DE102021104051A1

DE102021104051A1 - Verringerung der ablagerung von dieselemissionsflüssigkeit (def) in einer abgasanlage für einen motor

Info

Publication number: DE102021104051A1
Application number: DE102021104051.5A
Authority: DE
Inventors: Keith D. Hogan
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2020-02-25
Filing date: 2021-02-19
Publication date: 2021-08-26
Also published as: US20210262372A1; GB2593044A; GB2593044B; CN113374560A; GB202101570D0; US11174772B2

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 von Pierz et al. dargelegt. Pierz schlägt ein Harnstoff-SCR-System zur Verbesserung der Nachbehandlungsanwendungen vor. In Pierz et al. weist das SCR-System eine Leitung auf, die eine Förderpumpe mit einer Einspritzdüse für den Harnstoff verbindet, wobei ein Heizelement stromabwärtig der Pumpe positioniert ist, um wässrigen Harnstoff vor der Einspritzung in einen Abgasstrom auf einen überhitzten Zustand vorzuwärmen. Offenbar wird der überhitzte wässrige Harnstoff bei der Einspritzung in den relativ kühleren Abgasstrom sofort zu Dampf. Während Pierz et al. bestimmte Herausforderungen lösen können, gibt es immer Raum für alternative Strategien sowie die Verfolgung anderer Endziele der Temperaturmanipulation der Dieselemissionsflüssigkeit.
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

