DE102021104051A1 - Verringerung der ablagerung von dieselemissionsflüssigkeit (def) in einer abgasanlage für einen motor - Google Patents
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Abstract
Eine Abgasanlage (24) für einen Motor (22) beinhaltet eine Abgasleitung (26), eine selektive katalytische Reduktionsvorrichtung (SCR-Vorrichtung) (32) in der Abgasleitung (26) und ein Dieselemissionsflüssigkeitssystem (DEF-System) (34). Das Dieselemissionsflüssigkeitssystem beinhaltet eine DEF-Abgabesteuerung (60), die für das Empfangen eines Zustandssignal, das einen DEF-Ablagerungsrisikozustand in der Abgasanlage (24) anzeigt, und zum Befehlen einer erhöhten Wärmeenergie-Ausgabe eines Vorwärmers (42) zum Vorwärmen von DEF, das in die Abgasleitung (26) eingelassen werden soll, strukturiert ist, sodass eine Temperatur der DEF auf eine Ablagerungsminderungstemperatur erhöht wird. Eine entsprechende Verfahrensweise und Steuerlogik wird ebenfalls offenbart.
Description
- Gebiet der Technik
- Die vorliegende Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf eine Abgasanlage für einen Verbrennungsmotor und insbesondere auf ein Dieselemissionsflüssigkeitssystem, das Dieselemissionsflüssigkeit vorwärmt, um das Risiko der Bildung von Feststoffablagerungen zu verringern.
- Stand der Technik
- Der Einsatz von Ausrüstung zur Abgasnachbehandlung in Verbrennungsmotoren hat sich in den letzten Jahren fast überall durchgesetzt. Die Verbrennung eines Gemisches aus Kraftstoff und Luft in den Verbrennungszylindern eines Motors erzeugt Abgase, die verschiedene Bestandteile enthalten, die nicht in die Atmosphäre abgegeben werden sollen. In den letzten Jahren wurden gesetzliche Anforderungen hinsichtlich des zulässigen Ausstoßes von Stickstoffoxiden oder „NOx“ und Feinstaubpartikeln implementiert, die die Hersteller zur Entwicklung eines breiten Spektrums von Technologien zum Abfangen oder zur chemischen Umwandlung solcher Stoffe in den Motorabgasen motiviert haben.
- Eine gängige Abgasnachbehandlungs-Technologie reduziert NOx katalytisch zu molekularem Stickstoff und Wasser. Ein System, das breite Akzeptanz und kommerziellen Erfolg aufweist, ist als selektive katalytische Reduktionsvorrichtung oder „SCR“-Vorrichtung bekannt. Die ordnungsgemäße Funktion von SCR-Ausrüstung erfordert die Einführung eines Reduktionsmittels in den zu behandelnden Abgasstrom. Das Reduktionsmittel wird typischerweise in flüssiger Form bereitgestellt, die selektiv direkt in den Abgasstrom an einer Position eingespritzt wird, die sich stromaufwärts der SCR Vorrichtung befindet. Die Verbreitung der kommerziell erhältlichen Dieselemissionsflüssigkeit oder „DEF“ wird vielen bekannt sein.
- Gängige DEF-Formulierungen sind wässrig, und in einigen Fällen kann die fahrzeugeigene DEF einfrieren, insbesondere wenn der Motor bei niedrigen Umgebungstemperaturen betrieben wird. Es wurden verschiedene Strategien für die Erwärmung von DEF direkt in einem fahrzeugeigenen Vorratstank oder in Versorgungsleitungen, die mit der Abgasanlage verbunden sind, vorgeschlagen. Eine solche Erwärmung der DEF kann es der Abgasanlage ermöglichen, die Einspritzung von DEF zu beginnen oder fortzusetzen, wenn die Umgebungsbedingungen ansonsten Probleme aufgrund des Einfrierens der DEF verursachen würden.
- Ein weiteres Beispiel für eine DEF-Erwärmung in einer Abgasanlage ist in der US-Patentanmeldungsveröffentlichung Nr.
2007/0119153 - Kurzdarstellung der Erfindung
- In einem Aspekt beinhaltet eine Abgasanlage für einen Motor eine Abgasleitung, die sich zwischen einem stromaufwärtigen Ende zur Aufnahme von durch den Motor erzeugtem Abgas und einem stromabwärtigen Ende erstreckt. Die Abgasanlage beinhaltet ferner eine in der Abgasleitung angeordnete Vorrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR-Vorrichtung) und ein Dieselemissionsflüssigkeitssystem (DEF-System). Das DEF-System beinhaltet ein DEF-Einlassventil, das mit der Abgasleitung an einer stromaufwärtigen Position des SCR verbunden ist, einen Vorwärmer, einen Zustandssensor und eine DEF-Abgabesteuerung. Die DEF-Abgabesteuerung ist mit dem Vorwärmer und mit dem Zustandssensor gekoppelt und zum Empfangen eines von dem Zustandssensor erzeugten Zustandssignals, das einen DEF-Ablagerungsrisikozustand in der Abgasanlage anzeigt, und zum Befehlen einer erhöhten Wärmeenergie-Ausgabe des Vorwärmers basierend auf dem Zustandssignal strukturiert, sodass eine Temperatur der in die Abgasleitung einzulassenden DEF auf eine Ablagerungsminderungstemperatur erhöht wird.
