-
GEBIET DER ERFINDUNG
-
Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung betreffen Abgasbehandlungssysteme für Verbrennungsmotoren und insbesondere ein Abgasbehandlungssystem, das eine Vorrichtung mit elektrisch beheiztem Katalysator (”EHC”) aufweist, die einen selektiv aktivierten Katalysator aufweist, der bei einer Katalysatortemperatur beibehalten wird.
-
HINTERGRUND
-
Das von einem Verbrennungsmotor ausgestoßene Abgas ist ein heterogenes Gemisch, das gasförmige Emissionen, wie Kohlenmonoxid (”CO”), nicht verbrannte Kohlenwasserstoffe (”KW”) und Stickoxide (”NOx”), wie auch Materialien in kondensierter Phase (Flüssigkeiten und Feststoffe) enthält, die Partikelmaterial (”PM”) bilden. Katalysatorzusammensetzungen, die typischerweise an Katalysatorträgern oder -substraten angeordnet sind, sind in einem Motorabgassystem vorgesehen, um bestimmte oder alle dieser Abgasbestandteile in nicht regulierte Abgaskomponenten umzuwandeln.
-
Ein Typ von Abgasbehandlungstechnologie zur Reduzierung von CO- und KW-Emissionen ist eine Oxidationskatalysator-(”OC”)-Vorrichtung. Die OC-Vorrichtung umfasst ein Durchströmsubstrat mit einer auf das Substrat aufgetragenen Katalysatorverbindung. Die Katalysatorverbindung der OC-Vorrichtung bewirkt eine Oxidationsreaktion der Abgase, sobald die OC-Vorrichtung eine Schwellen- oder Anspringtemperatur erreicht hat. Eine Art einer Abgasbehandlungstechnologie zum Reduzieren von NOx-Emissionen ist eine Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion (”SCR”). Die SCR-Vorrichtung weist ein Substrat auf, das eine auf das Substrat aufgetragene SCR-Katalysatorverbindung besitzt. Ein Reduktionsmittel wird typischerweise in heiße Abgase stromaufwärts der SCR-Vorrichtung gesprüht. Jedoch muss die SCR-Vorrichtung auch eine Schwellen- oder Ansprngtemperatur erreichen, um NOx effektiv zu reduzieren. Nach einem Kaltstart des Motors haben die OC-Vorrichtung und die SCR-Vorrichtung die jeweiligen Anspringtemperaturen nicht erreicht und können daher möglicherweise allgemein CO, KW und NOx von den Abgasen nicht effektiv entfernen.
-
Eine Vorgehensweise zur Erhöhung der Wirksamkeit der OC- und SCR-Vorrichtungen betrifft die Bereitstellung einer Vorrichtung mit elektrisch beheiztem Katalysator (”EHC”) stromaufwärts der OC-Vorrichtung und der SCR-Vorrichtung. Die EHC-Vorrichtung kann einen Monolith und eine elektrische Heizung aufweisen. Der Katalysator der EHC-Vorrichtung wird eine jeweilige Anspringtemperatur erhitzt, die diejenige Temperatur ist, bei der eine schnelle KW-Oxidation in der Oxidationskatalysatorverbindung, die an der EHC-Vorrichtung angeordnet ist, stattfindet.
-
Es kann ein Generator vorgesehen sein, um mechanische Energie von dem Motor in elektrische Leistung umzuwandeln, die für verschiedene elektrische Lasten benötigt wird. Bei einer Vorgehensweise kann der Generator von einer Fahrzeugbatterie getrennt werden, während elektrische Leistung zu der elektrischen Heizung der EHC-Vorrichtung geliefert wird, um den Katalysator der EHC-Vorrichtung zu erwärmen. Jedoch reduziert ein Trennen des Generators von der Fahrzeugbatterie über einen längeren Zeitraum die Batterielebensdauer. Dementsprechend ist es wünschenswert, eine Vorgehensweise für die effektive Bereitstellung elektrischer Leistung für die elektrische Heizung der EHC-Vorrichtung bereitzustellen, während der Einfluss auf die Batterielebensdauer reduziert wird.
-
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Bei einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ist ein Abgasbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor vorgesehen und umfasst eine Abgasleitung, eine Vorrichtung mit elektrisch beheiztem Katalysator (”EHC”), einen Generator, eine Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion (”SCR”) und ein Steuermodul. Die Abgasleitung steht in Fluidverbindung mit dem Verbrennungsmotor und ist derart konfiguriert, ein Abgas von dem Verbrennungsmotor aufzunehmen. Die EHC-Vorrichtung steht in Fluidverbindung mit der Abgasleitung und weist eine elektrische Heizung und einen EHC Katalysator auf, der auf eine EHC-Anspringtemperatur erwärmt wird. Der Generator ist in einem Modus für gezielt ausgerichtete Spannung selektiv betreibbar, um eine Zielspannung an die elektrische Heizung zu liefern. Die Zielspannung repräsentiert eine Spannung, die von der elektrischen Heizung erforderlich ist, um den EHC-Katalysator bei einer Katalysatortemperatur zu halten. Die SCR-Vorrichtung steht in Fluidverbindung mit der Abgasleitung. Die SCR-Vorrichtung ist stromabwärts der EHC-Vorrichtung angeordnet und weist einen SCR-Katalysator auf, der selektiv durch die EHC-Vorrichtung auf eine SCR-Anspringtemperatur erhitzt wird. Das Steuermodul steht in Verbindung mit dem Generator, der EHC-Vorrichtung und der SCR-Vorrichtung. Das Steuermodul ist derart konfiguriert, um zu ermitteln, ob sich der EHC-Katalysator oberhalb der EHC-Anspringtemperatur befindet und ob sich der SCR-Katalysator unter der SCR-Anspringtemperatur befindet. Das Steuermodul ist ferner derart konfiguriert, den Generator so zu steuern, dass er bei der Modus für gezielt ausgerichtete Spannung arbeitet, wenn sich der EHC-Katalysator oberhalb der EHC-Anspringtemperatur befindet und sich der SCR-Katalysator unterhalb der SCR-Anspringtemperatur befindet.
