DE102012214891A1

DE102012214891A1 - Steuervorrichtung für Temperaturauslenkungen innerhalb eines Abgasbehandlungssystems

Info

Publication number: DE102012214891A1
Application number: DE102012214891A
Authority: DE
Inventors: Eugene V. Gonze; Michael J. Paratore Jr.; Garima Bhatia
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2011-08-29
Filing date: 2012-08-22
Publication date: 2013-02-28
Anticipated expiration: 2032-08-23
Also published as: CN102966412B; US8756917B2; CN102966412A; DE102012214891B4; US20130047582A1

Abstract

Ein Abgasbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor umfasst eine Partikelfilterbaugruppe, die derart konfiguriert ist, Abgas von dem Motor aufzunehmen. Die Partikelfilterbaugruppe umfasst einen elektrisch beheizten Katalysator, einen Partikelfilter, der stromabwärts des elektrisch beheizten Katalysators angeordnet ist, eine Kohlenwasserstoffeinspritzeinrichtung in Fluidkommunikation mit dem Abgas stromaufwärts des elektrisch beheizten Katalysators, die derart konfiguriert ist, überschüssigen Kohlenwasserstoff in das Abgas einzuspritzen, eine Luftpumpe in Fluidkommunikation mit dem Abgas stromaufwärts des elektrisch beheizten Katalysators, die derart konfiguriert ist, Luft an das Abgas zu liefern, um den Volumengasdurchfluss durch den Partikelfilter anzuheben und die Wärmeverweilzeit in dem Partikelfilter zu vermindern, und einen Controller, der derart konfiguriert ist, die Kohlenwasserstoffeinspritzeinrichtung, den elektrisch beheizten Katalysator und die Luftpumpe auf Grundlage vorbestimmter Abgasdurchflüsse, Temperaturschwellen und Partikelbeladungen in dem Partikelfilter zu betreiben.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung betreffen Abgasbehandlungssysteme für Verbrennungsmotoren und insbesondere ein Verfahren zur Reduzierung von Temperaturauslenkungen während der Regeneration eines Abgaspartikelfilters.
HINTERGRUND
Das von einem Verbrennungsmotor emittierte Abgas stellt ein heterogenes Gemisch dar, das gasförmige Emissionen, wie Kohlenmonoxid (”CO”), nicht verbrannte Kohlenwasserstoffe (”HC”) und Stickoxide ”(NO_x”), wie auch Materialien in kondensierter Phase (Flüssigkeiten und Feststoffe) enthalten kann, die Partikelmaterial (”PM”) bilden. Katalysatorzusammensetzungen, die typischerweise an Katalysatorträgern oder -substraten angeordnet sind, sind in dem Motorabgassystem vorgesehen, um gewisse oder alle dieser Abgasbestandteile in nicht regulierte Abgaskomponenten umzuwandeln.
Auf dem Gebiet von Abgasbehandlungstechnologien existieren verschiedene bekannte Filterstrukturen, die eine Wirksamkeit bei der Entfernung von Partikelmaterial von dem Abgas gezeigt haben, wie keramische Waben-Wandströmungsfilter, Filter mit gewickelter oder gepackter Faser, offenzellige Schäume, gesinterte Metallfasern, etc. Keramische Wandströmungsfilter haben eine signifikante Akzeptanz bei Kraftfahrzeuganwendungen erfahren.
Typischerweise ist ein Partikelfilter in einem Abgasbehandlungssystem angeordnet, um Partikel von dem Abgas zu filtern. Mit der Zeit kann der Partikelfilter voll werden, und es ist eine Reinigung oder ”Regeneration” erforderlich, um die abgefangenen Partikel zu entfernen. Die Regeneration eines Partikelfilters in Fahrzeuganwendungen erfolgt typischerweise automatisch und wird durch einen Motor- oder anderen Controller auf Grundlage von Signalen gesteuert, die durch Motor- und Abgassystemsensoren erzeugt werden. Das Regenerationsereignis betrifft das Erhöhen der Temperatur des Partikelfilters auf Niveaus, die oftmals im Bereich von 600°C liegen, um die angesammelten Partikel zu verbrennen und dadurch die Fortsetzung des Filterprozesses zu ermöglichen.