- In einem anderen Aspekt beinhaltet ein Dieselemissionsflüssigkeitssystem (DEF-System) eine DEF-Abgabesteuerung, die zur Kopplung mit einem Vorwärmer zum Vorwärmen von DEF für die Abgabe in eine Abgasleitung in der Abgasanlage, und mit einem Zustandssensor zum Überwachen eines DEF-Ablagerungsrisikozustands in der Abgasanlage strukturiert ist. Die DEF-Abgabesteuerung ist ferner zum Empfangen eines Zustandssignals von dem Zustandssensor, das einen DEF-Ablagerungsrisikozustand in der Abgasanlage anzeigt, und zum Ermitteln einer Ablagerungsminderungstemperatur für DEF, die in eine Abgasleitung in der Abgasanlage eingelassen werden soll, basierend auf dem Zustandssignal, strukturiert. Die DEF-Abgabesteuerung ist ferner zum Befehlen einer erhöhten Wärmeenergie-Ausgabe des Vorwärmers strukturiert, sodass eine Temperatur der in die Abgasleitung einzulassenden DEF auf die Ablagerungsminderungstemperatur erhöht wird.
- In noch einem anderen Aspekt beinhaltet ein Verfahren zum Betreiben einer Abgasanlage für einen Verbrennungsmotor das Erzeugen eines Zustandssignals, das einen Risikozustand für die Ablagerung von Dieselemissionsflüssigkeit (DEF) in der Abgasanlage anzeigt, und das Erhöhen einer Wärmeenergie-Ausgabe eines Vorwärmers für DEF in einem DEF-System der Abgasanlage basierend auf dem Zustandssignal. Das Verfahren beinhaltet ferner das Erhöhen einer Temperatur von DEF in dem DEF-System auf eine Ablagerungsminderungstemperatur basierend auf der erhöhten Wärmeenergie-Ausgabe und das Befehlen der Einleitung von DEF mit einer auf die Ablagerungsminderungstemperatur erhöhten Temperatur in eine Abgasleitung in der Abgasanlage.
- Figurenliste
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1 ist eine schematische Seitenansicht einer Maschine, gemäß einer Ausführungsform; -
2 ist eine schematische Ansicht einer Abgasanlage, gemäß einer Ausführungsform; -
3 ist ein Funktionsdiagramm einer DEF-Abgabesteuerung, gemäß einer Ausführungsform; -
4 ist ein Berechnungsblockdiagramm, gemäß einer Ausführungsform; und -
5 ist ein Ablaufdiagramm, das beispielhafte Verfahrensweisen und den Ablauf der Steuerungslogik gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht. - Detaillierte Beschreibung
- Bezugnehmend auf
1 ist eine Maschine10 gemäß einer Ausführungsform gezeigt, die einen Rahmen12 , in den Boden eingreifende Antriebselemente14 , die den Rahmen12 tragen, ein Arbeitsgerätesystem16 und eine Bedienerkabine18 beinhaltet. Ein Verbrennungsmotorsystem20 ist auf dem Rahmen12 gelagert und beinhaltet einen Verbrennungsmotor22 . Die Maschine10 wird im Zusammenhang mit einem Radlader gezeigt, jedoch könnte die Maschine10 eine beliebige andere von einer Vielzahl von anderen Arbeitsmaschinen umfassen, wie beispielsweise einen Traktor, einen Lastkraftwagen, einen Motorgrader, einen Abstreifer oder noch andere. Die Maschine10 könnte auch eine Straßenmaschine oder eine stationäre Maschine wie eine Pumpe, ein Verdichter oder ein Generatorsatz sein, um einige Beispiele zu nennen. Der Verbrennungsmotor20 kann einen Mehrzylindermotor mit Kompressionszündung beinhalten, der mit einer Vielzahl geeigneter Kraftstoffe betrieben wird, wie beispielsweise einem Dieseldestillatkraftstoff, Mischungen von Kohlenwasserstoff-Kraftstoffen oder anderen. Das Verbrennungsmotorsystem20 beinhaltet auch ein Abgasanlage24 , die für die Zuführung der Abgase des Verbrennungsmotors22 zu einem Auslass, wie z. B. einem Abgasstutzen31 , einem Auspuffendrohr oder dergleichen, strukturiert ist. Wie aus der folgenden Beschreibung ferner ersichtlich wird, ist die Abgasanlage24 in einzigartiger Weise für reduzierte Emissionen bestimmter Abgasbestandteile unter einer Vielzahl von Bedingungen ausgebildet, die mit bekannten Strategien nicht möglich oder durchführbar sind. - Nun auch auf
