DE102013114999B4

DE102013114999B4 - Verfahren zur Partikelregeneration in einem Hybrid-Elektrofahrzeug und Partikelregenerationssystem

Info

Publication number: DE102013114999B4
Application number: DE102013114999.5A
Authority: DE
Inventors: Bryan N. Roos; Eugene V. Gonze; Michael J. Paratore jun.
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2013-01-07
Filing date: 2013-12-31
Publication date: 2022-11-17
Anticipated expiration: 2034-01-01
Also published as: CN103912345B; US8899027B2; CN103912345A; DE102013114999A1; US20140190147A1

Abstract

Verfahren zum Regenerieren von Partikelmaterial (116) in einem Partikelfilter (112) eines Hybridelektrofahrzeugs, das eine Kombination aus einer Brennkraftmaschine (102) und einem Elektromotor (104) zum Antrieb des Hybridelektrofahrzeugs aufweist, wobei das Hybridelektrofahrzeug einen elektrisch beheizten Katalysator (110) besitzt, der in Strömungskommunikation mit dem Partikelfilter (112) in einem Abgassystem des Hybridelektrofahrzeugs angeordnet ist, wobei das Verfahren umfasst, dass:ermittelt wird, ob die Brennkraftmaschine (102) Kraftstoff verbrennt oder keinen Kraftstoff verbrennt;in einem Zustand, wenn die Brennkraftmaschine (102) keinen Kraftstoff verbrennt, der elektrisch beheizte Katalysator (110) elektrisch beheizt wird, bis der elektrisch beheizte Katalysator (110) eine Temperatur erreicht hat, die geeignet ist, um ein Zünden des Partikelmaterials (116) in dem Partikelfilter (112) zu bewirken, und der Elektromotor (104) verwendet wird, um eine Rotation der Brennkraftmaschine (102) bei einer Drehzahl zu unterstützen, die geeignet ist, Luft in die Brennkraftmaschine (102) zu ziehen und von der Brennkraftmaschine (102) in das Abgassystem über den elektrisch beheizten Katalysator (110) und in den Partikelfilter (112) auszustoßen, um eine Zündung des Partikelmaterials (116) in dem Partikelfilter (112) zu unterstützen; ferner umfassend, dass:in einem Zustand, wenn die Brennkraftmaschine (102) Kraftstoff verbrennt, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Brennkraftmaschine (102) auf etwa gleich einem stöchiometrischen Verhältnis gesetzt wird, das der Brennkraftmaschine (102) zugeordnet ist, so dass der gesamte Sauerstoff, der von der Brennkraftmaschine (102) zur Verbrennung des Kraftstoffs verwendet wird, verbraucht wird,eine Temperatur überwacht wird, die eine Temperatur des Partikelmaterials (116) in dem Partikelfilter (112) angibt;falls die Temperatur des Partikelmaterials (116) höher als ein Schwellenwert angegeben ist, dann das Setzen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses gleich dem stöchiometrischen Verhältnis fortgesetzt wird;falls die Temperatur des Partikelmaterials (116) niedriger als ein Schwellenwert angegeben wird, dann das Setzen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses gleich dem stöchiometrischen Verhältnis unterbrochen wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Hybridelektrofahrzeuge (HEVs) und insbesondere ein Partikelregenerationsverfahren und -system für HEVs oder Steckdosen- bzw. Plug-In-Hybridelektrofahrzeuge (PHEVs).
PHEVs können signifikante Perioden eines Betriebs mit abgeschalteter Kraftmaschine während Betriebsmoden mit Ladungsabreicherung aufweisen, wodurch eine Situation erzeugt wird, bei der die Kraftmaschine möglicherweise mehrere Male kaltgestartet werden muss, wodurch die Erzeugung und Emission von Partikelmaterial (PM) potentiell erhöht wird.
JP 2009 - 203 934 A offenbart einen Partikelfilter, der im Abgaskanal angeordnet ist und im Abgas enthaltene Partikel sammelt, eine Vorrichtung zur Bestimmung von Regenerationsbedingungen, um zu bestimmen, ob eine Regenerationsbedingung zum Durchführen einer Filterregenerationssteuerung zum Regenerieren des Partikelfilters, in dem Partikelmaterial gesammelt wird, erfüllt ist oder nicht, und eine Sauerstoffzufuhreinrichtung zum Zuführen von Sauerstoff zu dem Partikelfilter, wenn die Regenerationsbedingung erfüllt ist. Die Sauerstoffversorgungseinrichtung führt dem Partikelfilter die zur Regeneration des Partikelfilters erforderliche Sauerstoffmenge durch den Pumpantrieb der Brennkraftmaschine zu. Ein Neustart der Brennkraftmaschine wird bis zur Beendigung der Regeneration des Partikelfilters verhindert, wenn ein Pumpen der Brennkraftmaschine durchgeführt wird.
Weiterer Stand der Technik ist in der DE 10 2008 063 449 A1 beschrieben.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und System zum Sammeln und Regenerieren von PM bereitzustellen, mit denen es möglich ist, eine Zunahme der PM-Emissionen in HEVs und PHEVs zu vermeiden.
Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der Ansprüche 1 und 6 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird ein Verfahren angewendet, um Partikelmaterial (PM) in einem Partikelfilter (PF) eines Hybridelektrofahrzeugs (HEV) zu regenerieren, das eine Kombination aus einer Brennkraftmaschine und einem Elektromotor zum Antrieb des HEVs aufweist, wobei das HEV einen elektrisch beheizten Katalysator (EHC) besitzt, der in Strömungskommunikation mit dem PF in einem Abgassystem des HEV angeordnet ist. Das Verfahren ermittelt, ob die Brennkraftmaschine Kraftstoff verbrennt oder nicht, und in einem Zustand, bei dem die Brennkraftmaschine keinen Kraftstoff verbrennt, wird der EHC elektrisch beheizt, bis der EHC eine Temperatur erreicht hat, die geeignet ist, um ein Zünden des PM in dem PF zu bewirken. Der Elektromotor wird dazu verwendet, eine Rotation der Brennkraftmaschine bei einer Drehzahl zu unterstützen, die geeignet ist, Luft in die Brennkraftmaschine zu ziehen und aus der Brennkraftmaschine in das Abgassystem über den EHC und in den PF auszustoßen, um ein Zünden des PM in dem PF zu unterstützen.
Bei einer anderen beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ist ein Partikelregenerationssystem für ein Hybridelektrofahrzeug (HEV) konfiguriert, wobei das HEV eine Kombination aus einer Brennkraftmaschine und einem Elektromotor zum Antrieb des HEV aufweist. Ein elektrisch beheizter Katalysator (EHC) ist in Abgasströmungskommunikation mit einem Abgassystem der Brennkraftmaschine angeordnet. Ein Partikelfilter (PF) ist in Abgasströmungskommunikation mit dem EHC und stromabwärts des EHC angeordnet. Ein Controller ist funktional in Signalkommunikation mit einem Steuersystem der Brennkraftmaschine, einem Steuersystem des Elektromotors, einem Steuersystem des EHC und einem Steuersystem des PF angeordnet, wobei der Controller auf computerausführbare Anweisungen anspricht, die, wenn sie von dem Controller ausgeführt werden, ein Verfahren zur Regeneration von Partikelmaterial (PM) in einem PF unterstützen. Das Verfahren umfasst ein Ermitteln, ob die Brennkraftmaschine Kraftstoff verbrennt oder nicht, und in einem Zustand, wenn die Brennkraftmaschine keinen Kraftstoff verbrennt, ein elektrisches Heizen des EHC, bis der EHC eine Temperatur erreicht hat, die geeignet ist, um ein Zünden des PM in dem PF zu bewirken, und ein Verwenden des Elektromotors, um eine Rotation der Brennkraftmaschine bei einer Drehzahl zu unterstützen, die geeignet ist, um Luft in die Brennkraftmaschine zu ziehen und aus der Brennkraftmaschine in das Abgassystem über den EHC und in den PF auszustoßen, um ein Zünden des PM in dem PF zu unterstützen.
Andere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten werden nur beispielhaft in der folgenden detaillierten Beschreibung von Ausführungsformen deutlich, wobei die detaillierte Beschreibung Bezug auf die Zeichnungen nimmt, in welchen:

1 eine einlinige Form eines Blockdiagramms eines beispielhaften Partikelregenerationssystems zur Verwendung mit einem Hybridelektrofahrzeug (HEV) oder einem Plug-In-Hybridelektrofahrzeug (PHEV) gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt;
2 einen beispielhaften Partikelfilter (PF) zur Verwendung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt; und
3 ein beispielhaftes Verfahren zur Regeneration eines PF in einem HEV oder einem PHEV gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.

Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung, die auf ein HEV oder ein PHEV mit sowohl einem Elektromotor (EM) als auch einer Brennkraftmaschine (ICE) gerichtet ist, nutzt eine Steuerstrategie und ein System, wie hier beschrieben ist, die Betriebscharakteristiken eines elektrisch beheizten Katalysators (EHC) und eines Partikelfilters (PF), um eine Regeneration des in dem PF gesammelten Partikelmaterials (PM) auszulösen, so wie die Betriebscharakteristiken eines nicht mit Kraftstoff belieferten ICE, um eine Luftströmung bereitzustellen, um die PM-Regenerationstemperatur zu steuern, wobei das PM der Kraftstoff wird, der den PF-Regenerationsprozess betreibt, und die nicht mit Kraftstoff beaufschlagte Luftströmung von der Brennkraftmaschine ein Steuerelement in dem PF-Regenerationsprozess wird.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung und mit Bezug auf 1 ist ein Partikelregenerationssystem 100 in einer einlinigen Form eines Blockdiagramms zur Verwendung in einem HEV oder PHEV gezeigt. Wie hier verwendet ist und gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist ein Bezug auf ein HEV dazu bestimmt, sowohl HEVs als auch PHEVs zu umschließen. Dies bedeutet, da HEVs typischerweise keine lange Zeit mit abgeschalteter Brennkraftmaschine im Vergleich zu PHEVs aufgrund dessen, dass HEVs eine vergleichsweise kleinere Batterie haben, aufweisen, kann eine Ausführungsform der Erfindung, die hier offenbart ist, auf PHEVs besser anwendbar sein, als auf HEVs. Jedoch bleibt, da ein PHEV eine spezielle Form eines HEV (Plug-In im Gegensatz zu Nicht-Plug-In) ist, der vorhergehende Bezug darauf, dass der Begriff HEV dazu bestimmt ist, sowohl HEVs als auch PHEVs zu umschließen, weiter bestehen. Ein typisches HEV, das nur teilweise mit Bezugszeichen 10 gezeigt ist, umfasst sowohl eine ICE 102 als auch einen EM 104, der durch einen Batteriesatz 106 mit Leistung beaufschlagt ist, der geeignet bemessen ist, um ausreichende DC-Leistung beispielsweise zum Betrieb des EM 104 über eine gewünschte Distanz bereitzustellen. Bei einer Ausführungsform sieht der Batteriesatz 106 eine DC-Spannung im Bereich von 250-400 V und eine DC-Leistung im Bereich von 8-80 KWh (Kilowattstunden) vor.
