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GEBIET DER ERFINDUNG
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Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung betreffen ein Leistungssystem sowie ein Verfahren zum Erregen eines elektrisch beheizten Katalysators in einem Fahrzeug.
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HINTERGRUND
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Durch Verbrennung angetriebene Fahrzeuge haben einen elektrisch beheizten Katalysator in einem Abgassystem verwendet. Der elektrisch beheizte Katalysator wird über eine 12-Volt-Batterie des Kraftfahrzeugs erregt. Auch weist ein elektrisches Fahrzeugsystem einen Generator auf, der eine Spannung an die Batterie und elektrische Lasten an dem Kraftfahrzeug zusammen mit dem elektrisch beheizten Katalysator liefert. Um den elektrisch beheizten Katalysator auf eine Betriebstemperatur aufzuheizen, sind hohe Leistungsniveaus erforderlich. Falls der elektrisch beheizte Katalysator nur von der Fahrzeugbatterie erregt wird, können die relativ hohen Stromniveaus, die erforderlich sind, um den Katalysator zu heizen, in einer reduzierten Betriebslebensdauer der Batterie resultieren. Auch können, wenn die Fahrzeugbatterie während einer Zeitperiode zum Aufheizen des elektrisch beheizten Katalysators nicht verbunden gehalten wird (d. h. zeitweilig von einem Generator getrennt ist), Fahrzeuglasten, die mit der Fahrzeugbatterie verbunden sind, die gespeicherte Energie in der Batterie signifikant reduzieren.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Bei einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ist ein Leistungssystem zum Erregen eines elektrisch beheizten Katalysators vorgesehen. Der elektrisch beheizte Katalysator ist stromaufwärts eines Oxidationskatalysators angeordnet. Das Leistungssystem weist eine erste Batterie, die derart konfiguriert ist, eine erste Spannung auszugeben, und eine zweite Batterie auf, die derart konfiguriert ist, eine zweite Spannung auszugeben. Das Leistungssystem weist ferner eine Schaltvorrichtung auf, die zwischen die erste und zweite Batterie gekoppelt ist. Die Schaltvorrichtung besitzt einen ersten Betriebszustand, so dass die erste und zweite Batterie in Reihe miteinander gekoppelt sind, und die Schaltvorrichtung besitzt einen zweiten Betriebszustand, so dass die erste und zweite Batterie parallel zueinander gekoppelt sind. Das Leistungssystem weist ferner einen mit der ersten Batterie gekoppelten Generator auf, und der Generator liefert, wenn sich die Schaltvorrichtung in dem zweiten Betriebszustand befindet, eine dritte Spannung an die erste Batterie, um die erste und zweite Batterie zu laden, und liefert die dritte Spannung an den elektrisch beheizten Katalysator, so dass der elektrisch beheizte Katalysator Abgase stromaufwärts des Oxidationskatalysators heizt.
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Bei einer anderen beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ist ein Verfahren zum Erregen eines elektrisch beheizten Katalysators vorgesehen. Der elektrisch beheizte Katalysator ist stromaufwärts eines Oxidationskatalysators angeordnet. Das Verfahren umfasst ein Erzeugen eines ersten Signals, um zu bewirken, dass eine Schaltvorrichtung von einem ersten Betriebszustand, in dem die erste und zweite Batterie parallel zueinander gekoppelt sind, in einen zweiten Betriebszustand wechselt, in dem die erste und zweite Batterie in Reihe miteinander gekoppelt sind, unter Verwendung eines Controllers. Das Verfahren umfasst ferner ein Liefern einer Spannung von einem Generator an die erste Batterie, um die erste und zweite Batterie zu laden, und das Liefern der Spannung an den elektrisch beheizten Katalysator, um zu bewirken, dass der elektrisch beheizte Katalysator Abgase stromaufwärts des Oxidationskatalysators aufheizt, wenn die erste und zweite Batterie in Reihe miteinander verbunden sind.
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Die obigen Merkmale und Vorteile wie auch weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen leicht offensichtlich.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Andere Aufgaben, Merkmale, Vorteile und Einzelheiten werden nur beispielhaft in der folgenden detaillierten Beschreibung der Ausführungsformen offensichtlich, wobei die detaillierte Beschreibung Bezug auf die Zeichnungen nimmt, in welchen:
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1 eine schematische Ansicht eines Leistungssystems zum Erregen eines elektrisch beheizten Katalysators gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ist;
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2 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Erregen eines elektrisch beheizten Katalysators gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ist; und
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3 ein Schema einer Schaltvorrichtung ist, die in dem Leistungssystem von 1 verwendet ist.
