DE102018110424A1

DE102018110424A1 - Wärmeregelsystem für fahrzeuge mit einem aktiven abgasbehandlungsmanagement

Info

Publication number: DE102018110424A1
Application number: DE102018110424.3A
Authority: DE
Inventors: Sami Ahmed; Michael A. Smith; Michelangelo Ardanese; Daniel J. Shepard
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2017-05-03
Filing date: 2018-05-01
Publication date: 2018-11-08
Also published as: US20180320617A1; CN108798859A; US10495012B2

Abstract

Ein Kraftfahrzeug beinhaltet einen Verbrennungsmotor, der die Abgase eines Zylinders abgibt, und ein aktives Wärmemanagementsystem. Das aktive Wärmemanagementsystem umströmt den Zylinder und variiert dadurch die Abgastemperatur des Abgases. Eine elektronische Motorsteuerung steuert den Verbrennungsmotor und das aktive Wärmemanagementsystem. Die Motorsteuerung erzeugt ein Steuersignal, um das aktive Wärmemanagementsystem selektiv in einem Normalmodus, einem thermischen Anstiegsmodus und einem thermischen Absenkmodus zu betreiben. Im Normalmodus strömt das Kühlmittel bei einer ersten Kühlmitteltemperatur. Der thermische Anstiegsmodus strömt das Kühlmittel bei einer zweiten Kühlmitteltemperatur, die höher ist als die erste Kühlmitteltemperatur, wodurch die Abgastemperatur des Abgases erhöht wird. Der thermische Absenkmodus strömt das Kühlmittel bei einer dritten Kühlmitteltemperatur unter der ersten Kühlmitteltemperatur, wodurch die Abgastemperatur des Abgases verringert wird.

Description

HINTERGRUND
Der Gegenstand der Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf Kraftfahrzeuge, und insbesondere auf Abgasbehandlungssysteme für Kraftfahrzeuge.
Kraftfahrzeuge beinhalten einen Verbrennungsmotor, der ein Luft-Kraftstoff-Gemisch verbrennt, um ein Antriebsmoment zum Antreiben des Fahrzeugs zu erzeugen. Das Fahrzeug kann mit einem Abgasbehandlungssystem ausgestattet werden, das die bei der Verbrennung entstehenden Abgase vor dem Austritt aus dem Fahrzeug behandelt. Einige Vorrichtungen des Abgasbehandlungssystems werden auf eine bestimmte Aktivierungstemperatur erwärmt, um das Abgas effizient zu behandeln. Eine Strategie zum Erwärmen von Abgasbehandlungsvorrichtungen besteht darin, einen Teil des Kraftstoffs in das Abgasbehandlungssystem einzuspritzen und anschließend den Kraftstoff zu entzünden. Der gezündete Kraftstoff erhöht die Temperatur des Abgases weiter, wodurch sich die Temperatur der Abgasbehandlungsvorrichtung(en) erhöht.
KURZDARSTELLUNG
In mindestens einer nicht einschränkenden Ausführungsform umfasst ein Kraftfahrzeug einen Verbrennungsmotor, der Abgase von mindestens einem Zylinder abgibt, und ein aktives Wärmemanagementsystem in Fluidverbindung mit dem Verbrennungsmotor. Das aktive Wärmemanagementsystem umströmt den mindestens einen Zylinder und verändert dadurch die Abgastemperatur des Abgases. Das Fahrzeug beinhaltet zudem eine elektronische Motorsteuerung in Signalkommunikation mit dem Verbrennungsmotor und dem aktiven Wärmemanagementsystem. Die Motorsteuerung erzeugt ein Steuersignal, um das aktive Wärmemanagementsystem selektiv in einem normalen Betriebsmodus zu betreiben, wobei das Kühlmittel bei einer ersten Kühlmitteltemperatur strömt, und in einem Wärmeanstiegsmodus, wobei das Kühlmittel bei einer zweiten Kühlmitteltemperatur strömt, die höher ist als die erste Kühlmitteltemperatur, wodurch die Abgastemperatur des Abgases erhöht wird.
Gemäß einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform umfasst ein Kraftfahrzeug einen Verbrennungsmotor, der Abgase von mindestens einem Zylinder abgibt, und ein aktives Wärmemanagementsystem in Fluidverbindung mit dem Verbrennungsmotor. Das aktive Wärmemanagementsystem umströmt den mindestens einen Zylinder und verändert dadurch die Abgastemperatur des Abgases. Das Fahrzeug beinhaltet zudem eine elektronische Motorsteuerung in Signalkommunikation mit dem Verbrennungsmotor und dem aktiven Wärmemanagementsystem. Die Motorsteuerung erzeugt ein Steuersignal, um das aktive Wärmemanagementsystem selektiv in einem normalen Betriebsmodus zu betreiben, wobei das Kühlmittel bei einer ersten Kühlmitteltemperatur strömt, und in einem thermischen Absenkmodus, wobei das Kühlmittel bei einer zweiten Kühlmitteltemperatur strömt, die niedriger ist als die erste Kühlmitteltemperatur, wodurch die Abgastemperatur des Abgases verringert wird.
In noch einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform umfasst ein Verfahren zum Steuern eines aktiven Wärmemanagementsystems eines Fahrzeugs das Ausbringen von Abgas aus mindestens einem Zylinder eines im Fahrzeug enthaltenen Verbrennungsmotors. Das Verfahren beinhaltet weiterhin das Umströmen des Kühlmittels um den mindestens einen Zylinder zum Variieren der Abgastemperatur. Das Verfahren beinhaltet weiterhin den Betrieb des aktiven Wärmemanagementsystems in einem Normalmodus, der das Kühlmittel bei einer ersten Kühlmitteltemperatur basierend auf einem ersten Betriebsparameter durchströmt. Das Verfahren beinhaltet weiterhin den Betrieb des aktiven Wärmemanagementmodus in einem thermischen Anstiegsmodus, der das Kühlmittel bei einer zweiten Kühlmitteltemperatur über der ersten Kühlmitteltemperatur basierend auf einem zweiten Betriebsparameter strömt, wodurch die Abgastemperatur des Abgases erhöht wird.
Aus der folgenden ausführlichen Beschreibung sind in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen verschiedene Merkmale leicht ersichtlich.
Figurenliste
Andere Merkmale und Details erscheinen nur exemplarisch in der folgenden ausführlichen Beschreibung der Ausführungsformen und der ausführlichen Beschreibung, welche sich auf die folgenden Zeichnungen bezieht, worin gilt:

1 ist ein schematisches Diagramm eines Fahrzeug, das ein Wärmeregelsystem gemäß einer nicht einschränkenden Ausführungsform beinhaltet;
2 ist ein Blockdiagramm, das den Betrieb eines aktiven Wärmeregelsystems gemäß einer nicht einschränkenden Ausführungsform darstellt;
3 ist eine Grafik, die einen Zusammenhang zwischen einer Abnahme der Kühleraustrittstemperatur und einer Erhöhung der Gesamttemperatur des Systems veranschaulicht;
4. ist ein Diagramm eines aktiven Wärmeregelsystems ohne jegliches Kühlmittelströmungsverhalten gemäß einer nicht einschränkenden Ausführungsform;
5 ist ein radiales Positionsdiagramm, das die Drehposition einer ersten Kammer einer Hauptschleuse in Bezug auf eine Kühlmittelmenge darstellt, die einem Kühler gemäß einer nicht einschränkenden Ausführungsform zugeführt wird;
6 ist ein Diagramm, das die Kühlmittelströmung im aktiven Wärmeregelsystem während einer normalen Betriebsart gemäß einer nicht einschränkenden Ausführungsform darstellt;
7 ist ein Diagramm, das die Kühlmittelströmung im aktiven Wärmeregelsystem während einer Hochtemperatur-Betriebsmodus gemäß einer nicht einschränkenden Ausführungsform darstellt;
8 ist ein Diagramm, das den Kühlmittelstrom im aktiven Wärmeregelsystem während eines Temperatur-Absenkungsbetriebsmodus gemäß einer nicht einschränkenden Ausführungsform darstellt;
9 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren des Betriebs eines aktiven Wärmeregelsystems in einem thermischen Anstiegsbetriebsmodus gemäß einer nicht einschränkenden Ausführungsform darstellt; und
10 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren des Betriebs eines aktiven Wärmeregelsystems in einem thermischen Absenkbetriebsmodus gemäß einer nicht einschränkenden Ausführungsform darstellt.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die folgende Beschreibung ist lediglich exemplarischer Natur und nicht dazu gedacht, die vorliegende Erfindung in ihren An- oder Verwendungen zu beschränken. Es sollte verstanden werden, dass in den Zeichnungen entsprechende Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile und Merkmale bezeichnen.
