DE102018126419A1 - Modellbasierte steuerung zur verwaltung der edoc-temperatur - Google Patents

Modellbasierte steuerung zur verwaltung der edoc-temperatur Download PDF

Info

Publication number
DE102018126419A1
DE102018126419A1 DE102018126419.4A DE102018126419A DE102018126419A1 DE 102018126419 A1 DE102018126419 A1 DE 102018126419A1 DE 102018126419 A DE102018126419 A DE 102018126419A DE 102018126419 A1 DE102018126419 A1 DE 102018126419A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
edoc
closed loop
temperature
exhaust
control system
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102018126419.4A
Other languages
English (en)
Inventor
Roberto Romanato
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GM Global Technology Operations LLC
Original Assignee
GM Global Technology Operations LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by GM Global Technology Operations LLC filed Critical GM Global Technology Operations LLC
Publication of DE102018126419A1 publication Critical patent/DE102018126419A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/49—Detecting, diagnosing or indicating an abnormal function of the EGR system
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/103—Oxidation catalysts for HC and CO only
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/20—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
    • F01N3/2006—Periodically heating or cooling catalytic reactors, e.g. at cold starting or overheating
    • F01N3/2013—Periodically heating or cooling catalytic reactors, e.g. at cold starting or overheating using electric or magnetic heating means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/24—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by constructional aspects of converting apparatus
    • F01N3/28—Construction of catalytic reactors
    • F01N3/2882—Catalytic reactors combined or associated with other devices, e.g. exhaust silencers or other exhaust purification devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0025—Controlling engines characterised by use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D41/0047—Controlling exhaust gas recirculation [EGR]
    • F02D41/0065—Specific aspects of external EGR control
    • F02D41/0072—Estimating, calculating or determining the EGR rate, amount or flow
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/02—EGR systems specially adapted for supercharged engines
    • F02M26/04—EGR systems specially adapted for supercharged engines with a single turbocharger
    • F02M26/05—High pressure loops, i.e. wherein recirculated exhaust gas is taken out from the exhaust system upstream of the turbine and reintroduced into the intake system downstream of the compressor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/45—Sensors specially adapted for EGR systems
    • F02M26/46—Sensors specially adapted for EGR systems for determining the characteristics of gases, e.g. composition
    • F02M26/47—Sensors specially adapted for EGR systems for determining the characteristics of gases, e.g. composition the characteristics being temperatures, pressures or flow rates
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N13/00—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00
    • F01N13/009—Exhaust or silencing apparatus characterised by constructional features ; Exhaust or silencing apparatus, or parts thereof, having pertinent characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F01N1/00 - F01N5/00, F01N9/00, F01N11/00 having two or more separate purifying devices arranged in series
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2240/00—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being
    • F01N2240/16—Combination or association of two or more different exhaust treating devices, or of at least one such device with an auxiliary device, not covered by indexing codes F01N2230/00 or F01N2250/00, one of the devices being an electric heater, i.e. a resistance heater
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2560/00—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics
    • F01N2560/06—Exhaust systems with means for detecting or measuring exhaust gas components or characteristics the means being a temperature sensor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2900/00—Details of electrical control or of the monitoring of the exhaust gas treating apparatus
    • F01N2900/04—Methods of control or diagnosing
    • F01N2900/0408—Methods of control or diagnosing using a feed-back loop
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2900/00—Details of electrical control or of the monitoring of the exhaust gas treating apparatus
    • F01N2900/06—Parameters used for exhaust control or diagnosing
    • F01N2900/0602—Electrical exhaust heater signals
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2900/00—Details of electrical control or of the monitoring of the exhaust gas treating apparatus
    • F01N2900/06—Parameters used for exhaust control or diagnosing
    • F01N2900/08—Parameters used for exhaust control or diagnosing said parameters being related to the engine
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2900/00—Details of electrical control or of the monitoring of the exhaust gas treating apparatus
    • F01N2900/06—Parameters used for exhaust control or diagnosing
    • F01N2900/14—Parameters used for exhaust control or diagnosing said parameters being related to the exhaust gas
    • F01N2900/1404—Exhaust gas temperature
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2900/00—Details of electrical control or of the monitoring of the exhaust gas treating apparatus
    • F01N2900/06—Parameters used for exhaust control or diagnosing
    • F01N2900/14—Parameters used for exhaust control or diagnosing said parameters being related to the exhaust gas
    • F01N2900/1411—Exhaust gas flow rate, e.g. mass flow rate or volumetric flow rate
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2900/00—Details of electrical control or of the monitoring of the exhaust gas treating apparatus
    • F01N2900/06—Parameters used for exhaust control or diagnosing
    • F01N2900/16—Parameters used for exhaust control or diagnosing said parameters being related to the exhaust apparatus, e.g. particulate filter or catalyst
    • F01N2900/1602—Temperature of exhaust gas apparatus
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/20—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
    • F01N3/2066—Selective catalytic reduction [SCR]
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2200/00—Input parameters for engine control
    • F02D2200/02—Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
    • F02D2200/08—Exhaust gas treatment apparatus parameters
    • F02D2200/0802—Temperature of the exhaust gas treatment apparatus
    • F02D2200/0804—Estimation of the temperature of the exhaust gas treatment apparatus
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
    • Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Abstract

Hierin ist ein System und ein Verfahren zur Steuerung eines Emissionssteuerungssystem für die Behandlung von Abgas in einem Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor beschrieben. Das Emissionssteuerungssystem beinhaltet eine elektrische Dieseloxidationskatalysatorvorrichtung (eDOC) mit einem elektrischen Heizelement, das in einem Abgasstrom angeordnet ist, einen Temperatursensor an der eDOC-Vorrichtung, der konfiguriert ist, eine Abgastemperatur zu erfassen, und eine Steuerung, die konfiguriert ist, eine modellbasierte Steuerung der eDOC-Vorrichtung auszuführen, basierend auf einer dualen verschachtelten geschlossenen Schleifen-Topologie mit einem inneren geschlossenen Regelkreis und einem äußeren geschlossenen Regelkreis. Der innere Regelkreis ist konfiguriert, die Leistung für die eDOC-Vorrichtung zu steuern, und der äußere Regelkreis ist konfiguriert, die Temperatur der eDOC-Vorrichtung zu steuern.

