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Die Erfindung betrifft ein Abgasnachbehandlungssystem zur Behandlung von Abgas aus einem Verbrennungsmotor und ein Verfahren zur Steuerung eines Abgasnachbehandlungssystems eines Verbrennungsmotors.
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Abgasnachbehandlungssysteme werden insbesondere bei Fahrzeugen mit einem Verbrennungsmotor zur Behandlung dessen Abgases verwendet, um die Emissionen aus dem Abgas des Verbrennungsmotors zu reduzieren. Das Abgasnachbehandlungssystem weist daher Komponenten wie einen Abgaskatalysator auf. Der Abgaskatalysator behandelt die Emissionen im Abgas mittels einer chemischen Oxidation oder Reduktion. Der Abgaskatalysator weist daher einen Abgaskatalyseabschnitt auf, durch den das Abgas strömt und in dem die chemische Oxidation oder Reduktion stattfindet.
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Die erforderliche Arbeitstemperatur für den Abgaskatalyseabschnitt liegt üblicherweise in einem Bereich oberhalb von 200 °C. Um diese Temperatur zu erreichen, nutzt der Abgaskatalysator üblicherweise die Wärme des Abgases selbst. Das bedeutet, dass anfangs nach einem Kaltstart eines Verbrennungsmotors der Abgaskatalysator nicht auf dem erforderlichen Temperaturniveau arbeitet. Wenn der Abgaskatalysator nicht auf dem erforderlichen Temperaturniveau arbeitet, werden die Emissionen der Verbrennungsmotoren nicht wie erforderlich reduziert. Insbesondere die Anfangsemissionen nach einem Kaltstart des Verbrennungsmotors werden dadurch verschlechtert, dass moderne Verbrennungsmotoren einen höheren Verbrennungswirkungsgrad aufweisen, was zu niedrigeren Abgastemperaturen führt. Eine niedrigere Abgastemperatur bedeutet eine längere Zeit, bis der Abgaskatalysator die Betriebstemperatur erreicht, was zu höheren Emissionen führt.
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Für Hybridfahrzeuge ist dies ebenfalls ein Problem, da der Verbrennungsmotor aufgrund seiner Beschaffenheit einen intermittierenden Betrieb aufweist, der möglicherweise nicht ausreicht, um die Temperatur des Abgaskatalysators auch während des Betriebs des Hybridfahrzeugs auf seine Betriebstemperatur anzuheben.
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Zur Bewältigung dieser Probleme werden Abgaskatalysatoren verwendet, die ein Heizelement aufweisen. Das Heizelement ist dazu ausgebildet, den Abgaskatalyseabschnitt des Abgaskatalysators während des Betriebs des Verbrennungsmotors zu beheizen. Das Heizelement wird üblicherweise mit elektrischer Leistung aus einer Spannungsquelle versorgt. Die erforderliche elektrische Leistung zur Beheizung des Heizelements könnte zwischen 2 kW und 10 kW liegen. Wegen des hohen elektrischen Leistungsbedarfs des Heizelements wird der Großteil der benötigten elektrischen Leistung üblicherweise aus einer Lichtmaschine oder aus einem Startergenerator des Fahrzeugs bereitgestellt.
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Die Steuerung der elektrischen Leistungsversorgung wird üblicherweise durch einen Ein/Aus-Steuerschalter realisiert. Wenn das Heizelement mittels des Ein/Aus-Schalters mit einem elektrischen Versorgungsnetz verbunden wird, ist es aufgrund des hohen elektrischen Leistungsbedarfs des Heizelements schwierig, die plötzliche Leistungsaufnahme im Netz zu bewältigen. Wenn das Heizelement mittels des Ein/Aus-Schalters plötzlich vom elektrischen Versorgungsnetz getrennt wird, können im elektrischen Versorgungsnetz transiente Impulse auftreten.
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Im Falle eines plötzlichen Anschaltens des Heizelements an das elektrische Versorgungsnetz und im Falle eines plötzlichen Trennens des Heizelements vom elektrischen Versorgungsnetz könnte das gesamte Netz destabilisiert werden, oder es könnten hohe Energieimpulse im Netz auftreten, die möglicherweise Steuereinheiten oder andere Bestandteile des elektrischen Netzes schädigen oder zerstören können.
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US 2010/212 981 A1 offenbart ein System und ein Steuermodul zum Steuern eines elektrisch beheizten Katalysators einschließlich eines Fernstartmoduls, das ein Fernstartsignal erzeugt, eines Katalysatorsteuermoduls, das den elektrisch beheizten Katalysator basierend auf dem Fernstartsignal steuert, und eines Motorsteuermoduls, das den Motor nach dem Vorheizen und/oder bei Bedarf durch das Fahrzeug startet, um eine Anforderung wie definiert zu erfüllen.
