DE102022003961A1

DE102022003961A1 - Passives Regenerationssystem für Benzin-/Dieselpartikelfilter (DPF/GPF) eines Fahrzeugs und Verfahren davon

Info

Publication number: DE102022003961A1
Application number: DE102022003961.3A
Authority: DE
Inventors: Sunil Subramanyam
Original assignee: Mercedes Benz Group AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2021-11-18
Filing date: 2022-10-25
Publication date: 2023-05-25

Abstract

Ein passives Regenerationssystem und -verfahren für wenigstens einen des Benzinpartikelfilters (GPF) und des Dieselpartikelfilters (DPF) eines Fahrzeugs wird offenbart. Das passive Regenerationssystem (100) beinhaltet einen Bypass-Weg (102), der mit dem Abgaskrümmer gekoppelt ist, eine erste Klappe (104), die mit dem Abgaskrümmer gekoppelt ist, eine zweite Klappe (106), die mit dem Bypass-Weg gekoppelt ist, ein Gebläse (108) oder eine Einspritzdüse (108), der innerhalb des Bypass-Weges gekoppelt ist. Das passive Regenerationssystem empfängt passive Regenerationsbedingungen von der Motorsteuerungseinheit (ECU) und öffnet, wenn passive Regenerationsbedingungen von den empfangenen passiven Regenerationsbedingungen erkannt werden, die erste Klappe, um das Abgas in den Bypass-Weg umzuleiten. Das passive Regenerationssystem stellt dem Gebläse oder der Einspritzdüse Abgas bereit, indem es die zweite Klappe in dem Bypass-Weg öffnet, um den Massenstrom des Abgases in das Gebläse oder die Einspritzdüse zu steuern. Ferner injiziert das passive Regenerationssystem einen Anteil des Abgases in den Ausgangskanal des GPF (110) oder des DPF (110).

Description

Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf Systeme für die Oxidation von partikelförmigen Schadstoffen aus Verbrennungsgasen. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf ein verbessertes, effizientes und zuverlässiges passives Regenerationssystem und passives Regenerationsverfahren für wenigstens einen Benzinpartikelfilter (GPF) und einen Dieselpartikelfilter (DPF) eines Fahrzeugs.
Anorganische Rückstände in Abgasen lassen sich im Allgemeinen unter dem Begriff „Asche“ zusammenfassen und werden in der Regel zusammen mit Rußpartikeln in Benzinpartikelfiltern (GPF) oder Dieselpartikelfiltern (DPF) eines Fahrzeugs gesammelt. Abgesehen von dem brennbaren Ruß kann der Ruß jedoch im Inneren der GPF/DPF verbleiben und sich im Laufe der Lebensdauer ansammeln. Die wichtigsten Aschequellen können von Öladditiven, Motorverschleiß und Partikeln aus vorgeschalteten Katalysatorbeschichtungen herrühren. Allen Abgasnachbehandlungssystemen ist gemeinsam, dass sie eine wirksame Emissionsreduzierung über die gesamte Lebensdauer des Fahrzeugs sicherstellen müssen. Die in der Verbrennungskammer des Motors ausgebildeten Rußpartikel, die sich in den GPF/DPF ansammeln, können die Filtrationseffizienz der GPF/DPF beeinträchtigen. Gegenwärtig gibt es bei GPF/DPF möglicherweise Systeme für die Verbesserung der Effizienz, indem die Rußbildung über GPF/DPF ermöglicht und ebenso die passive Regeneration durch Einspritzen einer minimalen Kraftstoffmenge vermeidet. Das Einspritzen einer minimalen Kraftstoffmenge kann jedoch zu einem höheren Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs führen. Ferner gibt es derzeit möglicherweise eine Abgasreduzierungseinrichtung für ein Fahrzeug, die einen Benzinpartikelfilter beinhaltet, der in der Lage ist, den in den Motorabgasen enthaltenen Ruß zu entfernen, und mit einem Filtereinlass an einem Ende und einem Filterauslass an dem anderen Ende versehen ist.
Das Patentdokument US5305602A offenbart eine Vorrichtung zum Entfernen von Feinstaub eines Dieselmotors mit einem in dem Strom des Abgases angeordneten Filter, einer Heizung zum Beheizen des Filters und einer Luftpumpe oder Erhalten eines Luftstroms für die Verbrennung des von dem Filter aufgefangenen Feinstaubs, wenn dieser verstopft ist. Die Menge der Luft für die Verbrennung des Filters wird gemäß der Menge des in dem Filter verbleibenden Feinstaubs in dem Randbereich davon unmittelbar nach dem vorangegangenen Verbrennungszyklus berechnet. Es kann jedoch Luft gepumpt werden, wenn der Partikelfilter (PF) verstopft sein kann, bis der Ruß in dem PF vollständig verbrannt ist. Dies kann die Filtrationseffizienz des PF reduzieren, da eine gewisse Menge Ruß in dem PF erforderlich ist, um eine bessere Filtrationseffizienz zu erzielen.
Es besteht daher die Notwendigkeit, ein verbessertes, effizientes und zuverlässiges passives Regenerationssystem und ein passives Regenerationsverfahren für wenigstens einen Benzinpartikelfilter (GPF) und einen Dieselpartikelfilter (DPF) eines Fahrzeugs bereitzustellen, um die GPF/DPF-Filtrationseffizienz zu verbessern, ohne den Kraftstoffverbrauch zu beeinträchtigen.