Description

  • EINLEITUNG
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft Abgassysteme für Verbrennungsmotoren und insbesondere Abgassysteme mit Dieseloxidationskatalysator (DOC) und einer selektiven katalytischen Reduktionsvorrichtung (SCR) zur Emissionssteuerung.
  • Das Abgas, das von einem Verbrennungsmotor, insbesondere einem Dieselmotor, abgegeben wird, ist eine heterogene Mischung, die gasförmige Emissionen wie Kohlenmonoxid („CO“), unverbrannte Kohlenwasserstoffe („HC“) und Stickstoffoxide („NOx“) sowie kondensierte Phasenmaterialien (Flüssigkeiten und Feststoffe), enthält, die Partikel („PM“) darstellen. Katalysatorzusammensetzungen, die typischerweise auf Katalysatorträgern oder Substraten angeordnet sind, sind in einem Motorabgassystem als Teil eines Nachbehandlungssystems vorgesehen, um bestimmte oder sämtliche dieser Abgasbestandteile in nicht geregelte Abgaskomponenten umzuwandeln. Ein Abgasnachbehandlungssystem beinhaltet in der Regel eine oder mehrere Behandlungsvorrichtungen, wie z.B. Oxidationskatalysatorvorrichtungen (OC), selektive katalytische Reduktionsvorrichtungen, Partikelfilter, Mischelemente und Harnstoff-/Kraftstoffeinspritzdüsen.
  • Eine Oxidationskatalysatorvorrichtung wird in einem Abgassystem bereitgestellt, um unverbrannten gasförmigen und nichtflüchtigen Kohlenwasserstoff (HC) und Kohlenmonoxid (CO) zu behandeln. Der Oxidationskatalysator oxidiert den HC und das CO unter hohen Temperaturbedingungen, um Kohlendioxid (CO2) und Wasser (H2O) zu bilden. Wenn der Oxidationskatalysator überhitzt, wird seine Fähigkeit, HC und CO zu oxidieren, beeinträchtigt und seine Leistung und Persistenz können herabgesetzt werden. Dementsprechend ist es wünschenswert, Verfahren und Systeme bereitzustellen, die den Betrieb des Oxidationskatalysators überwachen und ein Überhitzen verhindern.
  • KURZDARSTELLUNG
  • Hierin ist ein System und ein Verfahren zur Steuerung eines Emissionssteuerungssystems für die Behandlung von Abgas in einem Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor beschrieben. Das Emissionssteuerungssystem beinhaltet eine elektrische Dieseloxidationskatalysatorvorrichtung (eDOC) mit einem elektrischen Heizelement, das in einem Abgasstrom angeordnet ist, einen Temperatursensor an der eDOC-Vorrichtung, der konfiguriert ist, eine Abgastemperatur zu erfassen, und eine Steuerung, die konfiguriert ist, eine modellbasierte Steuerung der eDOC-Vorrichtung auszuführen, basierend auf einer dualen verschachtelten geschlossenen Schleifen-Topologie mit einem inneren geschlossenen Regelkreis und einem äußeren geschlossenen Regelkreis. Der innere Regelkreis ist konfiguriert, die Leistung für die eDOC-Vorrichtung zu steuern, und der äußere Regelkreis ist konfiguriert, die Temperatur der eDOC-Vorrichtung zu steuern.
  • Zusätzlich zu einem oder mehreren der oben beschriebenen Merkmale oder als Alternative können weitere Ausführungsformen einen Temperatursensor und einen weiteren NOx-Sensor beinhalten.
  • Neben einem oder mehreren der oben beschriebenen Eigenschaften oder alternativ, können weitere Ausführungsformen beinhalten, dass der innere geschlossene Regelkreis einen virtuellen Sensor für die eDOC-Vorrichtung verwendet, in Reaktion auf mindestens eine Temperatur des Motors und einen Strom des Abgases.
  • Neben einem oder mehreren der oben beschriebenen Eigenschaften, oder alternativ, können weitere Ausführungsformen beinhalten, dass der innere geschlossene Regelkreis eine Bandbreite von mindestens entweder höher als die äußere geschlossene Schleife, das Zweifache der äußeren geschlossenen Schleife, fünf mal die der äußeren geschlossenen Schleife und 10 mal die der äußeren geschlossenen Schleife aufweist.
  • Neben einem oder mehreren der oben beschriebenen Eigenschaften, oder alternativ, können weitere Ausführungsformen beinhalten, dass mindestens entweder der innere geschlossene Regelkreis oder der äußere geschlossene Regelkreis eine proportionale, integrale und derivative PID-Regelung aufweist.
  • Neben einem oder mehreren der oben beschriebenen Eigenschaften, oder alternativ, können weitere Ausführungsformen beinhalten, dass der äußere geschlossene Regelkreis eine Begrenzungsfunktion aufweist, basierend auf den Betriebs- und Leistungsbeschränkungen der eDOC-Vorrichtung.
  • Neben einem oder mehreren der oben beschriebenen Eigenschaften, oder alternativ, können weitere Ausführungsformen beinhalten, dass die Betriebs- und Leistungsbeschränkungen mindestens entweder eine eDOC-Vorrichtungstemperatur, deren Gradienten und den Abgasstrom beinhalten.
  • Neben einem oder mehreren der oben beschriebenen Eigenschaften, oder alternativ, können weitere Ausführungsformen beinhalten, dass mindestens entweder der innere geschlossene Regelkreis oder der äußere geschlossene Regelkreis konfiguriert sind, den Betrieb der eDOC-Vorrichtung zu erlauben, unabhängig von einem Abgasstrom.
  • Neben einem oder mehreren der oben beschriebenen Eigenschaften, oder alternativ, können weitere Ausführungsformen beinhalten, dass die eDOC-Vorrichtung eine elektrische Heizeinrichtung beinhaltet, die in einem Dieseloxidationskatalysator in einer einzelnen Packung integriert ist.
  • Neben einem oder mehreren der oben beschriebenen Merkmale, oder als Alternative, können weitere Ausführungsformen einen Partikelfilter beinhalten, der im Abgas der eDOC-Vorrichtung nachgeschaltet untergebracht ist.
  • Neben einem oder mehreren der oben beschriebenen Merkmale, oder als Alternative, können weitere Ausführungsformen eine selektive katalytische Reduktionsvorrichtung (SCR) und einen NOx-Sensor beinhalten, der sich nachgeschaltet im Abgas der SCR-Vorrichtung befindet.
  • Neben einem oder mehreren der oben beschriebenen Eigenschaften, oder alternativ, können weitere Ausführungsformen beinhalten, dass die eDOC-Vorrichtung konfiguriert ist, mindestens entweder die eDOC-Vorrichtung, eine DOC-Vorrichtung, einen Partikelfilter oder eine SCR-Vorrichtung zu regenerieren.
  • Neben einem oder mehreren der oben beschriebenen Eigenschaften, oder alternativ, können weitere Ausführungsformen beinhalten, dass mindestens zwei aus eDOC-Vorrichtung, DOC-Vorrichtung, Partikelfilter oder SCR-Vorrichtung integriert sind.
  • Auch hierin in einer weiteren Ausführungsform beschrieben ist ein Abgassystem zum Behandeln von Abgas, das von einem Verbrennungsmotor ausgestoßen wird. Das Abgassystem beinhaltet eine elektrische Dieseloxidationskatalysatorvorrichtung (eDOC), die in einem Abgasstrom des Verbrennungsmotors angeordnet ist, einen Temperatursensor an der eDOC-Vorrichtung, der konfiguriert ist, eine Abgastemperatur zu erfassen, und eine Steuerung, die konfiguriert ist, eine modellbasierte Steuerung der eDOC-Vorrichtung auszuführen, basierend auf einer dualen verschachtelten geschlossenen Schleifen-Topologie mit einem inneren geschlossenen Regelkreis und einem äußeren geschlossenen Regelkreis. Der innere Regelkreis ist konfiguriert, die Leistung für die eDOC-Vorrichtung zu steuern, und der äußere Regelkreis ist konfiguriert, die Temperatur der eDOC-Vorrichtung zu steuern.
  • Ebenfalls hierin in noch einer weiteren Ausführungsform beschrieben ist ein computerimplementiertes Verfahren zum Steuern einer elektrischen Oxidationskatalysatorvorrichtung (SCR) eines Abgassystems eines Verbrennungsmotors. Das Verfahren beinhaltet das Messen einer Abgastemperatur im Zusammenhang mit der eDOC-Vorrichtung und das Durchführen einer modellbasierten Steuerung der eDOC-Vorrichtung, basierend auf einer dualen verschachtelten geschlossenen Schleifen-Topologie mit einem inneren geschlossenen Regelkreis und einem äußeren geschlossenen Regelkreis. Das Verfahren beinhaltet auch das Konfigurieren der inneren geschlossenen Schleife zur Steuerung einer Energie, die für die eDOC-Vorrichtung benötigt wird, das Konfigurieren der äußeren geschlossenen Schleife, um die Temperatur der eDOC-Vorrichtung zu steuern und einen Befehl für die eDOC-Vorrichtung, basierend auf der Durchführung, zu erzeugen.
  • Neben einem oder mehreren der oben beschriebenen Eigenschaften, oder alternativ, können weitere Ausführungsformen beinhalten, dass der innere geschlossene Regelkreis einen virtuellen Sensor für die eDOC-Vorrichtung verwendet, in Reaktion auf mindestens eine Temperatur des Motors und einen Abgasstrom.
  • Neben einem oder mehreren der oben beschriebenen Eigenschaften, oder alternativ, können weitere Ausführungsformen beinhalten, dass der innere geschlossene Regelkreis eine Bandbreite von mindestens entweder höher als die äußere geschlossene Schleife, das Zweifache der äußeren geschlossenen Schleife, fünf mal die der äußeren geschlossenen Schleife und 10 mal die der äußeren geschlossenen Schleife aufweist.
  • Neben einem oder mehreren der oben beschriebenen Eigenschaften, oder alternativ, können weitere Ausführungsformen beinhalten, dass mindestens entweder der innere geschlossene Regelkreis oder der äußere geschlossene Regelkreis konfiguriert sind, den Betrieb der eDOC-Vorrichtung zu erlauben, unabhängig von einem Abgasstrom.
  • Neben einem oder mehreren der oben beschriebenen Eigenschaften, oder alternativ, können weitere Ausführungsformen beinhalten, dass mindestens entweder die eDOC-Vorrichtung, eine DOC-Vorrichtung, ein Partikelfilter oder eine SCR-Vorrichtung regeneriert werden.
  • Neben einem oder mehreren der oben beschriebenen Eigenschaften, oder alternativ, können weitere Ausführungsformen beinhalten, dass der äußere geschlossene Regelkreis eine Begrenzungsfunktion aufweist, basierend auf den Betriebs- und Leistungsbeschränkungen der eDOC-Vorrichtung.
  • Die oben genannten Eigenschaften und Vorteile sowie anderen Eigenschaften und Funktionen der vorliegenden Offenbarung gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen ohne Weiteres hervor.
  • Figurenliste
  • Andere Merkmale, Vorteile und Details erscheinen nur exemplarisch in der folgenden ausführlichen Beschreibung der Ausführungsformen, wobei sich die ausführliche Beschreibung auf die Zeichnungen bezieht, wobei gilt:
    • 1 zeigt ein Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor und ein Emissionssteuerungssystem nach einer oder mehreren Ausführungsformen;
    • 2 veranschaulicht exemplarische Komponenten eines Emissionssteuerungssystems gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
    • 3A stellt eine erweiterte Darstellung einer eDOC-Vorrichtung nach einem oder mehreren Ausführungsformen dar;
    • 3B stellt eine vereinfachte perspektivische Darstellung einer eDOC-Vorrichtung nach einem oder mehreren Ausführungsformen dar;
    • 4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines illustrativen Verfahrens zur Steuerung einer eDOC-Vorrichtung; und