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JP 2009-18 9921 A offenbart ein Stromflusssteuersystem zur Verwendung in einer durch Stromfluss beheizten Katalysatorvorrichtung, die mit einer durch Stromfluss beheizten Katalysatorvorrichtung ausgestattet ist, die einen Katalysatorträger, der einen getragenen Katalysator durch dessen durch den Stromfluss verursachten Temperaturanstieg, gekennzeichnet durch die Änderung des Stromflusswiderstands entsprechend seiner Temperaturänderung, beheizt, einen ersten und einen zweiten auf dem Katalysatorträger angeordneten Temperatursensor und eine Steuereinheit, die den Stromfluss des Katalysatorträgers anhand der aus dem ersten und dem zweiten Temperatursensor kommenden Informationen steuert, aufweist.
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US 5.261.230 A offenbart eine Vorrichtung zur Steuerung einer Heizung eines im Abgaskanal eines Motors angeordneten Katalysators.
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Gegenstand der vorliegenden Offenbarung ist es, ein Abgasnachbehandlungssystem und ein Verfahren zur Steuerung des Abgasnachbehandlungssystems bereitzustellen, mit denen ein zuverlässiger und sicherer Betrieb des Abgasnachbehandlungssystems realisiert werden kann.
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Dieses Ziel wird durch ein Abgasnachbehandlungssystem mit dem Merkmal nach dem unabhängigen Anspruch 1 und durch ein Verfahren zum Steuern eines Abgasnachbehandlungssystems mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 6 erreicht. Abhängige Ansprüche weisen auf vorteilhafte Ausführungsformen und Entwicklungen hin.
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Gemäß der vorliegenden Offenbarung weist ein Abgasnachbehandlungssystem zur Behandlung von Abgas aus einem Verbrennungsmotor Folgendes auf:
- - einen Abgaskatalysator, der einen Abgaskatalyseabschnitt und ein Heizelement aufweist, wobei das Heizelement dazu ausgebildet ist, den Abgaskatalyseabschnitt zu beheizen,
- - eine Spannungsquelle, die das Heizelement mit elektrischer Leistung zum Beheizen des Heizelements versorgt,
- - einen Gleichspannungswandler, der dazu ausgebildet ist, die elektrische Leistungsversorgung aus der Spannungsquelle an das Heizelement zu steuern, und
- - eine Steuereinheit, die dazu ausgebildet ist, den Gleichspannungswandler basierend auf der erforderlichen elektrischen Leistung zum Beheizen des Abgaskatalyseabschnitts zu steuern.
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Der Abgaskatalysator weist den Abgaskatalyseabschnitt und das Heizelement auf. Im Abgaskatalyseabschnitt erfolgt die Katalyse zum Reduzieren der Emissionen im Abgas. Das Heizelement ist dazu ausgebildet, den Abgaskatalyseabschnitt zu beheizen. Gemäß einer Ausführungsform ist das Heizelement dazu ausgebildet, den Abgaskatalyseabschnitt während des Betriebs des Abgasnachbehandlungssystems selektiv zu beheizen. Das Heizelement ist gemäß einer Ausführungsform in Bezug auf eine Abgasströmungsrichtung durch den Verbrennungsmotor vor dem Abgaskatalyseabschnitt angeordnet. Gemäß einer anderen Ausführungsform ist es auch denkbar, dass das Heizelement in Abgasströmungsrichtung nach dem Abgaskatalyseabschnitt angeordnet ist. Gemäß einer anderen Ausführungsform weist der Abgaskatalysator zwei Heizelemente auf, wobei eines der beiden in Abgasströmungsrichtung vor dem Abgaskatalyseabschnitt und das andere der beiden in Abgasströmungsrichtung nach dem Abgaskatalyseabschnitt angeordnet ist. Das Heizelement wird durch die Spannungsquelle mit elektrischer Leistung versorgt. Die Spannungsquelle ist zum Beispiel eine Batterie oder eine wiederaufladbare Batterie. Der Abgaskatalyseabschnitt wird nur dann mittels des Heizelements auf eine vorbestimmte Temperatur aufgeheizt, wenn der Abgaskatalyseabschnitt eine Temperatur aufweist, die unterhalb einer für eine ausreichende Abgasnachbehandlung erforderlichen Schwellentemperatur liegt. Dies ist zum Beispiel unmittelbar nach einem Kaltstart des Verbrennungsmotors der Fall. Dementsprechend braucht der Abgaskatalyseabschnitt nicht während der gesamten Betriebszeit des Verbrennungsmotors mithilfe des Heizelements beheizt zu werden.