Es existieren gewisse Steuerprobleme in Verbindung mit der Abgasfilterregeneration. Ein Zustand mit einem Abfall auf Leerlauf, der erfolgt, wenn ein Verbrennungsmotor, der bei moderater bis hoher Drehzahl arbeitet, plötzlich auf eine langsame oder Leerlaufdrehzahl abnimmt, kann während der Regeneration auftreten. Dieser Zustand kann als eine plötzliche Reduzierung des Abgasdurchflusses durch den regenerierenden Filter resultieren. Bei einer plötzlichen Reduzierung der Abgasströmung durch den regenerierenden Filter sammelt sich die durch die Oxidation der angesammelten Partikel erzeugte Wärme in dem Partikelfilter (d. h. der Abgasdurchfluss ist nicht ausreichend, um die Wärme von den oxidierenden Partikeln zu entfernen) und kann zu einer Temperaturauslenkung führen, die das Filtersubstrat schädigen kann.
Demgemäß ist es erwünscht, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Steuerung von Temperaturauslenkungen bereitzustellen, die während eines Motorbetriebs mit einem Abfall auf Leerlauf während eines Partikelfilterregenerationsereignisses stattfinden können.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Bei einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst ein Abgasbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor eine Abgasleitung in Fluidkommunikation mit dem Verbrennungsmotor, die derart konfiguriert ist, Abgas von dem Verbrennungsmotor aufzunehmen, und eine Partikelfilterbaugruppe in Fluidkommunikation mit der Abgasleitung, die derart konfiguriert ist, hindurchströmendes Abgas aufzunehmen. Die Partikelfilterbaugruppe umfasst einen elektrisch beheizten Katalysator, einen Partikelfilter, der stromabwärts des elektrisch beheizten Katalysators angeordnet ist, um Partikelmaterial von dem Abgas zu entfernen, eine Kohlenwasserstoffeinspritzeinrichtung in Fluidkommunikation mit der Abgasleitung stromaufwärts des elektrisch beheizten Katalysators, die derart konfiguriert ist, überschüssigen Kohlenwasserstoff in das hindurchströmende Abgas einzuspritzen, eine Luftpumpe in Fluidkommunikation mit der Abgasleitung stromaufwärts des elektrisch beheizten Katalysators, die derart konfiguriert ist, Luft an die Abgasleitung zu liefern, um den Volumengasdurchfluss durch den Partikelfilter zu erhöhen und die Wärmeverweilzeit in dem Partikelfilter zu vermindern, und einen Controller, der derart konfiguriert ist, die Kohlenwasserstoffeinspritzeinrichtung, den elektrisch beheizten Katalysator und die Luftpumpe auf Grundlage von vorbestimmten Abgasdurchflüssen, Temperaturschwellen und Partikelbeladungen in dem Partikelfilter zu betreiben.
Bei einer anderen beispielhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Regenerieren einer Partikelfilterbaugruppe in einem Abgassystem eines Verbrennungsmotors mit einer Abgasleitung in Fluidkommunikation mit dem Verbrennungsmotor, die derart konfiguriert ist, Abgas von dem Verbrennungsmotor aufzunehmen, wobei die Partikelfilterbaugruppe in Fluidkommunikation mit der Abgasleitung steht und derart konfiguriert ist, hindurchströmendes Abgas aufzunehmen, wobei die Partikelfilterbaugruppe einen elektrisch beheizten Katalysator, einen katalytischen Wandler stromabwärts des elektrisch beheizten Katalysators, einen Partikelfilter, der stromabwärts des katalytischen Wandlers angeordnet ist, um Partikelmaterial von dem Abgas zu entfernen, eine Kohlenwasserstoffeinspritzeinrichtung in Fluidkommunikation mit der Abgasleitung stromaufwärts des elektrisch beheizten Katalysators, die derart konfiguriert ist, überschüssigen Kohlenwasserstoff in das hindurchströmende Abgas einzuspritzen, eine Luftpumpe in Fluidkommunikation mit der Abgasleitung stromaufwärts des elektrisch beheizten Katalysators, die derart konfiguriert ist, Luft an die Abgasleitung zu liefern, um den Volumengasdurchfluss durch den Partikelfilter anzuheben und die Wärmeverweilzeit durch den Partikelfilter zu vermindern, und einen Controller umfasst, der derart konfiguriert ist, die Kohlenwasserstoffeinspritzeinrichtung, den elektrisch beheizten Katalysator und die Luftpumpe auf Grundlage vorbestimmter Abgasdurchflüsse, Temperaturschwellen und Partikelbeladungen in dem Partikelfilter zu betreiben, die Schritte: Erhitzen des elektrisch beheizten Katalysators auf eine Kohlenwasserstoffoxidationstemperatur, Aktivieren der Kohlenwasserstoffeinspritzeinrichtung, um überschüssigen Kohlenwasserstoff in das Abgas zu liefern, Oxidieren des überschüssigen Kohlenwasserstoffs in dem elektrisch beheizten Katalysator, um die Temperatur des Abgases anzuheben und Partikel in dem Partikelfilter zu oxidieren, Überwachen des Abgasdurchflusses, Überwachen der Temperatur des Partikelfilters, und Deaktivieren des elektrisch beheizten Katalysators und der Kohlenwasserstoffeinspritzeinrichtung und Aktivieren der Luftpumpe, wenn der Abgasdurchfluss durch den Partikelfilter unter eine vorbestimmte Durchflussschwelle fällt oder die Temperatur des Partikelfilters über einer vorbestimmten Temperaturschwelle liegt oder beides.
