DE102019110783A1 - Verfahren zur stromversorgung mehrerer elektrischer heizungen mit einer einzelnen energiequelle - Google Patents

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Abstract

Ein Motorabgassystem beinhaltet einen Dieseloxidationskatalysator (DOC), der zum Aufnehmen der Motorabgase ausgelegt ist, eine erste elektrische Heizung, die mit dem DOC gekoppelt ist, und eine selektive katalytische Reduktions-(SCR)-Vorrichtung in Fluidverbindung mit dem DOC. Das Motorabgassystem beinhaltet ferner eine zweite elektrische Heizung, die mit dem DOC gekoppelt ist, eine Leistungsschaltersteuerung in elektronischer Verbindung mit der ersten elektrischen Heizung und der zweiten elektrischen Heizung und eine einzelne Energiequelle, die elektrisch mit der Leistungsschaltersteuerung, der ersten elektrischen Heizung und der zweiten elektrischen Heizung gekoppelt ist. Die Leistungsschaltersteuerung beinhaltet einen Schalter zum Steuern einer Leistungsverteilung zwischen der ersten elektrischen Heizung und der zweiten elektrischen Heizung in Abhängigkeit der Zeit.

Description

  • EINLEITUNG
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Verfahren zum Betreiben mehrerer elektrischer Heizungen eines Motorabgassystems mit einer einzigen Energiequelle.
  • Es ist wünschenswert, die Emissionen während des Betriebs eines Dieselmotors zu kontrollieren. Zu diesem Zweck beinhalten Motorabgassysteme Nachbehandlungskomponenten, um die Emissionen von Stickoxiden (NOx) und Kohlenwasserstoffen zu minimieren.
  • KURZDARSTELLUNG
  • Es ist sinnvoll, einige Nachbehandlungskomponenten, wie beispielsweise einen Dieseloxidationskatalysator (DOC), eine selektive katalytische Reduktion (SCR), einen Dieselpartikelfilter (DPF) oder einen Benzinpartikelfilter (GPF), zu erwärmen, um deren Wirkungsgrad zu optimieren. Die Erwärmung der Nachbehandlungskomponenten kann jedoch elektrische Energie aus mehreren Energiequellen (z. B. Batterien) erfordern. Dementsprechend ist es wünschenswert, die Anzahl der Energiequellen zu reduzieren (und damit die Hardwarekosten zu senken), indem mehrere elektrische Heizungen in einem Motorabgassystem mit einer einzigen Energiequelle (z. B. einer einzelnen Batterie) betrieben werden. Es ist möglich, eine einzelne Energiequelle in einem Motorabgassystem zu verwenden, da elektrische Heizanforderungen an verschiedenen Stellen zu unterschiedlichen Zeiten auftreten können. Der Spitzenleistungsbedarf reicht beispielsweise nur für einen kurzen Zeitraum nach einem Kaltstart des Motors. Nach dem Kaltstart des Motors können die Nachbehandlungskomponenten eine relativ geringe Leistung benötigen, um einen gewünschten Temperaturbereich aufrechtzuerhalten. Um eine Überhitzung zu vermeiden, weisen die elektrischen Heizungen in der Regel einen häufigen Ein- und Ausschaltzyklus auf. Die Aufwärmzeit (d. h. die Ein-/Ausschaltzeit) kann komfortabler und genauer geregelt werden als die Regelung der Leistungsaufnahme (d. h. der elektrischen Aufnahme), um bestimmte Leistungsanforderungen zu erfüllen. Durch die Änderung des Einschaltzeitverhältnisses zwischen verschiedenen elektrischen Heizelementen kann somit die gewünschte Leistungsverteilung zwischen mehreren elektrischen Heizelementen erreicht werden.
  • In einigen Ausführungsformen beinhaltet ein Motorabgassystem einen Dieseloxidationskatalysator (DOC), der zum Aufnehmen der Motorabgase ausgelegt ist, eine erste elektrische Heizung, die mit dem DOC gekoppelt ist, sodass die erste elektrische Heizung zum Erwärmen des DOC konfiguriert ist, und eine selektive katalytische Reduktions-(SCR)-Vorrichtung in Fluidverbindung mit dem DOC. Die SCR-Vorrichtung ist stromabwärts des DOC angeordnet, sodass die SCR-Vorrichtung so positioniert ist, dass sie die Abgase aus dem DOC aufnimmt. Das Motorabgassystem beinhaltet ferner eine zweite elektrische Heizung, die mit dem DOC gekoppelt ist, sodass die zweite elektrische Heizung zum Erwärmen der SCR-Vorrichtung ausgelegt ist, eine Leistungsschaltersteuerung in elektronischer Verbindung mit der ersten elektrischen Heizung und der zweiten elektrischen Heizung und eine einzige Energiequelle, die elektrisch mit der Leistungsschaltersteuerung, der ersten elektrischen Heizung und der zweiten elektrischen Heizung gekoppelt ist, sodass die einzige Energiequelle zum Zuführen eines elektrischen Stroms an die erste elektrische Heizung, die Leistungsschaltersteuerung und die zweite elektrische Heizung ausgelegt ist. Die Leistungsschaltersteuerung beinhaltet einen Schalter zum Steuern einer Leistungsverteilung zwischen der ersten elektrischen Heizung und der zweiten elektrischen Heizung in Abhängigkeit der Zeit. Die Leistungsschaltersteuerung kann programmiert werden, um zu bestimmen, ob der DOC basierend auf einer Temperatur des DOC zur Erwärmung bereit ist.