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Das Heizelement weist gemäß einer Ausführungsform eine Wabenstruktur oder eine Matrixstruktur auf. Gemäß dieser Ausführungsform fließt elektrischer Strom aus der Spannungsquelle durch die Wabenstruktur oder die Matrixstruktur. Die Wabenstruktur oder die Matrixstruktur wirkt als ohmscher Widerstand. Dadurch wird die Wabenstruktur oder die Matrixstruktur aufgeheizt und versorgt den Abgaskatalyseabschnitt mit Wärme. Die Temperatur des Heizelements hängt daher direkt von der durch die Spannungsquelle gelieferten elektrischen Leistung ab.
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Der Gleichspannungswandler ist eine elektronische Schaltung oder eine elektromechanische Vorrichtung, die eine Gleichstromquelle von einem Spannungsniveau in ein anderes umwandelt. Mit dem Gleichspannungswandler ist es daher möglich, die Versorgung von Verbrauchern mit elektrischer Leistung zu steuern. Der Gleichspannungswandler hat den Vorteil, dass elektrische Verbraucher, die eine hohe elektrische Leistung benötigen, ohne Schädigung des Leistungsversorgungsnetzes sicher angeschaltet oder getrennt werden können. Der Gleichspannungswandler kann somit zum Verbinden des Heizelements mit der Spannungsquelle oder Trennen von der Spannungsquelle verwendet werden, und mit dem Gleichspannungswandler kann die dem Heizelement zugeführte Ausgangsspannung gefahrlos gesteuert werden. Der Gleichspannungswandler hat einen hohen Wirkungsgrad im Vergleich zu einem herkömmlichen Ein/Aus-Schalter und kann daher eine unerwünschte Wärmeerzeugung reduzieren. Mit dem Gleichspannungswandler kann die elektrische Leistungsversorgung aus der Spannungsquelle an das Heizelement sicher und zuverlässig gesteuert werden. Die Leistungsaufnahme des Heizelements, wenn der Gleichspannungswandler den Stromkreis schließt, sodass elektrische Leistung aus der Spannungsquelle an das Heizelement fließt, kann sicher und zuverlässig ohne transiente Impulse im elektrischen Netz gesteuert werden. Mit dem Gleichspannungswandler, der die elektrische Leistungsversorgung aus der Spannungsquelle an das Heizelement steuert, wird das elektrische Netz des Abgasnachbehandlungssystems nicht so leicht destabilisiert, selbst wenn die Leistungsversorgung aus der Spannungsquelle an das Heizelement ständig ein- oder ausgeschaltet wird. Der Gleichspannungswandler bewältigt derartige plötzliche Anschaltungen oder Trennungen, ohne das elektrische Netz des Abgasnachbehandlungssystems zu schädigen.
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Die Steuereinheit ist dazu ausgebildet, den Gleichspannungswandler basierend auf der erforderlichen elektrischen Leistung zum Beheizen des Abgaskatalyseabschnitts zu steuern. Mit anderen Worten, wenn das Heizelement den Abgaskatalyseabschnitt beheizen muss, steuert die Steuereinheit den Gleichspannungswandler, um elektrische Leistung aus der Spannungsquelle an das Heizelement zu liefern, um den Abgaskatalyseabschnitt zu beheizen. Darüber hinaus ist die Steuereinheit auch dazu ausgebildet, den Gleichspannungswandler zu steuern, um die Spannungsquelle vom Heizelement zu trennen, sodass keine elektrische Leistung aus der Spannungsquelle an das Heizelement fließt.
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Die Steuereinheit steuert gemäß der vorliegenden Offenbarung über den Gleichspannungswandler die Leistungsversorgung aus der Spannungsquelle an das Heizelement, um die Temperatur des Abgaskatalyseabschnitts zu steuern. Mit der Steuereinheit in Kombination mit dem Gleichspannungswandler ist es möglich, die Leistungsversorgung aus der Spannungsquelle an das Heizelement so zu steuern, dass das elektrische Netz des Abgasnachbehandlungssystems beim Anschalten oder Trennen des Heizelements an die bzw. von der Spannungsquelle nicht geschädigt wird. Dies macht das gesamte Abgasnachbehandlungssystem zuverlässig und robust.
