DE102012218041A1

DE102012218041A1 - Partikelmaterialschutz für elektrisch beheizten Oxidationskatalysator

Info

Publication number: DE102012218041A1
Application number: DE102012218041A
Authority: DE
Inventors: Eugene V. Gonze; Michael J. Paratore Jr.; Michelangelo Ardanese
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2011-10-06
Filing date: 2012-10-02
Publication date: 2013-04-11
Also published as: CN103032133A; US20130086886A1

Abstract

Es ist ein Steuerverfahren für eine Heizvorrichtung eines Oxidationskatalysators vorgesehen. Das Steuerverfahren umfasst: Schätzen einer Ansammlung von Partikelmaterial an der Heizvorrichtung; und selektives Steuern einer Schaltvorrichtung in elektrischer Kommunikation mit der Heizvorrichtung auf Grundlage der geschätzten Ansammlung.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren und Systeme zum Regenerieren von Partikelmaterial in einem elektrisch beheizten Oxidationskatalysator.
HINTERGRUND
Eine Oxidationskatalysatorvorrichtung ist in einem Abgassystem vorgesehen, um nicht verbrannte gasförmige und nichtflüchtige Kohlenwasserstoffe (HC) und Kohlenmonoxid (CO) zu behandeln. Der Oxidationskatalysator oxidiert das HC und CO unter Hochtemperaturbedingungen, um Kohlendioxid (CO₂) und Wasser (H₂O) zu bilden. Das Heizsystem ist in dem Abgassystem vorgesehen, um die Hochtemperaturbedingungen für den Oxidationsprozess zu erzeugen. Unter verschiedenen Betriebsbedingungen kann an dem Heizsystem ein Schaden auftreten, der einen richtigen Betrieb des Oxidationskatalysators verhindert. Demgemäß ist es erwünscht, Verfahren und Systeme bereitzustellen, die einen Schaden an dem Heizsystem verhindern und die einen Betrieb des Oxidationskatalysators sicherstellen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
In einer beispielhaften Ausführungsform ist ein Steuerverfahren für eine Heizvorrichtung eines Oxidationskatalysators vorgesehen. Das Steuerverfahren umfasst: Schätzen einer Ansammlung von Partikelmaterial an der Heizvorrichtung; und selektives Steuern einer Schaltvorrichtung in elektrischer Kommunikation mit der Heizvorrichtung auf Grundlage der geschätzten Ansammlung.
Bei einer anderen beispielhaften Ausführungsform ist ein Abgassystem eines Motors vorgesehen. Das Abgassystem umfasst: einen Oxidationskatalysator; eine Heizvorrichtung, die dem Oxidationskatalysator zugeordnet ist; und ein Steuermodul, das eine Ansammlung von Partikelmaterial an der Heizvorrichtung schätzt und das selektiv eine Schaltvorrichtung in elektrischer Kommunikation mit der Heizvorrichtung auf Grundlage der geschätzten Ansammlung steuert.
Bei einer noch weiteren beispielhaften Ausführungsform ist ein Fahrzeug vorgesehen. Das Fahrzeug umfasst: einen Motor; einen elektrisch beheizten Oxidationskatalysator, der Abgas von dem Motor aufnimmt; und ein Steuermodul, das Strom an den elektrisch beheizten Oxidationskatalysator auf Grundlage einer Schätzung von angesammeltem Partikelmaterial in dem elektrisch beheizten Oxidationskatalysator steuert.
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.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Andere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten sind nur beispielhaft in der folgenden detaillierten Beschreibung von Ausführungsformen gezeigt, wobei die detaillierte Beschreibung Bezug auf die Zeichnungen nimmt, in welchen:
1 ein funktionelles Blockdiagramm eines Fahrzeugs ist, das einen Motor und ein Abgassystem gemäß beispielhafter Ausführungsformen aufweist;
2 ein Datenflussdiagramm eines Steuersystems für ein Abgassystem gemäß beispielhafter Ausführungsformen ist; und
3 ein Flussdiagramm ist, das ein Steuerverfahren für ein Abgassystem gemäß beispielhaften Ausführungsformen veranschaulicht.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur und nicht dazu bestimmt, die vorliegende Offenbarung, ihre Anwendung oder Gebräuche zu beschranken. Es sei zu verstehen, dass in den Zeichnungen entsprechende Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile und Merkmale angeben. Der hier verwendete Begriff Modul betrifft 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, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen.