Verschiedene hierin beschriebene, nicht einschränkende Ausführungsformen beinhalten ein Wärmeregelsystem für ein Fahrzeug, das ein aktives Abgasbehandlungsmanagement ermöglicht. Das Fahrzeug-Wärmemanagement-Steuerungssystem steuert den Kühlmittelstrom in einem Kühlmittelkreislauf, um die Temperatur der Abgasabgabe des Motors anzupassen. Auf diese Weise minimiert das Wärmemanagement-Steuerungssystem den Kraftstoffverbrauch bei verschiedenen Nachbehandlungsprozessen, wie beispielsweise bei der Filterregeneration. Das Wärmemanagement-Steuerungssystem ist auch konfiguriert, um den Kühlmittelfluss zur Reduzierung der Abgastemperatur des Motors aktiv zu steuern. Dementsprechend kann die Temperatur verschiedener Nachbehandlungsvorrichtungen, wie beispielsweise einer SCR-Vorrichtung, schnell reduziert und/oder bei niedrigeren Vorrichtungstemperaturen gehalten werden.
Bezogen auf 1 beinhaltet ein Fahrzeug 10 einen Motor 100, eine elektronische Motorsteuerung 150, ein Abgasbehandlungssystem 200 und ein aktives Wärmeregelsystem 300. Der Motor 100 kann, ist aber nicht darauf beschränkt, einen Dieselmotor, einen Benzinmotor, einen homogenen Selbstzündungsmotor und ein Hybridmotorsystem mit einem Motor, der zusammen mit einem Elektromotor funktioniert, beinhalten. Darüber hinaus kann jedes der vorgenannten Motorsysteme in Verbindung mit dem hierin beschriebenen Abgasbehandlungssystem 200 eingesetzt werden. Der Motor 100 beinhaltet mindestens einen Zylinder 102, um Kraftstoff darin zu verbrennen. Eine Abgasleitung 104 leitet das Abgas, das bei der Verbrennung des Kraftstoffs im Zylinder 102 entsteht, zum Abgasbehandlungssystem 200.
Das Abgasbehandlungssystem 200 beinhaltet eine erste Oxidationskatalysator-(„OC“)-Vorrichtung 202, eine selektive katalytische Reduktions-(„SCR“)-Vorrichtung 204 und eine Partikelfilter-(„PF“)-Vorrichtung 206. In mindestens einer exemplarischen Ausführungsform der Offenbarung ist die PF-Vorrichtung 206 ein Dieselpartikelfilter. Es wird durchaus gesehen, dass das Abgasbehandlungssystem 200 der Offenbarung verschiedene Kombinationen von einem oder mehreren der in 1 dargestellten Nachbehandlungsvorrichtungen und/oder anderen Nachbehandlungsvorrichtungen (z. B., magere NO_x Abscheider) beinhalten kann, und nicht auf das vorliegende Beispiel beschränkt ist.
Die erste OC-Vorrichtung 202 kann beispielsweise ein Durchfluss-Metall- oder Keramik-Monolith-Substrat beinhalten, das in einer Edelstahlhülle oder einem Behälter mit einem Einlass und einem Auslass in Fluidverbindung mit der Abgasleitung verpackt werden kann. Das Substrat kann eine darauf angeordnete Oxidationskatalysatorverbindung beinhalten. Die Oxidationskatalysatorverbindung kann als Washcoat aufgetragen werden und kann Platingruppenmetalle wie Platin (Pt), Palladium (Pd), Rhodium (Rh) oder andere geeignete Metalloxidkatalysatoren und Kombinationen derselben beinhalten. Die OC-Vorrichtung 202 ist für die Behandlung von unverbranntem gasförmigem und nichtflüchtigem HC und CO nützlich, welche oxidieren, um Kohlendioxid (Co₂) und Wasser (H₂O) auszubilden.
Die SCR-Vorrichtung 204 kann stromabwärts von der ersten OC-Vorrichtung 202 angeordnet sein. Die SCR-Vorrichtung 204 kann beispielsweise ein keramisches oder metallisches Monolith-Durchfluss-Substrat beinhalten, das in einer Edelstahlhülle oder einem Behälter mit einem Einlass und einem Auslass in Fluidverbindung mit der Abgasleitung verpackt werden kann. Das Substrat kann eine SCR-Katalysatorverbindung beinhalten, die darauf aufgetragen wird. Die SCR-Katalysatorverbindung kann einen Zeolithen und eine oder mehrere Basismetallkomponenten enthalten, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, Eisen („Fe“), Kobalt („Co“), Kupfer („Cu“) oder Vanadium („V“), welche auf effiziente Weise wirken, um NO_x-Bestandteile des Abgases in der Gegenwart eines Reduktionsmittels umzuwandeln.
Ein Dosiersystem beinhaltet beispielsweise eine Reduktionsmittelzufuhr 208, die ein Reduktionsmittel (z.B. Harnstoff) speichert, und einen Fluidinjektor 210, der das Reduktionsmittel in den Abgasstrom einspritzt. Das Reduktionsmittel wird dann auf dem SCR-Katalysator der SCR-Vorrichtung 204 absorbiert. Wenn der SCR-Katalysator eine Aktivierungstemperatur erreicht (z. B. ca. 200°C), wird das gespeicherte Reduktionsmittel (z. B. Ammoniak) verwendet, um das NOx im Abgas in andere Moleküle, z. B. Stickstoff (N₂) und Wasser (H₂O), durch Verfahren umzusetzen, die durch eine der gebräuchlichen Fertigkeiten in der Technik verstanden werden.
Die PF-Vorrichtung 206 kann stromabwärts zur SCR-Vorrichtung 204 angeordnet werden und filtert das Abgas von Kohlenstoff und anderen Partikeln. Gemäß mindestens einer exemplarischen Ausführungsform kann die PF-Vorrichtung 206 mit einem Wandströmungsmonolith-Abgassubstratfilter konstruiert werden, das in eine intumeszierende oder nicht-intumeszierende Matte (nicht dargestellt) eingewickelt ist, die sich bei Erwärmung ausdehnt, um das Filtersubstrat, das in einer starren, wärmebeständigen Hülle oder einem Behälter verpackt ist, mit einem Einlass und einem Auslass in Fluidverbindung mit der Abgasleitung zu sichern und zu isolieren. Es versteht sich, dass der keramische Wandströmungsmonolith-Abgassubstratfilter lediglich exemplarisch ist, und dass die PF-Vorrichtung 206 andere Filtervorrichtungen, wie beispielsweise gewickelte oder gepackte Faserfilter, offenzellige Schaumstoffe, gesinterte Metallfasern usw., beinhalten kann.
Das in die PF-Vorrichtung 206 eintretende Abgas wird durch poröse, sich angrenzend erstreckende Wände geleitet, die Kohlenstoff und andere Partikel aus dem Abgas abscheiden. Dementsprechend wird das Abgas gefiltert, bevor es aus dem Auspuff des Fahrzeugs abgesaugt wird. Während das Abgas durch das Abgasbehandlungssystem 200 strömt, bewirkt die PF-Vorrichtung 206 einen Druck am Ein- und Ausgang. Die von der PF-Vorrichtung 206 abgeschiedene Partikelmenge nimmt mit der Zeit zu, wodurch sich der vom Motor 100 erzeugte Abgasgegendruck erhöht. Dementsprechend kann zur Regenerierung der PF-Vorrichtung 206 ein Regenerationsprozess durchgeführt werden. In mindestens einer Ausführungsform beinhaltet der Regenerationsvorgang eine Erhöhung der Abgastemperatur auf eine Verbrennungstemperatur (z. B. ca. 500 °C), welche die Verbrennung des jeweiligen Materials und des in der PF-Vorrichtung 206 gesammelten Kohlenstoffrußes bewirkt. Die Verbrennungstemperatur, die erforderlich ist, um die PF-Vorrichtung 206 ordnungsgemäß zu regenerieren, ist im Allgemeinen höher als die Aktivierungstemperatur des SCR-Katalysators und kann beispielsweise zwischen etwa 350 Grad Celsius (°C) und etwa 650°C oder höher liegen.
Die Motorsteuerung 150 ist mit dem Motor 150 und dem Abgasbehandlungssystem 200 funktionsfähig verbunden und überwacht diese basierend auf den Ergebnissen einer Reihe von Sensoren. In mindestens einer Ausführungsform beinhalten die Sensoren einen Motorblocktemperatursensor 152 zum Bestimmen einer Temperatur des Motors 100, einen oder mehrere OC-Sensoren 154 zum Bestimmen eines Temperaturprofils der OC-Vorrichtung 202, einen oder mehrere SCR-Sensoren 156 zum Bestimmen eines Temperaturprofils der SCR-Vorrichtung 204 und einen oder mehrere PF-Sensoren 158 zum Bestimmen eines Temperaturprofils der PF-Vorrichtung 206. In mindestens einer Ausführungsform steuert das Steuermodul 150 den Betrieb des Motors 100 basierend auf Informationen, die von einem oder mehreren der Sensoren 152-158 bereitgestellt werden. Es ist zu beachten, dass mehr oder weniger Sensoren eingesetzt werden können, um die verschiedenen hierin beschriebenen Temperaturen zu ermitteln.