Ein Abgaskrümmer 108 lenkt Abgase von dem ICE 102 an das Regenerationssystem 100, das bei einer Ausführungsform einen EHC 110, einen PF 112 und einen Controller 200 aufweist. Ein beispielhafter EHC, der für die hier offenbarten Zwecke geeignet ist, ist ein extrudierter EHC, der von NGK Insulators, Ltd. verfügbar ist, mit positiven und negativen Elektroden, die auf gegenüberliegenden Flächen der extrudierten Form angeordnet sind. Ein beispielhafter PF, der für die hier beschriebenen Zwecke geeignet ist, ist beschrieben in US 7,524,360 B2 . Der EHC 110 ist in Abgasströmungskommunikation mit dem Abgaskrümmer 108 angeordnet, und der PF 112 ist in Abgasströmungskommunikation mit dem EHC 110 und stromabwärts des EHC 110 angeordnet. Bei einer Ausführungsform kann ein Dreiwegekatalysator (TWC) 114 optional in Abgasströmungskommunikation mit dem PF 112 und stromaufwärts des PF 112 angeordnet sein.
Der Controller 200 ist funktional in Signalkommunikation mit einem Steuersystem 202 des ICE 102, einem Steuersystem 204 des EM 104, einem Steuersystem des EHC 110 und einem Steuersystem des PF 112 angeordnet. Bei einer Ausführungsform ist das Steuersystem 202 ein elektronisches Steuermodul, das Betriebscharakteristiken des ICE 102, wie beispielsweise Kraftstoffverbrauch und Motor-U/min (Umdrehungen pro Minute) überwacht und eine regulative Steuerung für den ICE 102 bereitstellt, wie beispielsweise eine Steuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, das zur Verbrennung verwendet wird. Bei einer Ausführungsform ist das Steuersystem 204 ein elektronisches Steuermodul, das Betriebscharakteristiken des EM 104, wie beispielsweise Leistungsverbrauch und Drehmomentausgang, überwacht und eine regulative Steuerung für den EM 104 bereitstellt, wie beispielsweise eine Steuerung der Leistungslieferung, die zur Drehmomenterzeugung verwendet wird. Bei einer Ausführungsform können die Steuersysteme 202 und 204 einteilig in ein einzelnes elektronisches Steuermodul geformt sein. Bei einer Ausführungsform weist das Steuersystem des EHC 110 einen Sauerstoffsensor (01) 205, der in der Abgasströmung stromaufwärts des EHC 110 angeordnet ist, sowie einen Schalter 206 auf, der angeordnet und konfiguriert ist, um Leistung von dem Batteriesatz 106 zu dem EHC 110 zu verbinden und zu trennen. Bei einer Ausführungsform weist das Steuersystem des PF 112 einen Sauerstoffsensor (02) 208, der in der Abgasströmung stromabwärts des EHC 110 und stromaufwärts des PF 112 angeordnet ist, einen Einlasstemperatursensor (T1) 210, der in der Abgasströmung stromabwärts des EHC 110 und stromaufwärts des PF 112 angeordnet ist, einen Auslasstemperatursensor (T2) 212, der in der Abgasströmung stromabwärts des PF 112 angeordnet ist, sowie Deltadrucksensoren (P1, P2) 214, 216 über die Einlass- und Auslassdurchlässe des PF 112 auf. Mit Bezug auf die 1 und 2 sind die Temperatursensoren (T1, T2) 210, 212 eng mit den jeweiligen Einlass- und Auslassdurchlässen 118, 120 des PF 112 gekoppelt, sodass eine Temperatur von Partikelmaterial (PM) 116, wie mit Bezug auf 2 am besten zu sehen ist, unter Zündung innerhalb des PF 112 entweder direkt oder indirekt ermittelt werden kann, wie durch Ableiten. Bei der in 2 gezeigten Ausführungsform findet ein Zünden des PM 116 zuerst an dem Einlassdurchlass 118 statt und schreitet zu dem abgefangenen PM 116' nahe dem Auslassdurchlass 120 fort. Eine Abgasströmung, die durch den PF 112 eintritt und hindurchströmt, ist in 2 allgemein durch Bezugszeichen 250 (in dem PF 112 eintretende Abgasströmung) 252 (vorgefilterte Abgasströmung) und 254 (gefilterte Abgasströmung) gezeigt.