  • Die Leistungsschaltersteuerung ist programmiert, um zu bestimmen, ob der DOC als Reaktion auf das Bestimmen, dass die Temperatur des DOC innerhalb eines ersten vorbestimmten Temperaturbereichs liegt, zur Erwärmung bereit ist. Die Leistungsschaltersteuerung kann programmiert werden, um zu bestimmen, dass die SCR basierend auf einer Temperatur der SCR-Vorrichtung zur Erwärmung bereit ist. Die Leistungsschaltersteuerung kann programmiert werden, um zu bestimmen, dass die SCR als Reaktion auf das Bestimmen, dass die Temperatur der SCR-Vorrichtung innerhalb eines zweiten vorbestimmten Temperaturbereichs liegt und der zweite vorbestimmte Temperaturbereich von dem ersten vorbestimmten Temperaturbereich abweicht, zur Erwärmung bereit ist. Die Leistungsschaltersteuerung kann programmiert werden, um eine Motordrehzahl eines Dieselmotors, eine Motorlast des Dieselmotors und ein Energieniveau der einzelnen Energiequelle zu bestimmen, wobei die einzelne Energiequelle eine Batterie ist. Die Leistungsschaltersteuerung kann programmiert werden, um den Schalter auf Impulsstrom zwischen der ersten elektrischen Heizung und der zweiten elektrischen Heizung zu steuern, wenn bestimmt wird, dass der DOC zur Erwärmung bereit ist, die SCR-Vorrichtung zur Erwärmung bereit ist, die Motordrehzahl des Dieselmotors größer als ein vorgegebener Drehzahlschwellenwert ist, die Motorlast des Dieselmotors größer als ein vorgegebener Lastschwellenwert ist und das Energieniveau der einzelnen Energiequelle größer als ein vorgegebener Niveauschwellenwert ist. Die Leistungsschaltersteuerung kann programmiert werden, um den Schalter so zu steuern, dass er die elektrische Leistung zwischen der ersten elektrischen Heizung und der zweiten elektrischen Heizung pulsiert, indem er ein Einschaltzeitverhältnis zwischen der ersten elektrischen Heizung und der zweiten elektrischen Heizung einstellt, wobei das Einschaltzeitverhältnis zwischen der ersten elektrischen Heizung und der zweiten elektrischen Heizung definiert ist als eine Zeitspanne, in der die erste elektrische Heizung eingeschaltet wird, dividiert durch eine Zeitspanne, in der die zweite elektrische Heizung eingeschaltet wird. Die Leistungsschaltersteuerung kann programmiert werden, um den Schalter so zu steuern, dass er die elektrische Leistung zwischen der ersten elektrischen Heizung und der zweiten elektrischen Heizung pulsiert, sodass die erste elektrische Heizung nur ausgeschaltet ist, wenn die zweite elektrische Heizung eingeschaltet ist, und die zweite elektrische Heizung nur dann ausgeschaltet ist, wenn die erste elektrische Heizung eingeschaltet ist. Die Leistungsschaltersteuerung kann programmiert werden, um die erste elektrische Heizung auszuschalten, wenn bestimmt wird, dass der DOC nicht zur Erwärmung bereit ist, wobei die Leistungsschaltersteuerung programmiert ist, die zweite elektrische Heizung auszuschalten, wenn bestimmt wird, dass die SCR nicht zur Erwärmung bereit ist.
  • Die vorliegende Offenbarung beschreibt auch ein Fahrzeug mit einem Dieselmotor, der einen Motorabgasauslass und ein Motorabgassystem (wie vorstehend beschrieben) in Fluidverbindung mit dem Dieselmotorabgasauslass beinhaltet, sodass der Dieselmotor zur Aufnahme von Abgasen aus dem Dieselmotor ausgelegt ist.
  • Die vorliegende Offenbarung beschreibt auch ein Verfahren zum Steuern eines Motorabgassystems, beinhaltend: (a) Bestimmen, dass ein Dieseloxidationskatalysator (DOC) basierend auf einer Temperatur des DOC zur Erwärmung bereit ist, worin eine erste elektrische Heizung mit dem DOC gekoppelt ist, um den DOC zu erwärmen; (b) Bestimmen, dass eine Vorrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR) basierend auf einer Temperatur der SCR-Vorrichtung zur Erwärmung bereit ist, worin eine zweite elektrische Heizung mit der SCR-Vorrichtung gekoppelt ist, um die SCR-Vorrichtung zu erwärmen; und (c) Steuern, eine Leistungsschaltersteuerung, einen Schalter zum Impulsschalten der elektrischen Leistung zwischen der ersten elektrischen Heizung und der zweiten elektrischen Heizung als Reaktion auf das Bestimmen, dass der DOC zur Erwärmung bereit ist, die SCR-Vorrichtung zur Erwärmung bereit ist, eine Motordrehzahl eines Dieselmotors größer als ein vorgegebener Drehzahlschwellenwert ist, eine Motorlast des Dieselmotors größer als ein vorgegebener Lastschwellenwert ist und ein Energieniveau einer einzelnen Energiequelle größer als ein vorgegebener Schwellenwert ist, worin die einzelne Energiequelle sowohl mit der ersten elektrischen Heizung als auch mit der zweiten elektrischen Heizung elektrisch gekoppelt ist.
  • Die obigen Merkmale und Vorteile sowie weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Lehren ergeben sich leicht aus der folgenden detaillierten Beschreibung der besten Ausführungsarten der Lehren, wenn diese in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen genommen werden.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einem Dieselmotor und einem Motorabgassystem.
    • 2 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben mehrerer elektrischer Heizungen mit einer einzelnen Energiequelle.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • In Bezug auf die Zeichnungen, worin gleiche Bezugszahlen in allen Figuren gleichen oder ähnlichen Komponenten entsprechen, stellt 1 einen Abschnitt eines Fahrzeugs 10 mit einem Verbrennungsmotor 12 dar, wie beispielsweise einen Dieselmotor oder einen Benzinmotor. Der Verbrennungsmotor 12 weist einen Krümmer 14 mit einem Lufteinlass 16 auf. Die über den Lufteinlass 16 aufgenommene Frischluft 20 wird im Verbrennungsmotor 12 verbrannt. Der Verbrennungsmotor 12 beinhaltet auch einen Motorabgasauslass 18. Nach der Verbrennung im Verbrennungsmotor 12 verlassen die Abgase 22 den Verbrennungsmotor 12 durch den Motorabgasauslass 18. Das Fahrzeug 10 beinhaltet ferner ein Motorabgassystem 24 in Fluidverbindung mit dem Verbrennungsmotor 12 über den Motorabgasauslass 18. Somit strömen die Abgase 22 während des Betriebs vom Verbrennungsmotor 12 zum Abgassystem 24 des Dieselmotors. Insbesondere beinhaltet das Abgassystem 24 des Dieselmotors eine Abgasrohranordnung 26. Die Abgasrohranordnung 26 beinhaltet einen Montageeinlass 28, der zum Aufnehmen der Motorabgase 22 vom Verbrennungsmotor 12 durch den Motorabgasauslass 18 ausgelegt ist. Darüber hinaus beinhaltet die Abgasrohranordnung 26 Rohrsegmente und einen Montageauslass 30, der es den Abgasen 22 ermöglicht, aus dem Abgassystem 24 des Dieselmotors auszutreten.