Eine allgemeine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist es, ein verbessertes, effizientes und zuverlässiges passives Regenerationssystem und passives Regenerationsverfahren für wenigstens einen Benzinpartikelfilter (GPF) und einen Dieselpartikelfilter (DPF) eines Fahrzeugs bereitzustellen.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Offenbarung ist es, ein passives Regenerationssystem und ein passives Regenerationsverfahren bereitzustellen, um die Abgase über einen Bypass-Weg in den Ausgangskanal des GPF/DPF zu leiten und den im Ausgangskanal angesammelten Ruß zu regenerieren. Dies erhöht die Filtrationseffizienz von GPF/DPF, da der Ausgangskanal sauber ist, der Eingangskanal jedoch noch Ruß aufweist.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist es, ein passives Regenerationssystem und ein passives Regenerationsverfahren bereitzustellen, die es ermöglichen, dass der größte Teil der Regeneration in dem Ausgangskanal des GPF/DPF stattfindet, um den Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs zu verringern.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist es, ein passives Regenerationssystem und ein passives Regenerationsverfahren für die Verbrennung des größten Teils des in dem Ausgangskanal des GPF/DPF angesammelten Rußes bereitzustellen. Der größte Teil des Rußes auf dem Eingangskanal kann unverbrannt bleiben, wobei dadurch die Filtrationseffizienz des Eingangskanals weniger beeinträchtigt werden kann. Dadurch wird die GPF/DPF-Filtrationseffizienz verbessert, ohne den Kraftstoffverbrauch zu beeinträchtigen.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Offenbarung ist es, ein passives Regenerationssystem und ein passives Regenerationsverfahren bereitzustellen, um die innere Oberfläche (wo sich der Ruß angesammelt hat) des Ausgangskanals des GPF/DPF mit dem in dem Abgas vorhandenen Sauerstoff in Wechselwirkung zu bringen, um den Ruß zu oxidieren, wenn die Regenerationsbedingungen erfüllt sind.
Aspekte der vorliegenden Offenbarung beziehen sich auf Sicherheitsführungssysteme. Insbesondere bezieht sie sich auf ein verbessertes, effizientes und zuverlässiges System und Verfahren für die Sicherheitsführung während eines kritischen Instabilitätszustands eines Fahrzeugs.
In einem Aspekt stellt die vorliegende Offenbarung ein passives Regenerationssystem für wenigstens einen Benzinpartikelfilter (GPF) und einen Dieselpartikelfilter (DPF) eines Fahrzeugs bereit. Das passive Regenerationssystem beinhaltet einen Bypass-Weg, der mit einem Abgaskrümmer gekoppelt ist, eine erste Klappe, die mit dem Abgaskrümmer gekoppelt ist, eine zweite Klappe, die mit dem Bypass-Weg verbunden ist, und wenigstens ein Gebläse und eine Einspritzdüse, die innerhalb des Bypass-Wegs gekoppelt ist. Das passive Regenerationssystem kann eine oder mehrere passive Regenerationsbedingungen von einer Motorsteuereinheit (ECU) empfangen. Das passive Regenerationssystem kann die erste Klappe öffnen, wenn die eine oder mehreren passiven Regenerationsbedingungen aus den einen oder mehreren empfangenen passiven Regenerationsbedingungen erkannt werden, um ein Abgas in den Bypass-Weg zu leiten. Die Umleitung des Abgases verhindert, dass das Abgas über den Abgaskrümmer in einen Eingangskanal von wenigstens eines des Benzinpartikelfilters (GPF) und des Dieselpartikelfilters (DPF) gelangt. Das passive Regenerationssystem kann das Abgas durch Öffnen der zweiten Klappe innerhalb des Bypass-Weges wenigstens einem/einer des Gebläses und der Einspritzdüse bereitzustellen, um den Massenstrom des Abgases in wenigstens eines/eine des Gebläses und der Einspritzdüse zu steuern. Das Steuern des Massenstroms des Abgases ermöglicht einen Anteil des Abgases in wenigstens eines/eine des Gebläses oder der Einspritzdüse. Ferner kann das passive Regenerationssystem einen Anteil des Abgases in den Ausgangskanal des wenigstens einen des GPF und des DPF einspritzen.
In einer Ausführungsform umfassen die einen oder die mehreren passiven Regenerationsbedingungen wenigstens eines des Drückens und Freigebens eines Gaspedals des Fahrzeugs, Kraftstoffabschaltszenarien und Temperatur über wenigstens einem des GPF und des DPF in der Regenerationszone.
In einer Ausführungsform spritzt wenigstens eines/eine des Gebläses und der Einspritzdüse das Abgas in den Ausgangskanal wenigstens eines des GPF und des DPF, um den angesammelten Ruß in dem Ausgangskanal wenigstens eines des GPF und des DPF zu oxidieren.
In einer Ausführungsform wird der Anteil des Abgases in den Ausgangskanal wenigstens eines des GPF und des DPF eingespritzt, bis eine bestimmte Menge des angesammelten Rußes während der einen oder der mehreren passiven Regenerationsbedingungen verbrannt ist, und lässt das Verbrennen des angesammelten Rußes nicht zu, wenn die eine oder die mehreren passiven Regenerationsbedingungen nicht erkannt werden, um die Filtrationseffizienz wenigstens eines des GPF und des DPF während einer oder mehrerer passiver Regenerationsbedingungen zu verbessern.