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Gemäß einer Ausführungsform ist der Gleichspannungswandler ein Abwärtswandler. Ein Abwärtswandler ist ein Gleichspannungswandler, der die Spannung (über Erhöhen des Stroms) von seinem Eingang zu seinem Ausgang herabsetzt. Mit dem Abwärtswandler ist es vorteilhaft möglich, die elektrische Leistungsversorgung aus der Spannungsquelle an das Heizelement so zu steuern, dass das elektrische Netz des Abgasnachbehandlungssystems nicht überlastet wird, wenn das Heizelement durch den Abwärtswandler an die Spannungsquelle angeschaltet wird oder wenn das Heizelement mithilfe des Abwärtswandlers von der Spannungsquelle getrennt wird. Darüber hinaus können Energieimpulse, die im Netz auftreten können, wenn das Heizelement von der Spannungsquelle getrennt oder an die Spannungsquelle angeschaltet wird, mithilfe des Abwärtswandlers reduziert werden. Der Abwärtswandler macht das gesamte Abgasnachbehandlungssystem zuverlässiger und robuster.
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In einer Ausführungsform ist der Gleichspannungswandler ein Mehrphasen-Abwärtswandler. Ein Mehrphasen-Abwärtswandler ist ein Gleichspannungswandler, der mehrere Gruppen aufweist, wobei jede Gruppe einen Schalter mit einer entsprechenden Induktivität aufweist, wobei die Gruppen in Bezug aufeinander parallel geschaltet sind. Mit einem solchen Wandler ist es möglich, die Leistung zu erhöhen und einen stufenlosen Stromfluss zu regeln. Mit dem Mehrphasen-Abwärtswandler ist es möglich, die Leistungsversorgung aus der Spannungsquelle an das Heizelement so zu steuern, dass das elektrische.-Netz und insbesondere das gesamte Abgasnachbehandlungssystem beim Anschalten oder Trennen des Heizelements an das bzw. von der Spannungsquelle nicht geschädigt wird. Der Mehrphasen-Abwärtswandler kann an die Leistungsanforderungen des Heizelements angepasst werden, sodass insbesondere beim Anschalten oder Trennen der Leistungsversorgung aus der Spannungsquelle an das Heizelement das elektrische Netz nicht mit transienten Energieimpulsen belastet wird. Mit dem Mehrphasen-Abwärtswandler kann die Leistungsversorgung aus der Spannungsquelle an das Heizelement sehr zuverlässig und robust realisiert werden.
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In einer Ausführungsform ist der Gleichspannungswandler dazu ausgebildet, die elektrische Leistungsversorgung aus der Spannungsquelle an das Heizelement während des Hochfahr- und/oder Herunterfahrvorgangs der elektrischen Leistungsversorgung aus der Spannungsquelle an das Heizelement zu steuern. Darüber hinaus weist das Abgasnachbehandlungssystem ein Hauptschaltelement auf, das dazu ausgebildet ist, die elektrische Leistungsversorgung aus der Spannungsquelle an das Heizelement nach dem Hochfahrvorgang und/oder vor dem Herunterfahrvorgang zu steuern. Die Steuereinheit ist gemäß dieser Ausführungsform dazu ausgebildet, den Gleichspannungswandler und das Hauptschaltelement basierend auf der erforderlichen elektrischen Leistung zum Beheizen des Abgaskatalyseabschnitts zu steuern. Der Hochfahrvorgang ist der Vorgang oder die Phase, während der die elektrische Leistungsversorgung des Heizelements aus der Spannungsquelle von Nulllast auf die erforderliche Last erhöht wird. Der Herunterfahrvorgang ist der Vorgang oder die Phase, während der die elektrische Leistungsversorgung des Heizelements aus der Spannungsquelle von der erforderlichen Last auf die Nulllast reduziert wird. Gemäß dieser Ausführungsform wird der Gleichspannungswandler zum Steuern der elektrischen Leistung aus der Spannungsquelle an das Heizelement während des Hochfahr- und/oder Herunterfahrvorgangs verwendet. Dies bedeutet, dass der Gleichspannungswandler durch die Steuereinheit gesteuert wird, um die aus der Spannungsquelle an das Heizelement gelieferte elektrische Leistung von Nulllast auf die erforderliche Last zu erhöhen, und dass der Gleichspannungswandler durch die Steuereinheit gesteuert wird, um die aus der Spannungsquelle an das Heizelement gelieferte elektrische Leistung von der erforderlichen Last auf Null zu reduzieren.