  • Unter fortgesetzter Bezugnahme auf 1 beinhaltet das Motorabgassystem 24 einen Dieseloxidationskatalysator (DOC) 34, der stromabwärts im Abgasstrom 22 vom Montageeinlass 28 und dem Verbrennungsmotor 12 angeordnet ist. In der vorliegenden Offenbarung bezeichnet der Begriff „Dieseloxidationskatalysator (DOC)“ eine Nachbehandlungskomponente, die so konzipiert ist, dass sie Kohlenmonoxid (CO) und Kohlenwasserstoffe in Kohlendioxid (CO2) und Wasser umwandelt. In der abgebildeten Ausführungsform ist der DOC 34 eine Durchflussvorrichtung, die ein Gehäuse (als Kanister) beinhaltet, das ein Substrat enthält (das eine Wabenstruktur sein kann). Das Substrat im DOC 34 kann mit einem aktiven Katalysatormaterial beschichtet werden. Das aktive Katalysatormaterial kann beispielsweise Platingruppenmetalle beinhalten. Der DOC 34 behandelt die Abgase 22, um Stickoxid (NO), Kohlenmonoxid (CO) und/oder Kohlenwasserstoffe (HC) im Abgas 22 zu reduzieren. Der DOC 34 wandelt einen Prozentsatz der Stickoxide (NOx) im Abgas 22 in Stickstoff (N2) und Kohlendioxid (CO2) oder Wasser (H2O) um, oxidiert einen Prozentsatz des Kohlenmonoxids (CO) zu Kohlendioxid (CO2), oxidiert einen Prozentsatz der unverbrannten Kohlenwasserstoffe (HC) zu Kohlendioxid (CO2) und Wasser (H2O) und oxidiert Stickoxid (NO) zu Stickstoffdioxid (NO2).
  • Der DOC 34 ist stromaufwärts im Abgasstrom 22 einer Diesel-Abgas-(DEF)-Einspritzdüse 40, die in einem Abgasrohrsegment der Abgasrohranordnung 26 angeordnet ist. Die DEF-Einspritzdüse 40 nimmt DEF von einer DEF-Quelle 42 auf und spritzt das DEF direkt in den Strom der Abgase 22 ein. Die DEF-Quelle 42 kann ein Tank mit DEF sein. Das DEF kann, ist aber nicht darauf beschränkt, eine Mischung aus Harnstoff und Wasser sein. Alternativ kann das DEF wasserfreies Ammoniak oder wässriges Ammoniak sein. Bei Erwärmung durch die Abgase 22, verdampft und zerfällt der wässrige Harnstoff zu Ammoniak (NH3) und Kohlendioxid (CO2). Die DEF-Einspritzdüse 40 spritzt das DEF unmittelbar stromaufwärts eines Abgasmischers (nicht dargestellt) in den Abgasstrom 22 ein. Dieser Abgasmischer mischt das eingespritzte DEF mit den Abgasen 22.
  • Das Motorabgassystem 24 beinhaltet weiterhin eine erste Vorrichtung 52 zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR). Die erste SCR-Vorrichtung 52 beinhaltet ein Substrat mit einem metallischen Katalysator. Das Substrat kann eine Wabenstruktur sein. Die Oberflächen des Substrats der ersten SCR-Vorrichtung 52 können mit dem metallischen Katalysator beschichtet werden. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann der metallische Katalysator ein Edelstahl mit hoher Betriebstemperatur und langer Lebensdauer sein. Der metallische Katalysator kann beispielsweise eine Folie aus Eisen-Chrom-Aluminium (FeCrAl) sein. Die erste SCR-Vorrichtung 52 ist stromabwärts des DOC 34 angeordnet. Somit ist die erste SCR 52 so ausgelegt, dass sie die aus dem DOC 34 austretenden Abgase 22 aufnimmt. Die erste SCR-Vorrichtung 52 kann als selektiver Katalysator-Reduktionsfilter (SCRF) ausgelegt sein. Der SCRF weist ein Substrat auf, das ein Filter mit einem selektiven Reduktionskatalysator ist, der auf den Filter aufgebracht ist.
  • Das Motorabgassystem 24 beinhaltet ferner eine zweite SCR-Vorrichtung 64, die stromabwärts im Strom der Abgase 22 der ersten SCR-Vorrichtung 52 und stromaufwärts vom Montageauslass 30 angeordnet ist. Die zweite SCR-Vorrichtung 64 beinhaltet ein Substrat mit einem metallischen Katalysator. Das Substrat kann eine Wabenstruktur sein. Die Oberflächen des Substrats der zweiten SCR-Vorrichtung 64 können mit dem metallischen Katalysator beschichtet werden. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann der metallische Katalysator ein Edelstahl mit hoher Betriebstemperatur und langer Lebensdauer sein. Der metallische Katalysator kann beispielsweise eine Folie aus Eisen-Chrom-Aluminium (FeCrAl) sein.