In einer Ausführungsform werden die eine oder die mehreren passiven Regenerationsbedingungen von der einen oder den mehreren empfangenen passiven Regenerationsbedingungen nicht erkannt, dann werden die erste Klappe und die zweite Klappe geschlossen, um das Abgas über den Abgaskrümmer zu dem wenigstens einen des GPF und des DPF umzuleiten.
In einem anderen Aspekt stellt die vorliegende Offenbarung ein passives Regenerationsverfahren für wenigstens einen eines Benzinpartikelfilters (GPF) und eines Dieselpartikelfilters (DPF) eines Fahrzeugs bereit. Das passive Regenerationsverfahren beinhaltet das Empfangen einer oder mehrerer passiver Regenerationsbedingungen von einer Motorsteuereinheit (ECU) durch ein passives Regenerationssystem. Das passive Regenerationsverfahren beinhaltet das Öffnen der ersten Klappe durch das passive Regenerationssystem, wenn die eine oder die mehreren passiven Regenerationsbedingungen von der einen oder den mehreren empfangenen passiven Regenerationsbedingungen erkannt werden, um ein Abgas in den Bypass-Weg umzuleiten. Die Umleitung des Abgases verhindert, dass das Abgas über den Abgaskrümmer in einen Eingangskanal von wenigstens eines des Benzinpartikelfilters (GPF) und des Dieselpartikelfilters (DPF) gelangt. Ferner umfasst das passive Regenerationsverfahren das Bereitstellen des Abgases durch das passive Regenerationssystem für wenigstens eines/eine des Gebläses und der Einspritzdüse, um den Massenstrom des Abgases in wenigstens eines/eine des Gebläses und der Einspritzdüse zu steuern. Das Steuern des Massenstroms des Abgases ermöglicht einen Anteil des Abgases in wenigstens eines/eine des Gebläses oder der Einspritzdüse. Das passive Regenerationsverfahren umfasst das Einspritzen eines Teils des Abgases durch das passive Regenerationssystem in den Ausgangskanal des wenigstens einen des GPF und des DPF.
Verschiedene Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile des Erfindungsgegenstandes werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen zusammen mit den beigefügten Zeichnungen, in denen gleiche Ziffern gleiche Komponenten darstellen, deutlicher.
Die beigefügten Zeichnungen sind beinhaltet, um ein weiteres Verständnis der vorliegenden Offenbarung bereitzustellen, und sind in diese Patentschrift einbezogen und bilden einen Teil dieser. Die Zeichnungen veranschaulichen beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung und dienen zusammen mit der Beschreibung für die Erläuterung der Grundsätze der vorliegenden Offenbarung.

1 veranschaulicht eine beispielhafte Blockdiagrammdarstellung eines passiven Regenerationssystems der vorliegenden Offenbarung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
2 veranschaulicht eine beispielhafte schematische Schaubilddarstellung eines Benzinpartikelfilters (GPF) gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
3A veranschaulicht eine beispielhafte grafische Schaubilddarstellung der passiven Regeneration gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
3B veranschaulicht eine grafische Schaubilddarstellung der passiven Regenerationsbedingungen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
3C, 3D und 3E veranschaulichen graphische Schaubilddarstellungen, um die Reduktion der Rußmasse während der passiven Regeneration gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darzustellen.
4 veranschaulicht ein Flussdiagramm, das ein passives Regenerationsverfahren für wenigstens einen eines Benzinpartikelfilters (GPF) und eines Dieselpartikelfilters (DPF) eines Fahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt.

Es folgt eine ausführliche Beschreibung der in den beigefügten Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen der Offenbarung. Die Ausführungsformen sind so ausführlich, um die Offenbarung klar zu vermitteln. Es ist jedoch nicht beabsichtigt, durch die Menge der angebotenen Details die vorhersehbaren Variationen von Ausführungsformen einzuschränken; im Gegenteil, die Absicht ist, alle Modifikationen, Äquivalente und Alternativen abzudecken, die in den Geist und den Umfang der vorliegenden Offenbarung fallen, wie durch die beigefügten Ansprüche definiert.
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung stellt ein verbessertes, effizientes und zuverlässiges passives Regenerationssystem und passives Regenerationsverfahren für wenigstens einen Benzinpartikelfilter (GPF) und einen Dieselpartikelfilter (DPF) eines Fahrzeugs bereit. Die vorliegende Offenbarung stellt ein passives Regenerationssystem und ein passives Regenerationsverfahren bereit, um die Abgase über einen Bypass-Weg in den Ausgangskanal des GPF/DPF zu leiten und den im Ausgangskanal angesammelten Ruß zu regenerieren. Dies erhöht die Filtrationseffizienz von GPF/DPF, da der Ausgangskanal sauber ist, der Eingangskanal jedoch noch Ruß aufweist. Die vorliegende Offenbarung stellt ein passives Regenerationssystem und ein passives Regenerationsverfahren bereit, die es ermöglichen, dass der größte Teil der Regeneration in dem Ausgangskanal des GPF/DPF stattfindet, um den Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs zu verringern. Die vorliegende Offenbarung stellt ein passives Regenerationssystem und ein passives Regenerationsverfahren für die Verbrennung des größten Teils des in dem Ausgangskanal des GPF/DPF angesammelten Rußes bereit. Der größte Teil des Rußes auf dem Eingangskanal kann unverbrannt bleiben, wobei dadurch die Filtrationseffizienz des Eingangskanals weniger beeinträchtigt werden kann. Dadurch wird die GPF/DPF-Filtrationseffizienz verbessert, ohne den Kraftstoffverbrauch zu beeinträchtigen. Die vorliegende Offenbarung stellt ein passives Regenerationssystem und ein passives Regenerationsverfahren bereit, um die innere Oberfläche (wo sich der Ruß angesammelt hat) des Ausgangskanals des GPF/DPF mit dem in dem Abgas vorhandenen Sauerstoff in Wechselwirkung zu bringen, um den Ruß zu oxidieren, wenn die Regenerationsbedingungen erfüllt sind.