-
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 offensichtlich, wobei die detaillierte Beschreibung Bezug auf die Zeichnungen nimmt, in welchen:
-
1 ein schematisches Diagramm eines beispielhaften Abgasbehandlungssystems und elektrischen Systems ist; und
-
2 ein Prozessflussdiagramm ist, das ein Verfahren zum Betrieb des in 1 gezeigten Abgasbehandlungssystems und elektrischen Systems veranschaulicht.
-
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur und nicht dazu beabsichtigt, die vorliegende Offenbarung, ihre Anwendung oder Nutzungen zu beschränken. Es versteht sich, dass in den gesamten Zeichnungen entsprechende Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile und Merkmale bezeichnen. 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, oder eine kombinatorische Logikschaltung.
-
Mit Bezug nun auf 1 ist eine beispielhafte Ausführungsform auf ein Abgasbehandlungssystem 10 für die Reduzierung regulierter Abgasbestandteile eines Verbrennungs-(”IC”)-Motors 12 gerichtet. Das Abgasbehandlungssystem 10, das hier beschrieben ist, kann in verschiedenen Motorsystemen implementiert sein, die Dieselmotorsysteme, Benzinmotorsysteme und Motorsysteme mit homogener Kompressionszündung aufweisen können, jedoch nicht darauf beschränkt sind.
-
Das Abgasbehandlungssystem 10 umfasst im Allgemeinen eine oder mehrere Abgasleitungen 14 und eine oder mehrere Abgasbehandlungsvorrichtungen. 1 zeigt eine Vorrichtung mit elektrisch beheiztem Katalysator (”EHC”) 16, eine Oxidationskatalysator-(”OC”)-Vorrichtung 20, eine Vorrichtung 22 für selektive katalytische Reduktion (”SCR”) und eine Partikelfilter-(”PF”)-Vorrichtung 24. Wie angemerkt sei, kann das Abgasbehandlungssystem der vorliegenden Offenbarung verschiedene Kombinationen einer oder mehrerer der in 1 gezeigten Abgasbehandlungsvorrichtungen und/oder andere (nicht gezeigte) Abgasbehandlungsvorrichtungen umfassen und ist nicht auf das vorliegende Beispiel beschränkt. Es ist auch ein elektrisches System 30 dargestellt, das einen Generator 32, eine Energiespeichervorrichtung 34, einen Generatorbus 36, einen Fahrzeugsystembus 38, ein elektrisches Bordnetz bzw. elektrisches Fahrzeugsystem 40, einen Fahrzeugbusschalter 42 und einen EHC-Schalter 44 aufweist. Das elektrische Fahrzeugsystem 40 kann beispielsweise Innen- und Außenleuchten, verschiedene Motoren (z. B. einen Gebläsemotor, Wischermotor, etc.), beheizte Sitze und andere elektrische Komponenten (nicht gezeigt) aufweisen.
-
Der EHC 16 ist stromaufwärts der OC-Vorrichtung 20 angeordnet. Die EHC-Vorrichtung 16 weist einen Monolith 50 und eine elektrische Heizung 52 auf, wobei die elektrische Heizung 52 selektiv aktiviert wird und den Monolith 50 heizt. Bei einer Ausführungsform arbeitet die elektrische Heizung 52 bei einer Spannung von etwa 12–24 Volt und einem Leistungsbereich von etwa 1–6 Kilowatt, wobei jedoch zu verstehen sei, dass genauso gut andere Betriebsbedingungen verwendet werden können. Die EHC-Vorrichtung 16 kann aus einem beliebigen geeigneten Material aufgebaut sein, das elektrisch leitend ist, wie dem gewickelten oder gestapelten Metallmonolith 50. Eine Oxidationskatalysatorverbindung (nicht dargestellt) kann auf den Monolithen 50 als ein Washcoat aufgebracht werden und Metalle der Platingruppe, wie Platin (Pt), Palladium (Pd), Rhodium (Rh) oder andere geeignete oxidierende Katalysatoren oder eine Kombination davon enthalten, und kann als der Katalysator der EHC-Vorrichtung 16 bezeichnet werden. Der Katalysator der EHC-Vorrichtung 16 weist eine jeweilige EHC-Anspringtemperatur auf, die diejenige Temperatur ist, bei der eine schnelle KW-Oxidation in der Oxidationskatalysatorverbindung der EHC-Vorrichtung 16 stattfindet.