Bei einer Ausführungsform spricht der Controller 200 auf computerausführbare Anweisungen an, die, wenn sie von dem Controller 200 ausgeführt werden, ein Verfahren unterstützen, um den PM 116 in dem PF 112 zu regenerieren, was nun mit Bezug auf 3 diskutiert wird, die ein beispielhaftes Steuerflussdiagramm (Verfahren) 300 zeigt.
Block 320 des Flussdiagramms 300 repräsentiert einen Startpunkt für eine kontinuierliche Schleife einer Hybrid-PM-Regeneration, wobei eine Ausführungsform der Erfindung den dargestellten Prozess in einer kontinuierlichen Schleife betreibt, um eine kontinuierliche Regeneration des PM 116 in dem PF 112 des HEV 10 zu unterstützen. Bei einer Ausführungsform läuft das Verfahren 300 kontinuierlich in Zyklen, sofern es nicht anderweitig unterbrochen wird, wie, wenn beispielsweise das HEV 10 abgeschaltet wird und nicht in Gebraucht steht.
Bei Block 304 wird eine Ermittlung durchgeführt, ob der PF 112 eine Regeneration erfordert, wie beispielsweise ob der Filter voll ist (PF voll) oder nicht (PF nicht voll). Wenn ermittelt wird, dass der PF 112 keine Regeneration erfordert, dann fährt das Verfahren 300 mit Pfad 330 fort und läuft herum zu Block 302, um die Überwachung des Zustandes des PF 112 fortzusetzen, bis er eine Regeneration erfordert oder bis die Überwachung anderweitig unterbrochen wird. Eine derartige Überwachung, um zu ermitteln, ob der PF 112 eine Regeneration erfordert oder nicht, kann unter Verwendung verschiedener Techniken erreicht werden. Eine erste Technik verwendet die Deltadrucksensoren (P1, P2) 214, 216 über die Einlass- und Auslassdurchlässe des PF 112, um die PM-Beladung zu schätzen, wobei eine hohe Druckdifferenz einen Regenerationsbedarf angibt. Eine zweite Technik verwendet ein PM-Modell, um die PM-Beladung zu schätzen. Und eine dritte Technik verwendet eine Fahrleistung, um die PM-Beladung zu schätzen, wobei eine Fahrleistungsdifferenz seit der letzten Regeneration größer als eine definierte Schwelle ist, die einen Regenerationsbedarf angibt. Es kann eine beliebige Technik oder eine Kombination von Techniken zum Ermitteln eines Regenerationsbedarfs verwendet werden. Die drei Techniken, die beschrieben sind, können gemeinsam verwendet werden, wobei eine Regeneration des PF 112 abhängig davon ausgelöst wird, welche Technik eine definierte Kalibrierungsschwelle überschreitet.
Wenn bei Block 304 ermittelt wird, dass der PF 112 eine Regeneration erfordert, fährt das Verfahren 300 dann an Pfad 332 zu Block 306 fort, wo eine Ermittlung durchgeführt wird, ob der ICE 102 läuft und Kraftstoff verbrennt oder nicht. Bei einer Ausführungsform sieht das Steuersystem 202 die notwendige Information bezüglich des Betriebszustandes des ICE 102 vor. In einem Zustand, wenn der ICE 102 keinen Kraftstoff verbrennt, läuft die Steuerlogik des Verfahrens 300 zu Block 308 über Pfad 334, wo der Controller 200 ein Einschalten eines Schalters 206, d.h. Schließen oder Aktivieren, bewirkt, um den EHC 110 elektrisch mit dem Batteriesatz 106 zu verbinden, um den EHC 110 so lange elektrisch zu heizen, bis er eine Temperatur erreicht hat, die geeignet ist, um ein Entzünden des PM 116 in dem PF 112 zu bewirken. Bei einer Ausführungsform liegt die Zündtemperatur des PM 116 bei 700 Grad Celsius. Bei Block 310 ermittelt der Controller 200 über Information, die von dem Temperatursensor 210 empfangen wird, ob der EHC 110 die Zündtemperatur erreicht hat oder nicht. Falls nicht, läuft die Steuerlogik des Verfahrens 300 zurück zu Block 308 über den Pfad 336. Wenn die Temperatur des PM 116 zum Zünden ausreichend angehoben worden ist, läuft die Logik des Verfahrens 300 zu Block 312 über Pfad 338, wo der Controller 200 mit dem Steuersystem 204 kommuniziert, um den EM 104 zu betreiben, um eine Rotation der ICE 102 bei einer Drehzahl zu unterstützen, die geeignet ist, um Luft in den ICE 102 zu ziehen und von dem ICE 102 in den Abgaskrümmer 108 über den EHC 110 und in den PF 112 auszustoßen, um ein kontinuierliches Zünden des PM 116 in dem PF 112 zu unterstützen und um den Schalter 206 abzuschalten, d.h. zu öffnen oder zu inaktivieren, um den EHC 110 von dem Batteriesatz 106 zu