Die obigen Merkmale und Vorteile wie auch weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden leicht aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen 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 einen Verbrennungsmotor ist, das Aspekte der Erfindung verkörpert; und
2 ein Flussdiagramm eines Steuerverfahrens ist, das Aspekte der Erfindung verkörpert.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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 über die Zeichnungen hinweg entsprechende Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile und Merkmale angeben.
Nun Bezug nehmend auf 1 ist eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung auf ein Abgasbehandlungssystem, das mit 10 bezeichnet ist, für die Reduzierung regulierter Abgasbestandteile eines Verbrennungsmotors 12 gerichtet. Es sei angemerkt, dass die hier beschriebene Erfindung in verschiedenen Motorsystemen implementiert sein kann, die einen Abgaspartikelfilter implementieren. Derartige Motorsysteme können umfassen, sind jedoch nicht darauf beschränkt, Dieselmotoren, Benzindirekteinspritzsysteme sowie Motorsysteme mit homogener Kompressionszündung.
Das Abgasbehandlungssystem 10 weist eine Abgasleitung 14 auf, die mehrere Segmente umfassen kann und die in Fluidkommunikation mit dem Verbrennungsmotor 12 steht und derart konfiguriert ist, Abgas 16 von dem Verbrennungsmotor 12 aufzunehmen und das Abgas 16 von dem Motor 12 an verschiedene Abgasbehandlungsvorrichtungen des Abgasbehandlungssystems 10 zu transportieren.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung kann eine Abgasbehandlungsvorrichtung eine Oxidationskatalysatorvorrichtung (”OC”) 18 aufweisen, die eine daran angeordnete Oxidationskatalysatorverbindung 18A besitzt, die derart konfiguriert ist, eine Oxidation gewisser Abgasbestandteile, wie Kohlenmonoxid (”CO”) und überschüssige Kohlenwasserstoffe (”HC”), zu bewirken, was in einer exothermen Reaktion resultiert, die die Temperatur des Abgases 16 anheben kann. Die Oxidationskatalysatorvorrichtung 18 kann ein Durchström-Metall- oder Keramik-Monolithsubstrat 20 aufweisen, das in ein isolierendes und sicherndes Material gewickelt ist, das dann in eine starre Schale oder einen starren Kanister 19 gepackt wird. Der Kanister 19 weist einen Einlass und einen Auslass in Fluidkommunikation mit der Abgasleitung 14 auf. Die Oxidationskatalysatorverbindung 18A kann als ein Washcoat aufgetragen werden und kann Platingruppenmetalle, wie Platin (Pt), Palladium (Pd), Rhodium (Rh) oder andere geeignete oxidierende Katalysatoren oder eine Kombination daraus enthalten.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann eine Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion (”SCR”) 26 stromabwärts der Oxidationskatalysatorvorrichtung 18 angeordnet sein. Auf ähnliche Weise zu der Oxidationskatalysatorvorrichtung 18 kann die SCR 26 auch ein Durchström-Keramik- oder Metall-Monolithsubstrat 28 aufweisen, das in ein isolierendes und sicherndes Material (nicht gezeigt) gewickelt ist, das dann in eine starre Schale oder einen starren Kanister 27 gepackt wird. Der Kanister 27 weist einen Einlass und einen Auslass in Fluidkommunikation mit der Abgasleitung 14 auf. Das Substrat 28 besitzt eine daran aufgebrachte SCR-Katalysatorzusammensetzung 26A. Die SCR-Katalysatorzusammensetzung 26A enthält bevorzugt einen Zeolith sowie ein oder mehrere Basismetallkomponenten, wie Eisen (”Fe”), Kobalt (”Co”), Kupfer (”Cu”) oder Vanadium (”V”), die effizient dazu dienen können, Stickoxid-(”NO_x”-) Bestandteile in dem Abgas 16 in der Anwesenheit eines ammoniakbasierten Reduktionsmittels umzuwandeln. D. h. der SCR 26 adsorbiert selektiv ein auf Ammoniak basierendes Reduktionsmittel und reduziert durch den SCR 26 gelangendes NO_x.