2 bezugnehmend, beinhaltet die Abgasanlage24 eine Abgasleitung26 , die sich zwischen einem stromaufwärtigen Ende28 , das zur Aufnahme der vom Verbrennungsmotor22 erzeugten Abgase strukturiert ist, und einem stromabwärtigen Ende30 erstreckt. Die Abgasanlage24 beinhaltet auch eine selektive katalytische Reduktionsvorrichtung (SCR-Vorrichtung)32 , die in einer Abgasleitung26 positioniert ist. Eine Vielzahl anderer Abgasnachbehandlungsvorrichtungen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf einen Dieselpartikelfilter oder „DPF“, einen Diesel-Oxidationskatalysator oder „DOC“, oder noch andere, können fluidisch in einer Abgasanlage24 zwischen der SCR-Vorrichtung32 und dem Verbrennungsmotor22 oder zwischen der SCR-Vorrichtung32 und dem Abgasstutzen31 angeordnet werden. - Das DEF-System
34 beinhaltet ein DEF-Einlassventil36 , wie beispielsweise ein DEF-Einspritzventil, das mit der Abgasleitung26 an einer Position verbunden ist, die sich stromaufwärts der SCR-Vorrichtung32 befindet. Das DEF-System34 beinhaltet auch einen DEF-Tank38 , eine sich zwischen dem DEF-Tank38 und dem DEF-Einlassventil36 erstreckende DEF-Versorgungsleitung40 und eine DEF-Druckbeaufschlagungspumpe45 . Die DEF-Versorgungsleitung40 kann eine Niederdruck-Übertragungsleitung41 beinhalten, die sich in den DEF-Tank38 erstreckt und mit der Pumpe45 fluidisch verbunden ist, sowie eine druckbeaufschlagte Leitung43 , die sich zwischen der Pumpe45 und dem DEF-Einlassventil36 erstreckt. Ebenfalls in2 dargestellt ist ein Kühler oder ein anderer Wärmetauscher54 , der mit einem Kühlsystem des Verbrennungsmotors22 verbunden ist. In einer praktischen Implementierung kann das Motorkühlmittel zwischen dem Wärmetauscher54 und dem DEF-Tank38 zirkulieren, um die im DEF-Tank38 gespeicherte DEF auf allgemein bekannte Weise aufzutauen. In einigen Ausführungsformen könnte eine separate Heizvorrichtung, wie eine elektrische Widerstandsheizung oder dergleichen, für analoge Zwecke im DEF-Tank38 positioniert werden. - Das DEF-System
34 beinhaltet ferner einen ersten Vorwärmer42 und einen zweiten Vorwärmer44 . Der erste Vorwärmer42 kann in Wärmeübertragungskontakt mit der druckbeaufschlagten Leitung43 und der zweite Vorwärmer44 in Wärmeübertragungskontakt mit der Übertragungsleitung41 angeordnet sein. In einigen Ausführungsformen könnte nur ein einziger Vorwärmer verwendet werden, der entweder der Übertragungsleitung41 oder der druckbeaufschlagten Leitung43 zugeordnet ist. In einer praktischen Implementierung beinhaltet das DEF-System34 zumindest einen Vorwärmer, der zur Erwärmung von DEF relativ nahe am DEF-Einlassventil36 und somit in Kontakt mit der druckbeaufschlagten Leitung43 strukturiert ist. Wie vorstehend erwähnt, kann eine Heizvorrichtung oder ein Vorwärmer auch am DEF-Tank38 angebracht, in ihm versenkt oder anderweitig mit ihm assoziiert sein. Geeignete Vorwärmer können elektrisch resistive Vorwärmer beinhalten, die als Heizbänder, Wärmewicklungen, Strahlungsheizungen, Warmluftgebläse oder andere Anordnungen in direktem physischen Kontakt mit oder anderweitig positioniert sind, um Teile der DEF-Versorgungsleitung40 direkt mit Wärme zu versorgen. - Wie vorstehend beschrieben, werden bei bestimmten Strategien für Abgasanlagen Heizvorrichtungen zur Erhöhung der Temperatur von DEF eingesetzt, um das Einfrieren zu verhindern oder das Auftauen in einem DEF-Tank oder in DEF-Zuleitungen zu fördern, in denen gefrorener, fester DEF die Verfügbarkeit einer SCR-Vorrichtung zur Abgasbehandlung verhindern oder verzögern würde. Die verschiedenen hierin in Betracht gezogenen Vorwärmer könnten für solche Zwecke verwendet werden. Die vorliegende Offenbarung spiegelt auch die Erkenntnis wider, dass Vorwärmer für andere Zwecke verwendet werden können, nämlich zur Erhöhung der Temperatur der in die Abgasleitung
26 einzuleitenden DEF, wenn das Verbrennungsmotorsystem22 und die Abgasanlage24 so betrieben werden, dass es andernfalls zur Bildung und Ablagerung von Feststoffen aus DEF kommen könnte. - Zu diesem Zweck beinhaltet das DEF-System