Unter Bezugnahme auf 1, in der eine beispielhafte Blockdiagrammdarstellung eines passiven Regenerationssystems 100 eines Fahrzeugs gezeigt wird, kann das passive Regenerationssystem 100 einen Bypass-Weg 102, der mit einem Abgaskrümmer gekoppelt ist, eine erste Klappe 104, die innerhalb des Abgaskrümmers gekoppelt ist, eine zweite Klappe 106, die innerhalb des Bypass-Weges 102 gekoppelt ist, wenigstens einen/eine eines Gebläses 108 oder einer Einspritzdüse 108, die innerhalb des Bypass-Weges 102 gekoppelt ist, und wenigstens einen eines Benzinpartikelfilters (GPF) 110 oder eines Dieselpartikelfilters (DPF) 110 beinhalten. Eine Kommunikation mit dem passiven Regenerationssystem 100 von Komponenten des Fahrzeugs kann über ein Kommunikationsnetz erfolgen (in 1 gezeigt). Das Kommunikationsnetz kann ein drahtgebundenes oder drahtloses Netz oder eine Kombination davon sein. Darüber hinaus kann das Kommunikationsnetz ein Controller Area Network (CAN-) Bus oder dergleichen sein.
Das passive Regenerationssystem 100 kann mehr als eine Rechenvorrichtung, z. B. Steuervorrichtungen oder dergleichen, die in dem Fahrzeug für die Überwachung und/oder Steuerung verschiedener Fahrzeugkomponenten, z. B. einer Motorsteuereinheit (ECU), einer Getriebesteuereinheit (TCU) und dergleichen, beinhaltet sind, beinhalten oder mit diesen kommunikativ gekoppelt sein, z. B. über einen Fahrzeugkommunikationsbus. Die passive Regenerationssystem 100 kann ebenso eine Verbindung zu einem bordeigenen Diagnoseverbinder (OBD) aufweisen. Über den CAN-Bus und/oder andere verdrahtete oder drahtlose Kommunikationsmedien (manchmal, wie bekannt, allgemein als der „Fahrzeugbus“ oder „Fahrzeugkommunikationsbus“ bezeichnet) kann das passive Regenerationssystem 100 Nachrichten an verschiedene Vorrichtungen in einem Fahrzeug übertragen und/oder Nachrichten von den verschiedenen Vorrichtungen, z. B. Steuervorrichtungen, Aktuatoren, Sensoren usw., einschließlich Datensammlern, empfangen. Zusätzlich kann in Fällen, in denen das passive Regenerationssystem 100 mehrere Vorrichtungen beinhaltet, der CAN-Bus oder dergleichen für die Kommunikation zwischen den Vorrichtungen verwendet werden. Ferner können verschiedene Steuervorrichtungen und dergleichen, z. B. die ECU, TCU und dergleichen, dem passiven Regenerationssystem 100 Daten über ein Fahrzeugnetz, z. B. einen CAN-Bus oder dergleichen, bereitstellen.
Darüber hinaus kann das passive Regenerationssystem 100 für die Kommunikation mit einem oder mehreren entfernten Computern über das Kommunikationsnetz konfiguriert sein, das verschiedene drahtgebundene und/oder drahtlose Netzwerktechnologien beinhalten kann, z. B. Mobilfunk, Bluetooth, drahtgebundene und/oder drahtlose Paketnetze usw. Ferner kann die Netzarchitektur 200 im Allgemeinen Anweisungen für den Empfang von Daten beinhalten, z. B. von einem oder mehreren Datensammlern und/oder einer Mensch-Maschine-Schnittstelle (HMI), wie einem interaktiven Sprachdialogsystem (IVR), einer grafischen Benutzerschnittstelle (GUI) einschließlich eines berührungsempfindlichen Bildschirms oder dergleichen und so weiter. Die Datensammler können eine Vielzahl von Vorrichtungen beinhalten, die bekanntermaßen Daten über einen Fahrzeugkommunikationsbus bereitstellen. So können beispielsweise verschiedene Steuervorrichtungen in einem Fahrzeug als Datensammler betrieben werden, um gesammelte Daten über den CAN-Bus bereitzustellen, z. B. gesammelte Daten über die Fahrzeuggeschwindigkeit, die Beschleunigung usw. Ferner können die Datensammler ebenso Sensoren oder dergleichen beinhalten, z. B. Mittel- und Langstreckensensoren, Hindernisse auf der Fahrbahn usw., sowie andere Bedingungen außerhalb des Fahrzeugs. Die Sensordatensammler könnten beispielsweise Mechanismen wie Radios, RADAR, Lidar, Sonar, Kameras oder andere Bilderfassungsvorrichtungen beinhalten, die für die Erkennung von Umgebungsmerkmalen, z. B. Fahrbahnmerkmalen, anderen Fahrzeugen usw., und/oder zum Erhalten anderer gesammelter Daten, die für den Betrieb des Fahrzeugs relevant sind, z. B. für die Erkennung von Straßenbedingungen wie Kurven, Schlaglöchern, Vertiefungen, Unebenheiten, Änderungen der Steigung, Autobahnen usw., eingesetzt werden könnten.