Neben den Temperatursensoren 152-158 kann das Abgasbehandlungssystem 200 weiterhin mindestens einen Drucksensor 160 (z. B., einen Delta-Drucksensor) in elektrischer Verbindung mit der Motorsteuerung 150 beinhalten. Der Drucksensor 160 ist mit der PF-Vorrichtung 206 gekoppelt und gibt ein Signal aus, das ein Druckprofil über der PF-Vorrichtung 206 anzeigt. Obwohl ein einzelner Drucksensor 160 veranschaulicht wird, ist zu beachten, dass ein Eingangsdrucksensor (nicht dargestellt) und ein Ausgangsdrucksensor (nicht dargestellt) verwendet werden können, um eine Druckdifferenz am Ein- und Ausgang der PF-Vorrichtung 206 zu bestimmen.
Die Motorsteuerung 150 ist ebenfalls in Signalkommunikation mit dem aktiven Wärmeregelungssystem 300. Das aktive Wärmeregelsystem 300 beinhaltet eine Kühlereinheit 310, einen Kühlmittelkreislauf 312, einen oder mehrere Kühlmittelsensoren 320 und ein oder mehrere Kühlmittelventile 330. Die Kühlereinheit 310 und der Kühlmittelkreislauf 312 wirken zusammen, um Kühlmittel durch den Motorblock zu fördern und die Zylinder 102 umschließt. Jede Art von flüssigem Kühlmittel, das als Wärmeübertragungsmedium dienen kann, kann in das aktive Thermalkontrollsystem 300 implementiert werden. Die Wärme des verbrannten Abgases wird auf das Kühlmittel übertragen, das die Außenseite des Zylinders 102 umschließt. Da die Wärme vom Kühlmittel aufgenommen wird, wird die Temperatur des Abgases im Zylinder 102 gekühlt, wodurch die Zylinder 102 und der Motor 100 gekühlt werden. Das erwärmte Kühlmittel wird dann in den Kühler 310 zurückgeführt, um dort zu abzukühlen. Das gekühlte Kühlmittel wird anschließend zum Motor 100 zurückgeführt, wobei der Prozess wiederholt wird. Die Anfangstemperatur, die in den Motor 100 (d. h. den Motorblock) eintritt, kann die Wärmemenge beeinflussen, die von den Zylindern 102 aufgenommen werden soll. Somit absorbiert Kühlmittel mit einer niedrigen ersten Fluidtemperatur in den Motor 100 mehr Wärme und senkt die Temperatur des Abgases mehr als Kühlmittel mit einer höheren zweiten Fluidtemperatur in den Motor 100 im Vergleich zur niedrigen ersten Fluidtemperatur.
Ein oder mehrere der Kühlmittelventile 330 können zwischen einer offenen und einer geschlossenen Position eingestellt werden, um den Durchfluss des Kühlmittels durch einen oder mehrere Strömungspfade des Kühlmittelkreislaufs 312 basierend auf einem elektrischen Signal von der Motorsteuerung 150 zu steuern. Die Ventile 330 beinhalten ein internes bewegliches Element (nicht dargestellt), das von der Steuerung 150 gesteuert werden kann, um verschiedene Positionen festzulegen. Auf diese Weise ist die Motorsteuerung 150 in der Lage, die in einem Zylinder 102 enthaltene Abgastemperatur durch Ansteuern des Kühlmittelventils 330 aktiv zu verändern.
So kann beispielsweise die Motorsteuerung 150 ein Signal ausgeben, das die Position eines oder mehrerer Kühlmittelventile 330 so einstellt, dass der Kühlmitteldurchfluss zu verschiedenen Teilen des Kühlkreislaufs 312 geregelt wird, wodurch die Kühlmitteltemperatur des Kühlmittels aktiv angepasst wird. Im Gegenzug kann das Kühlmittel bei verschiedenen Temperaturen um die Zylinder 102 herumströmen, wodurch die Abgastemperatur, die vom Motor 100 abgegeben wird, aktiv variiert wird. Auf diese Weise kann das Abgas dem Abgasbehandlungssystem 200 mit unterschiedlicher Temperatur zugeführt werden, um verschiedene Abgasbehandlungsvorgänge durchzuführen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, Erhöhen der Temperatur der SCR-Vorrichtung 204 zum Erreichen des aktiven SCR-Temperaturschwellenwerts, Verringern der Temperatur der SCR-Vorrichtung 204 und/oder Erhöhen der Temperatur des PF-Katalysators auf einen Verbrennungstemperatur-Schwellenwert, um so die PF-Vorrichtung 206 wie hierin beschrieben zu regenerieren. Darüber hinaus erhöht das aktive Wärmeregelsystem 300 die Ansprechzeit der Abgastemperaturregelung, ohne dass zusätzlicher Kraftstoff in das Abgasbehandlungssystem eingespritzt wird. Dementsprechend können die Abgastemperaturen aktiv geregelt werden, um den SCR-Umwandlungsverlust ohne Kraftstoffverschwendung zu mindern oder gar zu verhindern und damit die Gesamtkraftstoffeffizienz des Fahrzeugs 10 zu verbessern. In ähnlicher Weise kann die Motorsteuerung 150 die Kühlmittelventile 330 steuern, um die Temperatur des in den Zylindern 102 enthaltenen Abgases zu verringern.
Unter Bezugnahme auf 2 wird ein allgemeiner Ablauf eines aktiven Wärmeregelsystems 300 gemäß einer nicht einschränkenden Ausführungsform dargestellt. Die Kühlereinheit 310 und der Kühlmittelkreislauf 312 wirken zusammen, um Kühlmittel 250 durch den Motor 100 (d. h. den Motorblock) zu fördern und die Zylinder 102 zu umschließen. Das erwärmte Abgas 252 wird dem Abgasbehandlungssystem 200 zugeführt, wobei es mit einer oder mehreren Abgasbehandlungsvorrichtungen (z. B. der OC-Vorrichtung 202, der SCR-Vorrichtung 204, der PF-Vorrichtung 206 usw.) behandelt wird. Das aufbereitete Abgas 254, das geringere Werte und NOx-Emissionen aufweist, wird vom Abgasbehandlungssystem 200 abgegeben.
Die Motorsteuerung 150 ist in Signalkommunikation mit einem oder mehreren Kühlmitteltemperatursensoren 320, Motorblocktemperatursensor 152, einem oder mehreren Abgastemperatursensoren 322, dem SCR-Temperatursensor 156 und dem PF-Temperatursensor 158. Die Kühlmittelsensoren 320 geben ein elektrisches Kühlmitteltemperatursignal 260 aus, das eine Temperatur des Kühlmittels in verschiedenen Stufen und Strömungspfaden des Kühlmittelkreislaufes 312 anzeigt. Der Motorblocktemperatursensor 152 gibt ein elektrisches Blocktemperatursignal 262 aus, das eine Temperatur des Motors 100 anzeigt. Der Abgastemperatursensor 322 gibt ein elektrisches Abgastemperatursignal 264 aus, das eine Temperatur des in verschiedenen Stufen und Strömungspfaden des Fahrzeugs 10 strömenden Abgases anzeigt. So kann beispielsweise ein erster Abgastemperatursensor die Temperatur des aus dem Zylinder 102 austretenden Abgases anzeigen, während ein zweiter Abgastemperatursensor die Temperatur des behandelten Abgases aus dem Abgasbehandlungssystem 200 anzeigen kann. Der SCR-Temperatursensor 156 gibt ein elektrisches SCR-Temperatursignal 266 aus, das eine der SCR-Vorrichtung 204 zugeordnete Temperatur anzeigt. Der PF-Temperatursensor 158 gibt ein elektrisches PF-Temperatursignal 268 aus, das eine der PF-Vorrichtung 206 zugeordnete Temperatur anzeigt. Es ist zu beachten, dass mehr oder weniger Sensoren in das aktive Wärmeregelsystem 300 eingebunden werden können.
Die Motorsteuerung 150 kann das aktive Wärmeregelsystem 300 zwischen einem Normalmodus und einem thermischen Anstiegsmodus umschalten. Während des Betriebs überwacht die Motorsteuerung 150 die Temperatur der SCR-Vorrichtung 204 über den SCR-Temperatursensor 156 und die PF-Vorrichtung 206 über den PF-Temperatursensor 158. Bezogen auf die SCR-Vorrichtung 204 wird zum Beispiel die Motorsteuerung 150 mit einem SCR-Aktivierungstemperatur-Sollwert (z. B. ca. 200 °C) programmiert. Wenn die durch den SCR-Temperatursensor 156 angezeigte SCR-Temperatur am SCR-Aktivierungssollwert (oder einem akzeptablen Aktivierungstemperaturbereich) anliegt, hält die Motorsteuerung 150 einen laufenden Normalmodus des Kühlmitteldstroms aufrecht.