  • Das Motorabgassystem 24 beinhaltet eine erste elektrische Heizung 60, die direkt mit dem DOC 34 gekoppelt ist. Somit ist die erste elektrische Heizung 60 zum Erwärmen des DOC ausgelegt. Insbesondere ist die erste elektrische Heizung 60 zum Erwärmen des metallischen Katalysators des DOC ausgelegt. Es ist vorgesehen, dass die erste elektrische Heizung 60 im gleichen Gehäuse untergebracht werden kann wie der DOC 34. Die Energiezufuhr der ersten elektrischen Heizung 60 kann durch eine Leistungsschaltersteuerung 61 gesteuert werden, die einen oder mehrere Schalter 63 basierend auf der erfassten Temperatur und anderen Motorbetriebsparametern steuert. Da der DOC 34 einen metallischen Katalysator beinhaltet, erwärmt sich dieser metallische Katalysator schnell, um den Wirkungsgrad der ersten SCR-Vorrichtung 52 zu erhöhen, selbst wenn die Abgastemperatur relativ niedrig ist, wie beispielsweise nach einem Kaltstart des Motors. In der vorliegenden Offenbarung bezeichnet der Begriff „Kaltstart des Motors“ einen Start des Verbrennungsmotors 12, nachdem der Verbrennungsmotor 12 für eine vorbestimmte Zeitspanne abgeschaltet war, während der das Fahrzeug 10 nicht in Betrieb war. Das Motorabgassystem 24 beinhaltet ferner eine zweite SCR-Vorrichtung 64, die stromabwärts im Strom der Abgase 22 der ersten SCR-Vorrichtung 52 und stromaufwärts des Montageauslasses 30 angeordnet ist. Das Motorabgassystem 24 beinhaltet ferner eine zweite elektrische Heizung 65, die direkt mit der ersten SCR-Vorrichtung 52 gekoppelt ist. Somit ist die zweite elektrische Heizung 52 zum Erwärmen der SCR-Vorrichtung 52 ausgelegt. Insbesondere ist die zweite elektrische Heizung 65 zum Erwärmen des metallischen Katalysators der ersten SCR-Vorrichtung 52 ausgelegt. Es ist vorgesehen, dass die zweite elektrische Heizung 65 im gleichen Gehäuse untergebracht werden kann wie die erste SCR 52. Die Energiezufuhr der zweiten elektrischen Heizung 65 kann durch die Leistungsschaltersteuerung 61 gesteuert werden, die einen oder mehrere Schalter 63 basierend auf der erfassten Temperatur und anderen Motorbetriebsparametern steuert. Da die erste SCR-Vorrichtung 52 einen metallischen Katalysator beinhaltet, erwärmt sich dieser metallische Katalysator schnell, um den Wirkungsgrad der ersten SCR-Vorrichtung 52 zu erhöhen, selbst wenn die Abgastemperatur relativ niedrig ist, wie beispielsweise nach einem Kaltstart des Motors. Obwohl die Figuren die erste elektrische Heizung 60 und die zweite elektrische Heizung 65 veranschaulichen, kann das Motorabgassystem 24 mehr als zwei elektrische Heizungen beinhalten.
  • Das Motorabgassystem 24 beinhaltet die Leistungsschaltersteuerung 61 und eine einzelne Energiequelle 66, wie beispielsweise eine Batterie. In der vorliegenden Offenbarung bezeichnet der Begriff „Energiequelle“ eine Vorrichtung, wie beispielsweise eine Batterie, die in der Lage ist, andere Komponenten, wie beispielsweise die erste elektrische Heizung 60 und die zweite elektrische Heizung 65, elektrisch mit Energie zu versorgen. Die Leistungsschaltersteuerung 61 ist mit der einzelnen Energiequelle 66 gekoppelt (z. B. elektronisch verbunden). Somit ist die Leistungsschaltersteuerung 61 zum Steuern der Leistungsverteilung sowohl zur ersten elektrischen Heizung 60 als auch zur zweiten elektrischen Heizung 65 ausgelegt. Steuerung, Steuermodul, Modul, Steuereinheit, Prozessor und ähnliche Begriffe beziehen sich auf eine oder mehrere Kombinationen einer oder mehrerer anwendungsspezifischer integrierter Schaltungen (ASIC), zentrale Verarbeitungseinheiten (vorzugsweise Mikroprozessoren) und dazugehörige Arbeits- und Datenspeicher (Lesespeicher, programmierbare Lesespeicher, Direktzugriffsspeicher, Festplattenlaufwerke, usw.), die ein oder mehrere Software- oder Firmware-Programme oder Routinen, kombinatorische Logikschaltung(en), Eingangs-/Ausgangsschaltung(en) und - geräte, entsprechende Signal-Konditionierungs- und Pufferschaltungen ausführen, sowie weitere Komponenten, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen, einschließlich Datenspeicherung und Datenanalyse. Software, Firmware, Programme, Befehle, Steuerungsroutinen, Code, Algorithmen und ähnliche Begriffe beziehen sich auf sämtliche von einer Steuereinheit ausführbaren Befehlssätze, wie z. B. Kalibrierungen und Wertetabellen. Die Kommunikation zwischen Steuerungen untereinander und die Kommunikation von Steuereinheiten mit Stellgliedern und/oder Sensoren kann über eine direkte drahtgestützte Verbindung, einen vernetzten Kommunikationsbus, eine drahtlose Verbindung oder einer anderen geeignete Kommunikationsverbindung werden. Kommunikationsinhalte beinhalten das Austauschen von Datensignalen auf jede beliebige geeignete Art. Hierzu zählen unter anderem z. B. auch elektrische Signale über ein leitfähiges Medium, elektromagnetische Signale über die Luft, optische Signale über Lichtwellenleiter und dergleichen. Die Leistungsschaltersteuerung 61 steht in elektronischer Verbindung mit der ersten elektrischen Heizung 60 und der zweiten elektrischen Heizung 65, um die elektrische Energieversorgung der ersten elektrischen Heizung 60 und der zweiten elektrischen Heizung 65 zu steuern. Die einzelne Energiequelle 66 (z. B. Batterie) steht in elektronischer Verbindung mit der Leistungsschaltersteuerung 61. Daher ist die Leistungsschaltersteuerung 61 programmiert, um das Energieniveau der einzelnen Energiequelle 66 basierend auf einem von der einzelnen Energiequelle 66 empfangenen Signal zu bestimmen.