Ein ammoniakbasiertes Reduktionsmittel 23 wird in das Abgasbehandlungssystem 10 über ein Reduktionsmittelliefersystem 21 eingeführt, das mit der Abgasleitung 14 verbunden ist und mit dieser in Fluidkommunikation steht. Bei einer beispielhaften Ausführungsform weist das Reduktionsmittelliefersystem 21 eine Reduktionsmitteleinspritzeinrichtung 22 auf, die stromaufwärts der Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion (”SCR”) 26 in Fluidkommunikation mit der Abgasleitung 14 angeordnet ist. Die Reduktionsmitteleinspritzeinrichtung 22 ist derart konfiguriert, das auf Ammoniak basierende Reduktionsmittel 23 periodisch und selektiv in das Abgas 16 zwischen der Oxidationskatalysatorvorrichtung (”OC”) 18 und der Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion (”SCR”) 26 einzuspritzen. Es können andere geeignete Verfahren zur Lieferung des auf Ammoniak basierenden Reduktionsmittels 23 an das Abgas 16 verwendet werden. Das auf Ammoniak basierende 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 der Reduktionsmitteleinspritzeinrichtung 22 gemischt werden, um die Dispersion des eingespritzten Reduktionsmittelsprühnebels in dem Abgas 16 zu unterstützen. Ein Mischer oder ein Turbulator 24 kann in der Abgasleitung 14 in enger Nähe zu der Einspritzeinrichtung 22 angeordnet sein, um ein vollständiges Mischen des Reduktionsmittels 23 mit dem Abgas 16 weiter zu unterstützen.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform umfasst das Abgasbehandlungssystem 10 ferner ein Partikelfiltersystem 50, das eine Partikelfilterbaugruppe 35 (wird nachfolgend detaillierter beschrieben) und eine Luftpumpe 30 aufweist. Die Luftpumpe 30 steht in Fluidkommunikation mit der Abgasleitung 14 und ist derart konfiguriert, Luft an das Abgasbehandlungssystem 10 zu liefern. Wie ferner in 1 gezeigt ist, steht gemäß einer Ausführungsform der Erfindung die Partikelfilterbaugruppe 35 in Fluidkommunikation mit der Abgasleitung 14 und ist derart konfiguriert, das Abgas 16 aufzunehmen. Die Partikelfilterbaugruppe 35 weist einen elektrisch beheizten Katalysator (EHC) 32 auf, der stromaufwärts eines Partikelfilters 33 positioniert ist. Bei einer beispielhaften Ausführungsform sind der elektrisch beheizte Katalysator (EHC) 32 und der Partikelfilter 33 gemeinsam in eine starre Schale oder einen starren Kanister 31 gepackt.
Der Kanister 31 weist einen Einlass und einen Auslass in Fluidkommunikation mit der Abgasleitung 14 auf.
Der Partikelfilter 33 kann unter Verwendung eines Abgasfiltersubstrats 34 aus keramischen Wandströmungsmonolith aufgebaut sein, bei dem Abgas 16, das in den Partikelfilter 33 eintritt, durch poröse, sich benachbart erstreckende Wände getrieben wird. Durch diesen Mechanismus wird das Abgas 16 von Kohlenstoff und anderen Partikeln gefiltert. Die gefilterten Partikel werden in dem Partikelfilter 33 abgeschieden und besitzen mit der Zeit die Wirkung einer Erhöhung des Abgasgegendrucks, dem der Verbrennungsmotor 12 ausgesetzt ist. Es sei angemerkt, dass das Abgasfiltersubstrat 34 aus keramischen Wandströmungsmonolith lediglich beispielhafter Natur ist, und dass der Partikelfilter 33 andere Filtervorrichtungen aufweisen kann, wie Filter ausgewickelter oder gepackter Faser, offenzellige Schäume, gesinterte Metallfasern, etc. Bei einer beispielhaften Ausführungsform erfordert die beschriebene Zunahme des Abgasgegendrucks, die durch die Ansammlung von Partikelmaterial bewirkt wird, dass das Abgasfiltersubstrat 34 des Partikelfilters 33 periodisch gereinigt oder regeneriert wird. Die Regeneration betrifft die Oxidation oder das Verbrennen des angesammelten Kohlenstoffs und anderer Partikel typischerweise in einer Hochtemperaturumgebung (etwa 350°C bis etwa 600°C).