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Das Hauptschaltelement ist dazu ausgebildet, die elektrische Leistungsversorgung aus der Spannungsquelle an das Heizelement nach dem Hochfahrvorgang und/oder vor dem Herunterfahrvorgang zu steuern. Dies bedeutet, dass das Hauptschaltelement durch die Steuereinheit gesteuert wird, um die elektrische Leistungsversorgung aus der Spannungsquelle an das Heizelement nach dem Hochfahrvorgang und/oder vor dem Herunterfahrvorgang zu steuern. Gemäß einer Ausführungsform ist das Hauptschaltelement in Bezug auf den Gleichspannungswandler parallel geschaltet. Wenn zum Beispiel die Steuereinheit das Abgasnachbehandlungssystem steuert, um das Heizelement mit elektrischer Leistung aus der Spannungsquelle zu versorgen, steuert die Steuereinheit während des Hochlaufvorgangs den Gleichspannungswandler, um das Heizelement mit elektrischer Leistung aus der Spannungsquelle zu versorgen, und die Steuereinheit steuert nach dem Hochfahrvorgang das Hauptschaltelement, um die elektrische Leistungsversorgung aus der Spannungsquelle an das Heizelement zu steuern.
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Gemäß einer Ausführungsform wird das Hauptschaltelement aktiviert, nachdem die erforderliche elektrische Leistung während des Hochfahrvorgangs 90 % der erforderlichen Last erreicht hat. Durch Verwendung des Gleichspannungswandlers während des Hochfahr- und/oder Herunterfahrvorgangs der elektrischen Leistungsversorgung aus der Spannungsquelle an das Heizelement kann die elektrische Leistungsversorgung präzise gesteuert werden. Dies gewährleistet die Stabilität des elektrischen Netzes des Abgasnachbehandlungssystems. Die Verwendung des Hauptschaltelements zum Steuern der elektrischen Leistungsversorgung aus der Spannungsquelle an das Heizelement nach dem Hochfahrvorgang und/oder vor dem Herunterfahrvorgang erhöht den Wirkungsgrad der gesamten Schaltung. Mit einer Ausbildung gemäß dieser Ausführungsform ist das gesamte Abgasnachbehandlungssystem und insbesondere die Schaltung / das Netz sehr zuverlässig und robust, auch wenn das Heizelement an die Spannungsquelle angeschaltet oder von dieser getrennt wird.
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Gemäß einer Ausführungsform versorgt die Spannungsquelle das Abgasnachbehandlungssystem mit einer elektrischen Spannung von mindestens 36 Volt, vorzugsweise mit einer elektrischen Spannung von 48 Volt. Es ist davon auszugehen, dass Hybridfahrzeuge durch einen Verbrennungsmotor und durch einen Elektromotor angetrieben werden. Der Elektromotor wird durch die Spannungsquelle mit elektrischer Energie versorgt. Es ist denkbar, dass die Spannungsquelle, die den Elektromotor zum Antrieb des Hybridfahrzeugs versorgt, auch zur Versorgung des Heizelements des Abgaskatalysators mit elektrischer Leistung verwendet wird. Wenn dies der Fall ist, kann die Anzahl der Spannungsquellen in einem derartigen Fahrzeug reduziert werden, was die Gesamtkosten des Fahrzeugs verringert. Die Spannungsquelle, die zur Versorgung der Elektromotoren für den Antrieb des Fahrzeugs ausgebildet ist, versorgt diese üblicherweise mit einer elektrischen Spannung von mindestens 36 Volt, vorzugsweise mit einer elektrischen Spannung von 48 Volt. Daher ist es vorteilhaft, wenn das Abgasnachbehandlungssystem dazu ausgebildet ist, mit der elektrischen Spannung von mindestens 36 Volt, vorzugsweise der elektrischen Spannung von 48 Volt, zu arbeiten. Dies trägt dazu bei, die Anzahl unterschiedlicher Bestandteile und damit die Kosten zu reduzieren.