Dementsprechend können die gesammelten Daten im Allgemeinen eine Vielzahl von Daten beinhalten, die sich auf den Betrieb und/oder die Leistung des Fahrzeugs beziehen, sowie Daten, die sich insbesondere auf die Bewegung des Fahrzeugs beziehen. Zusätzlich zu den Daten, die in Bezug auf andere Fahrzeuge, Fahrbahnmerkmale usw. erhalten werden, können die gesammelten Daten beispielsweise Daten über die Geschwindigkeit eines Fahrzeugs, Beschleunigung, Bremsen, Fahrspurwechsel und/oder Fahrspurnutzung (z. B. auf bestimmten Straßen und/oder Straßenarten wie Autobahnen), durchschnittliche Abstände zu anderen Fahrzeugen bei jeweiligen Geschwindigkeiten oder Geschwindigkeitsbereichen und/oder andere Daten in Bezug auf den Fahrzeugbetrieb beinhalten.
In einer Ausführungsform kann das passive Regenerationssystem 100 eine oder mehrere passive Regenerationsbedingungen von einer Motorsteuereinheit (ECU) empfangen (in 1 nicht gezeigt). Die einen oder die mehreren passiven Regenerationsbedingungen beinhalten, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, das Drücken und das Freigeben eines Gaspedals des Fahrzeugs, Kraftstoffabschaltszenarien, die Temperatur über wenigstens einem des GPF und des DPF ist in der Regenerationszone und dergleichen. Ferner kann das passive Regenerationssystem 100 die erste Klappe 104 öffnen, wenn die eine oder mehreren passiven Regenerationsbedingungen aus den einen oder mehreren empfangenen passiven Regenerationsbedingungen erkannt werden, um ein Abgas in den Bypass-Weg 102 zu leiten. Die Umleitung des Abgases kann verhindern, dass das Abgas über den Abgaskrümmer in einen Eingangskanal von wenigstens einem des Benzinpartikelfilters (GPF) 110 oder des Dieselpartikelfilters (DPF) 110 gelangt. Außerdem kann das passive Regenerationssystem 100 das Abgas durch Öffnen der zweiten Klappe 106 innerhalb des Bypass-Weges 102 wenigstens einem/einer des Gebläses 108 oder der Einspritzdüse 108 bereitzustellen, um den Massenstrom des Abgases in wenigstens eines/eine des Gebläses 108 oder der Einspritzdüse 108 zu steuern. Das Steuern des Massenstroms des Abgases ermöglicht einen Anteil des Abgases in wenigstens eines/einer des Gebläses 108 oder der Einspritzdüse 108. Außerdem kann das passive Regenerationssystem 100 einen Anteil des Abgases in den Ausgangskanal des wenigstens einen des GPF 110 oder des DPF 110 einspritzen. Das/die wenigstens eine des Gebläses 108 oder der Einspritzdüse 108 kann das Abgas in den Ausgangskanal des wenigstens einen des GPF 110 oder des DPF 110 einspritzen, um den angesammelten Ruß in dem Ausgangskanal des wenigstens einen des GPF 110 oder des DPF 110 zu oxidieren. Der Anteil des Abgases in den Ausgangskanal wenigstens eines des GPF 110 oder des DPF 110 kann eingespritzt werden, bis eine bestimmte Menge des angesammelten Rußes während der einen oder der mehreren passiven Regenerationsbedingungen verbrannt ist, und lässt das Verbrennen des angesammelten Rußes nicht zu, wenn die eine oder die mehreren passiven Regenerationsbedingungen nicht erkannt werden, um die Filtrationseffizienz wenigstens eines des GPF 110 oder des DPF 110 während einer oder mehrerer passiver Regenerationsbedingungen zu verbessern. Wenn die eine oder die mehreren passiven Regenerationsbedingungen von der einen oder den mehreren empfangenen passiven Regenerationsbedingungen nicht erkannt werden, dann werden die erste Klappe 104 und die zweite Klappe 106 geschlossen, um das Abgas über den Abgaskrümmer zu dem wenigstens einen des GPF 110 oder des DPF 110 umzuleiten.
Wenn beispielsweise die erste Klappe 104 und die zweite Klappe 106 geöffnet sind und das Gebläse/die Einspritzdüse 108 die Luft in den Ausgangskanal des GPF/DPF 110 bläst/einspritzt, kann der in dem Abgas vorliegende Sauerstoff zunächst mit der inneren Oberfläche des Ausgangskanals des GPF/DPF 110 in Wechselwirkung treten, wo der Ruß angesammelt sein kann. Daher kann der Ruß oxidiert werden, wenn die Regenerationstemperaturbedingungen erfüllt sind. Die Verbrennung kann stattfinden, wenn Brennstoff, optimale Temperatur und Sauerstoff vorhanden sind. Beispielsweise kann der Ruß als Brennstoff dienen, da der Ruß Kohlenstoff enthält, Sauerstoff kann aus dem Abgas zugeführt werden, da während der passiven Regenerierung der Brennstoff abgeschaltet wird, und die Temperatur kann während der passiven Regenerationsbedingungen etwa 500 bis 700 Grad Celsius (°C) betragen.