  • Die einzelne Energiequelle 66 ist elektrisch mit der Leistungsschaltersteuerung 61, der ersten elektrischen Heizung 60 und der zweiten elektrischen Heizung 65 gekoppelt. Somit ist die einzelne Energiequelle 66 konfiguriert, um die erste elektrische Heizung 60, die Leistungsschaltersteuerung 61 und die zweite elektrische Heizung 65 mit elektrischem Strom zu versorgen. Keine andere Energiequelle liefert elektrischen Strom für die erste elektrische Heizung 60 und die zweite elektrische Heizung 65. Die Leistungsschaltersteuerung 61 ist konfiguriert, um den Schalter 63 zum Einstellen der Leistungsverteilung zwischen der ersten elektrischen Heizung 60 und der zweiten elektrischen Heizung 65 in Abhängigkeit von der Zeit T zu steuern, wie schematisch in Feld 68 veranschaulicht. Feld 68 veranschaulicht, wie der Leistungsschalter 61 die erste elektrische Heizung 60 einschaltet (während er gleichzeitig die zweite elektrische Heizung 65 ausschaltet) und dann zu einem anderen Zeitpunkt die zweite elektrische Heizung 65 einschaltet und gleichzeitig die erste elektrische Heizung 60 ausschaltet. Die ersten Felder T60 stellen diskrete Zeiträume dar, in denen die erste elektrische Heizung 60 eingeschaltet ist, während gleichzeitig die zweite elektrische Heizung 65 ausgeschaltet ist. Die zweiten Felder T65 stellen diskrete Zeiträume dar, in denen die zweite elektrische Heizung 65 eingeschaltet ist, während gleichzeitig die erste elektrische Heizung 60 ausgeschaltet ist. Durch Betätigen des Schalters 63 ist die Leistungsschaltersteuerung 61 in der Lage, die elektrische Leistungsverteilung zwischen der ersten elektrischen Heizung 60 und der zweiten elektrischen Heizung 65 zu steuern. Insbesondere steuert die Leistungsschaltersteuerung 61 das Betätigen des Schalters 63, um die Leistungsverteilung zwischen der ersten elektrischen Heizung 60 und der zweiten elektrischen Heizung 65 in Abhängigkeit von der Zeit T zu steuern.
  • Das Motorabgassystem 24 beinhaltet einen ersten Temperatursensor 70, der zum Bestimmen (oder zumindest Schätzen) der Temperatur des DOC 34 ausgelegt ist. Dementsprechend kann der erste Temperatursensor 70 direkt oder indirekt mit dem DOC 34 gekoppelt sein. In der dargestellten Ausführungsform ist der erste Temperatursensor 70 direkt mit einem Abgasrohrsegment der Abgasrohranordnung 26 gekoppelt, das stromaufwärts des DOC 34 angeordnet ist. Der erste Temperatursensor 70 kann indirekt die Temperatur des DOC 34 bestimmen, indem er die Temperatur der Abgase 22 stromaufwärts des DOC 34 und stromabwärts des Motors 12 misst. Der erste Temperatursensor 70 steht in elektronischer Verbindung mit der Leistungsschaltersteuerung 61. Daher ist die Leistungsschaltersteuerung 61 dazu ausgelegt, die Temperatur des DOC 34 basierend auf dem vom ersten Temperatursensor 70 empfangenen Signal zu bestimmen. Das Motorabgassystem 24 kann zusätzlich einen zweiten Temperatursensor 72 beinhalten, der dazu ausgelegt ist, die Temperatur der ersten SCR-Vorrichtung 52 zu bestimmen (oder zumindest zu schätzen). Dementsprechend kann der zweite Temperatursensor 72 direkt oder indirekt mit der ersten SCR-Vorrichtung 52 gekoppelt sein. In der dargestellten Ausführungsform ist der zweite Temperatursensor 72 direkt mit einem Abgasrohrsegment der Abgasrohranordnung 26 gekoppelt, das stromabwärts des DOC 34 und stromaufwärts der ersten SCR-Vorrichtung 52 angeordnet ist. Der zweite Temperatursensor 72 kann indirekt die Temperatur der ersten SCR-Vorrichtung 52 bestimmen, indem er die Temperatur der Abgase 22 stromaufwärts der ersten SCR-Vorrichtung 52 und stromabwärts des DOC 34 misst. Der zweite Temperatursensor 72 steht in elektronischer Verbindung mit der Leistungsschaltersteuerung 61. Daher ist die Leistungsschaltersteuerung 61 so ausgelegt, dass sie die Temperatur der ersten SCR-Vorrichtung 52 basierend auf dem vom zweiten Temperatursensor 72 empfangenen Signal bestimmt
  • Das Motorabgassystem 24 kann ferner einen DEF-Speichersensor 74 beinhalten, der mit der DEF-Quelle 42 gekoppelt ist, um die in der DEF-Quelle 42 gespeicherte Menge an DEF zu messen. Der DEF-Speichersensor 74 kann beispielsweise einen Schwimmerhebel beinhalten, der erkennt, wenn der DEF-Speicherstand unter einem vorgegebenen Schwellenwert liegt. Der DEF-Speichersensor 74 steht in elektronischer Verbindung mit der Leistungsschaltersteuerung 61. Dementsprechend ist die Leistungsschaltersteuerung 61 dazu ausgelegt, die in der DEF-Quelle 42 gespeicherte Menge an DEF (d. h. den DEF-Speicherpegel) basierend auf einem vom DEF-Speichersensor 74 empfangenen Signal zu bestimmen.
  • Das Motorabgassystem 24 kann einen Stickoxid-(NOx)-Sensor 76 beinhalten, der zum Messen der Konzentration von NOx in den Abgasen 22 ausgelegt ist. Der NOx-Sensor kann direkt mit einem Abgasrohrsegment der Abgasrohranordnung 26 gekoppelt werden. So kann beispielsweise der NOx-Sensor 76 mit einem Abgasrohrsegment der Abgasrohranordnung 26 gekoppelt werden, das stromabwärts der zweiten SCR-Vorrichtung 64 angeordnet ist. Der NOx-Sensor 76 steht in elektrischer Verbindung mit der Leistungsschaltersteuerung 61. Dementsprechend ist die Leistungsschaltersteuerung 61 dazu ausgelegt, die NOx-Konzentration in den Abgasen 22 basierend auf einem vom NOx-Sensor 76 empfangenen Signal zu bestimmen.
  • Das Dieselabgas-Motorsystem 24 kann ferner einen Abgas-Sauerstoffsensor (UEGO) 78 beinhalten, der zum Messen der Sauerstoffkonzentration in den Abgasen 22 ausgelegt ist. Das UEGO 78 kann direkt mit einem Abgasrohrsegment der Abgasrohranordnung 26 gekoppelt werden, das stromaufwärts des DOC 34 angeordnet ist, um die Sauerstoffkonzentration des stromaufwärts des DOC 34 strömenden Abgases 22 zu messen. Die Leistungsschaltersteuerung 61 steht in elektronischer Verbindung mit dem UEGO 78. Dementsprechend ist die Leistungsschaltersteuerung 61 dazu ausgelegt, die Sauerstoffkonzentration der Abgase 22 basierend auf einem Signal des UEGO 78 zu bestimmen. Weiterhin ist die Leistungsschaltersteuerung 61 so programmiert, dass sie die Kohlenmonoxid-(CO)-Konzentration und die Kohlenwasserstoff-(HC)-Konzentration in den Abgasen 22, die stromaufwärts des DOC 34 strömen, basierend auf der gemessenen Sauerstoffkonzentration und einer vorgegebenen Kraftstoffkarte bestimmt.