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Gemäß der vorliegenden Offenbarung wird ein Verfahren zur Steuerung eines Abgasnachbehandlungssystems eines Verbrennungsmotors offenbart, wobei das Abgasnachbehandlungssystem einen Abgaskatalysator aufweist, der einen Abgaskatalyseabschnitt und ein Heizelement aufweist, und wobei das Abgasnachbehandlungssystem eine Spannungsquelle aufweist, wobei die Spannungsquelle das Heizelement mit elektrischer Leistung zum Beheizen des Heizelements versorgt, ein Gleichspannungswandler und ein Hauptschaltelement vorgesehen sind, wobei der Gleichspannungswandler und das Hauptschaltelement dazu ausgebildet sind, die elektrische Leistungsversorgung aus der Spannungsquelle an das Heizelement zu steuern, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
- - Bereitstellen eines Signals, wobei das Signal bestimmt, ob der Abgaskatalyseabschnitt durch das Heizelement zu beheizen ist oder nicht;
- - Steuern des Gleichspannungswandlers zum Steuern eines Hochfahrvorgangs einer elektrischen Leistungsversorgung aus der Spannungsquelle an das Heizelement basierend auf dem Signal;
- - Steuern des Hauptschaltelements zum Steuern der elektrischen Leistungsversorgung aus der Spannungsquelle an das Heizelement nach dem Hochfahrvorgang und/oder vor einem Herunterfahrvorgang basierend auf dem Signal;
- - Steuern des Gleichspannungswandlers zum Steuern des Herunterfahrvorgangs der elektrischen Leistungsversorgung aus der Spannungsquelle an das Heizelement basierend auf dem Signal.
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Wenn zum Beispiel ein Sensor oder eine Sensoranordnung im Abgasnachbehandlungssystem- erkennt, dass die Temperatur des Abgaskatalyseabschnitts unterhalb eines vorbestimmten Schwellenwerts liegt, zum Beispiel nach einem Kaltstart, kann eine Steuereinheit, die beispielsweise mittels der Sensoranordnung dazu ausgebildet ist, zu erkennen, dass die Temperatur des Abgaskatalyseabschnitts unterhalb des vorbestimmten Schwellenwerts liegt, das Signal bereitstellen, gemäß dem das Heizelement zu beheizen ist. Daraufhin wird der Gleichspannungswandler gesteuert, um die elektrische Leistung des Heizelements aus der Spannungsquelle zu erhöhen. Wenn die elektrische Leistung ein vorbestimmtes Niveau erreicht hat, beispielsweise 90 % der definierten elektrischen Last, wird das Hauptschaltelement gesteuert, um die elektrische Leistung aus der Spannungsquelle an das Heizelement zu liefern. Wenn zum Beispiel dieselbe Sensoranordnung erkennt, dass die Temperatur des Abgaskatalyseabschnitts oberhalb des vorbestimmten Schwellenwerts liegt, werden das Hauptschaltelement und der Gleichspannungswandler gesteuert, um die aus der Spannungsquelle an das Heizelement gelieferte elektrische Leistung von der vorbestimmten Last auf beispielsweise 50 % der maximalen Last, beispielsweise 20 % der maximalen Last oder auf Nulllast zu reduzieren. Die maximale Last ist die maximale elektrische Last, die durch das Heizelement bewältigt werden kann.
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Der Gleichspannungswandler wird auch während dieses Herunterfahrvorgangs verwendet. Mit dem Verfahren gemäß der Offenbarung ist es möglich, die elektrische Leistungsversorgung aus der Spannungsquelle an das Heizelement während des Hochfahr- und Herunterfahrvorgangs präzise zu steuern und zusätzlich die Stabilität des Netzes zu gewährleisten. Daher ist das Verfahren zum Steuern des Abgasnachbehandlungssystems sehr zuverlässig und robust.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform weist eine Vorrichtung zum Steuern eines Abgasnachbehandlungssystems eines Verbrennungsmotors eine Steuereinheit auf, die zum Steuern des zuvor beschriebenen Verfahrens ausgebildet ist.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform weist ein Computerprogrammprodukt Anweisungen auf, die beim Ausführen des Programms durch einen Computer bewirken, dass der Computer Schritte des zuvor beschriebenen Verfahrens durchführt.
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Die Vorrichtung zum Steuern eines Abgasnachbehandlungssystems ist zum Beispiel ein Motorsteuergerät. Denkbar ist auch, dass die Vorrichtung Bestandteil des Motorsteuergeräts ist oder dass die Vorrichtung eine zusätzliche Steuereinheit ist, das im Fahrzeug mit dem Verbrennungsmotor angeordnet ist. Es ist denkbar, dass das Computerprogrammprodukt im Motorsteuergerät ausgeführt wird. Es ist auch denkbar, dass das Computerprogrammprodukt durch die zusätzliche Steuereinheit, die im Fahrzeug mit dem Verbrennungsmotor angeordnet ist, ausgeführt wird.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden sich aus der detaillierten Beschreibung exemplarischer Ausführungsformen im Zusammenhang mit den Abbildungen ergeben. Die Figuren zeigen folgende Veranschaulichungen:
- 1 zeigt eine schematische Schaltung des Abgasnachbehandlungssystems gemäß einer ersten exemplarischen Ausführungsform,
- 2 zeigt ein erstes Diagramm eines Arbeitszyklus der Schaltung gemäß der ersten exemplarischen Ausführungsform,
- 3 zeigt eine schematische Darstellung einer Schaltung eines Abgasnachbehandlungssystems gemäß der zweiten exemplarischen Ausführungsform,
- 4 zeigt ein zweites Diagramm eines Arbeitszyklus der Schaltung gemäß der zweiten exemplarischen Ausführungsform,
- 5 zeigt ein drittes Diagramm eines Arbeitszyklus der Schaltung der zweiten exemplarischen Ausführungsform.