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BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur und nicht dazu bestimmt, die vorliegende Offenbarung, ihre Anwendung oder Gebräuche zu beschränken. Es sei zu verstehen, dass in den Zeichnungen entsprechende Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile und Merkmale angeben.
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Bezug nehmend auf 1 ist ein Fahrzeug 10 mit einem Leistungssystem 18 zum Erregen eines elektrisch beheizten Katalysators 30 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform vorgesehen. Das Fahrzeug 10 umfasst ferner einen Motor 20, Abgasrohrabschnitte 22, 24, 26, den elektrisch beheizten Katalysator 30, einen Oxidationskatalysator 32 und elektrische Fahrzeuglasten 33.
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Der Motor 10 ist vorgesehen, um mechanische Leistung zur Bewegung des Fahrzeugs 10 zu liefern. Der Motor 10 erzeugt Abgase, die durch die Abgasrohrabschnitte 22, 24, den elektrisch beheizten Katalysator 30, den Oxidationskatalysator 32 und den Abgasrohrabschnitt 26 strömen. Wie gezeigt ist, ist der Abgasrohrabschnitt 22 mit sowohl dem Motor 20 als auch dem Abgasrohrabschnitt 24 gekoppelt. Auch ist der elektrisch beheizte Katalysator 30 mit sowohl dem Abgasrohrabschnitt 24 als auch dem Oxidationskatalysator 32 gekoppelt. Schließlich ist der Abgasrohrabschnitt 26 mit dem Oxidationskatalysator 32 gekoppelt. Wenn der elektrisch beheizte Katalysator 30 erregt wird, wird der Katalysator 30 durch einen hindurchfließenden elektrischen Strom aufheizt, so dass eine Oxidation von überschüssigem Kohlenmonoxid (CO) und Kohlenwasserstoffen (HC) in dem Katalysator 30 stattfindet, um eine Temperatur des Katalysators 30 und eine Temperatur von Abgasen, die durch den Katalysator 30 strömen, weiter anzuheben. Das Kohlenmonoxid (CO) und die Kohlenwasserstoffe (HC) in den Abgasen werden dann in dem Oxidationskatalysator 32 weiter oxidiert.
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Das Leistungssystem 18 ist vorgesehen, um den elektrisch beheizten Katalysator 30 zu erregen und eine erste Batterie 40 und eine zweite Batterie 42 elektrisch zu laden. Das Leistungssystem 18 weist einen Generator 39, die erste Batterie 40, die zweite Batterie 42, die Schaltvorrichtung 50, die Leiter 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, einen Temperatursensor 59 und einen Controller 60 auf.
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Der Generator 39 ist derart konfiguriert, eine Spannung (z. B. eine DC-Spannung) zu erzeugen, die an dem ersten positiven Anschluss 70 der ersten Batterie 40 aufgenommen wird. Insbesondere erzeugt der Generator 39 eine AC-Spannung, wenn der Motor 20 einen Rotor des Generators 39 dreht, und der Generator 39 verwendet dann einen inneren Spannungsregler, um die AC-Spannung in die DC-Spannung umzuwandeln, die an den Anschluss 70 angelegt wird. Bei einer beispielhaften Ausführungsform gibt der Generator 39 eine DC-Spannung aus, die durch Steuersignale von dem Controller 60 beispielsweise innerhalb eines Bereichs von 0 bis 24 Volt einstellbar ist. Bei einer beispielhaften Ausführungsform gibt der Generator 39 24 Volt DC bei Erregung des elektrisch beheizten Katalysators 30 aus.
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Die erste Batterie 40 besitzt einen ersten positiven Anschluss 70 und einen ersten negativen Anschluss 72 und ist derart konfiguriert, eine erste Spannung, wie beispielsweise 12 Volt, zwischen den Anschlüssen 70, 72 auszugeben. Die zweite Batterie 42 besitzt einen zweiten positiven Anschluss 80 und einen zweiten negativen Anschluss 82 und ist derart konfiguriert, eine zweite Spannung, wie beispielsweise 12 Volt, zwischen den Anschlüssen 80, 82 auszugeben. Selbstverständlich können bei einer alternativen Ausführungsform die erste Batterie 40 und die zweite Batterie 42 Spannungen von weniger als 12 Volt oder größer als 12 Volt ausgeben.