2 zeigt eine beispielhafte schematische Schaubilddarstellung eines Benzinpartikelfilters (GPF) 110 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Der GPF kann einen Wanddurchfluss aufweisen, und das passive Regenerationssystem 100 muss möglicherweise den größten Teil der Regeneration in dem Ausgangskanal der GPF 110 ermöglichen. Daher wird der größte Teil des angesammelten Rußes in dem Ausgangskanal des GPF 110 verbrannt. Der größte Teil des Rußes in dem Eingangskanal des GPF 110 kann unverbrannt bleiben; dadurch kann die Filtrationseffizienz des Eingangskanals des GPF 110 weniger beeinträchtigt werden als vor der Regeneration in dem Ausgangskanal, wobei dadurch die GPF-Filtrationseffizienz verbessert wird, ohne den Kraftstoffverbrauch zu beeinträchtigen. Das passive Regenerationssystem 100 kann die Abgase in den GPF 110 über den Bypass-Weg 102 in den Ausgangskanal des GPF 110 umleiten und den in dem Ausgangskanal des GPF 110 angesammelten Rußes regenerieren. Dies erhöht die Filtrationseffizienz des GPF 110, da der Ausgangskanal der GPF 110 sauber ist, der Eingangskanal des GPF 110 jedoch noch Ruß aufweist. Dies darf keine negativen Auswirkungen auf die Kraftstoffeffizienz des Fahrzeugs haben.
3A veranschaulicht eine beispielhafte grafische Schaubilddarstellung der passiven Regeneration gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Man betrachte beispielsweise einen Vierzylindermotor des Fahrzeugs. Die passive Regeneration, die über einen zufälligen Gleichstrom auftritt, ist in 3A gezeigt. 3B veranschaulicht eine grafische Schaubilddarstellung der passiven Regenerationsbedingungen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Aus dem Diagramm von 3A können die passiven Regenerationsbedingungen entnommen werden und können in 3B dargestellt werden. Die passiven Regenerationsbedingungen beinhalten, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, dass, wenn der Kraftstoffmassenstrom gleich Null ist, das Gaspedal zu 0 % gedrückt wird und die Temperatur über den GPF/DPF 110 etwa 500 bis 700 Grad Celsius (°C) betragen kann. Wenn die eine oder mehrere passiven Regenerationsbedingungen erfüllt sind, kann die passive Regeneration für die Reduktion der Rußmasse eingeleitet werden. Die schrittweisen Veränderungen in dem Graph von 3B kann darauf zurückzuführen sein, dass aus den großen Daten, die in 3A gezeigt sind, Stücke extrahiert wurden, in denen passive Regenerationen stattgefunden haben könnten.
3C, 3D und 3E veranschaulichen graphische Schaubilddarstellungen, um die Reduktion der Rußmasse während der passiven Regeneration gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darzustellen. Der Graph in 3C, 3D und 3E kann aus dem Graph von 3B extrahiert werden, um eine klare Darstellung aufzuweisen, wie sich die Rußmasse während der passiven Regeneration reduziert. Die Legende bleibt für die Rußmasse in Gramm Gewicht gleich, der GPF/DPF 110 kann Einlasstemperatur in 100° Celsius, Kraftstoffmassenstrom und Gaspedal ist konstant 0 und wird daher aus den 3C, 3D und 3E entfernt. Damit kann experimentell nachgewiesen werden, dass die Rußmasse während der passiven Regeneration reduziert werden kann.
4 veranschaulicht ein Flussdiagramm, das ein passives Regenerationsverfahren 400 für wenigstens einen eines Benzinpartikelfilters (GPF) und eines Dieselpartikelfilters (DPF) eines Fahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung darstellt.
In Block 402 kann das Verfahren 400 das Empfangen einer oder mehrerer passiver Regenerationsbedingungen von einer Motorsteuereinheit (ECU) durch das passive Regenerationssystem 100 beinhalten. In Block 404 kann das Verfahren 400 das Öffnen der ersten Klappe 104 durch das passive Regenerationssystem 100 beinhalten, wenn die eine oder mehreren passiven Regenerationsbedingungen aus den einen oder mehreren empfangenen passiven Regenerationsbedingungen erkannt werden, um ein Abgas in den Bypass-Weg 102 zu leiten. Die Umleitung des Abgases kann verhindern, dass das Abgas über den Abgaskrümmer in einen Eingangskanal von wenigstens einem des Benzinpartikelfilters (GPF) 110 oder des Dieselpartikelfilters (DPF) 110 gelangt. In Block 406 kann das Verfahren 400 das Bereitstellen durch das passive Regenerationssystem 100 des Abgases durch Öffnen der zweiten Klappe 106 innerhalb des Bypass-Weges 102 wenigstens einem/einer des Gebläses 108 oder der Einspritzdüse 108 beinhalten, um den Massenstrom des Abgases in wenigstens eines/eine des Gebläses 108 oder der Einspritzdüse 108 zu steuern. Das Steuern des Massenstroms des Abgases kann einen Anteil des Abgases in wenigstens eines/einer des Gebläses 108 oder der Einspritzdüse 108 ermöglichen. In Block 408 kann das Verfahren 400 das Einspritzen durch das passive Regenerationssystem 100 eines Anteils des Abgases in den Ausgangskanal des wenigstens einen des GPF 110 oder des DPF 110 beinhalten.