34 ferner einen Zustandssensor und typischerweise eine Vielzahl von Zustandssensoren46 ,48 ,50 und52 , von denen einer oder mehrere zur Erzeugung eines Zustandssignals strukturiert sind, das einen DEF-Ablagerungsrisikozustand in einer Abgasanlage24 anzeigt. Die Zustandssensoren können einen zur Erzeugung eines Abgastemperatursignals strukturierten Abgastemperatursensor48 , einen zur Erzeugung eines Abgasmassenstromsignals strukturierten Abgasmassenstromsensor46 , einen zur Erzeugung eines DEF-Temperatursignals strukturierten DEF-Temperatursensor52 , der eine Temperatur der beispielsweise im DEF-Tank38 oder an anderer Stelle in dem DEF-System34 gespeicherten DEF anzeigt, und einen zur Erzeugung eines Umgebungstemperatursignals50 strukturierten Umgebungstemperatursensor50 beinhalten. Wie hierin ferner erörtert, kann die DEF-Steuerung60 Signale von jedem der Zustandssensoren46 ,48 ,50 ,52 und/oder zusätzlichen oder alternativen Sensoren empfangen und interpretieren und DEF steuerbar erwärmen, um in flüssiger Form in die Abgasleitung26 eingelassen zu werden, um das Risiko der Ablagerung von DEF-Materialien wie festem Harnstoff zu vermindern. - In
2 ist ferner ein Aktor58 für das DEF-Einlassventil36 dargestellt. Die DEF-Abgabesteuerung60 kann zur Betätigung des Aktors58 , der einen elektronisch betriebenen Magnetventil-Aktor beinhalten kann, zur Einspritzung von DEF in die Abgasleitung26 zur Verdampfung im Abgasstrom, der zu der und in die SCR-Vorrichtung32 geleitet wird, strukturiert sein. Die DEF-Abgabesteuerung60 ist daher mit dem ersten Vorwärmer42 oder dem zweiten Vorwärmer44 oder mit beiden und mit einem oder mehreren der Zustandssensoren46 ,48 ,50 ,52 gekoppelt und so strukturiert, dass sie ein von dem einen oder den mehreren Zustandssensoren erzeugtes Zustandssignal empfängt, das einen DEF-Ablagerungsrisikozustand in der Abgasanlage26 anzeigt, und basierend auf dem Zustandssignal eine erhöhte Wärmeenergie-Ausgabe des ersten Vorwärmers42 und/oder des zweiten Vorwärmers44 befiehlt, sodass eine Temperatur der DEF in der DEF-Versorgungsleitung40 , die in die Abgasleitung26 eingelassen werden soll, auf eine Ablagerungsminderungstemperatur erhöht wird. - In einer Implementierung beinhaltet das Zustandssignal ein Abgastemperatursignal, das beispielsweise von dem Abgastemperatursensor
48 erzeugt wird und eine Verringerung der Abgastemperatur anzeigt. Es wurde beobachtet, dass bei relativ hohen Abgastemperaturen während des Betriebs der Abgasanlage24 die Gefahr der DEF-Ablagerung relativ gering oder nicht vorhanden ist. Die DEF-Steuerung60 kann periodisch oder mehr oder weniger kontinuierlich Signale von dem Abgastemperatursensor48 empfangen oder diesen abfragen, um die Abgastemperaturen in der Abgasleitung26 zu überwachen. Das durch das Abgastemperatursignal48 erzeugte Abgastemperatursignal kann relativ zu einem vorherigen Abgastemperatursignal beispielsweise eine Verringerung der Abgastemperatur anzeigen, die mit einem DEF-Ablagerungsrisikozustand assoziiert ist. In einem Beispiel kann eine Verringerung der Abgastemperatur von einer höheren Temperatur auf eine Abgastemperatur von etwa 200° C oder weniger das Auftreten eines DEF-Ablagerungsrisikozustands anzeigen. - Fachleute auf dem Gebiet der Technik wissen, dass viele Abgasanlagen die DEF-Zufuhr bei relativ niedrigen Abgastemperaturen abschalten und einen damit assoziierten NOx-Nachteil in Kauf nehmen. Gemäß der vorliegenden Offenbarung kann die Vorwärmung von DEF zur Ermöglichung des Betriebs der SCR Vorrichtung
32 mit relativ niedrigeren Abgastemperaturen und zur Reduzierung oder Eliminierung eines NOx-Nachteils implementiert werden. Dementsprechend kann die DEF-Abgabesteuerung60 auch bei relativ niedrigeren Abgastemperaturen, beispielsweise von etwa 150° C bis etwa 200° C, die Betätigung des DEF-Einlassventils36 anweisen, um DEF mit einer auf eine Ablagerungsminderungstemperatur erhöhten Temperatur in die Abgasleitung26 für den kontinuierlichen Betrieb der SCR-Vorrichtung32 einzulassen. - Es versteht sich, dass, obwohl hierin verschiedene Sensoren besprochen werden und Teil des DEF-Systems