Nun Bezug nehmend auf 1 ist eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung auf ein Fahrzeug 9 gerichtet, das ein Abgasbehandlungssystem 10 für die Reduzierung regulierter Abgasbestandteile eines Verbrennungsmotors 12 aufweist. Es sei angemerkt, dass der Motor 12 lediglich beispielhafter Natur ist und dass die hier beschriebene Erfindung in verschiedenen Motorsystemen implementiert sein kann. Derartige Motorsysteme können Dieselmotorsysteme, Benzin-Direkteinspritzsysteme sowie Motorsysteme mit homogener Kompressionszündung umfassen, sind jedoch nicht darauf beschränkt.
Das Abgasbehandlungssystem 10 weist allgemein eine oder mehrere Abgasleitungen 14 und eine oder mehrere Abgasbehandlungsvorrichtungen auf. Die Abgasbehandlungsvorrichtungen umfassen beispielsweise einen Oxidationskatalysator (OC) 18, eine Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion (SCR) 20 und eine Partikelfiltervorrichtung (PF) 22. Wie angemerkt sei, kann das Abgasbehandlungssystem 10 der vorliegenden Offenbarung den OC 18 und verschiedene Kombinationen aus einer oder mehreren der in 1 gezeigten Abgasbehandlungsvorrichtungen (SCR 20 und PF 22) und/oder andere Abgasbehandlungsvorrichtungen (nicht gezeigt) aufweisen und ist nicht auf das vorliegende Beispiel beschränkt.
In 1 transportiert die Abgasleitung 14, die mehrere Segmente umfassen kann, Abgas 13 von dem Motor 12 an die verschiedenen Abgasbehandlungsvorrichtungen 18–22 des Abgasbehandlungssystems 10. Der OC 18 kann zum Beispiel ein Durchström-Metall- oder Keramikmonolithsubstrat aufweisen. Das Substrat kann in eine Schale oder einen Kanister mit einem Einlass und einem Auslass in Fluidkommunikation mit der Abgasleitung 14 gepackt sein. Das Substrat kann eine daran angeordnete Oxidationskatalysatorverbindung aufweisen. Die Oxidationskatalysatorverbindung kann als ein Washcoat aufgetragen werden und kann Metalle der Platingruppe aufweisen, wie Platin (Pt), Palladium (Pd), Rhodium (Rh) oder andere geeignete oxidierende Katalysatoren oder Kombinationen daraus. Der OC 18 behandelt nicht verbrannte gasförmige und nichtflüchtige HC und CO, die oxidiert werden, um CO₂ und H₂O zu erzeugen.
Um den Oxidationsprozess zu unterstützen, ist eine elektrisch beheizte Vorrichtung (EHD) 30 stromaufwärts des OC 18 angeordnet. Die EHD 30 sieht die hohe Temperatur vor, die erforderlich ist, um die HC und das CO zu oxidieren. Strom wird zu der EHC 30 periodisch gesteuert, um den Oxidationsprozess in dem OC 18 auszulösen. Bei verschiedenen Ausführungsformen kann die EHD 30 unter Verwendung eines Monolithfilters aufgebaut sein, der einen Einlass und einen Auslass in Fluidkommunikation mit der Abgasleitung 14 besitzt. Wie angemerkt sei, ist der hier beschriebene Monolithfilter lediglich beispielhafter Natur und die EHD 30 kann andere Filtervorrichtungen, die in der Technik bekannt sind, aufweisen.
Wenn das Abgas 16 durch die EHD 30 gelangt, kann Partikelmaterial des Abgases an der EHD 30 abgeschieden werden. Wenn zu viel Partikelmaterial an der EHD 30 angesammelt wird, kann die EHD 30 bei Aktivierung kurzgeschlossen werden. Somit wird die EHD 30 selektiv aktiviert, um das Partikelmaterial zu regenerieren, das an oder nahe der EHD 30 abgeschieden ist. Ein Steuermodul 32 überwacht die Betriebsbedingungen des Motors 12 und/oder des Abgasbehandlungssystems 10 und steuert den Strom zu der EHD 30 durch eine Schaltvorrichtung 34. Allgemein steuert das Steuermodul 32 den Strom durch Schätzen der Ansammlung von Partikelmaterial an oder nahe der EHD 30 und steuert selektiv die Schaltvorrichtung 34 auf Grundlage der geschätzten Ansammlung.
Nun Bezug nehmend auf 2 und mit fortgesetztem Bezug auf 1 zeigt ein Datenflussdiagramm verschiedene Ausführungsformen eines Steuersystems eines Abgassystems, das in das Steuermodul 32 eingebettet sein kann. Verschiedene Ausführungsformen von Steuersystemen des Abgassystems gemäß der vorliegenden Offenbarung können eine beliebige Anzahl von Submodulen aufweisen, die in das Steuermodul 32 eingebettet sind. Wie angemerkt sei, können die in 2 gezeigten Submodule kombiniert und/oder weiter partitioniert werden, um eine Regeneration des Partikelmaterials an der EHD 30 ähnlicherweise zu steuern. Eingänge zu dem System können von dem Motor 12 erfasst, von anderen Steuermodulen (nicht gezeigt) empfangen und/oder durch andere Submodule (nicht gezeigt) in dem Steuermodul 32 bestimmt/modelliert werden. Bei verschiedenen Ausführungsformen weist das Steuermodul 32 ein Partikelmaterialschätzmodul 40 und ein Heizungsaktivierungsmodul 42 auf.