-
Die OC-Vorrichtung 20 kann unmittelbar stromabwärts der EHC-Vorrichtung 16 angeordnet sein und kann beispielsweise ein Durchström-Metall- oder -Keramik-Monolithsubstrat 21 aufweisen, das in eine Schale oder einen Kanister aus rostfreiem Stahl mit einem Einlass und einem Auslass in Fluidkommunikation mit der Abgasleitung 14 gepackt sein kann. Das Substrat 21 kann eine daran angeordnete Oxidationskatalysatorverbindung aufweisen. Die Oxidationskatalysatorverbindung kann als ein Washcoat aufgetragen werden und kann Metalle der Platingruppe enthalten, wie Platin (Pt), Palladium (Pd), Rhodium (Rh) oder andere geeignete oxidierende Katalysatoren oder Kombinationen daraus. Die OC-Vorrichtung 20 ist bei der Behandlung nicht verbrannter gasförmiger und nicht flüchtiger KW und CO verwendbar, die oxidiert werden, um Kohlendioxid und Wasser zu bilden. Der Katalysator der OC-Vorrichtung 20 weist eine jeweilige OC-Anspringtemperatur auf, die diejenige Temperatur ist, bei der eine schnelle KW-Oxidation durch die Oxidationskatalysatorverbindung der OC-Vorrichtung 20 ausgelöst wird.
-
Eine Kohlenwasserstoff- oder Kraftstoffeinspritzeinrichtung 54 kann stromaufwärts der EHC-Vorrichtung 16 und der OC-Vorrichtung 20 angeordnet sein. Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung 54 steht in Fluidverbindung mit einer Quelle für Kohlenwasserstoff (nicht gezeigt). Die Kraftstoffeinspritzeinrichtung 54 wird dazu verwendet, einen unverbrannten Kohlenwasserstoff 56 in das Abgas 15 einzuführen. Ein Mischer oder Turbulator 58 kann ebenfalls in der Abgasleitung 14 in enger Nähe zu der Kohlenwasserstoffeinspritzeinrichtung 54 angeordnet sein, um eine vollständige Mischung des Kohlenwasserstoffs 56 mit dem Abgas 15 weiter zu unterstützen, um ein Abgas- und Kohlenwasserstoffgemisch zu erzeugen. Es wird in Betracht gezogen, dass in einigen Fällen auf die Kohlenwasserstoffeinspritzeinrichtung 54 verzichtet werden kann und der Motor 12 als die Kohlenwasserstoffzufuhr anstelle der Kohlenwasserstoffeinspritzeinrichtung 54 verwendet werden kann. Insbesondere können Betriebsparameter des Motors 12, wie zum Beispiel Kraftstoffeinspritzzeitpunkt und -menge, für die Bereitstellung von Kohlenwasserstoff in dem Abgasstrom 15 eingestellt werden.
-
Die SCR-Vorrichtung 22 kann stromabwärts der EHC-Vorrichtung 16 angeordnet sein. Auf eine Weise ähnlich der OC-Vorrichtung 20 kann die SCR-Vorrichtung 22 beispielsweise ein Durchström-Keramik- oder -Metall-Monolithsubstrat 23 aufweisen, das in eine Schale oder einen Kanister aus rostfreiem Stahl mit einem Einlass und einem Auslass in Fluidkommunikation mit der Abgasleitung 14 gepackt sein kann. Das Substrat 23 kann eine darauf aufgebrachte SCR-Katalysatorzusammensetzung umfassen. Die SCR-Katalysatorzusammensetzung kann einen Zeolith sowie eine oder mehrere Unedelmetallkomponenten aufweisen, wie Eisen (”Fe”), Kobalt (”Co”), Kupfer (”Cu”) oder Vanadium (”V”), die effizient dazu dienen können, NOx-Bestandteile in dem Abgas in der Anwesenheit eines Reduktionsmittels, wie Ammoniak (”NH3”) umzuwandeln. Insbesondere muss eine Katalysatorzusammensetzung der SCR-Vorrichtung 22 eine jeweilige SCR-Anspringtemperatur erreichen, um das NOx effektiv zu Stickstoff zu reduzieren. Sobald die SCR-Vorrichtung 22 die SCR-Anspringtemperatur erreicht, wird das NOx in der Anwesenheit der SCR-Katalysatorzusammensetzung zu Stickstoff reduziert.
-
Ein Reduktionsmittel 60 kann von einer Reduktionsmittellieferquelle (nicht gezeigt) geliefert werden und kann in die Abgasleitung 14 an einer Stelle stromaufwärts der SCR-Vorrichtung 22 unter Verwendung einer Einspritzeinrichtung 62 für Reduktionsmittel oder eines anderen geeigneten Verfahrens zur Lieferung des Reduktionsmittels 60 an das Abgas 15 eingespritzt werden. Bei einer Ausführungsform kann das Reduktionsmittel 60 eine wässrige Harnstofflösung sein, die sich zu Ammoniak (”NH3”) in den heißen Abgasen zersetzt und von der SCR-Vorrichtung 22 absorbiert wird. Das Ammoniak reduziert dann bei Anwesenheit des SCR-Katalysators das NOx zu Stickstoff. Ein Mischer oder Turbulator 64 kann ebenfalls in der Abgasleitung 14 in enger Nähe zu der Einspritzeinrichtung 62 angeordnet sein, um eine vollständige Mischung des Reduktionsmittels 60 mit dem Abgas 15 weiter zu unterstützen.