Somit stellt die vorliegende Offenbarung ein verbessertes, effizientes und zuverlässiges passives Regenerationssystem und ein passives Regenerationsverfahren für wenigstens einen Benzinpartikelfilter (GPF) und einen Dieselpartikelfilter (DPF) eines Fahrzeugs bereit.
Während das Vorstehende verschiedene Ausführungsformen der Erfindung beschreibt, können andere und weitere Ausführungsformen der Erfindung formuliert werden, ohne von dem grundsätzlichen Umfang davon abzuweichen. Der Umfang der Erfindung wird durch die Ansprüche bestimmt, die folgen. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen, Varianten oder Beispiele beschränkt, die beinhaltet sind, um es einem Durchschnittsfachmann zu ermöglichen, die Erfindung herzustellen und zu verwenden, wenn sie mit den Informationen und Kenntnissen kombiniert werden, die dem Durchschnittsfachmann zur Verfügung stehen.
Die vorliegende Offenbarung stellt ein verbessertes, effizientes und zuverlässiges passives Regenerationssystem und passives Regenerationsverfahren für wenigstens einen Benzinpartikelfilter (GPF) und einen Dieselpartikelfilter (DPF) eines Fahrzeugs bereit.
Die vorliegende Offenbarung stellt ein passives Regenerationssystem und ein passives Regenerationsverfahren bereit, um die Abgase über einen Bypass-Weg in den Ausgangskanal des GPF/DPF zu leiten und den im Ausgangskanal angesammelten Ruß zu regenerieren. Dies erhöht die Filtrationseffizienz von GPF/DPF, da der Ausgangskanal sauber ist, der Eingangskanal jedoch noch Ruß aufweist.
Die vorliegende Offenbarung stellt ein passives Regenerationssystem und ein passives Regenerationsverfahren bereit, die es ermöglichen, dass der größte Teil der Regeneration in dem Ausgangskanal des GPF/DPF stattfindet, um den Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs zu verringern.
Die vorliegende Offenbarung stellt ein passives Regenerationssystem und ein passives Regenerationsverfahren für die Verbrennung des größten Teils des in dem Ausgangskanal des GPF/DPF angesammelten Rußes bereit. Der größte Teil des Rußes auf dem Eingangskanal kann unverbrannt bleiben, wobei dadurch die Filtrationseffizienz des Eingangskanals weniger beeinträchtigt werden kann. Dadurch wird die GPF/DPF-Filtrationseffizienz verbessert, ohne den Kraftstoffverbrauch zu beeinträchtigen.
Die vorliegende Offenbarung stellt ein passives Regenerationssystem und ein passives Regenerationsverfahren bereit, um die innere Oberfläche (wo sich der Ruß angesammelt hat) des Ausgangskanals des GPF/DPF mit dem in dem Abgas vorhandenen Sauerstoff in Wechselwirkung zu bringen, um den Ruß zu oxidieren, wenn die Regenerationsbedingungen erfüllt sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 5305602 A [0003]

Claims

Passives Regenerationssystem (100) für wenigstens einen eines Benzinpartikelfilters (GPF) (110) und eines Dieselpartikelfilters (DPF) (110) eines Fahrzeugs, wobei das passive Regenerationssystem (100) umfasst: einen Bypass-Weg (102), der mit einem Abgaskrümmer gekoppelt ist; eine erste Klappe (104), die mit dem Abgaskrümmer gekoppelt ist; eine zweite Klappe (106), die innerhalb des Bypass-Weges (102) gekoppelt ist; wenigstens eines/eine eines Gebläses (108) und einer Einspritzdüse (108), die innerhalb des Bypass-Weges (102) gekoppelt ist, wobei das passive Regenerationssystem (100) konfiguriert ist, zum: Empfangen einer oder mehrerer passiver Regenerationsbedingungen von einer Motorsteuereinheit (ECU); Öffnen der ersten Klappe (104), wenn die eine oder die mehreren passiven Regenerationsbedingungen von der einen oder den mehreren empfangenen passiven Regenerationsbedingungen erkannt werden, um ein Abgas in den Bypass-Weg (102) umzuleiten, wobei die Umleitung des Abgases verhindert, dass das Abgas über den Abgaskrümmer in einen Eingangskanal von wenigstens einem des Benzinpartikelfilters (GPF) (110) und des Dieselpartikelfilters (DPF) (110) eintritt; Bereitstellen des Abgases für wenigstens eines/eine des Gebläses (108) und der Einspritzdüse (108) durch Öffnen der zweiten Klappe (106) innerhalb des Bypass-Weges (102), um den Massenstrom des Abgases in wenigstens eines/eine des Gebläses (108) und die Einspritzdüse (108) zu steuern, wobei das Steuern des Massenstroms des Abgases einen Teil des Abgases in wenigstens eines/eine des Gebläses (108) und der Einspritzdüse (108) ermöglicht; und Einspritzen des Anteils des Abgases in den Ausgangskanal des wenigstens einen des GPF (110) und des DPF (110).