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Die Schaltvorrichtung 50 ist zwischen die erste und zweite Batterie 40, 42 gekoppelt. Die Schaltvorrichtung 50 besitzt einen ersten Betriebszustand (in 1 gezeigt), so dass die erste und zweite Batterie 40, 42 miteinander in Reihe gekoppelt sind. Auch besitzt die Schaltvorrichtung 50 einen zweiten Betriebszustand (in 3 gezeigt), so dass die erste und zweite Batterie 40, 42 parallel zueinander gekoppelt sind. Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist die Schaltvorrichtung 50 eine zweipolige Umschalt-Relaisvorrichtung und weist einen ersten und zweiten Schalter 90, 92 auf, die zwischen der ersten und zweiten Betriebsposition durch Erregung bzw. Aberregung einer internen Wicklung 96 betätigt werden.
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Der Leiter 52 ist zwischen den Schalter 90 und den ersten positiven Anschluss 70 gekoppelt, und der Leiter 54 ist zwischen den Schalter 92 und den ersten negativen Anschluss 72 gekoppelt. Auch ist der Leiter 53 mit dem zweiten positiven Anschluss 80 gekoppelt und selektiv mit dem Schalter 90 gekoppelt, und der Leiter 55 ist mit dem zweiten negativen Anschluss 82 gekoppelt und selektiv mit dem Schalter 92 gekoppelt. Der Leiter 58 ist mit dem elektrisch beheizten Katalysator 30 gekoppelt und selektiv mit dem Schalter 90 gekoppelt.
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Insbesondere ist, wenn sich die Schaltvorrichtung 50 in dem ersten Betriebszustand befindet, der erste Schalter 90 elektrisch in Reihe zwischen den ersten positiven Anschluss 70 der ersten Batterie 40 und den zweiten positiven Anschluss 80 der zweiten Batterie 42 gekoppelt, und der zweite Schalter 92 ist elektrisch in Reihe zwischen den ersten negativen Anschluss 72 der ersten Batterie 40 und den zweiten negativen Anschluss 82 der zweiten Batterie 42 gekoppelt. Alternativ dazu ist, wenn sich die Schaltvorrichtung 50 in dem zweiten Betriebszustand befindet, der erste Schalter 90 elektrisch in Reihe mit dem ersten positiven Anschluss 70 der ersten Batterie 40 und dem elektrisch beheizten Katalysator 30 gekoppelt, und der zweite Schalter 92 ist elektrisch in Reihe zwischen den ersten negativen Anschluss 72 der ersten Batterie 40 und den zweiten positiven Anschluss 80 der zweiten Batterie 42 gekoppelt.
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Wie gezeigt ist, sind die elektrischen Fahrzeuglasten 33 mit dem zweiten positiven Anschluss 80 bzw. den zweiten negativen Anschlüssen 82 der zweiten Batterie 42 über die Leiter 56, 57 verbunden.
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Der Temperatursensor 59 ist derart konfiguriert, ein Signal zu erzeugen, das ein Temperaturniveau von durch den elektrisch beheizten Katalysator 30 strömenden Abgasen angibt, das ferner ein Temperaturniveau des Katalysators 30 angibt. Der Temperatursensor 59 ist nahe dem Katalysator 30 angeordnet und steht mit dem Controller 60 in Kommunikation.
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Der Controller 60 ist derart konfiguriert, einen Betrieb des Generators 39, der Schaltvorrichtung 50 und des elektrisch beheizten Katalysators 30 zu steuern, wie nachfolgend detaillierter erläutert ist. Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist der Controller 60 ein Mikroprozessor. Jedoch kann bei einer alternativen Ausführungsform der Controller 60 eine Halbleiterschaltung sein.
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Bezug nehmend auf 2 ist ein Verfahren zum Erregen des elektrisch beheizten Katalysators 30 gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform vorgesehen.
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Bei Schritt 110 führt der Controller 60 eine Bestimmung durch, ob der Fahrzeugmotor 20 arbeitet. Wenn der Wert von Schritt 110 gleich ”Ja” ist, fährt das Verfahren mit Schritt 112 fort. Ansonsten kehrt das Verfahren zu Schritt 110 zurück.
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Bei Schritt 112 gibt die erste Batterie 40 eine erste Spannung aus und die zweite Batterie 42 gibt eine zweite Spannung aus.