-
Die PF-Vorrichtung 24 kann stromabwärts der OC-Vorrichtung 20 und der SCR-Vorrichtung 22 angeordnet sein. Die PF-Vorrichtung 24 dient dazu, das Abgas 15 von Kohlenstoff und anderen Partikeln zu filtern. Bei verschiedenen Ausführungsformen kann die PF-Vorrichtung 24 unter Verwendung eines keramischen Wandströmungsmonolithfilters 70 aufgebaut sein. Der Filter 70 kann in eine Schale oder einen Kanister gepackt sein, die/der zum Beispiel aus rostfreiem Stahl besteht und die/der einen Einlass und einen Auslass in Fluidkommunikation mit der Abgasleitung 14 aufweist.
-
Der Filter 70 kann eine Mehrzahl sich längs erstreckender Durchgänge besitzen, die durch sich längs erstreckende Wände definiert sind. Die Durchgänge umfassen einen Teilsatz von Einlassdurchgängen, die ein offenes Einlassende und ein geschlossenes Auslassende besitzen, sowie einen Teilsatz von Auslassdurchgängen, die ein geschlossenes Einlassende und ein offenes Auslassende besitzen. Abgas 15, das in den Filter 70 durch die Einlassenden der Einlassdurchgänge eintritt, wird durch benachbarte, sich längs erstreckende Wände zu den Auslassdurchgängen getrieben. Durch diesen Wandströmungsmechanismus wird das Abgas 15 von Kohlenstoff und anderen Partikeln gefiltert. Die gefilterten Partikel werden an den sich in Längsrichtung erstreckenden Wänden der Einlassdurchgänge abgelagert und besitzen mit der Zeit die Wirkung der Erhöhung des Abgasgegendrucks, dem der Motor 12 ausgesetzt ist. Es sei angemerkt, dass der keramische Wandströmungsmonolithfilter lediglich beispielhafter Natur ist und dass die PF-Vorrichtung 24 andere Filtervorrichtungen aufweisen kann, wie gewickelte oder gepackte Faserfilter, offenzellige Schäume, gesinterte Metallfasern, etc.
-
Nun wird das elektrische System 30 beschrieben. Das elektrische System weist den Fahrzeugbusschalter 42 und den EHC-Schalter 44 auf. Der Fahrzeugbusschalter 42 verbindet den Generator 32 selektiv mit dem Fahrzeugsystembus 38. Der EHC-Schalter 44 verbindet die Heizung 52 der EHC-Vorrichtung 16 selektiv mit dem Generator 32. Bei der Ausführungsform, wie in 1 gezeigt ist, sind der Fahrzeugbusschalter 42 und der EHC-Schalter 44 beide einpolige Ausschalter, wobei jedoch zu verstehen sei, dass ein beliebiger Typ von Schaltelement, wie beispielsweise ein mechanischer Schalter, der durch ein mechanisches Element (z. B. eine rotierende Nocke) betätigt ist, Relais oder Transistoren, verwendet werden können.
-
Die primäre Energiespeichervorrichtung 34 kann eine Fahrzeugbatterie sein, wie beispielsweise eine Bleisäurebatterie. Obwohl eine Bleisäurebatterie diskutiert ist, sei zu verstehen, dass genauso andere Typen von Energiespeichervorrichtungen verwendet werden können. Die primäre Energiespeichervorrichtung 34 kann dazu verwendet werden, elektrische Leistung für das elektrische Fahrzeugsystem 40 bereitzustellen.
-
Der Generator 32 ist Teil des Motors 12 und wandelt mechanische Leistung von dem Motor 12 in elektrische Leistung um, die für verschiedene elektrische Fahrzeuglasten erforderlich ist. Der Generator 32 ist mit einem Antriebsstrang (nicht gezeigt) eines Fahrzeugs (nicht gezeigt) gekoppelt. Während eines kraftstofflosen Bremsereignisses wird ein Bremspedal (nicht gezeigt) von einem Fahrer gedrückt, und eine Kraftstoffbelieferung zu dem Motor 12 wird zeitweilig gestoppt. Verlangsamungsenergie, die von dem Antriebsstrang erzeugt wird, wird dazu verwendet, den Generator 32 zu drehen, um während des kraftstofflosen Bremsereignisses elektrische Energie zu erzeugen. Der Generator 32 kann dazu verwendet werden, elektrische Energie an die elektrische Heizung 52 der EHC-Vorrichtung 16 zu liefern und die Energiespeichervorrichtung 34 zu laden.