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1 zeigt zunächst schematisch eine Schaltung eines Abgasnachbehandlungssystems 100. Das Abgasnachbehandlungssystem 100 weist einen Abgaskatalysator 110 auf, wobei der Abgaskatalysator 110 ein Heizelement 120 und einen Abgaskatalyseabschnitt aufweist. Das Heizelement 120 ist dazu ausgebildet, den Abgaskatalyseabschnitt zu beheizen. Das Abgasnachbehandlungssystem 100 weist ferner eine Spannungsquelle 140 auf. Die Spannungsquelle 140 ist dazu ausgebildet, das Heizelement 120 mit elektrischer Leistung zu versorgen. Das Abgasnachbehandlungssystem 100 weist gemäß dieser Ausführungsform ferner ein Redundanzschaltelement 160 auf. Gemäß dieser Ausführungsform ist das Redundanzschaltelement 160 dazu vorgesehen, einen zusätzlichen Abschaltweg bereitzustellen.
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Das Abgasnachbehandlungssystem 100 weist ferner einen Gleichspannungswandler 170 auf. Der Gleichspannungswandler 170 ist dazu ausgebildet, die elektrische Leistungsversorgung aus der Spannungsquelle 140 an das Heizelement 120 zu steuern. Das Abgasnachbehandlungssystem 100 weist gemäß dieser Ausführungsform weitere Kondensatoren 180 auf. Die Kondensatoren 180 sind dazu vorgesehen, den Welligkeitsstrom zu glätten und Gleichspannungsschwankungen zu glätten.
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Das Abgasnachbehandlungssystem 100 weist zusätzlich eine Steuereinheit 200 und eine Kommunikationseinheit 210 auf. Die Steuereinheit 200 ist dazu ausgebildet, den Gleichspannungswandler 170 basierend auf der erforderlichen elektrischen Leistung zum Beheizen des Abgaskatalysatorabschnitts des Abgaskatalysators 110 zu steuern. Die Kommunikationseinheit 210 ist dazu ausgebildet, mit anderen Bestandteilen eines Fahrzeugs zu kommunizieren, wenn das Abgasnachbehandlungssystem im Fahrzeug angeordnet ist. Der Gleichspannungswandler 170 gemäß dieser exemplarischen Ausführungsform ist ein Dreiphasen-Abwärtswandler. Die drei Phasen des Gleichspannungswandlers 170 werden durch die Steuereinheit 200 gesteuert. Dies ist in 1 schematisch anhand von drei Pfeilen dargestellt, die von der Steuereinheit 200 zum Gleichspannungswandler 170 führen. Der Gleichspannungswandler 170 wird während des Hochfahrvorgangs der elektrischen Leistungsversorgung aus der Spannungsquelle 140 an das Heizelement 120, während der stationären Leistungsversorgung aus der Spannungsquelle 140 an das Heizelement 120 und während des Herunterfahrvorgangs der elektrischen Leistungsversorgung aus der Spannungsquelle 140 an das Heizelement 120 verwendet. Gemäß dieser Ausführungsform wird die gesamte Leistungsversorgung durch den Gleichspannungswandler gesteuert. Gemäß dieser Ausführungsform sind die Spannungsquelle 140, die Kondensatoren 180, der Gleichspannungswandler und das Heizelement 120 mit einer Motormasse 130 verbunden.