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 Maschine 10 gemäß einer Ausführungsform gezeigt, die einen Rahmen 12, in den Boden eingreifende Antriebselemente 14, die den Rahmen 12 tragen, ein Arbeitsgerätesystem 16 und eine Bedienerkabine 18 beinhaltet. Ein Verbrennungsmotorsystem 20 ist auf dem Rahmen 12 gelagert und beinhaltet einen Verbrennungsmotor 22. Die Maschine 10 wird im Zusammenhang mit einem Radlader gezeigt, jedoch könnte die Maschine 10 eine beliebige andere von einer Vielzahl von anderen Arbeitsmaschinen umfassen, wie beispielsweise einen Traktor, einen Lastkraftwagen, einen Motorgrader, einen Abstreifer oder noch andere. Die Maschine 10 könnte auch eine Straßenmaschine oder eine stationäre Maschine wie eine Pumpe, ein Verdichter oder ein Generatorsatz sein, um einige Beispiele zu nennen. Der Verbrennungsmotor 20 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 Verbrennungsmotorsystem 20 beinhaltet auch ein Abgasanlage 24, die für die Zuführung der Abgase des Verbrennungsmotors 22 zu einem Auslass, wie z. B. einem Abgasstutzen 31, einem Auspuffendrohr oder dergleichen, strukturiert ist. Wie aus der folgenden Beschreibung ferner ersichtlich wird, ist die Abgasanlage 24 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 Abgasanlage 24 eine Abgasleitung 26, die sich zwischen einem stromaufwärtigen Ende 28, das zur Aufnahme der vom Verbrennungsmotor 22 erzeugten Abgase strukturiert ist, und einem stromabwärtigen Ende 30 erstreckt. Die Abgasanlage 24 beinhaltet auch eine selektive katalytische Reduktionsvorrichtung (SCR-Vorrichtung) 32, die in einer Abgasleitung 26 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 Abgasanlage 24 zwischen der SCR-Vorrichtung 32 und dem Verbrennungsmotor 22 oder zwischen der SCR-Vorrichtung 32 und dem Abgasstutzen 31 angeordnet werden.
Das DEF-System 34 beinhaltet ein DEF-Einlassventil 36, wie beispielsweise ein DEF-Einspritzventil, das mit der Abgasleitung 26 an einer Position verbunden ist, die sich stromaufwärts der SCR-Vorrichtung 32 befindet. Das DEF-System 34 beinhaltet auch einen DEF-Tank 38, eine sich zwischen dem DEF-Tank 38 und dem DEF-Einlassventil 36 erstreckende DEF-Versorgungsleitung 40 und eine DEF-Druckbeaufschlagungspumpe 45. Die DEF-Versorgungsleitung 40 kann eine Niederdruck-Übertragungsleitung 41 beinhalten, die sich in den DEF-Tank 38 erstreckt und mit der Pumpe 45 fluidisch verbunden ist, sowie eine druckbeaufschlagte Leitung 43, die sich zwischen der Pumpe 45 und dem DEF-Einlassventil 36 erstreckt. Ebenfalls in 2 dargestellt ist ein Kühler oder ein anderer Wärmetauscher 54, der mit einem Kühlsystem des Verbrennungsmotors 22 verbunden ist. In einer praktischen Implementierung kann das Motorkühlmittel zwischen dem Wärmetauscher 54 und dem DEF-Tank 38 zirkulieren, um die im DEF-Tank 38 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-Tank 38 positioniert werden.
Das DEF-System 34 beinhaltet ferner einen ersten Vorwärmer 42 und einen zweiten Vorwärmer 44. Der erste Vorwärmer 42 kann in Wärmeübertragungskontakt mit der druckbeaufschlagten Leitung 43 und der zweite Vorwärmer 44 in Wärmeübertragungskontakt mit der Übertragungsleitung 41 angeordnet sein. In einigen Ausführungsformen könnte nur ein einziger Vorwärmer verwendet werden, der entweder der Übertragungsleitung 41 oder der druckbeaufschlagten Leitung 43 zugeordnet ist. In einer praktischen Implementierung beinhaltet das DEF-System 34 zumindest einen Vorwärmer, der zur Erwärmung von DEF relativ nahe am DEF-Einlassventil 36 und somit in Kontakt mit der druckbeaufschlagten Leitung 43 strukturiert ist. Wie vorstehend erwähnt, kann eine Heizvorrichtung oder ein Vorwärmer auch am DEF-Tank 38 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-Versorgungsleitung 40 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 Verbrennungsmotorsystem 22 und die Abgasanlage 24 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 Zustandssensoren 46, 48, 50 und 52, von denen einer oder mehrere zur Erzeugung eines Zustandssignals strukturiert sind, das einen DEF-Ablagerungsrisikozustand in einer Abgasanlage 24 