-
Der Generator 32 kann in einem von drei Betriebsmoden arbeiten, wenn er mit dem Antriebsstrang während des kraftstofflosen Bremsereignisses gekoppelt ist. Die drei Betriebsmoden sind ein Modus mit regulierter Spannungssteuerung (”RVC”), ein Modus mit erhöhter Spannung und ein Modus für gezielt ausgerichtete Spannung. In dem RVC-Modus wird der Betrieb des Generators 32 auf Grundlage einer Temperatur und eines Ladezustandes (”SOC”) der Energiespeichervorrichtung 34 reguliert. In dem Modus mit erhöhter Spannung wird der Generator 32 betrieben, um eine erhöhte oder angehobene Spannung an die elektrische Heizung 52 der EHC-Vorrichtung 16 zu liefern, was seinerseits den Katalysator der EHC-Vorrichtung 16 relativ schnell auf die EHC-Anspringtemperatur heizt. In dem Modus mit erhöhter Spannung wird der Fahrzeugbusschalter 42 geöffnet, um den Generator 32 von der Energiespeichervorrichtung 34 zu trennen. Bei einer beispielhaften Ausführungsform beträgt die erhöhte Spannung, die an die elektrische Heizung 52 geliefert wird, etwa 24 Volt. In dem Modus für gezielt ausgerichtete Spannung wird der Generator 32 betrieben, um eine Zielspannung an die elektrische Heizung 52 der EHC-Vorrichtung 16 zu liefern. Die Zielspannung repräsentiert die Spannung, die von der Heizung 52 notwendig ist, um den Katalysator der EHC-Vorrichtung 16 auf einer Katalysatortemperatur beizubehalten. Die Katalysatortemperatur repräsentiert eine Temperatur, die erforderlich ist, um eine Verbrennung von Kohlenwasserstoffen in dem Abgas 14 durch den Katalysator der EHC-Vorrichtung 16 aufrechtzuerhalten, die als eine katalytische Verbrennung bezeichnet ist. Genauer findet eine katalytische Verbrennung statt, wenn die Kohlenwasserstoffe in dem Abgas 15 mit dem aktivierten Katalysator der EHC-Vorrichtung 16 reagieren, und ist nachfolgend detaillierter beschrieben.
-
Ein Steuermodul 80 ist funktional mit dem Motor 12, dem Abgasbehandlungssystem 10 und dem elektrischen System 30 verbunden und überwacht diese. Genauer zeigt 1 das Steuermodul 80, das funktional mit dem Motor 12, der EHC-Vorrichtung 16, dem Generator 32, dem elektrischen Fahrzeugsystem 40, dem Fahrzeugbusschalter 42, dem EHC-Schalter 44, der Kohlenwasserstoffeinspritzeinrichtung 54 und der Reduktionsmitteleinspritzeinrichtung 60 verbunden ist. Das Steuermodul 80 steht auch in Verbindung mit mehreren Temperatursensoren, die in der Abgasleitung 14 angeordnet sind. Genauer steht das Steuermodul 80 in Kommunikation mit einem ersten Temperatursensor 82, der stromaufwärts der SCR-Vorrichtung 22 platziert ist, und einem zweiten Temperatursensor 84, der stromabwärts der SCR-Vorrichtung 22 angeordnet ist. Das Steuermodul 80 weist eine Steuerlogik zum Berechnen eines Temperaturprofils der SCR-Vorrichtung 22 auf Grundlage von Temperaturen auf, die von dem ersten Temperatursensor 82 und dem zweiten Temperatursensor 84 angegeben sind.
-
Das Steuermodul 80 steht in Verbindung mit einem Temperatursensor 85, der stromaufwärts des Monolithen 50 der EHC-Vorrichtung 16 angeordnet ist, und einem Temperatursensor 86, der stromabwärts des Monolithen 50 der EHC-Vorrichtung 16 angeordnet ist. Der Temperatursensor 85 gibt eine Temperatur des Abgases 15 unmittelbar vor der EHC-Vorrichtung 16 an. Der Temperatursensor 86 gibt eine Temperatur der EHC-Vorrichtung 16 an. Bei einer alternativen Vorgehensweise wird der Temperatursensor 86 weggelassen und stattdessen weist das Steuermodul 50 eine Steuerlogik zum Ermitteln der Temperatur der EHC-Vorrichtung 16 auf Grundlage von Betriebsparametern des Abgasbehandlungssystems 10 auf. Genauer kann die Temperatur der EHC-Vorrichtung 16 auf Grundlage der Abgasströmung des Motors 12, der Eingangsgastemperatur des Motors 12 und der elektrischen Leistung, die an die elektrische Heizung 52 geliefert wird, berechnet werden.
-
Der Generator 32 wird normalerweise in einem RVC-Modus betrieben, wo ein Betrieb des Generators 32 auf Grundlage einer Temperatur und des SOC der Energiespeichervorrichtung 34 reguliert wird. Jedoch kann das Steuermodul 80 einen Betrieb des Generators 32 in entweder den Modus für gezielt ausgerichtete Spannung oder den Modus mit erhöhter Spannung auf Grundlage der Temperatur der EHC-Vorrichtung 16 und des Temperaturprofils der SCR-Vorrichtung 22 schalten.