Wenn jedoch die vom SCR-Temperatursensor 156 angezeigte SCR-Temperatur den SCR-Aktivierungssollwert unterschreitet, leitet die Motorsteuerung 150 durch Ausgabe eines elektrischen Kühlmittelventilsteuersignals 270, das die Position eines oder mehrerer Kühlmittelventile 330 einstellt und damit den Kühlmitteldstrom durch verschiedene Strömungspfade des Kühlmittelkreislaufs 312 verändert, einen thermischen Anstiegsmodus des aktiven Wärmeregelsystems 300 ein. So kann beispielsweise das Kühlmittelventilsteuersignal 270 eine Kammer des Hauptdrehventils 330 so einstellen, dass kein Kühlmittel 250 an den Kühler 310 abgegeben wird und somit keine Wärme aus dem Kühlmittel 250 abgeführt wird. Infolgedessen wird erwärmtes Kühlmittel wieder in den Kühlmittelkreislauf 312 zurückgeführt.
Der Zusammenhang zwischen der Abnahme der Kühleraustrittstemperatur und der Erhöhung der Gesamttemperatur des Systems ist in 3 dargestellt. Das Signal 380 zeigt beispielsweise die Ausgangstemperatur des Kühlers 310 an, während das Signal 382 die Eintrittstemperatur des Kühlers 310 anzeigt. Wenn die Kühleraustrittstemperatur bei Punkt 384 absinkt, beginnt die Gesamttemperatur des Systems bei Punkt 386 zu steigen und liefert somit wärmeres Kühlmittel 250. Wenn das Kühlmittel 250, wie veranschaulicht, wieder dem Kühler 310 zugeführt wird, sodass die Kühleraustrittstemperatur bei Punkt 388 ansteigt, sinkt die Kühlereintrittstemperatur bei Punkt 340, was bedeutet, dass die Gesamttemperaturen des Motors 100 und des Kühlmittelkreislaufs 312 zurückgegangen sind.
Nochmals unter Bezugnahme auf 2, da der Motor 100 umgeleitetes Kühlmittel 250 mit einer erhöhten Temperatur empfängt, wird weniger Wärme von den Zylindern 102 an das Kühlmittel 250 abgegeben. Dadurch erhält das Abgasbehandlungssystem 200 ein Abgas 252 mit einer höheren Temperatur im Vergleich zur Temperatur des Abgases 252, das empfangen wird, wenn das aktive Wärmeregelystem 300 im Normalmodus betrieben wird. Die höhere Abgastemperatur erhöht die Temperatur der SCR-Vorrichtung 204. Nachdem das SCR-Temperatursignal 266 anzeigt, dass sich die SCR-Vorrichtung 204 am Aktivierungssollwert befindet, gibt die Motorsteuerung 150 ein Ventilsteuersignal 270 aus, um ein oder mehrere Kühlmittelventile 330 so einzustellen, dass die Temperatur des Kühlmittels 250 reduziert wird und das aktive Wärmeregelsystem 300 in den normalen Kühlbetrieb zurückkehrt.
Die vorstehenden Beschreibungen beziehen sich auf die SCR-Vorrichtung 204, es ist jedoch zu beachten, dass das aktive Wärmeregelsystem 300 auf ähnliche Weise gesteuert werden kann, um die Regeneration der PF-Vorrichtung 206 einzuleiten. Der PF-Temperatursensor 158 gibt beispielsweise ein elektrisches PF-Drucksignal 272 aus, das einen der PF-Vorrichtung 206 zugeordneten Druck anzeigt, und die Motorsteuerung 150 wird mit einem PF-Drucksollwert programmiert. Ein gemessener Druckwert, der den PF-Drucksollwert überschreitet, zeigt an, dass eine bestimmte Materialbelastung des PF-Filters einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet.
Während des Betriebs überwacht die Motorsteuerung 150 den Druck der PF-Vorrichtung 206 über den PF-Drucksensor 160. Wenn der vom PF-Drucksensor 160 angezeigte PF-Druck an einem akzeptablen Drucksollwert (oder einem akzeptablen Druckbereich) anliegt, hält die Motorsteuerung 150 das aktive Wärmeregelsystem 300 in einem normalen Kühlbetrieb (siehe 6).
Wenn jedoch der vom PF-Drucksensor 160 angezeigte PF-Druck den Drucksollwert übersteigt, leitet die Motorsteuerung 150 einen thermischen Anstiegsmodus des aktiven Wärmeregelsystems 300 ein (siehe 7). Der Wärmeanstiegsmodus wird durch die Ausgabe eines elektrischen Kühlmittelventilsteuersignals 270 aufgerufen, das die Position eines oder mehrerer Kühlmittelventile 330 einstellt. Dementsprechend wird der Kühlmittelstrom 250 durch verschiedene Strömungspfade des Kühlmittelkreislaufs 312 verändert und das Abgasbehandlungssystem 200 empfängt Abgas 252 mit einer höheren Temperatur als die Temperatur des Abgases 252, das im Normalmodus des aktiven Wärmeregelsystems 300 empfangen wird. Die erhöhte Abgastemperatur erhöht die Temperatur der PF-Vorrichtung 206 auf eine Verbrennungstemperatur (z. B. ca. 500 °C), welche die Verbrennung von in der PF-Vorrichtung 206 angesammelten Partikeln und Kohlenstoffruß induziert. Die PF-Partikel und der Ruß werden dabei so abgebrannt, dass die PF-Vorrichtung 206 regeneriert wird.
Die vorstehend beschriebenen Vorgänge können auch in ähnlicher Weise ausgeführt werden, wie der Übergang des aktiven Wärmeregelsystems 300 zwischen einem Normalmodus und einem thermischen Absenkmodus (siehe 8). Das Behandlungssystem 200 kehrt beispielsweise nach der Regeneration der PF-Vorrichtung 206 nicht sofort auf seine normale Betriebstemperatur zurück. n diesem Sinne überwacht die Motorsteuerung 150 die PF-Temperatur nach einem Regenerationsereignis und kann einen thermischen Absenkmodus aufrufen, um die Temperatur des Behandlungssystems 200 schneller zu senken, wie im Folgenden näher erläutert.
Nachdem das PF-Drucksignal 272 anzeigt, dass der PF-Druck auf einen akzeptablen Druckwert (oder Druckbereich) zurückgekehrt ist, gibt die Motorsteuerung 150 ein Ventilsteuersignal 270 aus, um ein oder mehrere Kühlmittelventile 330 so einzustellen, dass eine Kühlmittelmenge 250 an die Heizung und/oder den Kühler 310 abgegeben wird. Durch die Zufuhr einer größeren Menge an Kühlmittel 250 zum Kühler 310 wird beispielsweise das Kühlmittel 250 schnell abgekühlt und damit die Abgastemperatur schnell gesenkt. Dementsprechend kann die Abgasbehandlungsvorrichtung 200, darunter die PF-Vorrichtung 206, schneller in ihren normalen Betriebszustand zurückkehren, als wenn sie das Abgasbehandlungssystem 200 passiv abkühlen lässt. Dieses Konzept kann auch verwendet werden, wenn die vom SCR-Temperatursensor 156 angezeigte SCR-Temperatur eine kalibrierte Schwellentemperatur übersteigt. In diesem Fall kann die Motorsteuerung 150 die Kühlmittelventile 330 steuern, um den Kühlmittelfluss zu verändern und die Temperatur der SCR-Vorrichtung 204 schnell abzusenken. Darüber hinaus ermöglicht das schnelle Absenken der SCR-Temperatur und/oder das Aufrechterhalten einer niedrigeren SCR-Temperatur der SCR-Vorrichtung 204 ein schnelleres Erreichen der idealen reduzierenden Speicherkapazitätstemperaturen.
Nun mit Bezug auf 4 werden die verfügbaren Strömungspfade eines aktiven Wärmeregelsystems 300 in einer nicht einschränkenden Ausführungsform näher veranschaulicht. Das aktive Wärmeregelsystem 300 beinhaltet eine Kühlmittelpumpe 302, die das Kühlmittel durch mehrere Strömungspfade fördert, die den Kühlmittelkreislauf 312 definieren. Die Strömungspfade beinhalten einen hochmotorigen Strömungspfad 314a, einen niedrigmotorigen Strömungspfad 314b und einen Nullströmungspfad 314c. In mindestens einer Ausführungsform werden beispielsweise die Ventile 330a, 330b und 331a zusammengeschaltet, um die Strömungspfade 314a-314c zu sperren/freizugeben.
Die Pumpe 302 weist einen Einlass 302a und einen Auslass 302b auf und kann durch den Motor 100 angetrieben werden. Der Kühlmittelstrom durch einen oder mehrere Fluidpfade 314 des Kühlmittelkreislaufs 312 wird durch mehrere Ventile 330a-330n, je nach Betrieb der Motorsteuerung 150, gesteuert, um verschiedene Kühlmittelströmungsmodi, d. h. thermische Regelsystemmodi, festzulegen. Mindestens einer der Kühlmittelpfade liefert Kühlmittel durch den Motor 100 (d. h. den Motorblock) und um die Außenfläche der Zylinder 102.