  • Das Fahrzeug 10 beinhaltet ferner ein Motorsteuergerät (ECU) 80 in elektronischer Verbindung mit der Leistungsschaltersteuerung 61 und dem Verbrennungsmotor 12. Das ECU 80 ist zum Steuern des Verbrennungsmotors 12 programmiert. Weiterhin ist das ECU 80 programmiert, um die Motorlast und die Motordrehzahl basierend auf den Signalen des Verbrennungsmotors 12 zu bestimmen. Darüber hinaus ist das ECU 80 programmiert, um die Motordrehzahl und die Motorlast an die Leistungsschaltersteuerung 61 zu übermitteln. Somit ist die Leistungsschaltersteuerung 61 programmiert, um die Motordrehzahl und die Motorlast des Verbrennungsmotors 12 basierend auf den von der ECU 80 empfangenen Signalen zu bestimmen. Neben der Zeit kann das Anpassen der Leistungsverteilung zwischen der ersten elektrischen Heizung 60 und der zweiten elektrischen Heizung 65 auch basierend auf den Wärmeanforderungen erfolgen, die das ECU 80 an die Leistungsschaltersteuerung 61 übermittelt. Das ECU 80 kann diesen Wärmebedarf basierend auf den Betriebsbedingungen des Motors, wie beispielsweise der Motorlast und der Motordrehzahl, bestimmen.
  • 2 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens 100 zum Steuern der ersten elektrischen Heizung 60 und der zweiten elektrischen Heizung 65 mit der einzelnen Energiequelle 66. Die Leistungsschaltersteuerung 61 ist speziell programmiert, um das Verfahren 100 auszuführen. Das Verfahren 100 beginnt bei Block 102, was das Bestimmen beinhaltet, ob der DOC 34 basierend auf der Temperatur des DOC 34, der CO-Konzentration in den Abgasen 22, die in den DOC 34 eintreten, und/oder der HC-Konzentration in den Abgasen 22, die in den DOC 34 eintreten, zur Erwärmung bereit ist. Bei Block 102 bestimmt die Leistungsschaltersteuerung 61 die Temperatur des DOC 34, basierend beispielsweise auf dem vom ersten Temperatursensor 70 empfangenen Signal. Weiterhin kann die Leistungsschaltersteuerung 61 an dieser Stelle die CO-Konzentration in den Abgasen 22, die in den DOC 34 eintreten, basierend auf der vom UEGO 78 gemessenen Sauerstoffkonzentration und der auf der Leistungsschaltersteuerung 61 gespeicherten vorgegebenen Kraftstoffkarte bestimmen. Ebenso kann die Leistungsschaltersteuerung 61 bei Block 102 die HC-Konzentration in den Abgasen 22, die in den DOC 34 eintreten, bestimmen. Bei Block 102 kann die Leistungsschaltersteuerung 61 bestimmen, dass der DOC 34 als Reaktion auf das Bestimmen wie folgt erwärmbar ist: (a) dass die Temperatur des DOC 34 innerhalb eines ersten vorbestimmten Temperaturbereichs liegt; (b) dass die CO-Konzentration der in den DOC 34 eintretenden Abgase 22 größer als ein vorgegebener CO-Schwellenwert ist, und/oder (c) dass die HC-Konzentration der in den DOC 34 eintretenden Abgase 22 größer als ein vorgegebener HC-Schwellenwert ist. Wenn der DOC 34 nicht bereit ist zum Erwärmen, fährt das Verfahren 100 mit Block 104 fort. Bei Block 104 deaktiviert die Leistungsschaltersteuerung 61 die erste elektrische Heizung 60, wenn bestimmt wird, dass der DOC 34 nicht zum Erwärmen bereit ist. Wenn der DOC 34 bereit ist zum Erwärmen, fährt das Verfahren 100 mit Block 106 fort.
  • Bei Block 106 bestimmt die Leistungsschaltersteuerung 61, ob die erste SCR-Vorrichtung 52 basierend auf der Temperatur der ersten SCR-Vorrichtung 52, der NOx-Konzentration in den Abgasen 22 und/oder dem DEF-Speicherniveau in der DEF-Quelle 42 zur Erwärmung bereit ist. An dieser Stelle bestimmt die Leistungsschaltersteuerung 61 die Temperatur der ersten SCR-Vorrichtung 52, basierend beispielsweise auf dem vom zweiten Temperatursensor 72 empfangenen Signal. Weiterhin bestimmt die Leistungsschaltersteuerung 61 bei Block 106 die NOx-Konzentration in den Abgasen 22, basierend beispielsweise auf dem vom NOx-Sensor 76 empfangenen Signal. Darüber hinaus bestimmt die Leistungsschaltersteuerung 61 bei Block 106 den DEF-Speicherstand in der DEF-Quelle 42, basierend beispielsweise auf dem vom DEF-Speichersensor 74 empfangenen Signal. Die Leistungsschaltersteuerung 61 bestimmt, dass die erste SCR-Vorrichtung 52 als Reaktion auf das Bestimmen zur Erwärmung bereit ist: (a) dass die Temperatur der ersten SCR-Vorrichtung 52 innerhalb eines zweiten vorbestimmten Temperaturbereichs liegt; (b) dass die NOx-Konzentration in den Abgasen 22 größer als ein vorgegebener NOx-Schwellenwert ist; und/oder (c) dass das DEF-Speicherniveau in der DEF-Quelle 42 (d. h. die in der DEF-Quelle 42 gespeicherte Menge an DEF) größer als ein vorgegebener DEF-Schwellenwert ist. Der zweite vorgegebene Temperaturbereich unterscheidet sich vom ersten vorgegebenen Temperaturbereich. Wenn die erste SCR-Vorrichtung 52 nicht bereit ist zum Erwärmen, fährt das Verfahren 100 mit Block 108 fort. Bei Block 108 deaktiviert die Leistungsschaltersteuerung 61 die zweite elektrische Heizung 52, wenn bestimmt wird, dass die erste SCR-Vorrichtung 65 nicht zum Erwärmen bereit ist. Wenn die erste SCR-Vorrichtung 52 bereit ist zum Erwärmen, fährt das Verfahren 100 mit Block 110 fort.