-
Das Steuermodul 80 weist eine Steuerlogik zum Überwachen der Temperatur der EHC-Vorrichtung 16 auf (z. B. entweder durch den Temperatursensor 86 oder durch Betriebsparameter des Abgasbehandlungssystems 10), um zu ermitteln, ob der Katalysator der EHC-Vorrichtung 16 unter oder über der EHC-Anspringtemperatur liegt. Wenn die Katalysatortemperatur der EHC-Vorrichtung 16 unterhalb der EHC-Anspringtemperatur liegt, öffnet das Steuermodul 80 den Fahrzeugbusschalter 42, wodurch der Generator 32 von der Energiespeichervorrichtung 34 getrennt wird. Der EHC-Schalter 44 befindet sich in der geschlossenen Position. Wenn der Generator 32 von der Batterie 34 getrennt wird, wird ein Betrieb des Generators 32 von dem RVC-Modus zu dem Modus mit erhöhter Spannung geschaltet. In dem Modus mit erhöhter Spannung liefert der Generator 32 die erhöhte Spannung an die elektrische Heizung 52 der EHC-Vorrichtung 16, was seinerseits den Katalysator der EHC-Vorrichtung 16 relativ schnell auf die EHC-Anspringtemperatur heizt. Sobald der Katalysator der EHC-Vorrichtung 16 die EHC-Anspringtemperatur erreicht, schaltet das Steuermodul 80 den Fahrzeugbusschalter 42 zurück in die geschlossene Position.
-
Wenn die Katalysatortemperatur der EHC-Vorrichtung 16 über der EHC-Anspringtemperatur liegt, kann das Steuermodul 80 dann das Temperaturprofil der SCR-Vorrichtung 22 auf Grundlage von Temperaturen überwachen, die von dem ersten Temperatursensor 82 und dem zweiten Temperatursensor 84 angegeben sind. Wenn das Temperaturprofil der SCR-Vorrichtung 22 über der SCR-Anspringtemperatur liegt, öffnet das Steuermodul 80 den EHC-Schalter 44, um den Generator 32 von der Heizung 52 der EHC-Vorrichtung 16 zu trennen.
-
Wenn das Temperaturprofil der SCR-Vorrichtung 22 unterhalb der SCR-Anspringtemperatur liegt, kann das Steuermodul 80 den Generator 32 in dem Modus für gezielt ausgerichtete Spannung betreiben. In dem Modus für gezielt ausgerichtete Spannung befinden sich der Fahrzeugbusschalter 42 und der EHC-Schalter 44 beide in der geschlossenen Position, und der Generator 32 liefert die Zielspannung an die elektrische Heizung 52 der EHC-Vorrichtung 16. Die Zielspannung repräsentiert die Spannung, die von der Heizung 52 erforderlich ist, um den Katalysator der EHC-Vorrichtung 16 auf der Katalysatortemperatur beizubehalten, die erforderlich ist, um eine katalytische Verbrennung von Kohlenwasserstoffen, die in das Abgas 15 (durch die Kraftstoffeinspritzeinrichtung 54 oder den Motor 12) eingeführt werden, beizubehalten. Genauer kann, wenn der Generator 32 die Zielspannung an die Heizung 52 der EHC-Vorrichtung 16 ausgibt, das Steuermodul 80 dann die Kohlenwasserstoffzufuhr (z. B. entweder den Motor 12 oder die Kraftstoffeinspritzeinrichtung 54) aktivieren, um Kohlenwasserstoffe in das Abgas 15 einzuführen. Eine katalytische Verbrennung findet statt, wenn die Kohlenwasserstoffe in dem Abgas 15 mit dem aktivierten Katalysator der EHC-Vorrichtung 16 reagieren, um eine exotherme Reaktion zu erzeugen. Die exotherme Reaktion erzeugt Wärme, die stromabwärts in der Abgasleitung 14 gelangt und die SCR-Vorrichtung 22 auf die SCR-Anspringtemperatur heizt.
-
Bei einer Ausführungsform ist die OC-Vorrichtung 20 unmittelbar stromabwärts der EHC-Vorrichtung 16 positioniert, so dass die Kohlenwasserstoffe in dem Abgas 14 auch mit dem aktivierten Katalysator der OC-Vorrichtung 20 reagieren, und erzeugt eine exotherme Reaktion. Die exotherme Reaktion, die durch den aktivierten Katalysator der OC-Vorrichtung 20 erzeugt wird, erzeugt auch Wärme, die stromabwärts in der Abgasleitung 14 gelangt, um die SCR-Vorrichtung 22 auf die SCR-Anspringtemperatur zu heizen.
-
Es sei angemerkt, dass ein Einführen von Kohlenwasserstoffen in das Abgas 15 seinerseits die Temperatur des Katalysators der EHC-Vorrichtung 16 (d. h. die Kohlenwasserstoffe, die an dem Monolithen 50 der EHC-Vorrichtung 16 eingeführt werden, verdampfen und kühlen den Katalysator der EHC-Vorrichtung 16) reduzieren kann. Somit überwacht und steuert das Steuermodul 80 kontinuierlich eine Ausgangsspannung des Generators 32, während er in dem Modus für gezielt ausgerichtete Spannung arbeitet. Genauer überwacht und steuert das Steuermodul 80 den Generator 32 auf Grundlage verschiedener Parameter des Abgasbehandlungssystems 10, um sicherzustellen, dass der Generator 32 weiterhin die Zielspannung erzeugt, die notwendig ist, um den Katalysator der EHC-Vorrichtung 16 bei der Katalysatortemperatur beizubehalten. Bei einer Ausführungsform weisen die verschiedenen Parameter des Abgasbehandlungssystems 10, das von dem Steuermodul 80 überwacht wird, die Temperatur der EHC-Vorrichtung 16, die Temperatur des Abgases 15 unmittelbar vor der EHC-Vorrichtung 16 (gemessen durch den Temperatursensor 85), eine Abgasströmung und ein Kraftstoffmassenstrom auf. Die Abgasströmung des Motors 12 wird dadurch berechnet, dass eine Ansaugluftmasse des Motors 12 und der Kraftstoffmassenstrom des Motors 12 miteinander addiert werden. Der Kraftstoffmassenstrom wird durch Summieren der Gesamtmenge an Kraftstoff, die in den Motor 12 über eine gegebene Zeitdauer eingespritzt wird, ermittelt.