Der elektrisch beheizte Katalysator (EHC) 32 kann ein Metallsubstrat 36 umfassen, auf das eine Oxidationskatalysatorkomponente oder Oxidationskatalysatorkomponenten 36A aufgebracht sind. Eine elektrische Spannung wird durch ein Elektrode 38 des EHC 32 geliefert, um einen EHC-Heizmodus auszulösen, und ein elektrischer Strom fließt durch das Metallsubstrat 36, was in einer schnellen Erhitzung desselben resultiert. Die Temperatur des Metallsubstrats 36 und der aufgebrachten Oxidationskatalysatorkomponente oder der aufgebrachten Oxidationskatalysatorkomponenten 36A wird auf eine Temperatur angehoben, bei der die katalytische Komponente die Oxidation von Kohlenmonoxid (CO) und Kohlenwasserstoffen (HC) in dem Abgas 16 auslösen kann (d. h. eine Kohlenwasserstoffoxidationstemperatur). Die Temperatur des Abgases 16, das durch den elektrisch beheizten Katalysator (EHC) 32 strömt, wird infolge der aus der Oxidationsreaktion erzeugten Wärme wie auch dem durch das Metallsubstrat 36 fließenden Strom angehoben. Anschließend verlässt das erhitzte Abgas 16 den elektrisch beheizten Katalysator (EHC) 32 und strömt in den Partikelfilter 33. Es kann auch eine Oxidationskatalysatorverbindung 33A als ein Washcoat auf dem Partikelfilter 33 aufgetragen sein und kann Platingruppenmetalle, wie Platin (Pt), Palladium (Pd), Rhodium (Rh) oder andere geeignete oxidierende Katalysatoren oder eine Kombination daraus enthalten.
Normalerweise wird der Partikelfilter 33 durch Anheben der Abgastemperatur auf eine Partikeloxidationstemperatur (etwa 350°C bis etwa 600°C) regeneriert, die ausreichend ist, um die Oxidation des darin eingeschlossenen Partikelmaterials zu unterstützen. Die Auslösung eines Regenerationsereignisses erfolgt typischerweise durch die Einspritzung von überschüssigem Kohlenwasserstoff 40 (z. B. Kraftstoff) über eine Kohlenwasserstoffeinspritzeinrichtung 42, die stromaufwärts des elektrisch beheizten Katalysators (EHC) 32 angeordnet ist, sobald er auf eine Temperatur, bei der die katalytische Komponente die Oxidation von Kohlenmonoxid (CO) und Kohlenwasserstoffen (HC) in dem Abgas 16 auslösen kann, durch das Anlegen einer elektrischen Spannung, wie oben beschrieben ist, angehoben worden ist. Die Kohlenwasserstoffeinspritzeinrichtung 42 in Fluidkommunikation mit der HC-Lieferung 40 in dem Kraftstoffliefertank 44 durch Leitung 46 ist derart konfiguriert, den überschüssigen Kohlenwasserstoff 40 in dem Abgasstrom 16 stromaufwärts des elektrisch beheizten Katalysators (EHC) 32 einzuführen. Ein Controller, wie ein Fahrzeugcontroller 48, ist funktional mit dem Abgasbehandlungssystem 10 verbunden und überwacht das Abgasbehandlungssystem 10 durch eine Signalkommunikation mit einer Anzahl von Sensoren. 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.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform erzeugt ein Gegendrucksensor 52, der stromaufwärts des Partikelfilters 33 angeordnet ist, ein Signal, das die Kohlenstoff- und Partikelbeladung in dem Abgasfiltersubstrat 34 aus keramischem Wandströmungsmonolith erzeugt. Bei einer Bestimmung, dass der Gegendruck ein vorbestimmtes Niveau erreicht hat, das den Bedarf zu Reinigung oder Regeneration des Partikelfilters 33 angibt, aktiviert der Controller 48 den elektrisch beheizten Katalysator (EHC) 32, um einen EHC-Heizmodus auszulösen, und löst bei Erreichen einer gewählten Oxidationstemperatur die Kohlenwasserstoffeinspritzeinrichtung 42 aus, um überschüssigen Kohlenwasserstoff 40 an das Abgas 16 zu liefern, wie beschrieben ist. Ein oder mehrere Temperatursensoren 53 und Abgasströmungssensoren 54 können in Signalkommunikation mit dem Controller 48 stehen und ermöglichen, dass der Controller die Temperatur des elektrisch beheizten Katalysators (EHC) 32 und das Volumen von eingespritztem Kohlenwasserstoff 40 einstellen kann, wodurch die Temperatur des Abgasfiltersubstrats 34 aus keramischem Wandströmungsmonolith der Partikelfilterbaugruppe 35 gesteuert und die Wärmeverweilzeit darin reguliert werden, um Temperaturauslenkungen über eine vorbestimmte Temperaturschwelle (z. B. > 550°C) zu verhindern, was das Substrat oder die Katalysatorverbindungen, die darin angeordnet sind, schädigen kann.