Das Partikelmaterialschätzmodul 40 nimmt als Eingang Motorparameter 44 (wie, jedoch nicht darauf beschrankt, Motordrehzahl, Kraftstoff, barometrischer Druck, Umgebungslufttemperatur, NO₂, Lambda, Abgasrückführungsrate, Abgasströmung und Abgastemperatur) und Abgasparameter 46 (wie, jedoch nicht darauf beschrankt, Abgasströmung, Abgastemperatur, Abgasrückführungsrate, Lambda, HC, NO₂ und Zellendichte) auf. Solche Parameter können entweder erfasst und/oder modelliert werden. Das Partikelmaterialschätzmodul 40 schätzt das durch den Motor 12 erzeugte Partikelmaterial, das auch als die Partikelmaterialrate bezeichnet ist, auf Grundlage der Motorparameter. Beispielsweise kann das Motorpartikelmaterial auf Grundlage der Motorparameter und Schätzverfahren, die in der Technik bekannt sind, geschätzt werden.
Das Partikelmaterialschätzmodul schätzt dann das Partikelmaterial, das in oder nahe der EHD 30 angesammelt ist, auf Grundlage des Motorpartikelmaterials und der Abgasparameter 46. Beispielsweise kann das Partikelmaterial auf Grundlage. von Abgasparametern 46 und Schätzverfahren, die in der Technik bekannt sind, geschätzt werden.
Das Heizungsaktivierungsmodul 42 empfängt als Eingang das geschätzte PM 48. Das Heizungsaktivierungsmodul 42 bewertet das geschätzte PM 48, um zu bestimmen, ob Strom zu der EHD 30 gesteuert werden soll. Bei verschiedenen Ausführungsformen aktiviert, wenn das geschätzte PM 48 größer als eine vorbestimmte Schwelle ist, das Heizungsaktivierungsmodul 42 die EHD 30 durch Steuerung der Schaltvorrichtung 34, um einen Stromfluss zu der EHD 30 zu ermöglichen, über das Steuersignal 50. Das Heizungsaktivierungsmodul 42 steuert selektiv einen Stromfluss zu der EHD 30, bis das Partikelmaterial erfolgreich regeneriert worden ist (z. B. durch Bewerten von Rückkopplungsparametern 49, die beispielsweise eine Änderung des Gegendrucks in dem Motor angeben, oder durch Bewerten der Abgastemperatur nach dem OC 18, etc.). An diesem Punkt deaktiviert das Heizungsaktivierungsmodul 42 die EHD 30 durch Steuerung der Schaltvorrichtung 34, um einen Stromfluss zu der EHD 30 zu verhindern, über das Steuersignal 50.
Nun Bezug nehmend auf 3 und mit fortgesetztem Bezug auf die 1 und 2 zeigt ein Flussschaubild ein Abgassystemsteuerverfahren, das durch das Steuermodul 32 von 1 gemäß der vorliegenden Offenbarung ausgeführt werden kann. Wie angesichts der Offenbarung anzumerken ist, ist die Reihenfolge des Betriebs innerhalb des Verfahrens nicht auf die sequentielle Ausführung, wie in 3 gezeigt ist, beschränkt, sondern kann in einer oder mehreren variierenden Reihenfolgen, wie anwendbar, und gemäß der vorliegenden Offenbarung ausgeführt werden.
Bei verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren geplant werden, so dass es auf Grundlage vorbestimmter Ereignisse läuft und/oder während des Betriebs des Motors 12 kontinuierlich läuft.
Bei einem Beispiel kann das Verfahren bei 100 beginnen. Das Motorpartikelmaterial wird bei 110 vorhergesagt; und das geschätzte PM 48 wird bei 120 auf Grundlage dessen geschätzt. Das geschätzte PM 48 wird bei 130 bewertet. Wenn bei 130 das geschätzte PM 48 größer als eine vorbestimmte Schwelle ist, wird die EHD 30 bei 140 durch Erzeugen des Steuersignals 50 zu der Schaltvorrichtung 34 aktiviert. Die EHD 30 bleibt aktiv, bis bei 150 eine Schwellentemperatur erreicht ist und bei 160 das Partikelmaterial regeneriert worden ist. Anschließend kann die EHD 30 bei 170 über das Steuersignal 50 deaktiviert werden und das Verfahren kann bei 180 enden.
Wenn jedoch das geschätzte OC-PM bei 130 kleiner als die vorbestimmte Schwelle ist, ist nicht ausreichend Material vorhanden, um ein thermisches Ereignis in dem Oxidationskatalysator zu erzeugen, und das Verfahren kann bei 180 enden.
Während die Erfindung unter Bezugnahme auf beispielhafte Ausführungsformen beschrieben worden ist, sei dem Fachmann offensichtlich, dass verschiedene Änderungen durchgeführt und Äquivalente gegen Elemente derselben ohne Abweichung von dem Schutzumfang der Erfindung ersetzt werden können. Zusätzlich können viele Abwandlungen durchgeführt 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, die offenbart sind, beschränkt ist, sondern dass die Erfindung alle Ausführungsformen umschließt, die in den Schutzumfang der Anmeldung fallen.