  • Bei Block 110 überprüft die Leistungsschaltersteuerung 61 den Motorarbeitspunkt. Insbesondere bestimmt die Leistungsschaltersteuerung 61 die Motordrehzahl des Verbrennungsmotors 12, die Motorlast des Verbrennungsmotors 12 und/oder das Energieniveau der einzelnen Energiequelle 66. Wie vorstehend erläutert, ist die Leistungsschaltersteuerung 61 programmiert, um die Motordrehzahl und die Motorlast aus den vom ECU 80 empfangenen Signalen zu bestimmen. Weiterhin ist die Leistungsschaltersteuerung 61 programmiert, um das Energieniveau der einzelnen Energiequelle 66 basierend auf einem von der einzelnen Energiequelle 66 empfangenen Signal zu bestimmen. Wenn die Motordrehzahl des Verbrennungsmotors 12 nicht größer als ein vorgegebener Drehzahlschwellenwert ist, die Motorlast des Verbrennungsmotors 12 nicht größer als ein vorgegebener Lastschwellenwert ist und/oder das Energieniveau der einzelnen Energiequelle 66 nicht größer als ein vorgegebener Schwellenwert ist, dann fährt das Verfahren 100 mit Block 112 fort. Bei Block 112 deaktiviert die Leistungsschaltersteuerung 61 sowohl die erste elektrische Heizung 60 als auch die zweite elektrische Heizung 65 als Reaktion auf das Bestimmen: (a) dass die Motordrehzahl des Verbrennungsmotors 12 nicht größer als ein vorgegebener Drehzahlschwellenwert ist; (b) die Motorlast des Verbrennungsmotors 12 nicht größer als ein vorgegebener Lastschwellenwert ist; und/oder (c) das Energieniveau der einzelnen Energiequelle 66 nicht größer als ein vorgegebener Schwellenwert ist. Wenn die Motordrehzahl des Verbrennungsmotors 12 größer als ein vorgegebener Drehzahlschwellenwert ist, die Motorlast des Verbrennungsmotors 12 größer als ein vorgegebener Lastschwellenwert ist und/oder das Energieniveau der einzelnen Energiequelle 66 größer als ein vorgegebener Schwellenwert ist, dann fährt das Verfahren 100 mit Block 114 fort.
  • Bei Block 114 steuert die Leistungsschaltersteuerung 61 den Schalter 63 auf Impulsstrom zwischen der ersten elektrischen Heizung 60 und der zweiten elektrischen Heizung 65 als Reaktion auf das Bestimmen, dass der DOC 34 zur Erwärmung bereit ist, die erste SCR-Vorrichtung 52 zur Erwärmung bereit ist, die Motordrehzahl des Dieselmotors größer als der vorgegebene Drehzahlschwellenwert ist, die Motorlast des Dieselmotors größer als der vorgegebene Lastschwellenwert ist und das Energieniveau der einzelnen Energiequelle größer als der vorgegebene Niveauschwellenwert ist. Um die elektrische Leistung zwischen der ersten elektrischen Heizung 60 und der zweiten elektrischen Heizung 65 zu pulsieren, stellt die Leistungsschaltersteuerung 61 ein Einschaltzeitverhältnis zwischen der ersten elektrischen Heizung 60 und der zweiten elektrischen Heizung 65 ein. In der vorliegenden Offenbarung bezeichnet der Begriff „das Einschaltzeitverhältnis zwischen der ersten elektrischen Heizung 60 und der zweiten elektrischen Heizung 65“ als eine Zeitspanne, in der die erste elektrische Heizung 60 eingeschaltet wird, dividiert durch eine Zeitspanne, in der die zweite elektrische Heizung 65 eingeschaltet wird. Es ist vorgesehen, dass zumindest in einigen Fällen die erste elektrische Heizung 60 nur dann eingeschaltet werden kann, wenn die zweite elektrische Heizung 65 ausgeschaltet ist. Ebenso wird in einigen Fällen die zweite elektrische Heizung 65 nur eingeschaltet, wenn die erste elektrische Heizung 60 ausgeschaltet ist. Bei Verwendung des Verfahrens 100 wird die Erwärmungszeit (z. B. Ein-/Ausschaltzeit) der ersten elektrischen Heizung 60 und der zweiten elektrischen Heizung 65 bequemer und genauer gesteuert als das Regeln der Leistungsaufnahme (d. h. des elektrischen Stroms), um einen bestimmten Leistungsbedarf zu decken. Durch Ändern des Einschaltzeitverhältnisses zwischen der ersten elektrischen Heizung 60 und der zweiten elektrischen Heizung 65 wird die gewünschte Leistungsverteilung erreicht. Durch die Verwendung des Verfahrens 100 kann die Gesamtkohlenwasserstoff- (THC) und NOx-Emission bei gleichem Energieverbrauch im Vergleich zu einem System mit zwei Energiequellen reduziert werden. Ebenso wird durch die Verwendung des Verfahrens 100 ein geringerer Energieverbrauch bei gleicher Emissionsleistung im Vergleich zu einem System mit zwei Energiequellen erreicht. Die Einstellung des Einschaltzeitverhältnisses zwischen der ersten elektrischen Heizung 60 und der zweiten elektrischen Heizung 65 kann basierend auf den Heizanforderungen (d. h. Leistungsanforderungen) erfolgen, die der Leistungsschaltersteuerung 61 über das ECU 80 übermittelt werden. Das ECU 80 kann diesen Wärmebedarf basierend auf den Betriebsbedingungen des Motors, wie beispielsweise der Motorlast und der Motordrehzahl, bestimmen.