trennen. Der EM 104 kann dazu verwendet werden, Luft in die ICE 102 zu ziehen, und zwar mit oder ohne elektrischen Antrieb des HEV 10. Die Kombination von Wärme von dem EHC 110 und Sauerstoff aus der von der ICE 102 gezogenen Luft, die, wenn sie gemäß den oben beschriebenen Bedingungen betrieben wird, als eine Luftpumpe wirkt, zünden und halten die Zündung des PM 116 in dem PF 112. Bei einer Ausführungsform wirkt der EM 104 durch ein Getriebe (TR) 122, ein gekoppeltes Riemenscheiben- und Antriebsriemensystem (auch durch Bezugszeichen 122 bezeichnet) oder irgendein anderes geeignetes Mittel (auch durch Bezugszeichen 122 bezeichnet) zum mechanischen Koppeln des EM 104 mit der ICE 102, um einen Betrieb der ICE 102 bei einer gesteuerten U/min zu unterstützen. Während die oben beschriebene Logik bei Block 312 angibt, dass die elektrische Leistung zu dem EHC 110 gleichzeitig damit abgeschaltet wird, dass der EM 104 eine Rotation der ICE 102 unterstützt, sei angemerkt, dass der EHC 110 vor oder nach dem der EM 104 dazu verwendet wird, die ICE 102 in Rotation zu versetzen, abhängig davon abgeschaltet werden kann, ob das PM 116 in dem PF 112 in einem Zündungszustand ist oder nicht, was durch den Controller 200 über geeignete Information von dem Temperatursensor 210 zum Durchführen dieser Ermittlung ermittelt werden kann.
Bei Bedingungen, bei denen das PM 116 in dem PF 112 gezündet ist und der EHC 110 abgeschaltet ist, läuft die Steuerlogik zu Block 314, wo der Controller 200 eine Temperatur überwacht, die das PM 116 in dem PF 112 angibt, die bei einer Ausführungsform von Information abgeleitet wird, die von dem Temperatursensor 210 empfangen wird. Um eine Zündung und Regeneration des PM 116 in dem PF 112 aufrecht zu erhalten, verwendet der Controller 200 den EM 104, um die U/min der Brennkraftmaschine 102 abhängig davon, ob die Temperatur des PM 116 höher bzw. niedriger als ein definierter Schwellenwert, wie 700 Grad Celsius, angegeben ist, anzuheben, bei Block 316, oder abzusenken, bei Block 318. Dies bedeutet, falls die Temperatur des PM 116 höher als der Schwellenwert ist, läuft die Steuerlogik dann zu Block 316 über den Pfad 340, um die U/min der Brennkraftmaschine 102 anzuheben, und falls die Temperatur des PM 116 geringer als der Schwellenwert ist, läuft die Steuerlogik dann zu Block 318 über Pfad 342, um die U/min der ICE 102 zu verringern.
Bei Block 320 ermittelt der Controller 200, ob eine Regeneration des PF 112 vollständig oder nicht vollständig ist, was aus Information ermittelt werden kann, die zur Herstellung dieser Ermittlung geeignet ist, einschließlich Information, die von Temperatursensoren 210, 212, Deltadrucksensoren 214, 216 oder einer Kombination daraus empfangen wird. Beispielsweise kann bei einer Ausführungsform eine vollständige Regeneration abgeleitet werden, wenn das Temperaturprofil zwischen dem Temperatursensor T1 210 und dem Temperatursensor T2 212 über den Verlauf der Regeneration einen Temperaturanstieg bei T1 210 gefolgt durch einen Temperaturanstieg bei T2 212 gefolgt durch einen Temperaturabfall bei sowohl T1 210 als auch T2 212 gezeigt hat. Bei einer anderen Ausführungsform kann eine vollständige Regeneration abgeleitet werden, wenn das Druckprofil zwischen dem Drucksensor P1 214 und dem Drucksensor P2 216 über den Verlauf der Regeneration eine hohe Druckdifferenz zwischen P1 214 und P2 216 gefolgt durch eine geringe Druckdifferenz dazwischen gezeigt wird. Wenn eine Regeneration des PF 112 nicht vollständig ist, dann läuft die Logik des Verfahrens 300 zurück zu Block 314 über den Pfad 344. Wenn die Regeneration des PF 112 vollständig ist, fährt dann die Logik des Verfahrens 300 mit Block 322 über den Pfad 346 fort, wo der Controller 200 dem Steuersystem 204 des EM 104 signalisiert, den EM 104 von dem ICE 102 zu trennen, um eine Rotation der ICE 102 zu stoppen, um zu verhindern, dass weitere Luft in die ICE 102 gezogen und aus der ICE 102 und durch den PF 112 ausgetragen wird. Vom Block 322 fährt die Logik des Verfahrens 300 zurück zu Block 302 über den Pfad 348, wo das Regenerationsverfahren 300 kontinuierlich läuft, sofern es nicht unterbrochen ist.