Claims

Steuerverfahren für eine Heizvorrichtung eines Oxidationskatalysators, umfassend: Schätzen einer Ansammlung von Partikelmaterial an der Heizvorrichtung; und selektives Steuern einer Schaltvorrichtung in elektrischer Kommunikation mit der Heizvorrichtung auf Grundlage der geschätzten Ansammlung.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Schätzen der Ansammlung von Partikelmaterial umfasst: Schätzen von Partikelmaterial, das durch einen Motor erzeugt wird, der dem Oxidationskatalysator zugeordnet ist; und Schätzen der Ansammlung von Partikelmaterial auf Grundlage des geschätzten erzeugten Partikelmaterials.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das selektive Steuern der Schaltvorrichtung umfasst: selektives Steuern der Schaltvorrichtung in eine erste Position, um einen Stromfluss zu der Heizvorrichtung zuzulassen, wenn die geschätzte Ansammlung über einer Schwelle liegt.
Abgassystem eines Motors, umfassend: einen Oxidationskatalysator; eine Heizvorrichtung, die dem Oxidationskatalysator zugeordnet ist; und ein Steuermodul, das eine Ansammlung von Partikelmaterial an der Heizvorrichtung schätzt und das selektiv eine Schaltvorrichtung in elektrischer Kommunikation mit der Heizvorrichtung auf Grundlage der geschätzten Ansammlung steuert.
Abgassystem nach Anspruch 4, wobei das Steuermodul selektiv die Schaltvorrichtung durch selektives Steuern der Schaltvorrichtung in eine erste Position steuert, um einen Stromfluss zu der Heizvorrichtung zuzulassen, wenn die geschätzte Ansammlung über einer Schwelle liegt.
Abgassystem nach Anspruch 5, wobei das Steuermodul selektiv die Schaltvorrichtung durch selektives Steuern der Schaltvorrichtung zu einer zweiten Position steuert, um einen Stromfluss zu der Heizvorrichtung zu verhindern, wenn die geschätzte Ansammlung unterhalb der Schwelle liegt.
Abgassystem nach Anspruch 5, wobei das Steuermodul die Schaltvorrichtung selektiv durch selektives Steuern der Schaltvorrichtung in eine zweite Position steuert, um einen Stromfluss zu der Heizvorrichtung zu verhindern, wenn eine Regeneration vollständig ist.
Fahrzeug, umfassend: einen Motor; einen elektrisch beheizten Oxidationskatalysator, der Abgas von dem Motor aufnimmt; und ein Steuermodul, das Strom zu dem elektrisch beheizten Oxidationskatalysator auf Grundlage einer Schätzung von angesammeltem Partikelmaterial in dem Oxidationskatalysator steuert.
Fahrzeug nach Anspruch 8, wobei das Steuermodul die Ansammlung von Partikelmaterial an der Heizvorrichtung schätzt und selektiv eine Schaltvorrichtung in elektrischer Kommunikation mit dem elektrisch beheizten Oxidationskatalysator auf Grundlage der geschätzten Ansammlung steuert.
Fahrzeug nach Anspruch 9, wobei das Steuermodul die Ansammlung von Partikelmaterial durch Schätzen von Partikelmaterial, das durch den Motor erzeugt wird; und Schätzen der Ansammlung von Partikelmaterial auf Grundlage des geschätzten erzeugten Partikelmaterials schätzt.