-
Bei einer Ausführungsform kann, wenn der Generator 32 nicht in der Lage ist, die Zielspannung an die elektrische Heizung 52 auszugeben, dann das Steuermodul 80 das elektrische Fahrzeugsystem 40 in einem Lastmanagementmodus betreiben. Der Lastmanagementmodus reduziert die von dem elektrischen Fahrzeugsystem 40 verbrauchte elektrische Leistung, was ermöglicht, dass der Generator 32 die Zielspannung erzeugen kann, die an die elektrische Heizung 52 geliefert wird. Während des Lastmanagementmodus können elektrische Lasten mit niedriger Priorität des elektrischen Fahrzeugsystems 40 für eine relativ kurze Zeitdauer (z. B. allgemein einige wenige Sekunden) abgeschaltet werden, um die von dem elektrischen Fahrzeugsystem 40 verbrauchte elektrische Leistung zu reduzieren. Die Lasten mit geringer Priorität sind elektrische Systeme, die für eine relativ kurze Zeitdauer abgeschaltet werden können, ohne dass ein Nutzer typischerweise den Leistungsverlust bemerkt (z. B. beheizte Sitze).
-
Das Steuermodul 80 kann die Überwachung des Temperaturprofils der SCR-Vorrichtung 22 (durch den ersten Temperatursensor 82 und den zweiten Temperatursensor 84) fortsetzen, während der Generator 32 in dem Modus für gezielt ausgerichtete Spannung arbeitet. Sobald die SCR-Vorrichtung 22 die SCR-Anspringtemperatur erreicht, deaktiviert das Steuermodul 80 die Kohlenwasserstoffzufuhr (z. B. entweder die Kraftstoffeinspritzeinrichtung 54 oder den Motor 12), und das Steuermodul 80 kann den Generator 32 aus dem Modus für gezielt ausgerichtete Spannung und zurück in den RVC-Modus schalten.
-
Das Abgasbehandlungssystem 10, wie oben beschrieben ist, sieht eine Vorgehensweise vor, um die SCR-Vorrichtung 22 auf die SCR-Anspringtemperatur zu heizen, ohne die Lebensdauer der Energiespeichervorrichtung 34 signifikant zu reduzieren. Genauer wird die Energiespeichervorrichtung 34 typischerweise von dem Generator 32 nur für eine relativ kurze Zeitdauer (d. h. während des Modus mit erhöhter Spannung) getrennt, was die Menge an Energieentladung der Energiespeichervorrichtung 34 begrenzt. Sobald die EHC-Vorrichtung 16 die EHC-Anspringtemperatur erreicht, wird der Generator 32 erneut mit der Energiespeichervorrichtung 32 verbunden, und der Generator 32 wird in dem Modus für gezielt ausgerichtete Spannung betrieben. In dem Modus für gezielt ausgerichtete Spannung gibt der Generator 32 die Zielspannung an die elektrische Heizung 52 der EHC-Vorrichtung 16 aus, was den Katalysator der EHC-Vorrichtung 16 auf einer Temperatur beibehält, die erforderlich ist, um eine katalytische Verbrennung von Kohlenwasserstoffen, die in das Abgas 15 (durch die Kraftstoffeinspritzeinrichtung 54 oder den Motor 12) eingeführt werden, beizubehalten. Die exotherme Reaktion, die durch die katalytische Verbrennung erzeugt wird, erzeugt Wärme, die dazu verwendet wird, die SCR-Vorrichtung 22 auf die SCR-Anspringtemperatur zu erhitzen.
-
Nun ist ein Verfahren zum Betrieb des Abgasbehandlungssystems 10 erläutert. Bezug nehmend auf 2 ist ein beispielhaftes Prozessflussdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren zum Heizen der SCR-Vorrichtung 22 auf die SCR-Anspringtemperatur zeigt, allgemein mit Bezugszeichen 200 gezeigt. Es sei angemerkt, dass das Verfahren 200 damit beginnt, dass der Generator 32 in dem RVC-Modus arbeitet (z. B. der Fahrzeugbusschalter 42 und der EHC-Schalter 44 sind beide geschlossen).
-
Allgemein Bezug nehmend auf die 1–2 beginnt das Verfahren 200 bei Schritt 202, wo das Steuermodul 80 die Temperatur der EHC-Vorrichtung 16 überwacht. Wenn die EHC-Vorrichtung 16 unterhalb der jeweiligen EHC-Anspringtemperatur liegt, kann dann das Verfahren 200 mit Schritt 204 fortfahren. Wenn jedoch die EHC-Vorrichtung 16 über der jeweiligen EHC-Anspringtemperatur liegt, kann das Verfahren 200 dann mit Schritt 206 fortfahren.