    • 5 veranschaulicht ein Ablaufdiagramm eines illustrativen Verfahrens für die Steuerung einer eDOC-Vorrichtung gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Zum Zweck der Förderung des Verständnisses der Prinzipien der vorliegenden Offenbarung, wird jetzt auf die in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsform Bezug genommen und eine spezifische Sprache zur Beschreibung derselben verwendet werden. Es versteht sich dennoch, dass damit keine Einschränkung des Umfangs dieser Offenbarung beabsichtigt ist. Die folgende Beschreibung ist lediglich veranschaulichender Natur und nicht dazu gedacht, die vorliegende Offenbarung in ihren An- oder Verwendungen einzuschränken. Es sollte verstanden werden, dass in den Zeichnungen entsprechende Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile und Merkmale bezeichnen. Der hier verwendete Begriff „Modul“ bezieht sich auf eine Verarbeitungsschaltung, die eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert oder gruppiert) und einen Speicher, der ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten ausführt, die die beschriebene Funktionalität bieten, beinhalten kann.
  • Der Begriff „exemplarisch“ wird hierin ausschließlich verwendet, um als „ein Beispiel, eine Instanz oder Veranschaulichung zu dienen.“ Jede Ausführungsform, die hierin als „exemplarisch“ bezeichnet wird, ist nicht notwendigerweise als bevorzugte oder vorteilhafte Ausführungsform auszulegen. Unter den Begriffen „mindestens eins“ und „eins oder mehrere“ versteht man jede ganze Zahl, die größer oder gleich eins ist, d. h. eins, zwei, drei, vier usw. Unter den Begriffen „eine Vielzahl“ ist jede ganze Zahl zu verstehen, die größer oder gleich zwei, d. h. zwei, drei, vier, fünf usw. ist. Der Begriff „Verbindung“ kann eine indirekte „Verbindung“ und eine direkte „Verbindung“ beinhalten.
  • Ein Kraftfahrzeug gemäß einem Aspekt einer Ausführungsform ist allgemein bei 10 in 1 angegeben. Motorfahrzeug 10 ist in Form eines Kleinlastwagens dargestellt. Es ist selbstverständlich, dass das Kraftfahrzeug 10 verschiedene Formen annehmen kann, einschließlich Automobilen, kommerziellen Transportmitteln, Schiffen usw. Das Kraftfahrzeug 10 beinhaltet eine Karosserie 12 mit einem Fahrgastraum 14, einem Fahrgastraum 15 und einer Ladefläche 17. Im Motorraum 14 befindet sich ein Verbrennungsmotorsystem 24, welches in der dargestellten Ausführungsform einen Dieselmotor 26 beinhalten kann. Die Brennkraftmaschinenanlage 24 beinhaltet ein Abgassystem 30, welches fluidisch mit einem Nachbehandlungs- oder Emissionssteuersystem 34 verbunden ist. Das vom Verbrennungsmotor (ICE)-System 24 erzeugte Abgas strömt durch das Emissionssteuerungssystem 34, um Emissionen zu reduzieren, die durch ein Abgasauslassrohr 36 in die Umgebung austreten können.
  • Es ist anzumerken, dass die hierin beschriebenen technischen Lösungen für ICE-Systeme relevant sind, die Dieselmotorsysteme und Benzinmotorsysteme beinhalten können, aber nicht darauf beschränkt sind. Das ICE-System 24 kann eine Vielzahl von an einer Kurbelwelle angebrachten Hubkolben beinhalten, die betriebsmäßig an einem Antriebssystem angebracht sein können, wie einem Fahrzeugantriebssystem, um ein Fahrzeug anzutreiben (z. B. um Traktionsdrehmoment an das Antriebssystem abzugeben). So kann beispielsweise das ICE-System 24 eine beliebige Motorkonfiguration oder Anwendung sein, einschließlich verschiedener Fahrzeuganwendungen (z. B. Automobil, Marine und dergleichen) sowie verschiedener Nicht-Fahrzeuganwendungen (z. B. Pumpen, Generatoren und dergleichen). Während die Verbrennungsmotoren in einem fahrzeugbezogenen Kontext (z. B. Drehmoment erzeugend) beschrieben werden können, befinden sich andere nicht fahrzeugbezogene Anwendungen innerhalb des Schutzumfangs dieser Offenbarung. Wenn daher auf ein Fahrzeug Bezug genommen wird, sollte diese Offenbarung dahingehend ausgelegt werden, dass sie für jede Anwendung eines ICE-Systems gilt.
  • Darüber hinaus kann ein Verbrennungsmotor im Allgemeinen jede Vorrichtung darstellen, die in der Lage ist, einen Abgasstrom zu erzeugen, der gasförmige (z. B. NOx, O2) kohlenstoffhaltige und/oder partikelförmige Spezies beinhaltet, und die Offenbarung hier sollte dementsprechend als auf alle derartigen Vorrichtungen anwendbar angesehen werden. Wie hierin verwendet, bezieht sich „Abgas“ auf jede beliebige chemische Spezies oder jedes Gemisch aus chemischen Spezies, das eine Behandlung erfordert, und gasförmige, flüssige und feste Spezies beinhaltet. So kann beispielsweise ein Abgasstrom eine Mischung aus einer oder mehreren NOx-Spezies, einer oder mehreren flüssigen Kohlenwasserstoff-Spezies und einer oder mehreren Feststoff-Partikel-Spezies (z. B. Asche) enthalten. Es versteht sich ferner, dass die hier offenbarten Ausführungsformen auf die Behandlung von Abflussströmen anwendbar sind, die keine kohlenstoffhaltigen und/oder partikelförmigen Spezies beinhalten, und in solchen Fällen kann ICE 24 auch allgemein irgendeine Vorrichtung repräsentieren, die einen Abflussstrom mit solchen Spezies erzeugen kann. Abgaspartikelmaterial beinhaltet im Allgemeinen kohlenstoffhaltigen Ruß und andere feste und/oder flüssige kohlenstoffhaltige Spezies, die für ICE-Abgas relevant sind oder in einem Emissionssteuerungssystem 34 gebildet werden.
  • 2 veranschaulicht exemplarische Komponenten des Emissionssteuerungssystems 34 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen. Es sollte angemerkt werden, dass, während das ICE-System 24 in dem obigen Beispiel einen Dieselmotor 26 aufweist, das hierin beschriebene Emissionssteuerungssystem 34 in verschiedenen Motorsystemen implementiert werden kann. Das Emissionssteuerungssystem 34 erleichtert die Steuerung und Überwachung von unverbrannten gasförmigem und nichtflüchtigem Kohlenwasserstoff (HC) und Kohlenmonoxid (CO), ebenso von NOx Speicher- und/oder Behandlungsmaterialien, um die durch das ICE-System 24 erzeugten Abgase zu kontrollieren. Beispielsweise kann das Emissionenssteuerungssystem 34 einen Oxidationskatalysator verwenden, um den HC und das CO unter hohen Temperaturbedingungen zu oxidieren und Kohlendioxid (CO2) und Wasser (H2O) zu bilden. Zusätzlich kann das Emissionssteuerungssystem die verschiedenen Methodologien zur Steuerung der selektiven katalytischen Reduktionsvorrichtungen (SCR) und zugehörigen NOx-Sensoren verwenden, wobei die SCR-Vorrichtungen konfiguriert sind, Abgasströme von ICE-System 24 zu empfangen und NOx-Emissionen daraus zu steuern. Wie hierin verwendet, bezieht sich „NOx“ auf ein oder mehrere Stickoxide. NOx Substanzen können NyOx Substanzen beinhalten, worin y>0 und x>0. Nichteinschränkende Beispiele von Stickoxiden können NO, NO2, N2O, N2O2, N2O3, N2O4, und N2O5 beinhalten. SCR-Vorrichtungen sind so konfiguriert, dass sie Reduktionsmittel aufnehmen, beispielsweise mit variablen Dosierraten, wie nachstehend beschrieben wird.
  • Die Abgasleitung 214, die mehrere Segmente beinhalten kann, transportiert Abgas 216 von Dieselmotor 26 zu den verschiedenen Abgasbehandlungsvorrichtungen des Emissionssteuerungssystems 34. So beinhaltet beispielsweise das Emissionssteuerungssystem 34, wie dargestellt, eine SCR-Vorrichtung 220. In einem oder mehreren Beispielen kann die SCR-Vorrichtung 220 eine selektive katalytische Filtervorrichtung (SCRF-Vorrichtung) beinhalten, die zusätzlich zu Partikelfilterfähigkeiten die katalytischen Aspekte von SCRs bereitstellt. Alternativ oder zusätzlich kann die SCR-Vorrichtung 220 auch auf ein Durchflusssubstrat beschichtet sein. Es versteht sich, dass das System 34 verschiedene zusätzliche Behandlungsvorrichtungen beinhalten kann, einschließlich unter anderem eine Dieseloxidationskatalysatorvorrichtung (DOC) 218 und Partikelfiltervorrichtungen, unter anderem, unabhängig davon, ob in separaten Verpackungen oder integriert.
  • Wie zu erkennen ist, kann die DOC-Vorrichtung 218 aus verschiedenen Durchfluss-Oxidationskatalysatorvorrichtungen bestehen, die in der Technik bekannt sind. Die DOC-Vorrichtung beinhaltet einen Oxidationskatalysator, der ausgebildet ist, Kohlenmonoxid, Gasphasen-Kohlenwasserstoffe und die lösliche organische Fraktion (SOF) von Diesel-Feinstaub zu CO2 und H2O zu oxidieren. In verschiedenen Ausführungsformen kann die DOC-Vorrichtung 218 ein durchströmbares Metall- oder Keramikmonolithsubstrat 224 beinhalten. Das Substrat 224 kann in einem Edelstahlkanister oder -gehäuse verpackt sein, der oder das über einen Einlass und einen Auslass in Fluidverbindung mit der Abgasleitung 214 verfügt. Das Substrat 224 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 davon, enthalten. Die DOC-Vorrichtung 218 ist für die Behandlung von unverbranntem gasförmigem und nicht-flüchtigem HC und CO nützlich, welche oxidieren, um Kohlendioxid und Wasser auszubilden. Eine Washcoat-Schicht beinhaltet eine in der Zusammensetzung unterschiedliche Materialschicht, die auf der Oberfläche des monolithischen Substrats oder einer darunter liegenden Washcoat-Schicht angeordnet ist. Ein Katalysator kann eine oder mehrere Washcoat-Schichten enthalten, und jede Washcoat-Schicht kann einzigartige chemische katalytische Funktionen aufweisen. Die DOC-Vorrichtung 218 oxidiert auch einen Teil des Stickoxids (NO) zu Stickstoffdioxid (NO2). Die DOC-Vorrichtung 218 kann auch eine Zeolith-Komponente in den Washcoat einbinden, um Kohlenwasserstoffe abzufangen oder zu speichern, die sonst bei niedrigen Temperaturen (z. B. bei einem Kaltstart und Motorleerlauf - unter 200 Grad Celsius) abgegeben werden würden. In Ausführungsformen beinhaltet die Zeolith-Komponente der OC-Vorrichtung 218 Zeolith-Beta (Ti-Beta) und/oder Zeolith-SSZ-33 (Ti-SSZ-33).
  • Die SCR-Vorrichtung 220 kann der DOC-Vorrichtung 218 nachgeschaltet im Abgassystem 30 angeordnet sein. In einem oder mehreren Beispielen kann die SCR-Vorrichtung 220 einen Filterabschnitt 222 beinhalten, der ein Wandflussfilter sein kann, der zum Filtern oder Abscheiden von Kohlenstoff und anderem Feinstaub aus dem Abgas 216 konfiguriert ist. In mindestens einer Ausführungsform ist der Filterabschnitt 222 als ein Partikelfilter (PF) ausgebildet, wie beispielsweise ein Dieselpartikelfilter (DPF). Der Filterabschnitt (d. h. der PF) kann beispielsweise unter Verwendung eines keramischen Wandstrom-Monolith-Abgasfilter-Substrats konstruiert werden, das in einer starren, hitzebeständigen Schale oder einem Behälter verpackt ist. Der Filterabschnitt 222 weist einen Einlass und einen Auslass in Fluidverbindung mit der Abgasleitung 214 auf und kann Partikelmaterial einfangen, wenn das Abgas 216 dort hindurch strömt. Es versteht sich, dass ein keramisches Wandströmungs-Monolith-Filtersubstrat lediglich exemplarischer Natur ist und dass der Filterabschnitt 222 andere Filtervorrichtungen wie etwa gewickelte oder gepackte Faserfilter, offenzellige Schäume, gesinterte Metallfasern usw. enthalten kann.