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Ein Arbeitszyklus der oben beschriebenen Ausführungsform ist in 2 zu sehen. 2 zeigt schematisch ein erstes Diagramm 300, das den Strom 330 zeigt, der aus der Spannungsquelle 140 an das Heizelement 120 im Zeitverlauf 310 fließt. Während einer ersten Zeitspanne ist der Stromfluss aus der Spannungsquelle 140 an das Heizelement 120 Null, bis der Hochfahrvorgang eingeleitet wird. Zum Einleiten der Leistungsversorgung steuert die Steuereinheit 200 den Gleichspannungswandler 170 entsprechend. Dies ist im ersten Diagramm 300 zu sehen, wobei während einer ersten Zeitspanne ein Stromverlauf 332 aus der Spannungsquelle 140 an das Heizelement 120 im Zeitverlauf 310 von Nullstrom auf den erforderlichen Strom ansteigt. Wenn der Hochfahrvorgang abgeschlossen ist, fließt der Strom 330 in einer stationären Betriebsart oder Phase aus der Spannungsquelle 140 an das Heizelement 120. Dies ist im ersten Diagramm 300 zu sehen, wobei der Stromverlauf 332 während einer zweiten Zeitspanne 310 im Zeitverlauf konstant bleibt. Während einer dritten Zeitspanne nach der zweiten Zeitspanne wird die elektrische Leistungsversorgung aus der Spannungsquelle 140 an das Heizelement 120 auf Null reduziert. Dies ist im ersten Diagramm 300 im Stromverlauf 332 zu sehen, wobei der aus der Spannungsquelle 140 an das Heizelement 120 gelieferte Strom 330 auf Null reduziert wird. Diese dritte Zeitspanne ist der Herunterfahrvorgang. Der gesamte Arbeitszyklus wird durch die Steuereinheit 200 mithilfe des Gleichspannungswandlers 170 gesteuert.
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3 zeigt schematisch eine zweite exemplarische Ausführungsform einer Schaltung eines Abgasnachbehandlungssystems 100. Die zweite exemplarische Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten exemplarischen Ausführungsform dadurch, dass die Abgasnachbehandlung 100 zusätzlich ein Hauptschaltelement 190 aufweist. Das Hauptschaltelement 190 ist dazu ausgebildet, die elektrische Leistungsversorgung aus der Spannungsquelle 140 an das Heizelement 120 nach dem Hochfahrvorgang und/oder vor dem Herunterfahrvorgang zu steuern, insbesondere während der stationären Leistungsversorgung aus der Spannungsquelle 140 an das Heizelement 120. Die Steuereinheit 200 der zweiten exemplarischen Ausführungsform des Abgasnachbehandlungssystems 100 ist daher zusätzlich auch für das Steuern des Hauptschaltelements 190 ausgebildet.
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4 zeigt in einem zweiten Diagramm 301 den Stromfluss über den Gleichspannungswandler 170 der zweiten exemplarischen Ausführungsform des Abgasnachbehandlungssystems 100 während eines Arbeitszyklus.
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5 zeigt in einem dritten Diagramm 302 den Stromfluss über das Hauptschaltelement 190 der zweiten exemplarischen Ausführungsform des Abgasnachbehandlungssystems 100 während eines Arbeitszyklus.
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Wie in den 4 und 5 zu sehen ist, wird der Gleichspannungswandler 170 während des Hochfahrvorgangs zum Erhöhen der Leistungsversorgung aus der Spannungsquelle 140 an das Heizelement 120 und während des Herunterfahrvorgangs der Leistungsversorgung aus der Spannungsquelle 140 an das Heizelement 120 verwendet. Wie in 5 zu sehen ist, wird das Hauptschaltelement zum Steuern der Leistungsversorgung aus der Spannungsquelle 140 an das Hauptschaltelement 120 nach dem Hochfahrvorgang und vor dem Herunterfahrvorgang, also während des stationären Zustands der Leistungsversorgung, verwendet.
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Die Steuereinheit 200 der zweiten exemplarischen Ausführungsform des Abgasnachbehandlungssystems 100 ist dazu ausgebildet, die Leistungsversorgung aus der Spannungsquelle 140 an das Heizelement 120 während des Hochfahrvorgangs über den Gleichspannungswandler 170 zu steuern und nach dem Hochfahrvorgang oder nach einem vordefinierten Teil des Hochfahrvorgangs, zum Beispiel 90 % oder 75 % des Hochfahrvorgangs, vom Gleichspannungswandler 170 auf das Hauptschaltelement 190 umzuschalten. Die Steuereinheit 200 ist zusätzlich dazu ausgebildet, die elektrische Leistungsversorgung aus der Spannungsquelle 140 an das Heizelement 120 über das Hauptschaltelement 190 zu steuern. Die Steuereinheit 200 ist zusätzlich dazu ausgebildet, während des Herunterfahrvorgangs die elektrische Leistungsversorgung vom Hauptschaltelement 190 auf den Gleichspannungswandler 170 umzuschalten. Der Herunterfahrvorgang der elektrischen Leistungsversorgung aus der Spannungsquelle 140 an das Heizelement 120 wird also durch den Gleichspannungswandler 170 gesteuert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2010212981 A1 [0008]
- JP 2009189921 A [0009]
- US 5261230 A [0010]