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform wird während einer Regeneration des Abgasfiltersubstrats 34 aus keramischem Wandströmungsmonolith der Partikelfilterbaugruppe 35, falls der Verbrennungsmotor 12 eine vorbestimmte Durchflussschwelle erreicht, wie eine Betriebsdrehzahl, die sich Leerlauf annähert oder bei Leerlauf liegt (Zustand mit Abfall auf Leerlauf), der Controller 48 die Kohlenwasserstoffeinspritzeinrichtung 42 und den elektrisch beheizten Katalysator (EHC) 32 deaktivieren und die Luftpumpe 30 aktivieren, um Luft an das Abgasbehandlungssystem 10 zu liefern und dadurch eine ausreichende volumetrische Gasströmung durch die Partikelfilterbaugruppe 35 beizubehalten, um die Wärmeverweilzeit darin zu reduzieren und die gelieferte Wärme von dem elektrischen beheizten Katalysator (EHC) 32 und die Oxidationswärme aus dem verbrennenden Partikelmaterial in dem Abgasfiltersubstrat 34 aus keramischem Wandströmungsmonolith durch und aus dem Partikelfilter 33 zu übertragen; wodurch eine Temperaturauslenkung verhindert wird, die durch geringe Abgasströmung aus dem Verbrennungsmotor 12 bewirkt wird. Wenn der Durchfluss des Abgases 16 von dem Verbrennungsmotor auf Niveaus zurückkehrt, die ausreichend sind, um eine Temperaturauslenkung innerhalb des Partikelfilters 33 zu verhindern, kann der Controller 48 die Luftpumpe 30 deaktivieren, und eine Regeneration des Partikelfilters 33 wird wieder aufgenommen.
2 ist ein Flussdiagramm, das ein Steuerverfahren zeigt, das Aspekte der Erfindung verkörpert. Wie bei 2 gezeigt ist, wird bei Betriebsschritt 100 ein Regenerationsereignis des Partikelfilters 33 bei einer Bestimmung ausgelöst, das der Gegendruck ein vorbestimmtes Niveau erreicht hat, das den Bedarf zur Reinigung oder Regeneration des Abgasfiltersubstrats 34 aus keramischem Wandströmungsmonolith des Partikelfilters 33 angibt. Bei Betriebsschritt 102 aktiviert der Controller 48 den elektrisch beheizten Katalysator (EHC) 32, um ein EHC-Heizereignis auszulösen und die Temperatur der Vorrichtung auf eine Kohlenwasserstoff-HC-Oxidationstemperatur anzuheben. Sobald die Kohlenwasserstoffoxidationstemperatur bei Betriebsschritt 104 in dem elektrisch beheizten Katalysator (EHC) 32 erreicht ist, aktiviert bei Betriebsschritt 106 der Controller die Kohlenwasserstoffeinspritzeinrichtung 42, und überschüssiger Kohlenwasserstoff 40 wird in das Abgas 16 zur Oxidation in dem elektrisch beheizten Katalysator (EHC) 32 und anschließenden Oxidation von Partikelmaterial in dem Abgasfiltersubstrat 34 aus keramischen Wandströmungsmonolith des Partikelfilters 33 eingespritzt. Von Betriebsschritt 106 fährt der Prozess zu Betriebsschritt 108 fort, wo eine Temperatur des Abgasfiltersubstrats 34 aus keramischem Wandströmungsmonolith des Partikelfilters 33 bestimmt wird. Von Betriebsschritt 108 fährt der Prozess mit Betriebsschritt 110 fort, wo ein Abgasdurchfluss an dem Partikelfilter bestimmt wird. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung fährt, wenn die Temperatur des Partikelfilters bei Betriebsschritt 108 über einer vorbestimmten Temperaturschwelle von etwa 550°C befindlich bestimmt wird oder der Abgasdurchfluss bei Betriebsschritt 110 bei einer vorbestimmten Durchflussschwelle befindlich bestimmt wird, die bei oder nahe einem Leerlaufzustand liegt oder beides, der Prozess mit Betriebsschritt 125 fort, wo der Controller die Kohlenwasserstoffeinspritzeinrichtung und den elektrisch beheizten Katalysator (EHC) 32 deaktiviert und die Luftpumpe 30 aktiviert, um Luft in das Abgasbehandlungssystem 10 einzuführen und damit die Volumengasströmung und in Folge davon die Wärmeübertragung durch den Partikelfilter 33 anzuheben.