  • In einer weiteren Ausführungsform kann der Partikelfilter (PF) 222 der SCR-Vorrichtung 220 vor- oder nachgeschaltet sein. Der PF 222 filtert den Kohlenstoff und andere Partikel aus dem Abgas 216 heraus. Wie oben angegeben kann in Ausführungsformen der PF 222 aus einem keramischen Wandströmungs-Monolith-Filter hergestellt sein, der in ein starres Gehäuse oder einen Kanister verpackt ist und einen Einlass und einen Auslass in Fluidverbindung mit den Abgasleitungen aufweist. Der keramische Wandströmungs-Monolith-Filter kann über eine Vielzahl von längsverlaufenden Kanälen verfügen, die durch längsverlaufende Wände definiert sind. Die Kanäle beinhalten eine Untergruppe von Einlasskanälen, die über ein offenes Einlassende und ein geschlossenes Auslassende verfügen, sowie eine Untergruppe von Auslasskanälen, die über ein geschlossenes Einlassende und ein offenes Auslassende verfügen. Das durch die Einlassenden der Einlasskanäle in den PF 222 eintretende Abgas 216 wird gezwungen, durch die angrenzenden längsverlaufenden Wände in die Auslasskanäle überzugehen. Durch diesen exemplarischen Wandströmungsmechanismus werden Kohlenstoff (Ruß) und andere Partikel aus dem Abgas 216 herausgefiltert. Die gefilterten Partikel lagern sich an den längsverlaufenden Wänden der Einlasskanäle ab und bewirken mit der Zeit einen Anstieg des Abgas-Gegendrucks, der auf das Abgassystem 34 und den ICE 24 einwirkt. Um diese Probleme anzugehen, kann das Emissionssteuerungssystem 34 auch eine Reinigung oder einen Regenerationsvorgang des PF 222 ausführen, um den Gegendruck, wie hierin in einem oder mehreren Beispiele beschrieben, zu reduzieren. In einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren der Regeneration die Oxidation oder das Verbrennen des angesammelten Kohlenstoffs und anderer Partikel bei einer normalerweise hohen Umgebungstemperatur (von > 600 °C).
  • Die DOC-Vorrichtung 218, die SCR-Vorrichtung 220 und der PF 222 können jeweils eine ausgewählte Betriebstemperatur haben, bei der die Vorrichtung effektiv und effizient Feinstaub entfernt oder das Abgas 216 umwandelt. Beispielsweise hat die SCR-Vorrichtung 220 eine Betriebstemperatur für aufgenommenes Abgas 216, bei der die Vorrichtung bei der gewählten oder einer höheren Temperatur NO in N2 umwandelt. Darüber hinaus kann die DOC-Vorrichtung 218 dazu verwendet werden, HC in einer exothermen Reaktion zu verbrennen, die den im PF 222 angesammelten Feinstaub auf effektive Weise verbrennt. Die Einleitung der PF 222-Regeneration erfolgt in der Regel bei einer ausgewählten Betriebstemperatur, wobei eine exotherme Reaktion durch eine hohe Abgastemperatur hervorgerufen wird, die den angesammelten Feinstaub verbrennt oder oxidiert.
  • Beim Motorstart haben die Abgasnachbehandlungseinrichtungen ggf. Umgebungstemperatur, welche in der Regel für den Betrieb der Vorrichtungen im Emissionssteuerungssystem 34 zu niedrig ist. Zusätzlich überschreiten die Temperaturen der Abgasnachbehandlungseinrichtungen des Abgassystems 30, bei normalem Motorbetrieb, ihre jeweiligen normalen Betriebstemperaturen nicht, diese sind zu gering für eine effektive Regeneration. Die Temperaturen der Abgasnachbehandlungseinrichtungen werden daher, falls erforderlich, durch Hochfahren der Abgastemperatur 216 erhöht. In einigen Systemen kann ein HC-Injektor eingesetzt werden, um zusätzlichen Kraftstoff der DOC-Vorrichtung 218 vorgeschaltet einzuspritzen, sodass der Kraftstoff in der DOC-Vorrichtung 218 verbrennt, um die Abgastemperatur vorübergehend zu erhöhen. Alternativ dazu oder in Verbindung damit kann eine Nacheinspritzungsstrategie angewendet werden, um die Abgastemperatur durch Einspritzen von zusätzlichem Kraftstoff in den/die Zylinder des ICE 24 vorübergehend zu erhöhen. In einer weiteren Ausführungsform wird eine elektrische DOC (eDOC)-Vorrichtung 223 verwendet, die die Fähigkeit hat, den Abgasen 216 thermische Energie hinzuzufügen, die für die Regeneration und/oder einen verbesserten Betrieb des Emissionssteuerungssystems 34, wie es hier im Weiteren beschrieben wird, benötigt wird.
  • Nun zu den 3A und 3B und mit kontinuierlicher Bezugnahme auf 1 und 2, in einigen Ausführungsformen beinhaltet das Emissionssteuerungssystem 34 auch eine eDOC-Vorrichtung 219. Die eDOC-Vorrichtung 223 ist im Abgasstrom 216 der DOC-Vorrichtung 218 und der SCR-Vorrichtung 220 vorgeschaltet angeordnet. In einer Ausführungsform ist die eDOC-Vorrichtung 223 im Gehäuse 221 angebracht, das im Wesentlichen das Substrat 224 umschließt. Das Substrat 224 kann aus Metall hergestellt sein, aber auch andere Materialien sind möglich. Das Gehäuse 221 kann im Allgemeinen zylindrische oder jede andere Form haben, die es der Abgasströmung 216 erlaubt, von einem Einlass 225 zu einem Auslass 226 und durch das Substrat 224 zu fließen. Der Einlass 225 stellt den Fluiddurchgang für den Abgasstrom 216 in die eDOC-Vorrichtung 223 bereit und der Auslass stellt den Fluiddurchgang für den Abgasstrom 216 aus der Substrat-Vorrichtung 224 bereit. In einer Ausführungsform, wie in 3A dargestellt, beinhaltet die eDOC-Anordnung 219 die eDOC-Vorrichtung 218.
  • Weiter bezüglich 3A, ist eine erste Elektrode 227 elektrisch mit einer Stromquelle am Fahrzeug, mit einem ersten Übertragungsdraht (nicht dargestellt), verbunden. Die erste Elektrode 227 erstreckt sich durch das Gehäuse 221 der eDOC-Anordnung 219 und steht in Kontakt mit der eDOC-Vorrichtung 223 der eDOC-Anordnung 219. Eine zweite Elektrode 228 erstreckt sich vom Gehäuse 221 der eDOC-Anordnung 219 und ist auch elektrisch nach Bedarf verbunden, um die elektrische Schaltung in herkömmlicher Weise zu vervollständigen. Während sich die zweite Elektrode 228 vom Gehäuse erstreckt, ist es auch möglich, dass die zweite Elektrode 228 in Kontakt zur eDOC-Vorrichtung 223 im Allgemeinen gegenüber der ersten Elektrode 227 steht. Wenn Strom zur ersten Elektrode 227 geleitet wird, wird der Strom vom Gehäuse 221 isoliert und der Strom wird an die eDOC-Vorrichtung 223 der eDOC-Anordnung 219 geleitet, der aus der zweiten Elektrode 228 austritt. In einer Ausführungsform können die Elektroden 227, 228 und ein Teil der eDOC-Vorrichtung 223 ein Heizelement sein, das hier nachfolgend als Heizelement 223 bezeichnet wird. In einer Ausführungsform ist das Heizelement 223 eine separate Heizvorrichtung von Substrat 224. Es ist auch möglich, dass das Heizelement 223 das gesamte oder ein Teil des Substrats 224 ist, dafür konfiguriert, Wärme unter Anlegen eines elektrischen Stroms zu erzeugen. Es ist möglich, dass das selektive Einleiten von Strom in die eDOC-Anordnung 219 bei der Aktivierung eines Benutzers oder bei einer automatischen Aktivierung stattfindet, wie beispielsweise durch eine Motorsteuerung oder ein Emissionssteuerungssystem 34.
  • Wenn der Strom durch das Heizelement 223 fließt, wird Wärme in der eDOC-Anordnung 219 erzeugt. Die Abgase 216, die durch die eDOC-Anordnung 219 fließen, werden über das Heizelement 223 aufgeheizt und die erwärmten Abgase 216 fließen zu/durch dem/das Substrat 224, die DOC-Vorrichtung 218 (wenn separat), PF 222 und die SCR-Vorrichtung 220. In der eDOC-Anordnung 219, der DOC-Vorrichtung 218 oder der SCR-Vorrichtung 220 stellen die erwärmten Abgase 216 ausreichend Wärme bereit, um die Regeneration des Filters, wie hierin beschrieben, zu initiieren. Außerdem kann, durch elektrisches Erwärmen der eDOC-Anordnung 219, der PF 222 regeneriert werden, ohne eine Vergrößerung der Kraftstoffbelastung in ICE 24, was eine Regeneration bei niedriger Motordrehzahl und niedriger Motorlast erlaubt.
  • Es versteht sich weiterhin, dass, während das Emissionssteuerungssystem 34, wie in 1 dargestellt, so beschrieben ist, dass die eDOC-Vorrichtung 223 der DOC-Vorrichtung 218 vorgeschaltet positioniert ist, es möglich ist, dass, wenn die eDOC-Vorrichtung 223 eine ausreichende Abgastemperatur erreicht, das Emissionssteuerungssystem 34 nur die eDOC-Anordnung 219 mit integrierten eDOC-Vorrichtungen 223 und Katalysator 224 und keine nachgeschaltete DOC-Vorrichtung 218 beinhalten kann. Ferner ist es möglich, dass mehr als eine eDOC-Vorrichtung 223 verwendet werden kann, je nach Bedarf, um die Temperatur des Abgases 216 zu erhöhen und einen effizienten Betrieb des Emissionssteuerungssystems 34 zu gewährleisten.
  • Das Emissionssteuerungssystem 34 kann auch ein Reduktionsmittelzufuhrsystem 232 beinhalten, das das Reduktionsmittel 230 in das Abgas 216 einführt. Das Reduktionsmittelzufuhrsystem 232 beinhaltet eine Reduktionsmittelzufuhr 234 und einen Injektor 236. Das Reduktionsmittel 230 wird an einer Stelle, die der SCR-Vorrichtung 220 vorgeschaltet ist, mit dem Injektor 236 oder einem anderen geeigneten Abgabeverfahren in die Abgasleitung 214 eingespritzt. Die Reduktionsmittelzufuhr 234 speichert das Reduktionsmittel 230 und steht in Fluidverbindung mit dem Injektor 236. Dementsprechend kann eine wählbare Menge an Reduktionsmittel 230 in unterschiedlichen Dosierungsraten in die Abgasleitung 214 eingespritzt werden, sodass das Reduktionsmittel 230 an einer Stelle, die der SCR-Vorrichtung 220 vorgeschaltet ist, in das Abgas 216 eingeleitet wird. In einem oder mehreren Beispielen kann das Reduktionsmittel 230 in Form eines Gases, einer Flüssigkeit oder einer wässrigen Lösung, wie einer wässrigen Harnstofflösung, vorliegen. In einem oder mehreren Beispielen kann das Reduktionsmittel 230 mit Luft im Injektor 236 gemischt werden, um die Dispersion des eingespritzten Sprühnebels zu unterstützen. Die SCR-Vorrichtung 220 kann das Reduktionsmittel 230 verwenden, beispielsweise Ammoniak (NH3), um das NOx im Abgas 216 zu reduzieren.
  • In einem oder mehreren Beispielen beinhaltet das Emissionssteuerungssystem 34 ferner ein Steuermodul 238, das operativ über eine Anzahl von Sensoren verbunden ist, um den Motor 26 und/oder das Abgasbehandlungssystem 34 zu überwachen. Der hier verwendete Begriff „Modul“ bezieht sich auf eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppenprozessor) und einen Speicher, der ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten ausführt, die die beschriebene Funktionalität bieten. So kann beispielsweise das Modul 238 das hierin beschriebene Regelverfahren und ein oder mehrere chemische Modelle 250, wie hierin beschrieben, ausführen. Das Steuermodul 238 kann operativ mit dem ICE-System 24, der SCR-Vorrichtung 220, der DOC-Vorrichtung 218 und dem Heizelement 223 und/oder einem oder mehreren Sensoren verbunden sein. Wie dargestellt, können die Sensoren einen vorgeschalteten NOx -Sensor 242a und einen nachgeschalteten NOx -Sensor 242b beinhalten, der der SCR-Vorrichtung 220 nachgeschaltet ist, von denen jeder in Fluidverbindung mit dem Abgas 216 in der Abgasleitung 214 steht. In einem oder mehreren Beispielen, ist der stromaufwärtige NOx-Sensor 242a stromabwärts des ICE 26 und stromaufwärts der beiden SCR-Vorrichtungen 220 und der Einspritzdüse 236 angeordnet. Der stromaufwärtige NOx-Sensor 242a und der stromabwärtige NOx-Sensor 242b erkennen ein NOx-Niveau nahe ihrer Position in der Abgasleitung 214 und erzeugen ein NOx-Signal, das dem NOx-Niveau entspricht. Ein NOx-Gehalt kann in einigen Ausführungsformen eine Konzentration, einen Massendurchsatz, oder eine volumetrische Durchflussmenge beinhalten. Ein von einem NOx-Sensor 242a, 242b erzeugtes NOx-Signal kann zum Beispiel vom Steuermodul 238 interpretiert werden. Das Steuermodul 238 kann auch in Verbindung mit einem oder mehreren Temperatursensoren, wie beispielsweise dem vorgeschalteten Temperatursensor 244a (3A) stehen, der an der eDOC-Anordnung 219 angebracht ist, ebenso mit einem zweiten Temperatursensor 244b, der der SCR-Vorrichtung 220 vorgeschaltet angeordnet ist.