  • Während die besten Arten für die Ausführung der Lehren detailliert beschrieben wurden, werden Fachleute auf dem Gebiet, das diese Offenbarung betrifft, verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen zur praktischen Ausführung der Lehren innerhalb des Schutzumfangs der beigefügten Ansprüche erkennen. Das hierin veranschaulichend offenbarte Motorabgassystem 24 kann in einer geeigneten Weise in Abwesenheit eines beliebigen Elements ausgeführt werden, das hierin nicht spezifisch offenbart ist. Darüber hinaus sollen die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen oder die Merkmale von verschiedenen Ausführungsformen, die in der vorliegenden Beschreibung erwähnt sind, nicht unbedingt als voneinander unabhängige Ausführungsformen aufgefasst werden. Vielmehr ist es möglich, dass jedes der in einem der Beispiele einer Ausführungsform beschriebenen Merkmale mit einem oder einer Vielzahl von anderen gewünschten Merkmalen aus anderen Ausführungsformen kombiniert werden kann, was andere Ausführungsformen zur Folge hat, die nicht in Worten oder durch Bezugnahme auf Zeichnungen beschrieben sind.

Claims (10)

  1. Motorabgassystem, umfassend: einen Dieseloxidationskatalysator (DOC), der dazu ausgelegt ist, Motorabgase aufzunehmen; eine erste elektrische Heizung, die mit dem DOC gekoppelt ist, sodass die erste elektrische Heizung zum Erwärmen des DOC ausgelegt ist; eine selektive katalytische Reduktionsvorrichtung (SCR) in Fluidverbindung mit dem DOC, worin die SCR-Vorrichtung stromabwärts des DOC angeordnet ist, sodass die SCR-Vorrichtung so positioniert ist, dass sie die Motorabgase, die aus dem DOC austreten, aufnimmt; eine zweite elektrische Heizung, die mit dem DOC gekoppelt ist, sodass die zweite elektrische Heizung zum Erwärmen der SCR-Vorrichtung ausgelegt ist; eine Leistungsschaltersteuerung in elektronischer Verbindung mit der ersten elektrischen Heizung und der zweiten elektrischen Heizung; eine einzelne Energiequelle, die elektrisch mit der Leistungsschaltersteuerung, der ersten elektrischen Heizung und der zweiten elektrischen Heizung gekoppelt ist, sodass die einzelne Energiequelle dazu ausgelegt ist, der ersten elektrischen Heizung, der Leistungsschaltersteuerung und der zweiten elektrischen Heizung einen elektrischen Strom zuzuführen; und worin die Leistungsschaltersteuerung einen Schalter zum Steuern einer Leistungsverteilung zwischen der ersten elektrischen Heizung und der zweiten elektrischen Heizung in Abhängigkeit der Zeit beinhaltet.
  2. Motorabgassystem nach Anspruch 1, worin die Leistungsschaltersteuerung programmiert ist, um zu bestimmen, ob der DOC basierend auf einer Temperatur des DOC zur Erwärmung bereit ist.
  3. Motorabgassystem nach Anspruch 2, worin die Leistungsschaltersteuerung programmiert ist, um zu bestimmen, ob der DOC als Reaktion auf das Bestimmen, dass die Temperatur des DOC innerhalb eines ersten vorbestimmten Temperaturbereichs liegt, zur Erwärmung bereit ist.
  4. Motorabgassystem nach Anspruch 3, worin die Leistungsschaltersteuerung programmiert ist, um zu bestimmen, dass die SCR basierend auf einer Temperatur der SCR-Vorrichtung zur Erwärmung bereit ist.
  5. Motorabgassystem nach Anspruch 4, worin die Leistungsschaltersteuerung programmiert ist, um zu bestimmen, dass die SCR als Reaktion auf das Bestimmen, dass die Temperatur der SCR-Vorrichtung innerhalb eines zweiten vorbestimmten Temperaturbereichs liegt und der zweite vorbestimmte Temperaturbereich von dem ersten vorbestimmten Temperaturbereich abweicht, zur Erwärmung bereit ist.
  6. Motorabgassystem nach Anspruch 5, worin die Leistungsschaltersteuerung programmiert ist, um eine Motordrehzahl eines Dieselmotors, eine Motorlast des Dieselmotors und ein Energieniveau der einzelnen Energiequelle zu bestimmen, wobei die einzelne Energiequelle eine Batterie ist.
  7. Motorabgassystem nach Anspruch 6, worin die Leistungsschaltersteuerung programmiert ist, um den Schalter auf Impulsstrom zwischen der ersten elektrischen Heizung und der zweiten elektrischen Heizung zu steuern, wenn bestimmt wird, dass der DOC zur Erwärmung bereit ist, die SCR-Vorrichtung zur Erwärmung bereit ist, die Motordrehzahl des Dieselmotors größer als ein vorgegebener Drehzahlschwellenwert ist, die Motorlast des Dieselmotors größer als ein vorgegebener Lastschwellenwert ist und das Energieniveau der einzelnen Energiequelle größer als ein vorgegebener Niveauschwellenwert ist.
  8. Motorabgassystem nach Anspruch 7, worin die Leistungsschaltersteuerung programmiert ist, um den Schalter so zu steuern, dass er die elektrische Leistung zwischen der ersten elektrischen Heizung und der zweiten elektrischen Heizung pulsiert, indem er ein Einschaltzeitverhältnis zwischen der ersten elektrischen Heizung und der zweiten elektrischen Heizung einstellt, wobei das Einschaltzeitverhältnis zwischen der ersten elektrischen Heizung und der zweiten elektrischen Heizung definiert ist als eine Zeitspanne, in der die erste elektrische Heizung eingeschaltet wird, dividiert durch eine Zeitspanne, in der die zweite elektrische Heizung eingeschaltet wird.
  9. Motorabgassystem nach Anspruch 8, worin die Leistungsschaltersteuerung programmiert ist, um den Schalter so zu steuern, dass er die elektrische Leistung zwischen der ersten elektrischen Heizung und der zweiten elektrischen Heizung pulsiert, sodass die erste elektrische Heizung nur ausgeschaltet ist, wenn die zweite elektrische Heizung eingeschaltet ist, und die zweite elektrische Heizung nur dann ausgeschaltet ist, wenn die erste elektrische Heizung eingeschaltet ist.
  10. Motorabgassystem nach Anspruch 1, worin die Leistungsschaltersteuerung programmiert ist, um die erste elektrische Heizung auszuschalten, wenn bestimmt wird, dass der DOC nicht zur Erwärmung bereit ist, wobei die Leistungsschaltersteuerung programmiert ist, die zweite elektrische Heizung auszuschalten, wenn bestimmt wird, dass die SCR nicht zur Erwärmung bereit ist.
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