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Bei Schritt 114 erzeugt der Temperatursensor 59 ein Temperatursignal, das ein Temperaturniveau von Abgasen in dem elektrisch beheizten Katalysator 30 stromaufwärts des Oxidationskatalysators 32 angibt und von dem Controller 60 empfangen wird.
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Bei Schritt 116 führt der Controller 60 eine Bestimmung durch, ob die Temperatur von Abgasen in dem elektrisch beheizten Katalysator 30 kleiner als ein Schwellentemperaturwert ist. Wenn der Wert von Schritt 116 gleich ”Ja” ist, fährt das Verfahren mit Schritt 118 fort. Ansonsten fährt das Verfahren mit Schritt 124 fort.
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Bei Schritt 118 sendet der Controller 60 eine erste Steuernachricht an einen Generator 39, um zu bewirken, dass der Generator 39 eine dritte Spannung ausgibt. Die dritte Spannung ist im Wesentlichen gleich einer Summe der ersten Spannung und der zweiten Spannung. Bei einer beispielhaften Ausführungsform beträgt die dritte Spannung 24 Volt.
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Bei Schritt 120 erzeugt der Controller 60 ein erstes Signal, um zu bewirken, dass eine Schaltvorrichtung 50 von einem ersten Betriebszustand, in dem die erste und zweite Batterie 40, 42 parallel zueinander gekoppelt sind, in einen zweiten Betriebszustand wechselt, in dem die erste und zweite Batterie 40, 42 in Reihe miteinander gekoppelt sind.
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Bei Schritt 122 liefert der Generator 39 die dritte Spannung an die erste Batterie, um die erste und zweite Batterie 40, 42 zu laden, und liefert die dritte Spannung an den elektrisch beheizten Katalysator 30, um zu bewirken, dass der elektrisch beheizte Katalysator 30 Abgase stromaufwärts des Oxidationskatalysators 32 aufheizt, wenn die erste und zweite Batterie 40, 42 in Reihe miteinander verbunden sind. Nach Schritt 122 kehrt das Verfahren zu Schritt 110 zurück.
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Wieder Bezug nehmend auf Schritt 116 fährt, wenn der Wert von Schritt 116 gleich ”Nein” ist, was angibt, dass die Temperatur von Abgasen in dem elektrisch beheizten Katalysator 30 größer als oder gleich dem Schwellentemperaturwert ist, das Verfahren mit Schritt 124 fort.
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Bei Schritt 124 sendet der Controller 60 eine zweite Steuernachricht an den Generator 39, um zu bewirken, dass der Generator 39 das Ausgeben der dritten Spannung stoppt.
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Bei Schritt 126 erzeugt der Generator 60 ein zweites Signal, um zu bewirken, dass die Schaltvorrichtung 50 von dem zweiten Betriebszustand, in dem die erste und zweite Batterie 40, 42 in Reihe miteinander gekoppelt sind, zu dem ersten Betriebszustand wechselt, in dem die erste und zweite Batterie 40, 42 parallel zueinander gekoppelt sind.
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Bei Schritt 128 sendet der Controller 60 eine dritte Steuernachricht an den Generator 39, um zu bewirken, dass der Generator 39 eine vierte Spannung ausgibt. Die vierte Spannung ist gleich der ersten Spannung.
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Bei einer beispielhaften Ausführungsform betragen die erste und vierte Spannung 12 Volt.
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Das Leistungssystem und -verfahren zum Erregen des elektrisch beheizten Katalysators sehen einen wesentlichen Vorteil gegenüber anderen Systemen und Verfahren vor. Insbesondere sehen das Leistungssystem und -verfahren einen technischen Effekt der gleichzeitigen Lieferung einer Spannung zum Laden von zwei Batterien und zum Erregen des elektrisch beheizten Katalysators eines Fahrzeugs vor.
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Während die Erfindung unter Bezugnahme auf beispielhafte Ausführungsformen beschrieben worden ist, sei dem Fachmann zu verstehen, dass verschiedene Änderungen durchgeführt und Äquivalente gegen Elemente derselben ersetzt werden können, ohne von dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. 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 davon abzuweichen. Daher ist es beabsichtigt, dass die Erfindung nicht auf die bestimmten Ausführungsformen beschränkt ist, die als die beste Art offenbart sind, die zur Ausführung dieser Erfindung denkbar ist, sondern dass die Erfindung alle Ausführungsformen umschließt, die in den Schutzumfang der vorliegenden Anmeldung fallen.