  • Die Sensoren des Emissionssteuerungssystems 34 können ferner mindestens einen Drucksensor 246 (z. B. einen Deltadrucksensor) beinhalten. Der Deltadrucksensor 246 kann die Druckdifferenz (d. h. Δp) über die SCR-Vorrichtung 220 ermitteln. Obwohl ein einzelner Deltadrucksensor 246 veranschaulicht ist, versteht es sich, dass eine Vielzahl von Drucksensoren verwendet werden kann, um die Druckdifferenz der SCR-Vorrichtung 220 zu ermitteln. Es sollte beachtet werden, dass in anderen Beispielen die Sensoren andere, zusätzliche oder weniger Sensoren als die hier dargestellten/beschriebenen beinhalten können. Das Steuermodul (oder ein Steuerung) 238 steuert den Betrieb des ICE 24 und/oder eine oder mehrere Komponenten des Emissionssteuerungssystems 34, basierend auf erfassten und/oder modellierten Daten zum Aufrechterhalten des effizienten Betriebs und niedriger Abgasemissionen. Die Daten können von einem oder mehreren der verschiedenen Sensoren, dem NOx-Sensor 242a, 242b, Temperatursensoren 244a, 244b und Drucksensor 246 empfangen werden. In verschiedenen Ausführungsformen beinhalten die erfassten und/oder modellierten Daten die Abgastemperatur, Abgasströmungsdaten, Rußbelastungen, NOx-Konzentrationen, Abgasbestandteile (chemische Zusammensetzung), Druckdifferenzen und zahlreiche andere Parameter.
  • Das Steuermodul 238 ist konfiguriert, ausgewählte Prozesse oder Operationen auf der Basis der erfassten und/oder modellierten Daten, wie die Steuerung der Reduktionsmitteldosierung, auszuführen, um die gewünschten Emissionen aufrechtzuerhalten, den Zustand der DOC-Vorrichtung 218, des PF 222 zu diagnostizieren, sowie das Heizelement 223, falls erforderlich, zu steuern, um die Temperatur des Abgases 216 einzustellen und den PF 222 zu regenerieren. In einer Ausführungsform bestimmt das Steuermodul 238, ob ein oder mehrere aus Heizelement 223, DOC-Vorrichtung 218 oder dem PF 222 ordnungsgemäß funktionieren, basierend darauf, ob eine Temperaturdifferenz festgestellt und/oder eine Temperaturspitze erkannt wird. In Ausführungsformen wird das Vorhandensein einer Temperaturspitze so gedeutet, dass die Zeolith-Komponente aus einem oder mehreren der eDOC-Vorrichtung 219, der DOC-Vorrichtung 218 und dem PF 222 wie erwartet Kohlenwasserstoffe speichert.
  • Es versteht sich von selbst, dass der Diesel-ICE 24 und das Emissionssteuerungssystem 34 nicht auf die Konfiguration in 2 beschränkt werden darf. So können beispielsweise die verschiedenen Abgasnachbehandlungseinrichtungen, z.B. EDOC-Anordnung 219, der PF 222 und die SCR-Vorrichtung 220 im Abgassystem 30 in einer Reihenfolge angeordnet sein, die sich von der dargestellten Reihenfolge unterscheidet. So kann beispielsweise die SCR-Vorrichtung 220 dem PF 222 nachgeordnet angebracht sein und umgekehrt. Darüber hinaus, kann es mehr, weniger oder unterschiedliche Abgasnachbehandlungseinrichtungen im Emissionssteuerungssystem 34 geben, beispielsweise eine Unterläufigkeits-SCR-Vorrichtung oder zusätzliche Partikelfilter. In einigen Ausführungsformen können beispielsweise, wie dargestellt, die SCR-Vorrichtung und der PF 222 als Einzelvorrichtung (z. B. in einem einzelnen Kanister) konfiguriert sein. In anderen Ausführungsformen können diese zwei getrennte Vorrichtungen sein. Als weiteres Beispiel kann ferner eine weitere DOC-Vorrichtung 218 zwischen der SCR-Vorrichtung 220 und dem PF 222 angeordnet sein. Dabei können zusätzliche Sensoren zwischen der zusätzlichen DOC-Vorrichtung und dem PF 222 platziert sein.
  • In einem oder mehreren Beispielen nutzt das Steuermodul 238 das chemische Modell 250 aus einem oder mehreren aus Heizelement 223, DOC-Vorrichtung 218, dem PF 222 und dem SCR-Katalysator, um einen Zustand der Vorrichtungen vorherzusagen. Beispielsweise die HC-Konzentration oder NOx-Konzentration im Abgas 216, das in die eDOC-Anordnung 219 oder DOC-Vorrichtung 218 bzw. die SCR-Vorrichtung 220 eintritt. Ferner bestimmt, basierend auf den erfassten Temperaturen, vorhergesagten Temperaturen, vorhergesagten HC-Konzentrationen und dergleichen, das Steuermodul 238, ob das Heizelement 223, DOC-Vorrichtung 218 und der PF 222 korrekt funktionieren und ob der Betrieb des Heizelements 223 erforderlich ist. Zusätzlich bestimmt das Steuermodul, basierend auf erfasstem NOx, Temperaturen, Abgasstrom und Druck, die Menge des NH3, mit der die Abgase 216 dosiert werden müssen, um ausgewählte Emissions-Schwellenwerte zu erfüllen.
  • Das Steuermodul 238 implementiert typischerweise eine adaptive geschlossene Regelkreisstrategie, um das Heizelement 223 und/oder das Hinzufügen von Kraftstoff in das Abgas 216 zu steuern, um die Leistung der eDOC-Vorrichtung 219, DOC-Vorrichtung 218 und des PF 222 aufrechtzuerhalten, gemäß dem chemischen Modell 250, wobei das Steuermodul kontinuierlich einen oder mehrere Parameter lernt, die mit dem chemischen Modell 250, gemäß der laufenden Leistung des ICE 24, verbunden sind. Gleichermaßen implementiert das Steuermodul 238 typischerweise eine adaptive geschlossene Regelkreisstrategie, um die Leistung der SCR-Vorrichtung 220, gemäß dem chemischen Modell 250, aufrechtzuerhalten, wobei das Steuermodul kontinuierlich einen oder mehrere Parameter lernt, die mit dem chemischen Modell 250, gemäß der laufenden Leistung des ICE 24, verbunden sind.
  • 4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines konventionellen Verfahrens 400 zur Steuerung der Aktivierung eines Heizelements 223, um die Temperatur des Abgases 216 zu steuern. In dieser Konfiguration wird ein einziger Regelkreis 405 verwendet. Diese Strategie basiert auf einem Regelkreis, der eine erforderliche Leistung 420 für das Heizelement 223 berechnet, basierend auf einer Solltemperatur und einer Temperatur-Rückführung von dem/den Temperatursensor(en) 244a, 244b. Eine Nachschlagetabelle 410 erleichtert die Berechnung der maximal benötigten Leistung 416 für das Heizelement 223, unter Berücksichtigung der Motorausgangstemperatur 412 und des Abgasmassenstroms 414, und das Begrenzen der erforderlichen Leistung 420, die von der Steuerung kommt, wie es durch Block 430 dargestellt ist. Die Beschränkung wird eingesetzt, da manchmal der maximale Leistungsbedarf (zur Erzeugung ausreichender Aufheizung) die Spezifikationen und Leistungsfähigkeit des Heizelements 223 überschreiten und potentiell zu einer Beschädigung führen würde. Beispielsweise könnte es, unter Bedingungen von geringem oder Null-Abgasstrom, zu einer übermäßigen Erwärmung kommen, wenn zuviel Leistung auf das Heizelement 223 angewendet werden würde. Leider führt diese Beschränkung auch zu Einschränkungen bei der Leistungsanforderung für die Heizelemente 223. Darüber hinaus ist, da im Allgemeinen die eDOC-Anordnung 219 typischerweise für den stationären Betrieb des Diesel-ICE 24 entwickelt und konfiguriert ist, die Leistung während der Übergangsphasen des Motors 26 oder des Betriebs des Emissionssteuerungssystem 24, wie dem Fahrzeugstart, beschränkt, wenn die Nutzung der eDOC-Vorrichtung 219 vorteilhaft ist, um das Abgasnachbehandlungssystem möglichst schnell für einen effizienten Betrieb aufzuheizen.
  • Weiter bezüglich 4 fährt die Steuerung für das Heizelement 223 mit dem Leistungsbefehl, wie beschränkt, fort, basierend auf den Heizelement-Beschränkungen durch Block 430, die in einen angewandten Leistungs-Betriebszyklus bei Block 440 umgewandelt werden. Daher wäre es, aufgrund dieser Beschränkungen der Anwendung des Heizelements 223, vorteilhaft eine Steuermethodik anzuwenden, die diese Begrenzung verbessert, um die Leistung präziser zu steuern, die auf das Heizelement und die eDOC-Anordnung 219 und deren Temperatur angewendet wird.
  • 5 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 500 zur Steuerung der Aktivierung des Heizelements 223, um die Temperatur des Abgases 216 gemäß einer Ausführungsform zu steuern. Vorteilhafterweise nutzt die beschriebene Methodik die Unterschiede in der thermischen Kapazität zwischen dem Heizelement 223 und dem Hauptkatalysator 224 in der eDOC-Anordnung 219, (oder der DOC-Vorrichtung 218, der SCR-Vorrichtung 220 und dem PF 222). Erstere beträgt dabei etwa ein Zehntel der Letzteren. Als solches stellt eine Steuerungsstruktur, die zwei ineinandergesetzte Regelkreise, einen inneren geschlossenen Regelkreis und einen äußeren geschlossenen Regelkreis verwendet, eine verbesserte Steuerung der Temperatur und Leistung, die auf das Heizelement angewendet wird, bereit. Zusätzlich, aufgrund der dynamischen Unterschiede in den thermischen Eigenschaften des Heizelements 223, im Vergleich zum Substrat (beispielsweise 224), ist die Bandbreite (und damit das Ansprechverhalten) der beiden Regelkreise ganz unterschiedlich konfiguriert. Beispielsweise in einer Ausführungsform ist die Bandbreite des inneren geschlossenen Regelkreises höher als die des äußeren geschlossenen Regelkreises. In einer weiteren Ausführungsform ist die Bandbreite des inneren geschlossenen Regelkreises mindestens zweimal die des äußeren geschlossenen Regelkreises. In noch einer weiteren Ausführungsform ist die Bandbreite des inneren geschlossenen Regelkreises mindestens fünfmal die des äußeren geschlossenen Regelkreises, während in noch einer weiteren Ausführungsform die Bandbreite des inneren geschlossenen Regelkreises mindestens zehnmal die des äußeren geschlossenen Regelkreises ist. Das Verfahren 500 wird durch die Steuerung 238 in einem oder mehreren Beispielen, die hier beschrieben sind, implementiert. Alternativ wird das Verfahren 500 durch einen oder mehrere elektrische Schaltungen implementiert. In einem oder mehreren Beispielen wird das Verfahren 500 durch Ausführen einer Logik implementiert, die in Form von computerlesbaren und/oder ausführbaren Anweisungen bereitgestellt oder gespeichert werden kann.