Zurück Bezug nehmend auf Block 306 läuft in einem Zustand, wo für den PF 112 vorher bestimmt wurde, dass eine Regeneration notwendig ist, und die ICE 102 läuft und Kraftstoff verbrennt, wie beispielsweise, wenn ein Bediener des HEV 10 ein Gaspedal des HEV 10 drückt, was in einer Anforderung nach Geschwindigkeit und/oder Leistung resultiert, die jenseits der Kapazität des EM 104 allein liegt, die Logik des Verfahrens 300 zu Block 324 über den Pfad 350, wo der Controller 200 der Steuereinheit 202 der ICE 102 signalisiert, ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis für die ICE 102 bereitzustellen, das ausreichend ist, um eine Verbrennung zu beenden, wie ein Verhältnis, das etwa gleich dem stöchiometrischen Verhältnis ist, das dem ICE 102 zugeordnet ist, sodass der gesamte Sauerstoff, der von dem ICE 102 zur Verbrennung des Kraftstoffs verwendet ist, verbraucht wird, was dazu dient, eine Verbrennung des PM 116 in dem PF 112 zu ersticken und auszulöschen, um einen Zustand eines thermischen Durchgehens in dem PF 112 zu verhindern.
Bei Block 326 überwacht der Controller 200 eine Temperatur, die die Temperatur des PM 116 in dem PF 112 angibt, wie beispielsweise unter Verwendung des Temperatursensors T1 201, um zu ermitteln, ob die Regeneration des PF 112 vollständig ist oder nicht. Wenn die Regeneration als nicht vollständig ermittelt wird, registriert der Temperatursensor T1 201, dass ein Heißzustand verbleibt, d.h. die Temperatur von dem Sensor T1 201 registriert einen Wert, der höher als ein definierter Schwellenwert ist, wie beispielsweise 700 Grad Celsius, was angibt, dass das Verbrennen von PM 116 noch nicht erstickt und ausgelöscht worden ist, was darin resultiert, dass die Steuerlogik des Verfahrens 300 zurück zu Block 324 über Pfad 353 läuft, um einen Zustand beizubehalten, der eine Verbrennung auslöscht, wie beispielsweise, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis bei etwa dem stöchiometrischen Verhältnis beibehalten wird. Wenn die Regeneration des PF 112 bei Block 326 als vollständig ermittelt wurde, registriert der Temperatursensor T1 201, dass ein kalter Zustand existiert, d.h. die Temperatur von dem Sensor T1 201 registriert einen Wert, der kleiner als der definierte Schwellenwert ist, was angibt, dass das verbrennende PM 116 erstickt und ausgelöscht worden ist, und dann fährt die Steuerlogik des Verfahrens 300 zu Block 302 über den Pfad 354, wo das Regenerationsverfahren 300 kontinuierlich läuft, sofern es nicht anderweitig unterbrochen wird.
Bei einer Ausführungsform wird die kontinuierliche Regenerationsschleife des Verfahrens 300 durch den Controller 200 implementiert, während das HEV 10 durch den EM 104 ohne Abgasströmung von der ICE 102 angetrieben wird.
In Anbetracht des Vorstehenden ist ersichtlich, dass eine Ausführungsform der Erfindung in Form von computerimplementierten Prozessen und Vorrichtungen zum Ausführen dieser Prozesse ausgeführt sein kann. Die vorliegende Erfindung kann auch in Form eines Computerprogrammprodukt mit Computerprogrammcode ausgeführt sein, der Anweisungen enthält, die in konkreten Medien vorgesehen sind, wie Disketten, CD-ROMs, Festplatten, USB- (Universal Serial Bus) - Laufwerke oder irgend ein anderes computerlesbares Speichermedium, wie beispielsweise Direktzugriffsspeicher (RAM), Nur-Lese-Speicher (ROM), einen löschbaren programmierbaren Nur-Lese-Speicher (EPROM), elektrisch löschbaren programmierbaren Nur-Lese-Speicher (EEPROM) oder Flash-Speicher, wobei, wenn der Computerprogrammcode in einen Computer geladen und von einem Computer ausgeführt wird, der Computer eine Vorrichtung zum Ausführen der Erfindung wird. Die vorliegende Erfindung kann auch in Form eines Computerprogrammcodes ausgeführt sein, beispielsweise ob in einem Speichermedium gespeichert, in einen Computer geladen und / oder von einem Computer ausgeführt oder über irgend ein Übertragungsmedium übertragen, wie beispielsweise über elektrische Verdrahtung oder Verkabelung, durch Faseroptik oder drahtlos über elektromagnetische Strahlung, wobei, wenn der Computerprogrammcode in einen Computer geladen und von einem Computer ausgeführt wird, der Computer eine Vorrichtung zum Ausführen der Erfindung wird. Wenn sie an einem mikroprozessorbasierten Allzweckcontroller, wie z. B. Controller 200 implementiert sind, konfigurieren die Computerprogrammcodesegmente den Mikroprozessor, um spezifische logische Schaltungen zu erzeugen. Ein technischer Effekt der ausführbaren Anweisungen besteht darin, das PM in einem PF, um eine Zunahme der PM-Emissionen in HEVs und PHEVs zu vermeiden, in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der hierin beschriebenen Erfindung zu regenerieren.