34 sein können, einige oder möglicherweise alle dieser Sensoren durch virtuelle Sensoren oder alternative Sensoren ersetzt werden könnten. Anstatt beispielsweise den Abgasmassenstrom direkt mit dem Abgasmassenstromsensor46 zu erfassen, könnte der Betrieb des Verbrennungsmotorsystems20 überwacht werden, um eine Schätzung des Abgasmassenstroms zu erhalten, beispielsweise durch Überwachung des Ladedrucks, der Betankungsmengen, der Motorlast, der Motordrehzahl oder potenziell anderer Faktoren. Die Abgastemperatur kann auch auf andere Weise als durch direktes Erfassen der Abgastemperatur ermittelt, abgeleitet oder geschätzt werden, z. B. durch Erfassen der Ansauglufttemperatur, der Temperatur im Zylinder oder anderer Faktoren, die für Fachleute auf dem Gebiet offensichtlich sind. Es sollte auch verstanden werden, dass der Begriff „etwa“ hierin „allgemein“ oder „ungefähr“ bedeutet oder anderweitig mit dem Verständnis einer Person, die in der Technik ausgebildet ist, übereinstimmt. Beispielsweise bezeichnet „etwa 200° C“ nicht nur genau 200° C innerhalb des Messfehlers, sondern zieht auch Temperaturen oberhalb oder unterhalb von 200° C in Betracht, bei denen der SCR-Betrieb normalerweise unpraktisch wird, wie es für einen Fachmann auf dem Gebiet der Motornachbehandlung verständlich ist. - Bezugnehmend auf
3 sind weitere Einzelheiten der DEF-Abgabesteuerung60 dargestellt. Der DEF-Abgabesteuerung60 kann eine einzelne dedizierte Steuereinheit für das DEF-System34 beinhalten oder mehrere separate Steuereinheiten, die verteilte Funktionen aufweisen. In der veranschaulichten Ausführungsform beinhaltet die DEF-Steuerung60 einen Prozessor62 , beispielsweise einen Mikroprozessor oder Mikrocontroller, der mit einem computerlesbaren Speicher64 , wie ROM, SDRAM, Flash, EPROMM, einer Festplatte oder noch anderen, gekoppelt ist. Der Speicher64 speichert eine DEF-Temperaturkarte68 und eine DEF-Einspritzkarte70 und kann andere Karten und Betriebssoftware beinhalten, die zur Steuerung einer oder mehrerer der hierin beschriebenen Funktionen des DEF-Systems34 oder des Verbrennungsmotorsystems10 im Allgemeinen geeignet sind. Die DEF-Abgabesteuerung60 beinhaltet auch eine Eingabe/Ausgabe- oder E/A-Schnittstelle 66. Es wird eine Vielzahl von Eingaben gezeigt, die der Prozessor62 empfängt oder ermittelt, einschließlich einer Abgastemperatur-Eingabe72 (Texh), einer Abgasmassenstrom-Eingabe74 (mexh), einer DEF-Temperatur-Eingabe76 (TDEF), einer DEF-Dosier-Eingabe78 (mDEF) und einer Umgebungstemperatur-Eingabe80 (Tamb).3 zeigt auch Ausgaben, die von der DEF-Abgabesteuerung60 erzeugt werden, einschließlich eines DEF-Einspritzbefehls82 , wie beispielsweise eines elektrischen Strombefehls für den Aktor58 , und eines Vorwärmerbefehls84 , wie beispielsweise eines elektrischen Strom- oder Spannungsbefehls, eines Einschaltzeitbefehls, eines Temperaturbefehls, eines Einschaltbefehls oder noch eines anderen, für den ersten Vorwärmer42 . Wie vorstehend beschrieben, kann ein Zustandssensor im DEF-System34 einer aus einer Vielzahl von Zustandssensoren sein, die zur Erzeugung einer Vielzahl von Zustandssignalen strukturiert sind, die durch die Eingaben72-80 dargestellt werden können. - Die DEF-Abgabesteuerung
60 kann ferner strukturiert sein, die Ablagerungsminderungstemperatur basierend auf der Vielzahl von Zustandssignalen zu ermitteln, wie hierin weiter beschrieben. - Unter jetziger Bezugnahme auch auf
4 ist ein Berechnungsblockdiagramm100 gemäß einer anderen Ausführungsform dargestellt. Die DEF-Abgabesteuerung60 kann ferner strukturiert sein, die Ablagerungsminderungstemperatur in einer Karte mit einer Abgastemperaturkoordinate, einer Abgasstromkoordinate und einer DEF-Dosierungs(mengen)koordinate nachzuschlagen. In4 beinhaltet ein Block110 die Ermittlung der Ablagerungsminderungstemperatur. In einigen Fällen könnte eine relativ niedrigere Abgastemperatur eine relativ höhere Ablagerungsminderungstemperatur rechtfertigen, während eine relativ höhere Abgastemperatur eine relativ niedrigere Ablagerungsminderungstemperatur rechtfertigen könnte. Ein relativ höherer Abgasmassenstrom könnte eine relativ niedrigere Ablagerungsminderungstemperatur rechtfertigen, und ein relativ höherer Abgasmassenstrom eine relativ niedrigere Ablagerungsminderungstemperatur rechtfertigen. Die Abgastemperatur, der Abgasmassenstrom und die DEF-Dosierungsmenge sind Faktoren, die in Bezug auf das DEF-Ablagerungsrisiko kreuzgekoppelt und nicht-linear in Beziehung stehen können und möglicherweise von Abgasanlage zu Abgasanlage variieren. - Die DEF-Abgabesteuerung