  • In einer Ausführungsform verwendet die Methodik 500 einen modellbasierten Ansatz mit zwei ineinandergesetzten Regelkreisen 505 und 550. Diese Strategie basiert auf einem schnell reagierenden inneren Regelkreis 550, der die erforderliche Leistung 520 für das Heizelement 223 berechnet, und einem äußere Regelkreis 505, der konfiguriert ist, die Temperatur des Heizelements 223 und letztendlich des Abgases 216 zu steuern. In einer Ausführungsform erzeugt der äußere Regelkreis eine gewünschte Temperaturreferenz oder einen Befehl für das Heizelement 223 bei 535. Der innere Regelkreis 550 verwendet einen virtuellen Sensor 560, der eine Modellemulation des Heizelements 223 in der eDOC-Anordnung 219 ist. Das Steuermodul 238 führt ein Modell der eDOC-Anordnung 219 aus, das, unter anderem, die Temperatur des Heizelements 223 der eDOC-Anordnung 219, in Abhängigkeit der Motortemperatur, des Abgasstroms 216 und der Leistung, die dem Heizelement 223 zugeführt wird, bestimmt. Die Leistung wird in Abhängigkeit der angelegten Spannung und des Stroms durch die Elektroden 227 und 228 bestimmt. Block 515 arbeitet als Verstärkungs- und Steuerungsimplementierung für den Regelkreis 550. In einer Ausführungsform wird eine proportionale, integrale, derivative (PID)-Steuerungstopologie angewendet, um eine Aufwicklung zu verhindern und die dynamische Reaktion des Regelkreises zu verbessern. Wenn jedoch eine PID-Steuerungstopologie beschrieben wird, versteht es sich, dass andere Konfigurationen ebenfalls vorstellbar und möglich sind. Beispielsweise eine proportionale (P) Steuerung, eine proportionale integrale (PI) Steuerung, eine proportionale derivative Steuerung (PD) und dergleichen. Wiederum ähnlich dem oben beschriebenen Verfahren, ist der erforderliche Leistungsbefehl für das Heizelement 223, wie bei 520 gezeigt, an den Konverter 540 gerichtet, um einen Leistungs-Betriebszyklus festzulegen, der auf das Heizelement 223 angewendet wird, um die gewünschte Aufwärmung zu erreichen. Der Regelkreis 550 wird mit dem Temperatursensor 244a, 244b vervollständigt, der die Temperatur der Abgase 216 zur Eingabe in den virtuellen Sensor 560 misst.
  • Weiter mit 5 steuert der äußere Regelkreis 505 die Leistung des Heizelements 223 über einen geschlossenen Regelkreis, um die gewünschten Temperaturziele einer ausgewählten Solltemperatur für das nachgeschaltete Abgas 216 und Substrate, beispielsweise Substrat 224 oder PF 222, sicherzustellen, basierend auf der Temperatur, die durch den/die Temperatursensor(en) 244a, 244b gemessen wird, und einer vorhergesagten Solltemperatur aus einem Modell für die eDOC-Anordnung 219 und das Emissionssteuerungssystem 34. Dieser Ansatz ermöglicht die Begrenzung einer lokalen Heizelement-Temperatur 223, um die Hardware-Beschränkungen nicht zu überschreiten und eine Beschädigung zu vermeiden.
  • Mit einem modellgestützten Ansatz und dynamischen Schätzung der Heizelementtemperatur 223, wird eine Referenztemperatur für das nachgeschaltete Abgas 216 und Substrat 224 der eDOC-Anordnung 219 (oder anderer nachgeschalteter Vorrichtungen, z. B. PF 222) erzeugt. Die Referenztemperatur für das nachgeschaltete Abgas 216 und Substrat wird mit der Temperatur-Rückführung von dem/den Temperatursensor(en) 244a, 244b verglichen, um einen Temperaturbefehl zu formulieren. Block 508 arbeitet als Verstärkungs- und Steuerungsimplementierung für den Regelkreis 505. In einer Ausführungsform wird eine proportionale, integrale, derivative (PID)-Steuerungstopologie angewendet, um eine Aufwicklung zu verhindern und die dynamische Reaktion des Regelkreises zu verbessern. Wenn jedoch eine PID-Steuerungstopologie beschrieben wird, versteht es sich, dass andere Konfigurationen ebenfalls, wie zuvor beschrieben, vorstellbar und möglich sind. Der Solltemperatur-Befehl wird dann an eine Begrenzungs-Funktion 530, wie oben beschrieben, geleitet. In den beschriebenen Ausführungsbeispielen ist die Begrenzungs-Funktion 530 jedoch einfacher als die in 4. In diesem Beispiel, da die Begrenzungs-Funktion in dem temperaturgestützten äußeren Regelkreis 505 enthalten ist, kann die Begrenzungs-Funktion auf eine Höchsttemperatur und einen Gradienten für das Heizelement 223 der eDOC-Anordnung 219 vereinfacht werden, um eine Solltemperatur für das Heizelement 223 bei Block 535 zu erreichen. Vorteilhafterweise werden keine Einschränkungen bezüglich der Motortemperaturen im ICE-Betrieb und Abgasstrom benötigt.
  • Vorteilhafterweise kann mit dieser Steuerungstopologie die erforderliche Höchstleistung (zur Erzeugung einer ausreichenden Erwärmung), aufgrund der Unterschiede in der Reaktionszeit, genauer angewendet werden. Durch eine direktere Steuerung der Leistung, die an das Heizelement 223 der eDOC-Anordnung 219 geliefert wird, mit höherem dynamischem Leistungsvermögen, kann gewährleistet werden, dass eine verbesserte Temperaturreaktion für das Emissionssteuerungssystem bereitgestellt wird, ohne dabei die Spezifikationen und Leistungsfähigkeit des Heizelements 223 zu überschreiten und mögliche Beschädigungen zu verhindern. Beispielsweise wird, unter Bedingungen eines geringen oder Null-Abgasstroms, die dem Heizelement 223 zugeführte Leistung direkt gesteuert und die zuvor beschriebenen Begrenzungen werden vermieden. In einem weiteren Beispiel kann bei einem Kaltstart der Regelkreis nun betrieben werden, um die Leistung bereitzustellen, die erforderlich ist, um bei Bedarf die gewünschten Temperaturen mit der langsameren Temperatur-Regelschleife zu erreichen und sicherzustellen, dass die Vorrichtungs-Beschränkungen nicht überschritten werden. Die Steuerung des Heizelements 223 der eDOC-Anordnung 219 ist nun zu einem dynamischeren Betrieb in der Lage (über nur den stationären Betrieb des Diesel-ICE 24 hinaus). Als solches wird die Leistung während der Übergangsphasen des Motorbetriebs verbessert.
  • In Bezug auf die Hardware-Architektur kann eine derartige Rechenvorrichtung einen Prozessor, Speicher und eine oder mehrere Ein- und/oder Ausgabeschnittstellen (E/A) beinhalten, die über eine lokale Schnittstelle kommunikativ gekoppelt sind. Die lokale Schnittstelle kann beispielsweise einen oder mehrere Busse und/oder andere drahtgebundene oder drahtlose Verbindungen beinhalten, ohne darauf beschränkt zu sein. Die lokale Schnittstelle kann zusätzliche Elemente aufweisen, die der Einfachheit halber weggelassen werden, wie beispielsweise Steuerung, Puffer (Zwischenspeicher), Treiber, Repeater und Empfänger, um die Kommunikation zu ermöglichen. Darüber hinaus kann die lokale Schnittstelle Adress-, Steuer- und/oder Datenverbindungen beinhalten, um eine angemessene Kommunikation zwischen den vorgenannten Komponenten zu ermöglichen.
  • Wenn die Rechenvorrichtung in Betrieb ist, kann der Prozessor so konfiguriert sein, dass er die im Speicher gespeicherte Software ausführt, Daten zum und vom Speicher übermittelt und die Funktionen der Rechenvorrichtung im Allgemeinen gemäß der Software steuert. Software im Speicher, ganz oder teilweise, wird durch den Prozessor gelesen, eventuell im Prozessor gepuffert und dann ausgeführt. Der Prozessor kann eine Hardwarevorrichtung zum Ausführen von Software sein, insbesondere von im Speicher gespeicherter Software. Der Prozessor kann eine Spezialanfertigung oder ein handelsüblicher Prozessor sein, eine Zentraleinheit (CPU), ein Hilfsprozessor unter mehreren Prozessoren verbunden mit der Rechenvorrichtung, ein Mikroprozessor auf Halbleiterbasis (in Form eines Mikrochips oder Chipsatzes), oder allgemein eine Vorrichtung zur Ausführung der Software.
  • Der Speicher kann ein beliebiges oder eine Kombination von flüchtigen Speicherelementen (z. B. Arbeitsspeicher (RAM, wie DRAM, SRAM, SDRAM, VRAM, usw.)) und/oder nichtflüchtigen Speicherelementen (z. B. ROM, Festplatte, Band, CD-ROM, usw.) beinhalten. Darüber hinaus kann der Speicher elektronische, magnetische, optische oder andere Arten von Speichermedien enthalten. Zu beachten ist, dass der Speicher auch eine verteilte Architektur aufweisen kann, wobei verschiedene Komponenten voneinander entfernt liegen, auf die jedoch der Prozessor zugegriffen kann.
  • Die Software im Speicher kann ein oder mehrere separate Programme beinhalten, von denen jede eine geordnete Auflistung von ausführbaren Anweisungen zum Implementieren von logischen Funktionen beinhaltet. Eine als Software verkörperte Systemkomponente kann auch als Quellprogramm, ausführbares Programm (Objektcode), Skript oder jede andere Einheit mit einem Satz von auszuführenden Anweisungen ausgelegt werden. Bei der Konstruktion als Quellprogramm wird das Programm über einen Compiler, Assembler, Interpreter oder dergleichen übersetzt, der im Speicher enthalten sein kann oder nicht.
  • Zu beachten ist, dass 4 und 5 die Architektur, Funktionalität und/oder den Betrieb einer möglichen Implementierung der Software darstellen. In dieser Hinsicht kann einer oder mehrere der Blöcke ein Modul, ein Segment oder einen Abschnitt eines Codes darstellen, der zum Implementieren der spezifizierten logischen Funktion(en) einen oder mehrere ausführbare Befehle umfasst. Zudem ist anzumerken, dass in einigen alternativen Implementierungen die in dem Block erwähnten Funktionen möglicherweise nicht in der angegebenen Reihenfolge auftreten. So können beispielsweise zwei nacheinander dargestellte Blöcke tatsächlich im Wesentlichen gleichzeitig ausgeführt werden, bzw. die Blöcke können je nach der jeweiligen Funktionalität zum Teil in umgekehrter Abfolge ausgeführt werden.
  • Es ist zu beachten, dass jede der hierin beschriebenen Funktionen in jedem computerlesbaren Medium zur Verwendung durch oder in Verbindung mit einem Anweisungen ausführenden System, einem Gerät oder einer Vorrichtung, wie beispielsweise einem computergestützten System, einem Prozessor enthaltenden System oder einem anderen System, das die Anweisungen von dem Anweisungen ausführenden System, dem Gerät oder der Vorrichtung abrufen und ausführen kann, enthalten sein kann. Im Kontext dieses Dokuments enthält ein „computerlesbares Medium“ das Speichern, Übermitteln, Verbreiten und/oder Transportieren des Programms zur Verwendung durch oder in Verbindung mit dem Anweisungen ausführenden System, Gerät oder Vorrichtung. Das computerlesbare Medium kann beispielsweise ein elektronisches, magnetisches, optisches, elektromagnetisches, Infrarot- oder Halbleitersystem, -gerät oder -vorrichtung sein. Spezifischere Beispiele (eine nicht erschöpfende Liste) für ein computerlesbares Medium sind eine tragbare Computerdiskette (magnetisch), ein Direktzugriffsspeicher (RAM) (elektronisch), ein Nur-Lese-Speicher (ROM) (elektronisch), ein löschbarer programmierbarer Nur-Lese-Speicher (EPROM oder Flash-Speicher) (elektronisch) und ein tragbarer Nur-Lese-Speicher (CD-ROM) (optisch).
  • Die hier verwendete Terminologie dient ausschließlich der Beschreibung bestimmter exemplarischer Ausführungsformen und soll in keiner Weise einschränkend sein. Wie hierin verwendet, sollen die Singularformen „ein/eine“ und „der/die/das“ auch die Pluralformen beinhalten, sofern der Kontext dies nicht klar ausschließt. Die Begriffe „umfasst“, „beinhaltet“, „enthält“, „aufweist“, „verfügt über“, „ausgestattet mit“, „einschließlich“ und „hat“ sind nicht ausschließlich und geben daher das Vorhandensein der angegebenen Funktionen, ganzheitlichen Einheiten, Schritte, Vorgänge, Elemente und/oder Bauteile an, schließen aber nicht das Vorhandensein oder das Hinzufügen von weiteren Funktionen, ganzheitlichen Einheiten, Schritten, Vorgängen, Elementen, Bauteilen und/oder Gruppen hiervon aus.
  • Während die obige Offenbarung mit Bezug auf illustrative Ausführungsformen beschrieben wurde, werden Fachleute verstehen, dass unterschiedliche Änderungen vorgenommen und die einzelnen Teile durch entsprechende andere Teile 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 vorliegende Offenbarung nicht auf die speziellen offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist, aber alle Ausführungsformen beinhaltet, die in deren Umfang fallen.