Bei Betriebsschritt 135 wird, falls die Temperatur des Partikelfilters nicht größer als die vorbestimmte Temperaturschwelle ist und der Abgasdurchfluss über der vorbestimmten Durchflussschwelle liegt, dann bei Betriebsschritt 145 die Luftpumpe 30 deaktiviert und die normale Regeneration des Partikelfilters wird wieder aufgenommen. Falls bei Betriebsschritt 112 eine Bestimmung durchgeführt wird, dass der Gegendruck ein vorbestimmtes Niveau erreicht hat, dass ein sauberes oder regeneriertes Abgasfiltersubstrat 34 aus keramischem Wandströmungsmonolith angibt, dann deaktiviert bei Betriebsschritt 114 der Controller die Kohlenwasserstoffeinspritzeinrichtung 42 und den elektrisch beheizten Katalysator (EHC) 32.
Die Erfindung sieht die Vorteile einer Reduzierung thermischer Auslenkungen während der Regeneration eines Abgaspartikelfilters durch Unterdrückung einer Verwendung kühlerer Abgastemperaturen und höherer Strömungen vor, die durch Gebrauch der Luftpumpe erzeugt werden.
Während die Erfindung mit Bezug 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 durchgeführt werden, um eine bestimmte Situation oder ein bestimmtes Material an die Lehren der Erfindung ohne Abweichung von dem wesentlichen Schutzumfang davon anzupassen. Daher ist es beabsichtigt, dass die Erfindung nicht auf die bestimmten Ausführungsformen beschränkt ist, die zum Ausführen dieser Erfindung offenbart sind, sondern dass die Erfindung alle Ausführungsformen umschließt, die in den Schutzumfang der vorliegenden Anmeldung fallen.

Claims

Abgasbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor, umfassend: eine Abgasleitung in Fluidkommunikation mit dem Verbrennungsmotor, die derart konfiguriert ist, Abgas von dem Verbrennungsmotor aufzunehmen; eine Partikelfilterbaugruppe in Fluidkommunikation mit der Abgasleitung, die derart konfiguriert ist, hindurchströmendes Abgas aufzunehmen, wobei die Partikelfilterbaugruppe umfasst: einen elektrisch beheizten Katalysator; einen Partikelfilter, der stromabwärts des elektrisch beheizten Katalysators angeordnet ist, um Partikelmaterial von dem Abgas zu entfernen; eine Kohlenwasserstoffeinspritzeinrichtung in Fluidkommunikation mit der Abgasleitung stromaufwärts des elektrisch beheizten Katalysators, die derart konfiguriert ist, überschüssigen Kohlenwasserstoff in das hindurchströmende Abgas einzuspritzen; eine Luftpumpe in Fluidkommunikation mit der Abgasleitung stromaufwärts des elektrisch beheizten Katalysators, die derart konfiguriert ist, Luft an die Abgasleitung zu liefern, um den Volumengasdurchfluss durch den Partikelfilter anzuheben und die Wärmeverweilzeit in dem Partikelfilter zu vermindern; und einen Controller, der derart konfiguriert ist, die Kohlenwasserstoffeinspritzeinrichtung, den elektrisch beheizten Katalysator und die Luftpumpe auf Grundlage vorbestimmter Abgasdurchflüsse, Temperaturschwellen und Partikelbeladungen in dem Partikelfilter zu betreiben.
Abgasbehandlungssystem nach Anspruch 1, wobei der Controller derart konfiguriert ist, eine Regeneration des Partikelfilters durch Erhitzen des elektrisch beheizten Katalysators auf eine Kohlenwasserstoffoxidationstemperatur und durch Aktivieren der Kohlenwasserstoffeinspritzeinrichtung auszulösen.