60 kann auf der DEF-Temperaturkarte68 die Soll-Ablagerungsminderungstemperatur nachschlagen. Alternativ könnte die DEF-Abgabesteuerung60 die Ablagerungsminderungstemperatur durch Berechnungen ermitteln. Bei einem Block120 ist eine DEF-Tanktemperatureingabe und bei einem Block130 eine Berechnung der Soll-DEF-Temperaturänderung oder Soll-ΔDEF dargestellt. Bei einem Block140 berechnet die DEF-Abgabesteuerung60 eine Soll-Energie zur Erwärmung der einzulassenden DEF. Bei Block140 kann die DEF-Abgabesteuerung60 so verstanden werden, dass sie eine gewünschte Energie zum Erwärmen der DEF berechnet, basierend beispielsweise auf einer spezifischen Wärme der DEF multipliziert mit einer DEF-Durchflussrate, multipliziert mit dem Soll-ΔDEF. Bei einem Block150 ist die Eingabe der Umgebungstemperatur und bei einem Block160 ist die Berechnung des Wärmeverlusts an die Umgebung dargestellt. Bei einem Block170 ist eine Berechnung der Gesamtenergiezufuhr zur DEF und bei einem Block180 ist ein Vorwärmerbefehl dargestellt. Die DEF-Abgabesteuerung60 kann ferner als zur Berechnung eines Vorwärmer-Steuerwerts basierend auf einer Differenz zwischen einer Ist-DEF-Temperatur und der Ablagerungsminderungstemperatur strukturiert verstanden werden. Der Vorwärmer-Steuerwert könnte einen numerischen Wert beinhalten, der als Grundlage für den Vorwärmer-Befehl84 dient, z. B. ermittelt durch die in Block130 durchgeführte Berechnung, die in Block140 durchgeführte Berechnung oder die in Block170 durchgeführte Berechnung. Der Vorwärmer-Steuerwert kann auch basierend auf einem erwarteten Umgebungswärmeverlust berechnet werden, einschließlich basierend auf der in Block150 eingegebenen Umgebungstemperatur. - Gewerbliche Anwendbarkeit
- Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Allgemeinen, aber auch nunmehr auf
5 , wird ein Ablaufdiagramm200 dargestellt, das eine beispielhafte Verfahrensweise und einen Ablauf der Steuerungslogik gemäß der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. Bei einem Block210 wird das Verbrennungsmotorsystem20 betrieben, um den Verbrennungsmotor22 und die Abgasanlage24 zu betreiben. Bei einem Block220 wird das vom Verbrennungsmotor22 erzeugte Abgas durch die Abgasleitung26 geleitet. Von Block220 geht das Ablaufdiagramm200 zu einem Block230 über, um die Zustandssignale zu empfangen, die ein Abgastemperatursignal, ein DEF-Temperatursignal und ein Umgebungstemperatursignal beinhalten, wie hierin beschrieben. - Von Block
230 kann das Ablaufdiagramm200 zu einem Block240 übergehen, um die Ablagerungsminderungstemperatur zu ermitteln, wie hierin beschrieben. Von Block240 geht das Ablaufdiagramm200 zu einem Block250 über, um die erhöhte Wärmeenergie-Ausgabe eines Vorwärmers, z. B. eines der Vorwärmer42 und44 , zu befehlen. Das Befehlen der erhöhten Wärmeenergie-Ausgabe kann beispielsweise das Einschalten eines oder beider Vorwärmer42 und44 beinhalten. Von Block250 geht das Ablaufdiagramm200 zu einem Block260 über, um die Einleitung von DEF in die Abgasleitung26 zu befehlen. In einigen Ausführungsformen könnte die Prozess- und Steuerlogik des Ablaufdiagramms200 in einer Schleife zurücklaufen und sich mehr oder weniger kontinuierlich wiederholen, während das Verbrennungsmotorsystem20 in Betrieb ist, wobei die DEF-Erwärmung in größerem oder geringerem Umfang erfolgt, um die DEF-Temperatur basierend auf den aktuellen Bedingungen optimal zu steuern. In anderen Fällen könnte die Steuerlogik nur unter bestimmten Bedingungen ausgelöst werden, z. B. wenn die Abgastemperatur unter einen Schwellenwert sinkt oder daraus abgeleitet wird. Ein solcher Schwellenwert könnte fest vorgegeben sein, wie beispielsweise bei etwa 200° C, wie hierin besprochen, oder variabel unter Berücksichtigung mehrerer (oder vieler) verschiedener Faktoren innerhalb oder außerhalb des Verbrennungsmotorsystems20 . - Die vorliegende Beschreibung dient lediglich zur Veranschaulichung und sollte nicht derart ausgelegt werden, dass sie den Umfang der vorliegenden Offenbarung in irgendeiner Weise einschränkt. Fachleute auf dem Gebiet werden es daher begrüßen, dass verschiedene Modifikationen an den hierin offenbarten Ausführungsformen erfolgen könnten, ohne von dem beabsichtigten und angemessenen Sinn und Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