Claims (10)

  1. Ein Emissionssteuerungssystem zum Behandeln von Abgas in einem Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor, das Emissionssteuerungssystem umfassend: eine elektrische Dieseloxidationskatalysatorvorrichtung (eDOC) in einem Abgasstrom; einen Temperatursensor an der eDOC-Vorrichtung und dafür konfiguriert, eine Temperatur des Abgases zu erfassen; und eine Steuerung, die konfiguriert ist, eine modellgestützte Steuerung der eDOC-Vorrichtung auszuführen, basierend auf einer dualen verschachtelten geschlossenen Regelkreis-Topologie mit einem inneren geschlossenen Regelkreis und einem äußeren geschlossenen Regelkreis; wobei der innere Regelkreis konfiguriert ist, die Leistung für die eDOC-Vorrichtung zu steuern; und wobei der äußere Regelkreis konfiguriert ist, die Temperatur der eDOC-Vorrichtung zu steuern.
  2. Das Emissionssteuerungssystem nach Anspruch 1, wobei der innere geschlossene Regelkreis einen virtuellen Sensor für die eDOC-Vorrichtung verwendet, in Reaktion auf mindestens eine Temperatur des Motors und einen Abgasstrom.
  3. Das Emissionssteuerungssystem nach Anspruch 1 oder 2, wobei der innere geschlossene Regelkreis eine Bandbreite von mindestens entweder höher als die äußere geschlossene Schleife, das Zweifache der äußeren geschlossenen Schleife, fünfmal die der äußeren geschlossenen Schleife und zehnmal die der äußeren geschlossenen Schleife aufweist.
  4. Das Emissionssteuerungssystem nach Anspruch 1-3, wobei die eDOC-Vorrichtung eine elektrische Heizung beinhaltet, die in einen Dieseloxidationskatalysator in einer einzelnen Packung integriert ist.
  5. Das Emissionssteuerungssystem nach einem der Ansprüche 1-4, ferner umfassend eine selektive katalytische Reduktionsvorrichtung (SCR) und einen NOx-Sensor, der sich nachgeschaltet im Abgas der SCR-Vorrichtung befindet.
  6. Das Emissionssteuerungssystem nach Anspruch 5, wobei die eDOC-Vorrichtung konfiguriert ist, mindestens entweder die eDOC-Vorrichtung, die DOC-Vorrichtung, einen Partikelfilter oder eine SCR-Vorrichtung zu regenerieren.
  7. Ein computerimplementiertes Verfahren zum Steuern einer elektrischen Oxidationskatalysatorvorrichtung (eDOC) eines Abgassystems eines Verbrennungsmotors, das Verfahren umfassend: das Messen einer Abgastemperatur im Zusammenhang mit der eDOC-Vorrichtung; das Ausführen einer modellgestützten Steuerung der eDOC-Vorrichtung, basierend auf einer dualen verschachtelten geschlossenen Regelkreis-Topologie mit einem inneren geschlossenen Regelkreis und einem äußeren geschlossenen Regelkreis: konfigurieren der inneren geschlossenen Schleife zur Steuerung einer Leistung, die für die eDOC-Vorrichtung benötigt wird; und konfigurieren der äußeren geschlossenen Schleife, um die Temperatur der eDOC-Vorrichtung zu steuern; und Erzeugen eines Befehls an die eDOC-Vorrichtung, basierend auf der Ausführung.
  8. Das Verfahren nach Anspruch 7, wobei der innere geschlossene Regelkreis eine Bandbreite von mindestens entweder höher als die äußere geschlossene Schleife, das Zweifache der äußeren geschlossenen Schleife, fünfmal die der äußeren geschlossenen Schleife und zehnmal die der äußeren geschlossenen Schleife aufweist.
  9. Das Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei mindestens entweder der innere geschlossene Regelkreis oder der äußere geschlossene Regelkreis konfiguriert sind, den Betrieb der eDOC-Vorrichtung, unabhängig vom Abgasstrom, zu erlauben.
  10. Das Verfahren nach Anspruch 7-9, ferner umfassend, mindestens entweder die eDOC-Vorrichtung, eine DOC-Vorrichtung, einen Partikelfilter oder eine SCR-Vorrichtung zu regenerieren.
DE102018126419.4A 2017-10-25 2018-10-23 Modellbasierte steuerung zur verwaltung der edoc-temperatur Withdrawn DE102018126419A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/793,316 2017-10-25
US15/793,316 US10288017B1 (en) 2017-10-25 2017-10-25 Model based control to manage eDOC temperature