Die Kühlmittelventile 330a-330n beinhalten unter anderem, sind jedoch nicht beschränkt auf ein Kühlmittelsteuerventil (FCV) 330a, ein Motorblockventil 330b, ein Hauptdrehventil 330c, ein Heizkern-Bypassventil 330d und ein Abgasrückführungs-(AGR)-Bypassventil 330e. Das FCV 330a weist einen FCV-Einlass in Fluidverbindung mit einem oder mehreren Motorblock-Kühlmittelauslässen und einen FCV-Auslass in Fluidverbindung mit dem Hauptdrehventil 330c, einem AGR-Subsystem 317 und einem Turbolader-Subsystem 319 auf. Der FCV-Ausgang empfängt erwärmte Kühlmittelleistung vom Motor 100 und teilt das erwärmte Kühlmittel in einzelne Strömungspfade auf, die dem Hauptdrehventil 330c, dem AGR-Subsystem 317 und dem Turbosubsystem 319 zugeführt werden. Das Hauptdrehventil 330c beinhaltet eine erste Kammer 331a und eine zweite Kammer 331b. Jede der Kammern 331a und 331b wird durch die Motorsteuerung 150 gesteuert, um die Kühlmittelleistung des Hauptdrehventils 330c, wie im Folgenden näher beschrieben, einzustellen.
Das AGR-Subsystem 317 ist konfiguriert, um einen Teil des Abgases in Folge durch einen ersten Wärmetauscher 317a, auch als Hochtemperatur-(HT)-AGR 317a bezeichnet, und einen zweiten Wärmetauscher 317b, auch als Niedertemperatur-(LT)-AGR 317b bezeichnet, zurückzuleiten. Ein AGR-Ventil 321 kann zum Steuern des Rezirkulationsstroms vorgesehen werden. In mindestens einer Ausführungsform fördert die Pumpe 302 Kühlmittel parallel durch den HT-AGR-Kühler 317a und den LT-AGR 317b. Die Ausgänge des HT-AGR 317a und des LT-AGR 317b stehen in Fluidverbindung mit dem Hauptdrehventil 330c. Das AGR-Bypassventil 330e kann zur Umgehung des AGR-Subsystems 317 und des Turboladersystems 319 gesteuert werden. Auf diese Weise kann Niedertemperatur-Kühlmittel direkt an das Hauptdrehventil 330c abgegeben werden.
Das Turbolader-Subsystem 319 kann einen Luftverdichter (nicht dargestellt) und einen Turbolader-Wärmetauscher (nicht dargestellt) beinhalten. Das Turbolader-Subsystem 319 wirkt durch die Rückgewinnung der Abgasenergie über eine Turbine, die einen Verdichter antreibt, um die Luftmasse jedes Verbrennungszylinders 102 zu erhöhen. Die Drucklufttemperatur wird in diesem Prozess erhöht. Das Turboladersystem 319 kann auch einen Turboladerkühler beinhalten, um den Wirkungsgrad des Turbolader-Subsystems 319 zu erhöhen. Der Turboladerkühler ist geeignet, um die Temperatur zu senken und damit die Luftdichte pro Zylinder 201 weiter zu erhöhen. In mindestens einer Ausführungsform ist das aktive Wärmemanagementsystem 100 in der Lage, das Turbolader-Subsystem 319 zu steuern, um das Turbolader-Subsystem 319 (z. B. der Turboladerkühler) zum Erhöhen der Luftdichte im Ansaugsystem und/oder als Wärmetauscher zum Manipulieren der Gesamttemperatur des durch den Kühlmittelkreislauf strömenden Kühlmittels 312 zu nutzen.
In mindestens einer Ausführungsform ist das Motorblockventil 330b stromaufwärts des Hauptdrehventils 330c angeordnet. Der Eingang des Motorblockventils 330b befindet sich in Fluidverbindung mit den Kühlmittelausgängen des Motorblocks, während der Ausgang des Motorblockventils 330b in Fluidverbindung mit dem FCV 330a ist. Dementsprechend kann die Gesamtmenge an Hochtemperatur-Kühlmittel, die vom Motor 100 zum FCV 330a gefördert wird, aktiv geregelt werden. So kann beispielsweise die Mehrheit, wenn nicht gar die gesamte Menge an Hochtemperatur-Kühlmittel aus dem Motor 100 dem FCV 330a zugeführt werden, wenn das Motorblockventil 330b vollständig geöffnet ist. Da das Motorblockventil 330b in eine geschlossene Position geschaltet wird, wird die vom Motor 100 zum FCV 330a abgegebene Menge an Hochtemperatur-Kühlmittel reduziert. Wenn das Motorblockventil 330b vollständig geschlossen ist, empfängt das FCV 330a nur eine Teilmenge (z.B. die Hälfte) des Hochtemperatur-Kühlmittels vom Motor 100.
Das Hauptdrehventil 330c beinhaltet eine erste Kammer 331a und eine zweite Kammer 331b. In mindestens einer Ausführungsform ist die erste Kammer 331a als einzelne Einlass- und Auslasskammer und die zweite Kammer 331b als eine Einlass-Doppelauslasskammer ausgebildet.
Im Hinblick auf die erste Kammer 331a befindet sich der einzelne Einlass (1) in Fluidverbindung mit einem Auslass des FCV 330a. Ein erster Auslass (2) der ersten Kammer 331a befindet sich in Fluidverbindung mit einem Einlass des Kühlers 310, während ein zweiter Auslass (3) in Fluidverbindung mit einer Kühler-Bypassleitung 332 ist. Die erste Kammer 331a wird selektiv über die Motorsteuerung 150 betrieben, um die Kühlmittelzufuhr zum Kühler 310 zu steuern. Das Öffnen des ersten Auslasses (2) während des Schließens des zweiten Auslasses (3) führt beispielsweise die gesamte Menge des erwärmten Kühlmittels, das in den einzelnen Einlass (1) eintritt, dem Kühler 310 zu. Der Kühler 310 wiederum entzieht dem Kühlmittel die Wärme, und das Niedertemperatur-Kühlmittel wird von dort an die Rücklaufleitung 334 abgegeben und zur Pumpe 302 zurückgeführt. Diese Kühlmitteldurchflussregelung führt zu reduzierten Kühlmittel-Eintrittstemperaturen um die Zylinder 102 herum, wodurch die Abgastemperatur sinkt.
Umgekehrt, wenn der erste Auslass (2) geschlossen und der zweite Auslass (3) geöffnet wird, wird die gesamte Menge an Hochtemperatur-Kühlmittel, die in den einzelnen Einlass (1) eintritt, in die Bypassleitung 332 geleitet, sodass das erwärmte Kühlmittel den Kühler 310 vollständig umgeht. Das an die Bypassleitung 332 abgegebene Kühlmittel wird dann direkt an die Rücklaufleitung 334 abgegeben, die das erwärmte Kühlmittel zur Pumpe 302 zurückführt. Diese Kühlmitteldurchflussregelung führt zu erhöhten Kühlmittel-Eintrittstemperaturen um die Zylinder 102 herum, wodurch sich die Abgastemperatur erhöht.
In mindestens einer Ausführungsform können die Kammern 331a und 331b so gedreht werden, dass die Öffnungen der doppelten Einlässe oder doppelten Auslässe gegeneinander verstellt werden. Unter Bezugnahme auf 5 wird beispielsweise die Drehposition der ersten Kammer 331a in Bezug auf die dem Kühler 310 zugeführte Kühlmittelmenge in einem radialen Positionsdiagramm dargestellt. Die Platzierung der ersten Kammer 331a an einer anfänglichen Bezugsposition von etwa 0° deaktiviert im Wesentlichen die Kammer 331a und verhindert, dass Kühlmittel sowohl aus dem ersten Auslass (2) als auch aus dem zweiten Auslass (3) austritt. Umgekehrt schließt eine Drehung der ersten Kammer 331a in eine Position von etwa 180° in Bezug auf die ursprüngliche Bezugsposition (d. h. 0°) den zweiten Auslass 3 beim vollständigen Öffnen des ersten Auslasses (2) und gibt eine gesamte Kühlmittelmenge an den Kühler 310 ab. Das Drehen der ersten Kammer 331a in eine Position zwischen etwa 30° und etwa 90° oder in eine Position zwischen etwa 270° und etwa 360° schließt den ersten Auslass 2, während der zweite Auslass (3) vollständig geöffnet wird. Auf diese Weise wird die gesamte Kühlmittelmenge in die Bypassleitung 332 geleitet und somit der Kühler 330 umgangen. Wie aus einem in 5 dargestellten radialen Positionsdiagramm ersichtlich, kann die erste Kammer 331a in jede beliebige Position zwischen ca. 90° und ca. 270° gedreht werden, um die dem Kühler 330 und/oder der Bypassleitung 332 zugeführte Kühlmittelmenge präzise zu steuern.