anzeigt. Die Zustandssensoren können einen zur Erzeugung eines Abgastemperatursignals strukturierten Abgastemperatursensor 48, einen zur Erzeugung eines Abgasmassenstromsignals strukturierten Abgasmassenstromsensor 46, einen zur Erzeugung eines DEF-Temperatursignals strukturierten DEF-Temperatursensor 52, der eine Temperatur der beispielsweise im DEF-Tank 38 oder an anderer Stelle in dem DEF-System 34 gespeicherten DEF anzeigt, und einen zur Erzeugung eines Umgebungstemperatursignals 50 strukturierten Umgebungstemperatursensor 50 beinhalten. Wie hierin ferner erörtert, kann die DEF-Steuerung 60 Signale von jedem der Zustandssensoren 46, 48, 50, 52 und/oder zusätzlichen oder alternativen Sensoren empfangen und interpretieren und DEF steuerbar erwärmen, um in flüssiger Form in die Abgasleitung 26 eingelassen zu werden, um das Risiko der Ablagerung von DEF-Materialien wie festem Harnstoff zu vermindern.
In 2 ist ferner ein Aktor 58 für das DEF-Einlassventil 36 dargestellt. Die DEF-Abgabesteuerung 60 kann zur Betätigung des Aktors 58, der einen elektronisch betriebenen Magnetventil-Aktor beinhalten kann, zur Einspritzung von DEF in die Abgasleitung 26 zur Verdampfung im Abgasstrom, der zu der und in die SCR-Vorrichtung 32 geleitet wird, strukturiert sein. Die DEF-Abgabesteuerung 60 ist daher mit dem ersten Vorwärmer 42 oder dem zweiten Vorwärmer 44 oder mit beiden und mit einem oder mehreren der Zustandssensoren 46, 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 Abgasanlage 26 anzeigt, und basierend auf dem Zustandssignal eine erhöhte Wärmeenergie-Ausgabe des ersten Vorwärmers 42 und/oder des zweiten Vorwärmers 44 befiehlt, sodass eine Temperatur der DEF in der DEF-Versorgungsleitung 40, die in die Abgasleitung 26 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 Abgasanlage 24 die Gefahr der DEF-Ablagerung relativ gering oder nicht vorhanden ist. Die DEF-Steuerung 60 kann periodisch oder mehr oder weniger kontinuierlich Signale von dem Abgastemperatursensor 48 empfangen oder diesen abfragen, um die Abgastemperaturen in der Abgasleitung 26 zu überwachen. Das durch das Abgastemperatursignal 48 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-Abgabesteuerung 60 auch bei relativ niedrigeren Abgastemperaturen, beispielsweise von etwa 150° C bis etwa 200° C, die Betätigung des DEF-Einlassventils 36 anweisen, um DEF mit einer auf eine Ablagerungsminderungstemperatur erhöhten Temperatur in die Abgasleitung 26 für den kontinuierlichen Betrieb der SCR-Vorrichtung 32 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 Abgasmassenstromsensor 46 zu erfassen, könnte der Betrieb des Verbrennungsmotorsystems 20 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-Abgabesteuerung 60 dargestellt. Der DEF-Abgabesteuerung 60 kann eine einzelne dedizierte Steuereinheit für das DEF-System 34 beinhalten oder mehrere separate Steuereinheiten, die verteilte Funktionen aufweisen. In der veranschaulichten Ausführungsform beinhaltet die DEF-Steuerung 60 einen Prozessor 62, beispielsweise einen Mikroprozessor oder Mikrocontroller, der mit einem computerlesbaren Speicher 64, wie ROM, SDRAM, Flash, EPROMM, einer Festplatte oder noch anderen, gekoppelt ist. Der Speicher 64 speichert eine DEF-Temperaturkarte 68 und eine DEF-Einspritzkarte 70 und kann andere Karten und Betriebssoftware beinhalten, die zur Steuerung einer oder mehrerer der hierin beschriebenen Funktionen des DEF-Systems 34 oder des Verbrennungsmotorsystems 10 im Allgemeinen geeignet sind. Die DEF-Abgabesteuerung 60 beinhaltet auch eine Eingabe/Ausgabe- oder E/A-Schnittstelle 66. Es wird eine Vielzahl von Eingaben gezeigt, die der Prozessor 62 empfängt oder ermittelt, einschließlich einer Abgastemperatur-Eingabe 72 (T_exh), einer Abgasmassenstrom-Eingabe 74 (m_exh), einer DEF-Temperatur-Eingabe 76 (T_DEF), einer DEF-Dosier-Eingabe 78 (m_DEF) und einer Umgebungstemperatur-Eingabe 80 (T_amb). 