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102018126419A1 true DE102018126419A1 (de) 2019-04-25

Family

ID=65996438

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102018126419.4A Withdrawn DE102018126419A1 (de) 2017-10-25 2018-10-23 Modellbasierte steuerung zur verwaltung der edoc-temperatur

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10288017B1 (de)
CN (1) CN109707493B (de)
DE (1) DE102018126419A1 (de)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11674422B2 (en) * 2021-03-31 2023-06-13 Cummins Emission Solutions Inc. System and method for controlling temperature of exhaust gas at inlet of selective catalytic reduction system

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5600947A (en) * 1995-07-05 1997-02-11 Ford Motor Company Method and system for estimating and controlling electrically heated catalyst temperature
DE19934932B4 (de) * 1999-07-26 2011-06-30 MAN Truck & Bus AG, 80995 Verfahren und Vorrichtung zur Abscheidung von Feinstpartikeln aus dem Abgas von Brennkraftmaschinen
US6904751B2 (en) * 2003-06-04 2005-06-14 Ford Global Technologies, Llc Engine control and catalyst monitoring with downstream exhaust gas sensors
JP4908759B2 (ja) * 2004-01-14 2012-04-04 ロベルト・ボッシュ・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング 排気ガス温度調節のための方法及び制御装置
US7195006B2 (en) * 2004-11-29 2007-03-27 Southwest Research Institute Exhaust gas recirculation system with control of EGR gas temperature
US20070125069A1 (en) * 2005-12-07 2007-06-07 Eric Storhok Temperature modified control set point for UEGO control during engine warm up
US8341945B2 (en) * 2009-07-01 2013-01-01 GM Global Technology Operations LLC Electrically heated particulate filter
CN101998501A (zh) * 2009-08-18 2011-03-30 中兴通讯股份有限公司 Harq失败指示方法、harq失败指示数据帧及服务节点b
US20120079813A1 (en) * 2010-10-05 2012-04-05 Gm Global Technology Operations, Inc. OPERATING METHODS FOR SELECTIVE CATALYTIC REDUCTION OF NOx
US8973349B2 (en) * 2011-06-06 2015-03-10 GM Global Technology Operations LLC Electronically heated hydrocarbon (HC) adsorber
US9217383B2 (en) * 2011-09-01 2015-12-22 GM Global Technology Operations LLC Imbalance re-synchronization control systems and methods
US8505282B2 (en) * 2011-09-09 2013-08-13 GM Global Technology Operations LLC Selective catalytic reduction (SCR) device control system
WO2013095214A1 (en) * 2011-12-23 2013-06-27 Volvo Lastvagnar Ab Exhaust aftertreatment system and method for operating the system
US10563606B2 (en) * 2012-03-01 2020-02-18 Ford Global Technologies, Llc Post catalyst dynamic scheduling and control
US8881504B2 (en) * 2012-07-27 2014-11-11 GM Global Technology Operations LLC System for providing power to an electrically heated catalyst
US8875501B2 (en) * 2012-09-15 2014-11-04 Caterpillar Inc. Power system for controlling phosphorus aging
US9644561B2 (en) * 2013-08-27 2017-05-09 Ford Global Technologies, Llc System and method to restore catalyst storage level after engine feed-gas fuel disturbance
JP6015684B2 (ja) * 2014-01-30 2016-10-26 株式会社デンソー 還元剤添加装置
US9359967B2 (en) * 2014-09-03 2016-06-07 Ford Global Technologies, Llc Method for identification of a threshold-level catalyst
CN106246301B (zh) * 2016-08-30 2019-07-05 潍柴动力股份有限公司 一种排气温度控制系统及控制方法
US10267202B2 (en) * 2016-10-04 2019-04-23 Ford Global Technologies, Llc Method and system for catalyst feedback control

Also Published As

Publication number Publication date
CN109707493A (zh) 2019-05-03
CN109707493B (zh) 2021-04-02
US10288017B1 (en) 2019-05-14
US20190120181A1 (en) 2019-04-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102008050169B4 (de) Anlage, Verfahren und Vorrichtung zum Steuern zu hoher Abgastemperaturen
DE102014105210B4 (de) System und Verfahren zum Reinigen von Abgas
DE102011117808B4 (de) Steuerverfahren zur regeneration eines partikelfilters
DE102018116590B4 (de) Emissionssteuerungssystem und abgassystem zum behandeln von abgas in einem kraftfahrzeug
DE102016118454B4 (de) System und Verfahren zur Änderung des Bereitstellungsdrucks eines Reduktionsmittels an Nachbehandlungssysteme
DE102015000955A1 (de) Systeme und Verfahren zur Minderung von NOx- und HC-Emissionen
DE102010035621B4 (de) Vorrichtung, System und Verfahren für eine Dieselabgasfluid-Erwärmungssteuerung
DE102014105043A1 (de) Elektrisch beheizter DOC unter Verwendung von NOx-Steuerungen während eines Kaltstarts mittels KW-SCR
EP2691621B1 (de) Verfahren zum zuführen von thermischer energie in ein in den abgasstrang einer brennkraftmaschine eingeschaltetes abgasreinigungsaggregat
DE102012001251A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur an-bord-überwachung der leistungsfähigkeit eines oxidationskatalysators
DE102007044610B4 (de) Verfahren zur Detektion der minimalen Öffnungszeit einer Reduktionsmittelzuführeinrichtung in einem Abgasnachbehandlungssystem mit einem SCR-Katalysator
DE102011112877A1 (de) Abgasnachbehandlungssystem und Betriebsverfahren
DE102012214891A1 (de) Steuervorrichtung für Temperaturauslenkungen innerhalb eines Abgasbehandlungssystems
DE102016119586A1 (de) Diagnose-oxidationskatalysator-vorrichtung mit kohlenwasserstoffspeicher
DE102014101479B4 (de) System und Verfahren zur Abgasnachbehandlung
DE112013003053T5 (de) Filterregeneration unter Verwendung von Filtertemperatur-Modulation
DE102018107862A1 (de) Abgasbehandlungssystem mit einem Ammoniakspeicher-Steuersystem
DE102013215525A1 (de) Leitsystem zum Zuführen von Luft und Abgasen zu einer Brennkraftmaschine hin und zum Abführen der von der Brennkraftmaschine erzeugten Abgase von der Brennkraftmaschine weg
DE102018127352A1 (de) Unterlauf der selektiven katalytischen reduktion mit stationärer ammoniakschlupferkennung mit positiver störung
DE102018006318A1 (de) Abgasreinigungsvorrichtung eines Motors, Fahrzeugmotor, welcher eine Abgasreinigungsvorrichtung enthält, und Verfahren zum Regeln bzw. Steuern eines Motors
DE102014018037A1 (de) Verfahren zur Ermittlung einer NOx-Verminderungsleistung einer in einer Abgasleitung eines Kraftfahrzeugverbrennungsmotors angeordneten NOx-Reduktionskatalysatoreinrichtung
DE112019007908T5 (de) Systeme und Verfahren zur virtuellen Bestimmung der Schwefelkonzentration in Kraftstoffen
DE102013113448A1 (de) Management einer Partikelfilterregneration
DE102018124274A1 (de) Verfahren zur entschwefelung von selektiven katalytischen reduktionsvorrichtungen
DE102018116591A1 (de) Selektive katalytische reduktions-ammoniakspeichersteuerung

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R082 Change of representative

Representative=s name: LKGLOBAL | LORENZ & KOPF PARTG MBB PATENTANWAE, DE

Representative=s name: LKGLOBAL ] LORENZ & KOPF PARTG MBB PATENTANWAE, DE

R082 Change of representative

Representative=s name: LKGLOBAL | LORENZ & KOPF PARTG MBB PATENTANWAE, DE

Representative=s name: LKGLOBAL ] LORENZ & KOPF PARTG MBB PATENTANWAE, DE

R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee