasst.
Abgas-Partikelfiltersystem nach Anspruch 1, ferner mit: einem Temperatursensor, der zur Fluidkommunikation mit dem Abgas in der Partikelfilteranordnung konfiguriert und derart konfiguriert ist, ein Signal zu erzeugen, das eine Temperatur des Abgases darin angibt.
Abgas-Partikelfiltersystem nach Anspruch 1, ferner mit: einem Controller, der so konfiguriert ist, dass: die Partikelfilteranordnung gesteuert wird, um die Luftpumpe zu aktivieren und den Partikelfilter zu regenerieren und die Luftpumpe nach Beendigung der Regeneration des Partikelfilters zu deaktivieren.
Abgas-Partikelfiltersystem nach Anspruch 1, wobei die Heizungsvorrichtung eine Mehrzahl von Zonen umfasst, um Wärme nacheinander an jede der Zonen zur Regeneration des Partikelfilters in einer in Zonen unterteilten Art und Weise zu liefern.
Steuerverfahren zur Regeneration einer Abgas-Partikelfilteranordnung einer Brennkraftmaschine, die einen Partikelfilter und eine stromaufwärts davon angeordnete Heizungsvorrichtung umfasst, wobei das Steuerverfahren umfasst: Bestimmen, ob die Brennkraftmaschine abgeschaltet worden ist; Bestimmen, ob ein Regenerationsbetrieb des Partikelfilters auszulösen ist, wenn bestimmt worden ist, dass die Brennkraftmaschine abgeschaltet worden ist; Aktivieren der Heizungsvorrichtung, wenn bestimmt worden ist, dass die Brennkraftmaschine abgeschaltet worden ist; und Aktivieren einer Luftpumpe, um Wärme von der Heizungsvorrichtung zu übertragen und damit einen Regenerationsbetrieb des Partikelfilters auszuführen.
Steuerverfahren nach Anspruch 6, wobei das Bestimmen, ob ein Regenerationsbetrieb des Partikelfilters auszulösen ist, umfasst: Bestimmen ob eine Temperatur des Partikelfilters größer als eine erste Partikelmaterial-Anspringtemperatur ist; Aktivieren der Heizungsvorrichtung, wenn bestimmt wird, dass die Temperatur des Partikelfilters größer als die erste Partikelmaterial-Anspringtemperatur ist.
Steuerverfahren nach Anspruch 7, ferner umfassend: nach einer Aktivierung der Heizungsvorrichtung Bestimmen, ob eine Heizungstemperatur größer als eine zweite Partikelmaterial-Anspringtemperatur ist; und wenn bestimmt ist, dass die Heizungstemperatur größer als die zweite Partikelmaterial-Anspringtemperatur ist, Aktivieren der Luftpumpe, um Wärme von der Heizungsvorrichtung durch den Partikelfilter zur Regeneration des Partikelfilters zu übertragen.
Steuerverfahren nach Anspruch 7, wobei, wenn die Temperatur des Partikelfilters kleiner als die erste Partikelmaterial-Anspringtemperatur ist, kein Regenerationsbetrieb des Partikelfilters ausgeführt wird.
Steuerverfahren nach Anspruch 8, wobei, wenn die Heizungstemperatur der Heizungsvorrichtung kleiner als die zweite Partikelmaterial-Anspringtemperatur ist, kein Regenerationsbetrieb des Partikelfilters ausgeführt wird.