- Andere Aspekte, Merkmale und Vorteile werden bei einer Prüfung der beigefügten Zeichnungen und angefügten Ansprüche deutlich werden. In der hierin verwendeten Form sollen die Artikel „ein/eine/einer/eines“ ein oder mehrere Elemente beinhalten und können mit „ein oder mehr“ austauschbar verwendet werden. Wenn nur ein Gegenstand beabsichtigt ist, wird der Begriff „ein“ oder eine ähnliche Sprache verwendet. Auch die Begriffe „aufweist“, „aufweisen“, „aufweisend“ oder dergleichen sind als offene Begriffe gedacht. Des Weiteren soll der Ausdruck „basierend auf” mindestens teilweise basierend auf bedeuten, es sei denn, es ist ausdrücklich etwas anderes angegeben.
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- US 2007/0119153 [0005]
Claims (10)
- Abgasanlage (24) für einen Motor (22), umfassend: eine Abgasleitung (26), die sich zwischen einem stromaufwärtigen Ende (28) zur Aufnahme von durch den Motor (22) erzeugtem Abgas und einem stromabwärtigen Ende (30) erstreckt; eine selektive katalytische Reduktionsvorrichtung (SCR-Vorrichtung) (32), die in der Abgasleitung (26) positioniert ist; ein Dieselemissionsflüssigkeitssystem (DEF-System) (34), einschließlich eines mit der Abgasleitung (26) an einer Stelle stromaufwärts des SCR (32) verbundenen DEF-Einlassventils (36), eines Vorwärmers (42, 44), eines Zustandssensors (46, 48, 50, 52) und einer DEF-Abgabesteuerung( 60); die DEF-Abgabesteuerung (60) ist mit dem Vorwärmer (42, 44) und mit dem Zustandssensor (46, 48, 50, 52) gekoppelt und strukturiert zum: Empfangen eines von dem Zustandssensor (46, 48, 50, 52) erzeugten Zustandssignals, das einen DEF-Ablagerungsrisikozustand in der Abgasanlage (24) anzeigt; und Befehlen einer erhöhten Wärmeenergie-Ausgabe des Vorwärmers (42, 44) basierend auf dem Zustandssignal, sodass eine Temperatur der in die Abgasleitung (26) einzulassenden DEF auf eine Ablagerungsminderungstemperatur erhöht wird.
- Abgasanlage (24) nach
Anspruch 1 , wobei: das Zustandssignal ein Abgastemperatursignal beinhaltet, das eine Reduzierung der Abgastemperatur anzeigt; die DEF-Abgabesteuerung (60) ferner zur Ermittlung der Ablagerungsminderungstemperatur strukturiert ist; die DEF-Abgabesteuerung (60) ferner zum Befehlen der Betätigung des DEF-Einlassventils (36) strukturiert ist, um DEF, deren Temperatur auf die Ablagerungsminderungstemperatur erhöht ist, in die Abgasleitung (26) einzulassen. - Abgasanlage (24) nach
Anspruch 2 , wobei: der Zustandssensor (46, 48, 50, 52) einer einer Vielzahl von Zustandssensoren (46, 48, 50, 52) ist, die zur Erzeugung einer Vielzahl von Zustandssignalen strukturiert sind; die DEF-Abgabesteuerung (60) ferner strukturiert ist zum: Ermitteln der Ablagerungsminderungstemperatur basierend auf der Vielzahl von Zustandssignalen; Berechnen eines Vorwärmer-Steuerwerts basierend auf einer Differenz zwischen einer Ist-DEF-Temperatur und der Ablagerungsminderungstemperatur; Befehlen der erhöhten Wärmeenergie-Ausgabe des Vorwärmers (42, 44) basierend auf dem Vorwärmer-Steuerwert; und Nachschlagen der Ablagerungsminderungstemperatur in einer Karte mit einer Abgastemperaturkoordinate, einer Abgasstromkoordinate und einer DEF-Dosierungskoordinate. - Abgasanlage (24) nach
Anspruch 2 oder3 , wobei die DEF-Abgabesteuerung (60) ferner zur Berechnung des Vorwärmer-Steuerwerts basierend auf einem erwarteten Umgebungswärmeverlust strukturiert ist. - Dieselemissionsflüssigkeitssystem (DEF-System) (34), umfassend: eine DEF-Abgabesteuerung (60), die zur Kopplung mit einem Vorwärmer (42, 44) zum Vorwärmen von DEF zur Abgabe in eine Abgasleitung (26) in der Abgasanlage (24) und mit einem Zustandssensor (46, 48, 50, 52) zur Überwachung eines DEF-Ablagerungsrisikozustands in der Abgasanlage (24) strukturiert ist; wobei die DEF-Abgabesteuerung (60) ferner strukturiert ist zum: Empfangen eines Zustandssignals vom Zustandssensor (46, 48, 50, 52), das einen DEF-Ablagerungsrisikozustand in der Abgasanlage (24) anzeigt; Ermitteln einer Ablagerungsminderungstemperatur für DEF, die in eine Abgasleitung (26) in der Abgasanlage (24) eingelassen werden soll, basierend auf dem Zustandssignal; und Befehlen einer erhöhten Wärmeenergie-Ausgabe des Vorwärmers (42, 44), sodass eine Temperatur der in die Abgasleitung (26) einzulassenden DEF auf die Ablagerungsminderungstemperatur erhöht wird.