3 zeigt auch Ausgaben, die von der DEF-Abgabesteuerung 60 erzeugt werden, einschließlich eines DEF-Einspritzbefehls 82, wie beispielsweise eines elektrischen Strombefehls für den Aktor 58, und eines Vorwärmerbefehls 84, wie beispielsweise eines elektrischen Strom- oder Spannungsbefehls, eines Einschaltzeitbefehls, eines Temperaturbefehls, eines Einschaltbefehls oder noch eines anderen, für den ersten Vorwärmer 42. Wie vorstehend beschrieben, kann ein Zustandssensor im DEF-System 34 einer aus einer Vielzahl von Zustandssensoren sein, die zur Erzeugung einer Vielzahl von Zustandssignalen strukturiert sind, die durch die Eingaben 72-80 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 Berechnungsblockdiagramm 100 gemäß einer anderen Ausführungsform dargestellt. Die DEF-Abgabesteuerung 60 kann ferner strukturiert sein, die Ablagerungsminderungstemperatur in einer Karte mit einer Abgastemperaturkoordinate, einer Abgasstromkoordinate und einer DEF-Dosierungs(mengen)koordinate nachzuschlagen. In 4 beinhaltet ein Block 110 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-Temperaturkarte 68 die Soll-Ablagerungsminderungstemperatur nachschlagen. Alternativ könnte die DEF-Abgabesteuerung 60 die Ablagerungsminderungstemperatur durch Berechnungen ermitteln. Bei einem Block 120 ist eine DEF-Tanktemperatureingabe und bei einem Block 130 eine Berechnung der Soll-DEF-Temperaturänderung oder Soll-ΔDEF dargestellt. Bei einem Block 140 berechnet die DEF-Abgabesteuerung 60 eine Soll-Energie zur Erwärmung der einzulassenden DEF. Bei Block 140 kann die DEF-Abgabesteuerung 60 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 Block 150 ist die Eingabe der Umgebungstemperatur und bei einem Block 160 ist die Berechnung des Wärmeverlusts an die Umgebung dargestellt. Bei einem Block 170 ist eine Berechnung der Gesamtenergiezufuhr zur DEF und bei einem Block 180 ist ein Vorwärmerbefehl dargestellt. Die DEF-Abgabesteuerung 60 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-Befehl 84 dient, z. B. ermittelt durch die in Block 130 durchgeführte Berechnung, die in Block 140 durchgeführte Berechnung oder die in Block 170 durchgeführte Berechnung. Der Vorwärmer-Steuerwert kann auch basierend auf einem erwarteten Umgebungswärmeverlust berechnet werden, einschließlich basierend auf der in Block 150 eingegebenen Umgebungstemperatur.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen im Allgemeinen, aber auch nunmehr auf 5, wird ein Ablaufdiagramm 200 dargestellt, das eine beispielhafte Verfahrensweise und einen Ablauf der Steuerungslogik gemäß der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. Bei einem Block 210 wird das Verbrennungsmotorsystem 20 betrieben, um den Verbrennungsmotor 22 und die Abgasanlage 24 zu betreiben. Bei einem Block 220 wird das vom Verbrennungsmotor 22 erzeugte Abgas durch die Abgasleitung 26 geleitet. Von Block 220 geht das Ablaufdiagramm 200 zu einem Block 230 über, um die Zustandssignale zu empfangen, die ein Abgastemperatursignal, ein DEF-Temperatursignal und ein Umgebungstemperatursignal beinhalten, wie hierin beschrieben.
Von Block 230 kann das Ablaufdiagramm 200 zu einem Block 240 übergehen, um die Ablagerungsminderungstemperatur zu ermitteln, wie hierin beschrieben. Von Block 240 geht das Ablaufdiagramm 200 zu einem Block 250 über, um die erhöhte Wärmeenergie-Ausgabe eines Vorwärmers, z. B. eines der Vorwärmer 42 und 44, zu befehlen. Das Befehlen der erhöhten Wärmeenergie-Ausgabe kann beispielsweise das Einschalten eines oder beider Vorwärmer 42 und 44 beinhalten. Von Block 250 geht das Ablaufdiagramm 200 zu einem Block 260 über, um die Einleitung von DEF in die Abgasleitung 26 zu befehlen. In einigen Ausführungsformen könnte die Prozess- und Steuerlogik des Ablaufdiagramms 200 in einer Schleife zurücklaufen und sich mehr oder weniger kontinuierlich wiederholen, während das Verbrennungsmotorsystem 20 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 Verbrennungsmotorsystems 20.
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
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Zitierte Patentliteratur

US 2007/0119153 [0005]

Claims

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 oder 3, 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 oder 6, 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.