In Anbetracht der vorstehenden Beschreibung und Darstellung wird ersichtlich, dass ein Verfahren und ein System beschrieben worden sind, die mindestens einen der folgenden Vorteile aufweisen: eine Reduzierung von PM-Emissionen, die aus mehreren kalten Kraftmaschinenstarts in einem HEV resultieren; den Gebrauch einer Luftströmung von einer nicht mit Kraftstoff beaufschlagten ICE, um eine Steuerung der PM-Regeneration in einem PF zu unterstützen; den Gebrauch eines EHC, um eine ausreichende Katalysatortemperatur bereitzustellen, um eine PM-Regeneration ohne eine Abgasströmung von der ICE auszulösen, einschließlich Perioden, während denen das HEV elektrisch betrieben wird; den Gebrauch einer Luftströmung von einem rotierenden ICE ohne Kraftstoffverbrennung, um thermische Energie von der EHC zum Start der Verbrennung des PM an dem stromaufwärtigen Ende des PF zu übertragen; den vorteilhaften Gebrauch der inhärenten Energie in dem PM zur Regeneration des PF, während die Verbrennungstemperatur unter Verwendung der Luftströmung von einem nicht mit Kraftstoff beaufschlagten ICE eng gesteuert wird; einen schnellen und kraftstoffeffizienten PF-Regenerationsprozess; und einen gesteuerten Betrieb eines mit Kraftstoff beaufschlagten ICE zum Ersticken und Auslöschen einer PM-Verbrennung, wie beispielsweise ein gesteuerter Gebrauch des stöchiometrischen Betriebs, um ungesteuerte Temperaturen der PM-Regeneration zu verhindern.

Claims

Verfahren zum Regenerieren von Partikelmaterial (116) in einem Partikelfilter (112) eines Hybridelektrofahrzeugs, das eine Kombination aus einer Brennkraftmaschine (102) und einem Elektromotor (104) zum Antrieb des Hybridelektrofahrzeugs aufweist, wobei das Hybridelektrofahrzeug einen elektrisch beheizten Katalysator (110) besitzt, der in Strömungskommunikation mit dem Partikelfilter (112) in einem Abgassystem des Hybridelektrofahrzeugs angeordnet ist, wobei das Verfahren umfasst, dass: ermittelt wird, ob die Brennkraftmaschine (102) Kraftstoff verbrennt oder keinen Kraftstoff verbrennt; in einem Zustand, wenn die Brennkraftmaschine (102) keinen Kraftstoff verbrennt, der elektrisch beheizte Katalysator (110) elektrisch beheizt wird, bis der elektrisch beheizte Katalysator (110) eine Temperatur erreicht hat, die geeignet ist, um ein Zünden des Partikelmaterials (116) in dem Partikelfilter (112) zu bewirken, und der Elektromotor (104) verwendet wird, um eine Rotation der Brennkraftmaschine (102) bei einer Drehzahl zu unterstützen, die geeignet ist, Luft in die Brennkraftmaschine (102) zu ziehen und von der Brennkraftmaschine (102) in das Abgassystem über den elektrisch beheizten Katalysator (110) und in den Partikelfilter (112) auszustoßen, um eine Zündung des Partikelmaterials (116) in dem Partikelfilter (112) zu unterstützen; ferner umfassend, dass: in einem Zustand, wenn die Brennkraftmaschine (102) Kraftstoff verbrennt, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Brennkraftmaschine (102) auf etwa gleich einem stöchiometrischen Verhältnis gesetzt wird, das der Brennkraftmaschine (102) zugeordnet ist, so dass der gesamte Sauerstoff, der von der Brennkraftmaschine (102) zur Verbrennung des Kraftstoffs verwendet wird, verbraucht wird, eine Temperatur überwacht wird, die eine Temperatur des Partikelmaterials (116) in dem Partikelfilter (112) angibt; falls die Temperatur des Partikelmaterials (116) höher als ein Schwellenwert angegeben ist, dann das Setzen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses gleich dem stöchiometrischen Verhältnis fortgesetzt wird; falls die Temperatur des Partikelmaterials (116) niedriger als ein Schwellenwert angegeben wird, dann das Setzen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses gleich dem stöchiometrischen Verhältnis unterbrochen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend, dass: ermittelt wird, ob eine Regeneration des Partikelfilters (112) vollständig ist, und wenn dies zutrifft, dann eine Rotation der Brennkraftmaschine (102) gestoppt wird, um eine weitere Luftströmung durch das Abgassystem zu stoppen, falls eine Regeneration des Partikelfilters (112) als unvollständig ermittelt wird, dann die Überwachung der Partikelmaterialtemperatur fortgesetzt wird und die Drehzahl der Brennkraftmaschine (102) angehoben wird, falls die Temperatur des Partikelmaterials (116) höher als der Schwellenwert ist, und verringert wird, falls die Temperatur des Partikelmaterials (116) geringer als der Schwellenwert ist.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend, dass: der elektrisch beheizte Katalysator (110) abgeschaltet wird, nachdem der elektrisch beheizte Katalysator (110) eine Temperatur erreicht hat, die geeignet ist, um ein Zünden des Partikelmaterials (116) in dem Partikelfilter (112) zu unterstützen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei: das Hybridelektrofahrzeug von dem Elektromotor (104) ohne Abgasströmung von der Brennkraftmaschine (102) angetrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend, dass: ein Zustand des Partikelfilters (112) überwacht wird, um zu ermitteln, ob der Partikelfilter (112) eine Regeneration erfordert oder nicht; falls ermittelt wird, dass der Partikelfilter (112) keine Regeneration erfordert, dann die Überwachung des Zustandes des Partikelfilters (112) fortgesetzt wird, bis er eine Regeneration erfordert oder bis die Überwachung anderweitig unterbrochen wird.