Abgasbehandlungssystem nach Anspruch 2, wobei der Controller derart konfiguriert ist, Regenerationstemperaturen in dem Partikelfilter durch Deaktivieren des elektrisch beheizten Katalysators und der Kohlenwasserstoffeinspritzeinrichtung und durch Aktivieren der Luftpumpe zu begrenzen, wenn der Abgasdurchfluss durch den Partikelfilter unter eine vorbestimmte Durchflussschwelle fällt.
Abgasbehandlungssystem nach Anspruch 3, wobei sich die vorbestimmte Durchflussschwelle einem Motorleerlaufzustand annähert.
Abgasbehandlungssystem nach Anspruch 2, wobei der Controller derart konfiguriert ist, Regenerationstemperaturen in dem Partikelfilter durch Deaktivieren des elektrisch beheizten Katalysators und der Kohlenwasserstoffeinspritzeinrichtung und durch Aktivieren der Luftpumpe zu begrenzen, wenn die Temperatur des Partikelfilters über einer vorbestimmten Temperaturschwelle liegt.
Abgasbehandlungssystem nach Anspruch 5, wobei die vorbestimmte Schwellentemperatur über etwa 550°C liegt.
Abgasbehandlungssystem nach Anspruch 3, ferner mit einem Durchflusssensor in Fluidkommunikation mit dem Abgas in der Abgasleitung und in Signalkommunikation mit dem Controller, um ein Signal zu erzeugen, das den Durchfluss darin angibt.
Abgasbehandlungssystem nach Anspruch 5, ferner mit einem Temperatursensor in Fluidkommunikation mit dem Abgas in der Partikelfilterbaugruppe und in Signalkommunikation mit dem Controller, um ein Signal zu erzeugen, das die Temperatur darin angibt.
Verfahren zum Regenerieren einer Partikelfilterbaugruppe in einem Abgassystem eines Verbrennungsmotors mit einer Abgasleitung in Fluidkommunikation mit dem Verbrennungsmotor, die derart konfiguriert ist, Abgas von dem Verbrennungsmotor aufzunehmen, wobei die Partikelfilterbaugruppe in Fluidkommunikation mit der Abgasleitung steht und derart konfiguriert ist, hindurchströmendes Abgas aufzunehmen, wobei die Partikelfilterbaugruppe einen elektrisch beheizten Katalysator, einen katalytischen Wandler stromabwärts des elektrisch beheizten Katalysators, einen Partikelfilter, der stromabwärts des katalytischen Wandlers angeordnet ist, um Partikelmaterial von dem Abgas zu entfernen, eine Kohlenwasserstoffeinspritzeinrichtung in Fluidkommunikation mit der Abgasleitung stromaufwärts des elektrisch beheizten Katalysators, die derart konfiguriert ist, überschüssigen Kohlenwasserstoff in das hindurchströmende Abgas einzuspritzen, eine Luftpumpe in Fluidkommunikation mit der Abgasleitung stromaufwärts des elektrisch beheizten Katalysators, die derart konfiguriert ist, Luft an die Abgasleitung zu liefern, um den Volumengasdurchfluss durch den Partikelfilter anzuheben und die Wärmeverweilzeit durch den Partikelfilter zu vermindern, und einen Controller umfasst, der derart konfiguriert ist, die Kohlenwasserstoffeinspritzeinrichtung, den elektrisch beheizten Katalysator und die Luftpumpe auf Grundlage vorbestimmter Abgasdurchflüsse, Temperaturschwellen und Partikelbeladungen in dem Partikelfilter zu betreiben, wobei das Verfahren umfasst: Erhitzen des elektrisch beheizten Katalysators auf eine Kohlenwasserstoffoxidationstemperatur; Aktivieren der Kohlenwasserstoffeinspritzeinrichtung, um überschüssigen Kohlenwasserstoff in das Abgas zu liefern; Oxidieren des überschüssigen Kohlenwasserstoffs in dem elektrisch beheizten Katalysator, um die Temperatur des Abgases anzuheben und Partikel in dem Partikelfilter zu oxidieren; Überwachen des Abgasdurchflusses; Überwachen der Temperatur des Partikelfilters; und Deaktivieren des elektrisch beheizten Katalysators und der Kohlenwasserstoffeinspritzeinrichtung und Aktivieren der Luftpumpe, wenn der Abgasdurchfluss durch den Partikelfilter unter eine vorbestimmte Durchflussschwelle fällt oder die Temperatur des Partikelfilters über einer vorbestimmten Temperaturschwelle liegt oder beides.
Verfahren zum Regenerieren einer Partikelfilterbaugruppe nach Anspruch 9, wobei die vorbestimmte Durchflussschwelle ein Motorleerlaufzustand ist.