- DEF-System (34) nach
Anspruch 5 , wobei: der Ablagerungsrisikozustand einen Zustand mit reduzierter Abgastemperatur beinhaltet; das DEF-System (34) den Zustandssensor (46, 48, 50, 52) beinhaltet und wobei der Zustandssensor (46, 48, 50, 52) ein Abgastemperatursensor und das Zustandssignal ein Abgastemperatursignal ist. - DEF-System (34) nach
Anspruch 5 oder6 , wobei die DEF-Abgabesteuerung (60) ferner strukturiert ist zum: Berechnen eines Vorwärmer-Steuerwerts basierend auf einer Differenz zwischen einer Ist-DEF-Temperatur und der Ablagerungsminderungstemperatur; Befehlen der erhöhten Wärmeenergie-Ausgabe des Vorwärmers (42, 44) basierend auf dem Vorwärmer-Steuerwert; wobei die DEF-Abgabesteuerung (60) ferner strukturiert ist, die Ablagerungsminderungstemperatur in einer Karte mit einer Abgastemperaturkoordinate, einer Abgasstromkoordinate und einer DEF-Dosierungskoordinate nachzuschlagen. - DEF-System (34) nach
Anspruch 7 , ferner umfassend: einen DEF-Tanktemperaturzustandssensor, der zur Erzeugung eines DEF-Tanktemperatursignals strukturiert ist; einen Umgebungstemperaturzustandssensor, der zur Erzeugung eines Umgebungstemperatursignals strukturiert ist; und wobei die DEF-Abgabesteuerung (60) ferner zur Berechnung des Vorwärmer-Steuerwerts basierend auf dem Abgastemperatursignal, dem DEF-Tanktemperatursignal und dem Umgebungstemperatursignal strukturiert ist. - Verfahren zum Betreiben einer Abgasanlage (24) eines Verbrennungsmotors (22), umfassend: Erzeugen eines Zustandssignals, das ein Ablagerungsrisiko der Dieselemissionsflüssigkeit (DEF) in der Abgasanlage (24) anzeigt; Erhöhen einer Wärmeenergie-Ausgabe eines Vorwärmers (42, 44) für DEF in einem DEF-System (34) der Abgasanlage (24) basierend auf dem Zustandssignal; Erhöhen einer Temperatur von DEF im DEF-System (34) auf eine Ablagerungsminderungstemperatur basierend auf der erhöhten Wärmeenergie-Ausgabe; und Befehlen der Einleitung der DEF, deren Temperatur auf die Ablagerungsminderungstemperatur erhöht ist, in eine Abgasleitung (26) in der Abgasanlage (24).
- Verfahren nach
Anspruch 9 , wobei: das Erzeugen eines Zustandssignals das Erzeugen eines Abgastemperatursignals beinhaltet, das eine Reduzierung der Abgastemperatur anzeigt; das Berechnen des Vorwärmer-Steuerwerts ferner das Berechnen des Vorwärmer-Steuerwerts basierend auf einem erwarteten Umgebungswärmeverlust beinhaltet; das Verfahren ferner umfassend: Berechnen eines Vorwärmer-Steuerwerts basierend auf einer Differenz zwischen einer Ist-DEF-Temperatur und der Ablagerungsminderungstemperatur; und Ermitteln der Ablagerungsminderungstemperatur basierend auf Abgastemperatur, Abgasstrom und DEF-Dosierung.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R082 | Change of representative |
Representative=s name: DF-MP DOERRIES FRANK-MOLNIA & POHLMAN PATENTAN, DE |