Partikelregenerationssystem (100) für ein Hybridelektrofahrzeug, wobei das Hybridelektrofahrzeug eine Kombination aus einer Brennkraftmaschine (102) und einem Elektromotor (104) zum Antrieb des Hybridelektrofahrzeugs aufweist, wobei das System (100) umfasst: einen elektrisch beheizten Katalysator (110), der in Abgasströmungskommunikation in einem Abgassystem der Brennkraftmaschine (102) angeordnet ist; einen Partikelfilter (112), der in Abgasströmungskommunikation mit dem elektrisch beheizten Katalysator (110) und stromabwärts des elektrisch beheizten Katalysators (110) angeordnet ist; einen Controller (200), der funktional in Signalkommunikation mit einem Steuersystem (202) der Brennkraftmaschine (102), einem Steuersystem (204) des Elektromotors (104), einem Steuersystem des elektrisch beheizten Katalysators (110) und einem Steuersystem des Partikelfilters (112) angeordnet ist, wobei der Controller (200) auf computerausführbare Anweisungen anspricht, die, wenn sie von dem Controller (200) ausgeführt werden, ein Verfahren unterstützen, um Partikelmaterial (116) in dem Partikelfilter (112) zu regenerieren, wobei das Verfahren umfasst, dass: ermittelt wird, ob die Brennkraftmaschine (102) Kraftstoff verbrennt oder keinen Kraftstoff verbrennt; in einem Zustand, wenn die Brennkraftmaschine (102) keinen Kraftstoff verbrennt, der elektrisch beheizten Katalysator (110) elektrisch beheizt wird, bis der elektrisch beheizte Katalysator (110) eine Temperatur erreicht hat, die geeignet ist, um ein Zünden des Partikelmaterials (116) in dem Partikelfilter (112) zu bewirken, und der Elektromotor (104) verwendet wird, um eine Rotation der Brennkraftmaschine (102) bei einer Drehzahl zu unterstützen, die geeignet ist, um Luft in die Brennkraftmaschine (102) zu ziehen und von der Brennkraftmaschine (102) in das Abgassystem über den elektrisch beheizten Katalysator (110) und in den Partikelfilter (112) auszustoßen, um ein Zünden des Partikelmaterials (116) in dem Partikelfilter (112) zu unterstützen, wobei das Verfahren, das von dem Controller (200) unterstützt ist, ferner umfasst, dass: in einem Zustand, wenn die Brennkraftmaschine (102) Kraftstoff verbrennt, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Brennkraftmaschine (102) auf etwa gleich einem stöchiometrischen Verhältnis gesetzt wird, das der Brennkraftmaschine (102) zugeordnet ist, so dass der gesamte Sauerstoff, der von der Brennkraftmaschine (102) zur Verbrennung des Kraftstoffs verwendet ist, verbraucht wird; und dass: eine Temperatur überwacht wird, die eine Temperatur des Partikelmaterials (116) in dem Partikelfilter (112) angibt; falls die Temperatur des Partikelmaterials (116) höher als ein Schwellenwert angegeben ist, dann ein Setzen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses gleich dem stöchiometrischen Verhältnis fortgesetzt wird; und falls die Temperatur des Partikelmaterials (116) niedriger als ein Schwellenwert angegeben ist, dann ein Setzen des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses gleich dem stöchiometrischen Verhältnis unterbrochen wird.
Partikelregenerationssystem (100) nach Anspruch 6, wobei das Verfahren, das von dem Controller (200) unterstützt ist, ferner umfasst, dass: in einem Zustand, wenn das Partikelmaterial (116) in dem Partikelfilter (112) gezündet ist, eine Temperatur überwacht wird, die eine Temperatur des Partikelmaterials (116) in dem Partikelfilter (112) angibt, und der Elektromotor (104) verwendet wird, um die Drehzahl der Brennkraftmaschine (102) anzuheben oder abzusenken, falls die Temperatur des Partikelmaterials (116) höher bzw. niedriger als ein Schwellenwert angegeben ist, ermittelt wird, ob die Regeneration des Partikelfilters (112) vollständig ist, und wenn dies der Fall ist, dann eine Rotation der Brennkraftmaschine (102) gestoppt wird, um eine weitere Luftströmung durch das Abgassystem zu stoppen, und falls eine Regeneration des Partikelfilters (112) als nicht vollständig ermittelt wird, dann die Überwachung der Partikelmaterialtemperatur fortgesetzt wird und die Drehzahl der Brennkraftmaschine (102) angehoben wird, falls die Temperatur des Partikelmaterials (116) höher als der Schwellenwert ist, und verringert wird, falls die Temperatur des Partikelmaterials (116) geringer als der Schwellenwert ist.