Passives Regenerationssystem (100) nach Anspruch 1, wobei die eine oder die mehreren passiven Regenerationsbedingungen wenigstens eines des Drückens und Freigebens eines Gaspedals des Fahrzeugs, Kraftstoffabschaltszenarien und, dass Temperatur über wenigstens einem des GPF (110) und des DPF (110) in der Regenerationszone ist, umfassen.
Passives Regenerationssystem (100) nach Anspruch 1, wobei wenigstens eines/eine des Gebläses (108) und der Einspritzdüse (108) das Abgas in den Ausgangskanal von wenigstens einem des GPF (110) und des DPF (110) einspritzen, um einen angesammelten Ruß auf dem Ausgangskanal von wenigstens einem des GPF (110) und des DPF (110) zu oxidieren.
Passives Regenerationssystem (100) nach Anspruch 1, wobei der Anteil des Abgases in den Ausgangskanal wenigstens eines des GPF (110) und des DPF (110) eingespritzt wird, bis eine bestimmte Menge des angesammelten Rußes während der einen oder der mehreren passiven Regenerationsbedingungen verbrannt ist, und das Verbrennen des angesammelten Rußes nicht zulässt, wenn die eine oder die mehreren passiven Regenerationsbedingungen nicht erkannt werden, um eine Filtrationseffizienz wenigstens eines des GPF (110) und des DPF (110) während einer oder mehrerer passiver Regenerationsbedingungen zu verbessern.
Passives Regenerationssystem (100) nach Anspruch 1, wobei, wenn von der einen oder den mehreren empfangenen passiven Regenerationsbedingungen die eine oder die mehreren passiven Regenerationsbedingungen nicht erkannt werden, dann werden die erste Klappe (104) und die zweite Klappe (106) geschlossen werden, um das Abgas über den Abgaskrümmer zu dem wenigstens einen des GPF (110) und des DPF (110) umzuleiten.
Passives Regenerationsverfahren für wenigstens einen eines Benzinpartikelfilters (GPF) (110) und eines Dieselpartikelfilters (DPF) (110) eines Fahrzeugs, wobei das passive Regenerationsverfahren umfasst: Empfangen einer oder mehrerer passiver Regenerationsbedingungen von einer Motorsteuereinheit (ECU) durch ein passives Regenerationssystem (100); Öffnen durch das passive Regenerationssystem (100) der ersten Klappe (104), wenn die eine oder die mehreren passiven Regenerationsbedingungen von der einen oder den mehreren empfangenen passiven Regenerationsbedingungen erkannt werden, um ein Abgas in den Bypass-Weg (102) umzuleiten, wobei die Umleitung des Abgases verhindert, dass das Abgas über den Abgaskrümmer in einen Eingangskanal von wenigstens einem des Benzinpartikelfilters (GPF) (110) und des Dieselpartikelfilters (DPF) (110) eintritt; Bereitstellen durch das passive Regenerationssystem (100) des Abgases für wenigstens eines/eine des Gebläses (108) und der Einspritzdüse (108) durch Öffnen der zweiten Klappe (106) innerhalb des Bypass-Weges (102), um den Massenstrom des Abgases in wenigstens eines/eine des Gebläses (108) und die Einspritzdüse (108) zu steuern, wobei das Steuern des Massenstroms des Abgases einen Teil des Abgases in wenigstens eines/eine des Gebläses (108) und der Einspritzdüse (108) ermöglicht; und Einspritzen durch das passive Regenerationssystem (100) des Anteils des Abgases in den Ausgangskanal des wenigstens einen des GPF (110) und des DPF (110).
Passives Regenerationsverfahren nach Anspruch 6, wobei die eine oder die mehreren passiven Regenerationsbedingungen wenigstens eines des Drückens und Freigebens eines Gaspedals des Fahrzeugs, Kraftstoffabschaltszenarien und, dass Temperatur über wenigstens einem des GPF (110) und des DPF (110) in der Regenerationszone ist, umfassen.
Passives Regenerationsverfahren nach Anspruch 6, wobei wenigstens eines/eine des Gebläses (108) und der Einspritzdüse (108) das Abgas in den Ausgangskanal von wenigstens einem des GPF (110) und des DPF (110) einspritzen, um einen angesammelten Ruß auf dem Ausgangskanal von wenigstens einem des GPF (110) und des DPF (110) zu oxidieren.
Passives Regenerationsverfahren nach Anspruch 8, wobei der Anteil des Abgases in den Ausgangskanal wenigstens eines des GPF (110) und des DPF (110) eingespritzt wird, bis eine bestimmte Menge des angesammelten Rußes während der einen oder der mehreren passiven Regenerationsbedingungen verbrannt ist, und das Verbrennen des angesammelten Rußes nicht zulässt, wenn die eine oder die mehreren passiven Regenerationsbedingungen nicht erkannt werden, um eine Filtrationseffizienz wenigstens eines des GPF (110) und des DPF (110) während einer oder mehrerer passiver Regenerationsbedingungen zu verbessern.
Passives Regenerationsverfahren nach Anspruch 6, wobei, wenn von der einen oder den mehreren empfangenen passiven Regenerationsbedingungen die eine oder die mehreren passiven Regenerationsbedingungen nicht erkannt werden, dann werden die erste Klappe (104) und die zweite Klappe (106) geschlossen werden, um das Abgas über den Abgaskrümmer zu dem wenigstens einen des GPF (110) und des DPF (110) umzuleiten.