Bezogen auf die zweite Kammer 331b befindet sich ein erster Einlass (4) in Fluidverbindung mit den Auslässen des AGR-Subsystems 317 und des Turbolader-Subsystems 319 zur Aufnahme von Hochtemperatur-Kühlmittel. Ein zweiter Einlass (5) befindet sich in Fluidverbindung mit dem Pumpenauslass 302b zur Aufnahme von Niedertemperatur-Kühlmittel. Der einzelne Auslass (6) befindet sich in Fluidverbindung mit einem Motoröl-Subsystem 336 und einem Getriebeöl-Subsystem 338. Das Motoröl-Subsystem 336 kann eine Motorölpumpe (nicht dargestellt) und einen Motoröl-Wärmetauscher (nicht dargestellt) beinhalten. Das Getriebeöl-Subsystem 338 kann eine Getriebeölpumpe (nicht dargestellt) und einen Getriebeöl-Wärmetauscher (nicht dargestellt) beinhalten.
Die zweite Kammer 331b wird wahlweise über die Motorsteuerung 150 betrieben, um die Motorölheizung 336 und die Getriebeölheizung 338 zu erwärmen oder zu kühlen. Wenn der erste Einlass (4) geöffnet und der zweite Einlass (5) geschlossen wird, wird aus dem einzelnen Auslass (6) zum Erwärmen der Motorölheizung 336 und die Getriebeölheizung 338 Hochtemperatur-Kühlmittel abgegeben. Umgekehrt, wenn der erste Einlass (4) geschlossen und der zweite Einlass (5) geöffnet wird, wird aus dem einzelnen Auslass (6) Niedertemperatur-Kühlmittel zum Kühlen der Motorölheizung 336 und der Getriebeölheizung 338 abgegeben. Jeder der Einlässe (4) und (5) kann durch die Motorsteuerung 150, wie hier beschrieben, gesteuert werden.
Wie bei der ersten Kammer 331a kann die zweite Kammer 331b gedreht werden, sodass die Öffnung des ersten Einlasses 4 in Bezug auf die Öffnung des zweiten Einlasses 5 eingestellt werden kann. Die Platzierung der zweiten Kammer 331b an einer anfänglichen Bezugsposition von etwa 0° deaktiviert im Wesentlichen die zweite Kammer 331b und verhindert, dass Kühlmittel sowohl aus dem ersten Einlass 4 als auch aus dem zweiten Einlass 5 austritt. Durch Drehen der zweiten Kammer 331b in eine Position von ca. 180° bezüglich der anfänglichen Bezugsposition (d. h. 0°) wird der zweite Einlass 5 verschlossen und eine komplette Menge an Hochtemperatur-Kühlmittel an das Motoröl-Subsystem 336 und das Getriebeöl-Subsystem 338 über den Auslass 6 abgegeben. Umgekehrt schließt das Drehen der zweiten Kammer 331b in eine Position zwischen etwa 30° und etwa 90° oder in eine Position zwischen etwa 270° und etwa 360° den ersten Einlass 4, während der zweite Einlass 5 vollständig geöffnet wird. Auf diese Weise wird die Niedertemperatur-Kühlmittelabgabe direkt von der Pumpe 302 über den Auslass 6 dem Motoröl-Subsystem 336 und dem Getriebeöl-Subsystem 338 zugeführt. Wie aus einem in 5 dargestellten radialen Positionsdiagramm ersichtlich, kann die zweite Kammer 331b in jede beliebige Position zwischen ca. 90° und ca. 270° gedreht werden, um die Temperatur des dem Motoröl-Subsystem 336 und dem Getriebeöl-Subsystem 338 zugeführten Kühlmittels präzise zu steuern.
Das Heizkernventil 330d beinhaltet einen Kernventileinlass in Fluidverbindung mit dem Ausgang des AGR-Subsystems 317 und des aufgeladenen Subsystems 319, einen ersten Kernventilauslass in Fluidverbindung mit einem Kerneinlass des Heizvorrichtungskerns 329 und einen zweiten Kernventilauslass in Fluidverbindung mit einem Heizkern-Bypasskanal 333. Die Motorsteuerung 150 steuert den Betrieb des Heizkernventils 330d zwischen einer geöffneten Position und einer geschlossenen Position (zusammen mit Zwischenpositionen). In einer vollständig geöffneten Position wird Hochtemperatur-Kühlmittel aus dem AGR-Subsystem 317 und dem turboaufgeladenen Subsystem 319 an den Heizkern 329 abgegeben. Der Heizkern 329 überträgt die Wärme aus dem Kühlmittel in die Fahrzeugkabine (nicht dargestellt) über eine Gebläseeinheit oder einen Lüfter (nicht dargestellt). Das Hochtemperatur-Kühlmittel umgeht in einem geschlossenen Zustand den Heizkern 329 über die Bypassleitung 333 und wird über die Rücklaufleitung 334 zur Pumpe 302 zurückgeführt.
Nun mit Bezug auf 6 ist die Kühlmittelströmung im aktiven Wärmeregelsystem 300 während einer normalen Betriebsart gemäß einer nicht einschränkenden Ausführungsform veranschaulicht. Die Motorsteuerung 150 aktiviert den normalen Betriebsmodus, wenn bestimmte Betriebsparameter vorhanden sind. Die Normalbetriebsparameter beinhalten beispielsweise (i) eine Motoraustrittskühlmitteltemperatur, die je nach Belastung eine Motoraustrittskühlmittelschwelle übersteigt und/oder (ii) eine Getriebeöltemperatur, die niedriger als ein Getriebeölschwellenwert und eine Motoröltemperatur, die niedriger als ein Motorölschwellenwert ist. Bei Einhaltung der Normalbetriebsparameter gibt die Motorsteuerung 150 ein oder mehrere Steuersignale aus, um: (a) das Stromregelventil (FCV) 330a zu öffnen; (b) das Blockventil 330b zu öffnen; und (c) das Hauptdrehventil 330c derart einzustellen, dass der zweite Auslass (5) der zweiten Kammer 331b eine größere Öffnung aufweist als eine Öffnung des ersten Auslasses (4). In mindestens einer Ausführungsform ist das Hauptdrehventil 330c dahingehend eingestellt, dass entweder der erste Einlass (4) oder der zweite Einlass (5) zu einem Zeitpunkt betrieben wird. Somit liefert der erste Einlass (4) ausschließlich warmes Kühlmittel an den EOH 336 und den TOH 338, während der zweite Einlass (5) ausschließlich gekühltes Kühlmittel (d. h. Kühlmittel mit einer Temperatur unter der Temperatur des Kühlmittelausgangs vom ersten Auslass 4) an den EOH 336 und den TOH 338 liefert.
Nun mit Bezug auf 7 ist der Kühlmittelstrom im aktiven Wärmeregelsystem 300 während eines „thermischen Anstiegsmodus“ gemäß einer nicht einschränkenden Ausführungsform veranschaulicht. Die Motorsteuerung 150 aktiviert den „thermischen Anstiegsmodus“, wenn thermische Anstiegsbedingungen vorliegen. So kann beispielsweise der „thermische Anstiegsmodus“ aufgerufen werden, wenn eine oder mehrere der folgenden Bedingungen erkannt werden:

(a) eine niedrige oder hohe Motorströmungsphase;
(b) die Temperatur des NOx-Nachbehandlungssystems übersteigt einen Systemtemperaturschwellenwert;
(c) die SCRF-Einlasstemperatur übersteigt einen Einlasstemperatur-Schwellenwert;
(d) die Getriebeöltemperatur übersteigt einen Getriebeöltemperatur-Schwellenwert und die Motoröltemperatur übersteigt einen Motoröltemperatur-Schwellenwert; und
(e) die Motorblocktemperatur (z. B. Temperatur des Motors 100) übersteigt einen Motorblocktemperatur-Schwellenwert.

Wenn die Motorsteuerung 150 erkennt, dass die verschiedenen Temperaturbedingungen vorliegen, gibt die Motorsteuerung 150 ein oder mehrere Steuersignale zum Einstellen eines oder mehrerer der Ventile 330a-330e aus. So wird beispielsweise das FCV 330a in eine geöffnete Position eingestellt, das Motorblockventil 330b wird in eine geöffnete Position eingestellt und das Motorbypassventil 330e wird geschlossen. Das Drehventil 330c wird ebenfalls in die Position zum Erwärmen des Getriebeöls gedreht. Die Position zum Erwärmen des Getriebeöls beinhaltet das Einstellen des Drehventils 330c, sodass ein Nulldurchsatz oder etwa ein Nulldurchsatz des FCV 330a an den Eingang des Kühlers 310 geliefert wird. So kann beispielsweise das Hauptdrehventil 330c so gedreht werden, dass die gesamte in den einzelnen Einlass (1) eintretende erwärmte Kühlmittelmenge in die Bypassleitung 332 geleitet wird, um den Kühler 310 vollständig zu umgehen. Zudem wird das Drehventil 330c in eine Ölerwärmungsposition gedreht. Diese Ölerwärmungsposition beinhaltet beispielsweise das Drehen der ersten Kammer 331a des Hauptdrehventils 330c, sodass die vom Abgasrückführungs-Subsystem 317 und/oder dem Turbosubsystem 319 abgegebene Wärmemenge in den ersten Einlass (4) der zweiten Kammer 331b und vom einzelnen Auslass (6) in den EOH 336 und den TOH 338 geleitet wird. Dementsprechend wird die Temperatur des in den Kühlmittelkreislauf 312 zurückgeführten Kühlmittels erhöht.