-
Bei Schritt 204 wird der Generator 32 von der Energiespeichervorrichtung 34 getrennt (z. B. der Fahrzeugbusschalter 42 wird geöffnet). Ein Betrieb des Generators 32 wird von dem RVC-Modus in den Modus mit erhöhter Spannung geschaltet. In dem Modus mit erhöhter Spannung liefert der Generator 32 die erhöhte Spannung an die elektrische Heizung 52 der EHC-Vorrichtung 16, was seinerseits den Katalysator der EHC-Vorrichtung 16 auf die EHC-Anspringtemperatur heizt. Sobald die EHC-Vorrichtung 16 die EHC-Anspringtemperatur erreicht, kann das Verfahren 200 dann mit Schritt 206 fortfahren.
-
Bei Schritt 206 überwacht das Steuermodul 80 das Temperaturprofil der SCR-Vorrichtung 22 auf Grundlage von Temperaturen, die durch den ersten Temperatursensor 82 und den zweiten Temperatursensor 84 angegeben sind. Wenn das Temperaturprofil der SCR-Vorrichtung 22 über der SCR-Anspringtemperatur liegt, kann das Verfahren 200 dann mit Schritt 208 fortfahren. Bei Schritt 208 kann das Steuermodul 80 dann den EHC-Schalter 44 öffnen, um den Generator 32 von der Heizung 52 der EHC-Vorrichtung 16 zu trennen. Das Verfahren 200 kann dann enden. Wenn jedoch das Temperaturprofil der SCR-Vorrichtung 22 unterhalb der SCR-Anspringtemperatur liegt, kann das Verfahren 200 dann mit Schritt 210 fortfahren.
-
Bei Schritt 210 betreibt das Steuermodul 80 den Generator 32 in dem Modus für gezielt ausgerichtete Spannung. In dem Modus für gezielt ausgerichtete Spannung steuert das Steuermodul 80 den Generator 32, um die Zielspannung an die elektrische Heizung 52 der EHC-Vorrichtung 16 auszugeben. Das Verfahren 200 kann dann mit Schritt 212 fortfahren.
-
Bei Schritt 212 ermittelt das Steuermodul 80, ob der Generator 32 die Zielspannung an die Heizung 52 der EHC-Vorrichtung 16 liefert. Wenn die Antwort Nein ist, kann das Verfahren 200 dann mit Schritt 214 fortfahren. Wenn die Antwort Ja ist, kann das Verfahren 200 dann mit Schritt 216 fortfahren. Bei Schritt 214 betreibt das Steuermodul 80 das elektrische Fahrzeugsystem 40 in einem Lastmanagementmodus. Während des Lastmanagementmodus können elektrische Lasten mit geringer Priorität für eine relativ kurze Zeitdauer abgeschaltet werden, um zu ermöglichen, dass der Generator 32 die Zielspannung an die elektrische Heizung 52 liefern kann. Sobald der Generator 32 die Zielspannung an die Heizung 52 der EHC-Vorrichtung 16 liefert, kann das Verfahren 200 dann mit Schritt 216 fortfahren.
-
Bei Schritt 216 aktiviert das Steuermodul 80 die Kohlenwasserstoffzufuhr, um Kohlenwasserstoffe in das Abgas 15 einzuführen. Die Kohlenwasserstoffzufuhr kann der Motor 12 oder die Kraftstoffeinspritzeinrichtung 54 sein. Eine katalytische Verbrennung findet statt, wenn die Kohlenwasserstoffe in dem Abgas 15 mit dem aktivierten Katalysator der EHC-Vorrichtung 16 reagieren, und erzeugen die exotherme Reaktion, die Wärme erzeugt. Die exotherme Reaktion, die durch katalytische Verbrennung erzeugt wird, erzeugt Wärme, die dazu verwendet wird, die SCR-Vorrichtung 22 auf die SCR-Anspringtemperatur zu heizen. Das Verfahren 200 kann dann mit Schritt 218 fortfahren.
-
Bei Schritt 218 ermittelt das Steuermodul 80, ob die SCR-Vorrichtung 22 die jeweilige SCR-Anspringtemperatur erreicht hat. Wenn die SCR-Vorrichtung 22 die SCR-Anspringtemperatur nicht erreicht hat, kann das Verfahren 200 zu Schritt 216 zurückkehren, wo die Kohlenwasserstoffzufuhr aktiviert bleibt. Wenn jedoch die SCR-Vorrichtung 22 die SCR-Anspringtemperatur erreicht hat, kann das Verfahren 200 dann mit Schritt 220 fortfahren.
-
Bei Schritt 220 deaktiviert das Steuermodul 80 die Kohlenwasserstoffzufuhr (z. B. entweder die Kraftstoffeinspritzeinrichtung 54 oder den Motor 12), und das Steuermodul 80 kann den Generator 32 aus dem Modus für erhöhte Spannung und zurück in den RVC-Modus schalten. Das Verfahren 200 kann dann enden.
-
Während die Erfindung unter Bezugnahme auf beispielhafte Ausführungsformen beschrieben worden ist, erkennt der Fachmann, 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 anzupassen, ohne von dem wesentlichen Schutzumfang davon abzuweichen. Daher soll die Erfindung nicht auf die offenbarten bestimmten Ausführungsformen beschränkt sein, sondern die Erfindung umfasst alle in den Schutzumfang der Anmeldung fallenden Ausführungsformen.