Nun mit Bezug auf 8 ist der Kühlmittelstrom im aktiven Wärmeregelsystem 300 während des „thermischen Absenkbetriebsmodus“ gemäß einer nicht einschränkenden Ausführungsform veranschaulicht. Die Motorsteuerung 150 aktiviert den „thermischen Absenkbetriebsmodus“, wenn thermische Absenkbedingungen vorliegen. So kann beispielsweise der „thermische Absenkbetriebsmodus“ aufgerufen werden, wenn die folgenden Bedingungen erkannt werden:

(a) die Getriebeöltemperatur übersteigt einen Getriebeöltemperatur-Schwellenwert oder die Motoröltemperatur übersteigt einen Motoröltemperatur-Schwellenwert.

Wenn die Motorsteuerung 150 erkennt, dass eine erhöhte Temperaturbedingung vorliegt, gibt die Motorsteuerung 150 ein oder mehrere Steuersignale zum Einstellen eines oder mehrerer der Ventile 330a-330e aus. So wird beispielsweise das FCV 330a in eine geöffnete Position eingestellt, das Motorblockventil 330b wird in eine geöffnete Position eingestellt und das AGR-Bypassventil 330e wird auf eine offene Position eingestellt. Das Drehventil 330c wird ebenfalls in die Position zum Abkühlen des Getriebeöls gedreht. Die Getriebeölkühlposition beinhaltet beispielsweise das Einstellen der ersten Kammer 331a, sodass die Abgabe des erwärmten Kühlmittels vom FCV 330a an den Eingang des Kühlers 310 erfolgt. Darüber hinaus ist die zweite Kammer 331b des Hauptdrehventils 330c so eingestellt, dass am zweiten Einlass (5) des Hauptdrehventils 331b Niedertemperatur-Kühlmittel unter Umgehung des AGR-Subsystems 317 und des Turboladersystems 319 zugeführt wird. Die zweite Kammer 331b gibt das gekühlte Kühlmittel aus dem einzelnen Auslass (6) an den EOH 336 und den TOH 338 ab, wodurch die Temperatur des Kühlmittels in den Kühlmittelkreislauf 312 reduziert wird.
Nun mit Bezug auf 9, veranschaulicht ein Flussdiagramm, das ein Verfahren des Betriebs eines aktiven Wärmeregelsystems 300 in einem Wärmeanstiegsmodus gemäß einer nicht einschränkenden Ausführungsform. Das Verfahren beginnt bei Betrieb 900 und bei Betrieb 902 arbeitet das aktive Wärmeregelsystem 300 in einem normalen Betriebsmodus. Bei Betrieb 904 wird ein Vergleich durchgeführt, um zu bestimmen, ob eine aktuelle Temperatur einer Nachbehandlungsvorrichtung, wie beispielsweise einer SRC-Vorrichtung 204, unter einem Temperaturschwellenwert liegt. Wenn die aktuelle Temperatur nicht unter dem Temperaturschwellenwert liegt, kehrt das Verfahren in den Betrieb 902 zurück und vergleicht weiterhin die aktuelle Temperatur der Nachbehandlungsvorrichtung(en) mit dem Temperaturschwellenwert. Wenn jedoch die aktuelle Temperatur den Temperaturwert übersteigt, geht das Verfahren zum Betrieb 906 über und aktiviert einen thermischen Anstiegsmodus durch Einstellen eines oder mehrerer Kühlmittelventile 330a-330e, um den Kühlmittelstrom durch einen oder mehrere Kühlmittelpfade in einem Kühlmittelkreislauf 312 des Fahrzeugs 10 zu verändern. So kann beispielsweise die Motorsteuerung 150 des Fahrzeugs 10 ein elektrisches Signal ausgeben, um eine Position des Hauptdrehventils 330c (z. B. die erste Kammer 331a und die zweite Kammer 331b) so einzustellen, dass weniger Kühlmittel an den Kühler 310 abgegeben wird. Eine verminderte Kühlmittelmenge kann an den Kühler 310 abgegeben werden, indem das Kühlmittel an eine Bypassleitung 332 abgegeben wird, die den Kühler 310 umgeht. Dementsprechend sinkt die Austrittstemperatur des Kühlers 310, während die Gesamttemperatur des Motors 100 und des Abgases zunimmt.
Bezogen nun auf den Betrieb 908 wird die Abgastemperatur und/oder die Temperatur einer weiteren Nachbehandlungsvorrichtung mit einem Temperaturschwellenwert verglichen. Wenn die Abgastemperatur und/oder die Temperatur einer weiteren Nachbehandlungsvorrichtung unter dem Temperaturschwellenwert liegt, kehrt das Verfahren in den Betrieb 906 zurück und hält die Position des/der Kühlmittelventile(s) aufrecht, sodass sich die Abgastemperatur erhöhen kann. Wenn jedoch die Abgastemperatur und/oder die Temperatur einer weiteren Nachbehandlungsvorrichtung den Temperaturschwellenwert erreicht oder übersteigt, geht das Verfahren zum Betrieb 910 über und aktiviert den normalen Betriebsmodus durch Einstellen eines oder mehrerer weiterer Kühlmittelventile 330a-330e, um den Kühlmittelstrom durch einen oder mehrere Kühlmittelpfade im Kühlmittelkreislauf 312 wieder zu verändern. So kann beispielsweise die Motorsteuerung 150 ein elektrisches Signal ausgeben, um die Position des Hauptdrehventils 330c (z. B. die erste Kammer 331a) einzustellen, sodass mehr Kühlmittel an den Kühler 310 abgegeben wird. Eine erhöhte Kühlmittelmenge kann dem Kühler 310 zugeführt werden, indem die Kühlmittelmenge, die dem Bypass 332 zugeführt wird, reduziert und die Kühlmittelmenge, die dem Kühler 310 zugeführt wird, erhöht wird. Dementsprechend erhöht sich die Austrittstemperatur des Kühlers 310, während die Gesamttemperatur des Motors 100 und des Abgases abnimmt. Nach dem Aktivieren des Normalmodus endet das Verfahren mit dem Betrieb 912. Es sollte auch beachtet werden, dass das Verfahren nicht bei Betrieb 912 endet, sondern zu Betrieb 902 zurückkehren kann, um das vorstehend beschriebene Verfahren fortzusetzen.
Nun mit Bezug auf 10, veranschaulicht ein Flussdiagramm, das ein Verfahren des Betriebs eines aktiven Wärmeregelsystems 300 in einem thermischen Abnahmemodus gemäß einer nicht einschränkenden Ausführungsform. Das Verfahren beginnt bei Betrieb 1000 und bei Betrieb 1002 arbeitet das aktive Wärmeregelsystem 300 in einem normalen Betriebsmodus. Bei Betrieb 1004 wird ein Vergleich durchgeführt, um zu bestimmen, ob eine aktuelle Temperatur einer Nachbehandlungsvorrichtung, wie beispielsweise einer SRC-Vorrichtung 204, über einem Temperaturschwellenwert liegt. Wenn die aktuelle Temperatur nicht über dem Temperaturschwellenwert liegt, kehrt das Verfahren in den Betrieb 1002 zurück und vergleicht weiterhin die aktuelle Temperatur der Nachbehandlungsvorrichtung(en) mit dem Temperaturschwellenwert. Wenn jedoch die aktuelle Temperatur unter dem Temperaturschwellenwert liegt, geht das Verfahren zum Betrieb 1006 über und aktiviert einen thermischen Abnahmemodus durch Einstellen eines oder mehrerer Kühlmittelventile 330a-330e, um den Kühlmittelstrom durch einen oder mehrere Kühlmittelpfade in einem Kühlmittelkreislauf 312 zu verändern. So kann beispielsweise die Motorsteuerung 150 ein elektrisches Signal ausgeben, um eine Position des Hauptdrehventils 330c (z. B. die erste Kammer 331a) einzustellen, sodass eine größere Menge Kühlmittel an den Kühler 310 abgegeben wird. Eine erhöhte Kühlmittelmenge kann dem Kühler 310 zugeführt werden, indem die Kühlmittelmenge, die dem Bypass 332 zugeführt wird, reduziert wird, wodurch die Kühlmittelmenge, die dem Kühler 310 zugeführt wird, erhöht wird. Dementsprechend erhöht sich die Austrittstemperatur des Kühlers 310, während die Gesamttemperatur des Motors 100 und des Abgases abnimmt.
Bezogen nun auf den Betrieb 1008 wird die Abgastemperatur und/oder die Temperatur einer weiteren Nachbehandlungsvorrichtung mit einem Temperaturschwellenwert verglichen. Wenn die Abgastemperatur und/oder die Temperatur einer weiteren Nachbehandlungsvorrichtung über dem Temperaturschwellenwert liegt, kehrt das Verfahren in den Betrieb 1006 zurück und hält die Position des/der Kühlmittelventile(s) aufrecht, sodass die Abgastemperatur weiter abnimmt. Wenn jedoch die Abgastemperatur und/oder die Temperatur einer weiteren Nachbehandlungsvorrichtung den Temperaturschwellenwert erreicht oder unterschreitet, geht das Verfahren zum Betrieb 1010 über und aktiviert den normalen Betriebsmodus durch Einstellen eines oder mehrerer weiterer Kühlmittelventile 330a-330e, um das durch einen oder mehrere Kühlmittelkreisläufe im Fahrzeug 10 strömende Kühlmittel wieder zu verändern. So kann beispielsweise die Motorsteuerung 150 des Fahrzeugs 10 ein elektrisches Signal ausgeben, um eine Position des Hauptdrehventils 330c so einzustellen, dass weniger Kühlmittel an den Kühler 310 abgegeben wird. Eine verminderte Kühlmittelmenge kann dem Kühler 310 zugeführt werden, indem das Kühlmittel in eine Bypassleitung 332 geleitet wird, die das Kühlmittel vom Kühler 310 wegleitet. Dementsprechend verringert sich die Austrittstemperatur des Kühlers 310, während die Gesamttemperatur des Motors 100 und des Abgases zunimmt. Nach dem Aktivieren des Normalmodus endet das Verfahren mit dem Betrieb 1012. Es sollte auch beachtet werden, dass das Verfahren nicht bei Betrieb 1012 endet, sondern zu Betrieb 1002 zurückkehren kann, um das vorstehend beschriebene Verfahren fortzusetzen.
Wie hierin beschrieben, beinhalten nicht einschränkende Ausführungsformen ein Fahrzeug-Wärmeregelsystem, das ein aktives Abgasbehandlungsmanagement ermöglicht. Das Wärmemanagement-Steuerungssystem steuert den Kühlmittelstrom in einem Kühlmittelkreislauf, um die Temperatur der Abgasabgabe des Motors anzupassen. Auf diese Weise kann das Wärmemanagement-Steuerungssystem die Abgastemperaturen aktiv steuern und gleichzeitig kostenintensive Verbrauchsstrafen vermeiden und so die Gesamtkraftstoffeffizienz des Fahrzeugs verbessern.
Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „Modul“ oder „Einheit“ auf eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine Field-programmierbare Gate-Anordnung (FPGA), eine elektronische Schaltung, einen elektronischen Computerprozessor (gemeinsam genutzt oder dediziert oder Gruppe) und einen Speicher, der ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme, einen Hardware-Mikrocontroller, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten ausführt, die die beschriebene Funktionalität bieten. Bei der Implementierung in einer Software kann ein Modul im Speicher als nicht flüchtiges computerlesbares Speichermedium ausgebildet sein, das von einem Verarbeitungsschaltkreis eingelesen werden kann und Anweisungen speichert, die vom Verarbeitungsschaltkreis zur Durchführung eines Verfahrens ausgeführt werden.
Während die Offenbarung mit Bezug auf verschiedene nicht beschränkende Ausführungsformen beschrieben wurden, werden Fachleute verstehen, dass unterschiedliche Änderungen vorgenommen und die einzelnen Abschnitte durch entsprechende andere Abschnitte ausgetauscht werden können, ohne vom Umfang der Offenbarung abzuweichen. Darüber hinaus können viele Modifikationen vorgenommen werden, um eine bestimmte Materialsituation an die Lehren der Offenbarung anzupassen, ohne von deren wesentlichem Umfang abzuweichen. Daher ist vorgesehen, dass die Offenbarung nicht auf die speziellen Ausführungsformen beschränkt sein soll, sondern dass sie auch alle hierin beschriebenen nicht beschränkenden Ausführungsformen beinhaltet.

Claims

Kraftfahrzeug, umfassend: einen Verbrennungsmotor, der die Abgase von mindestens einem Zylinder abgibt; ein aktives Wärmemanagementsystem in Fluidverbindung mit dem Verbrennungsmotor, um Kühlmittel um den mindestens einen Zylinder herumströmen zu lassen, wodurch eine Abgastemperatur des Abgases verändert wird; und eine elektronische Motorsteuerung in Signalkommunikation mit dem Verbrennungsmotor und dem aktiven Wärmemanagementsystem, wobei die Motorsteuerung ein Steuersignal erzeugt, um das aktive Wärmemanagementsystem selektiv in einem Normalmodus zu betreiben, der das Kühlmittel bei einer ersten Kühlmitteltemperatur strömt, und einen thermischen Anstiegsmodus, der das Kühlmittel bei einer zweiten Kühlmitteltemperatur strömt, die größer als die erste Kühlmitteltemperatur ist, wodurch die Abgastemperatur des Abgases erhöht wird.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, worin das aktive Wärmemanagementsystem ferner ein Abgasbehandlungssystem umfasst, das mindestens eine selektive Katalysatorreduktions-(SCR)-Vorrichtung und eine spezielle Filter-(PF)-Vorrichtung umfasst, und worin die Motorsteuerung den thermischen Anstiegsmodus basierend auf mindestens einer von einer SCR-Temperatur der SCR-Vorrichtung, einem PF-Druck der PF-Vorrichtung und einer Temperatur der PF-Vorrichtung aktiviert.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 2, worin die Motorsteuerung den thermischen Anstiegsmodus aktiviert, wenn die SCR-Temperatur unter einem SCR-Temperaturschwellenwert liegt.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 2, worin die Motorsteuerung den thermischen Anstiegsmodus aktiviert, wenn der PF-Druck einen PF-Druckschwellenwert übersteigt.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 4, worin in die PF-Vorrichtung geladene Partikel als Reaktion auf ein Erhöhen der Abgastemperatur verbrannt werden, wodurch die PF-Vorrichtung regeneriert wird.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 2, worin das aktive Wärmemanagementsystem ferner einen Kühlmittelkreislauf mit einer Vielzahl von einzelnen Strömungspfaden umfasst, die selektiv über mindestens ein Kühlmittelventil freigegeben werden.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 6, worin die Motorsteuerung das mindestens eine Kühlmittelventil auf eine erste Position einstellt, die das Kühlmittel durch einen ersten Strömungspfad aus der Vielzahl der einzelnen Strömungspfade leitet, wodurch der Normalmodus aktiviert wird, und das mindestens eine Kühlmittelventil auf eine zweite Position einstellt, die das Kühlmittel durch einen zweiten Strömungspfad aus der Vielzahl der einzelnen Strömungspfade leitet, die sich vom ersten Strömungspfad unterscheiden, wodurch der thermische Anstiegsmodus aktiviert wird.
Kraftfahrzeug, umfassend: einen Verbrennungsmotor, der die Abgase von mindestens einem Zylinder abgibt; ein aktives Wärmemanagementsystem in Fluidverbindung mit dem Verbrennungsmotor, um Kühlmittel um den mindestens einen Zylinder herumströmen zu lassen, wodurch eine Abgastemperatur des Abgases verändert wird; und eine elektronische Motorsteuerung in Signalkommunikation mit dem Verbrennungsmotor und dem aktiven Wärmemanagementsystem, wobei die Motorsteuerung ein Steuersignal erzeugt, um das aktive Wärmemanagementsystem selektiv in einem Normalmodus zu betreiben, der das Kühlmittel bei einer ersten Kühlmitteltemperatur strömt, und einen thermischen Anstiegsmodus, der das Kühlmittel bei einer zweiten Kühlmitteltemperatur strömt, die niedriger als die erste Kühlmitteltemperatur ist, wodurch die Abgastemperatur des Abgases abnimmt.
Verfahren zum Steuern eines aktiven Wärmemanagementsystems eines Fahrzeugs, das Verfahren umfassend: Ausbringen von Abgas aus mindestens einem Zylinder eines im Fahrzeug enthaltenen Verbrennungsmotors; Strömen von Kühlmittel um den mindestens einen Zylinder zum Variieren der Abgastemperatur; Betreiben des aktiven Wärmemanagementsystems in einem Normalmodus, der das Kühlmittel bei einer ersten Kühlmitteltemperatur basierend auf einem ersten Betriebsparameter durchströmt; und Betreiben des aktiven Wärmemanagementmodus in einem thermischen Anstiegsmodus, der das Kühlmittel bei einer zweiten Kühlmitteltemperatur, die höher ist als die erste Kühlmitteltemperatur, basierend auf einem zweiten Betriebsparameter strömt, wodurch die Abgastemperatur des Abgases erhöht wird.
Verfahren nach Anspruch 9, ferner umfassend das selektive Betreiben des aktiven Wärmemanagementsystems in einem thermischen Absenkmodus, der das Kühlmittel bei einer dritten Temperatur, die niedriger ist als die erste Kühlmitteltemperatur und die zweite Kühlmitteltemperatur, basierend auf einem dritten Betriebsparameter durchströmt, wodurch die Abgastemperatur des Abgases verringert wird.