DE102022202022A1

DE102022202022A1 - Nachbehandlungssystem mit einem Gassensor, der einer Heizung nachgelagert ist.

Info

Publication number: DE102022202022A1
Application number: DE102022202022.7A
Authority: DE
Inventors: Colin L. NORRIS; Andrew W. Osburn; Ryan M. Johnson; Todd A. Corbet; Kyle Robert Fath; Lindsey R. Henry; Baseer Faalzada
Original assignee: Cummins Emission Solutions Inc
Current assignee: Cummins Emission Solutions Inc
Priority date: 2021-03-02
Filing date: 2022-02-28
Publication date: 2022-09-08
Also published as: GB2605876B; GB202202773D0; US11591949B2; GB2605876A; US20220282658A1

Abstract

Ein Nachbehandlungssystem zum Behandeln von Bestandteilen eines von einem Motor erzeugten Abgases schließt eine Heizung ein, die konfiguriert ist, um das in das Nachbehandlungssystem eintretende Abgas selektiv zu erwärmen. Eine Nachbehandlungskomponente ist der Heizung nachgelagert angeordnet. Ein Gassensor ist der Heizung nachgelagert und der Nachbehandlungskomponente vorgelagert angeordnet. Der Gassensor umfasst ein Sensorelement und ein Heizelement, das konfiguriert ist, um das Sensorelement selektiv auf eine Betriebstemperatur des Sensorelements zu erwärmen.

Description

VERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität und den Vorteil der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 63/155,462 , eingereicht am 2. März 2021, deren gesamte Offenbarung durch Bezugnahme hierin aufgenommen ist.
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf Nachbehandlungssysteme zur Verwendung mit Verbrennungsmotoren.
STAND DER TECHNIK
Abgas-Nachbehandlungssysteme werden zum Aufnehmen und Behandeln von Abgas verwendet, das durch Motoren wie Verbrennungsmotoren erzeugt wird. Herkömmliche Abgas-Nachbehandlungssysteme schließen eine beliebige Anzahl mehrerer unterschiedlicher Komponenten zum Reduzieren des Anteils an schädlichen Abgasemissionen im Abgas ein. Beispielsweise schließen bestimmte Abgas-Nachbehandlungssysteme für dieselbetriebene Verbrennungsmotoren ein SCR-System ein, das zur Umwandlung von NO_x (NO und NO₂ in geringfügigem Anteil) in harmloses Stickstoffgas (N₂) und Wasserdampf (H₂O) in Gegenwart von Ammoniak (NH₃) eingerichtet ist. Das Messen einer Menge von Bestandteilen der Abgase, wie NO x-Gase und/oder Ammoniak, ist für eine effiziente Einführung von Reduktionsmittel in Nachbehandlungssystemen wünschenswert, sowie um sicherzustellen, dass das Nachbehandlungssystem Emissionsanforderungen erfüllt. Gassensoren werden im Allgemeinen verwendet, um die Menge verschiedener Bestandteile eines Gases zu messen. Zum Beispiel werden NOx-Sensoren verwendet, um eine Menge oder einen Gehalt an NOx-Gasen in dem in das Nachbehandlungssystem eintretenden und/oder austretenden Abgas zu messen. Solche Gassensoren schließen im Allgemeinen ein Sensorelement und ein Heizelement ein, wie ein Keramiksensorelement und ein Keramikheizelement, die in einem Gehäuse aufgenommen sind. Unter kalten Umgebungsbedingungen kann Wasser auf dem Sensorelement und dem Heizelement in Form von Tröpfchen kondensieren. Das Einschalten oder Aktivieren des Gassensors, bevor das kondensierte Wasser verdampft wurde, kann aufgrund thermischer Belastung zu einer Rissbildung am Sensorelement und Heizelement führen.
KURZDARSTELLUNG
Hierin beschriebene Ausführungsformen beziehen sich allgemein auf Systeme und Verfahren zum Reduzieren des Ausfalls von Gassensoren, die in Nachbehandlungssystemen eingeschlossen sind. Insbesondere beziehen sich hierin beschriebene Ausführungsformen auf Nachbehandlungssysteme, die mindestens eine Heizung, eine der Heizung nachgelagerte Nachbehandlungskomponente (z. B. einen Oxidationskatalysator) und einen Gassensor einschließen, der zwischen der Heizung und der Nachbehandlungskomponente angeordnet ist. Die Heizung ist konfiguriert, um das Abgas selektiv zu erwärmen, das wiederum den der Heizung nachgelagerten Gassensor über eine Taupunkttemperatur erwärmt, um eine schnellere Aktivierung eines Heizelements des Gassensors zu ermöglichen. Hierin beschriebene Ausführungsformen ermöglichen auch das Halten des Gassensors auf seiner Betriebstemperatur, während der Stromverbrauch von dem Heizelement reduziert wird, wodurch die Lebensdauer des Gassensors erhöht wird.
In einigen Ausführungsformen umfasst ein Nachbehandlungssystem zum Behandeln eines von einem Motor erzeugten Abgases Folgendes: eine Heizung, die konfiguriert ist, um das in das Nachbehandlungssystem eintretende Abgas selektiv zu erhitzen; eine Nachbehandlungskomponente, die der Heizung nachgelagert angeordnet ist; und einen Gassensor, welcher der Heizung nachgelagert und der Nachbehandlungskomponente vorgelagert angeordnet ist, der Gassensor umfassend: ein Sensorelement und ein Heizelement, das konfiguriert ist, um das Sensorelement selektiv auf eine Betriebstemperatur des Sensorelements zu erwärmen.
In einigen Ausführungsformen ist eine Steuerung für ein Nachbehandlungssystem, das eine Nachbehandlungskomponente, eine der Nachbehandlungskomponente vorgelagert angeordnete Heizung, und einen der Heizung nachgelagert angeordneten Gassensor mit Sensorelement und Heizelement umfasst, konfiguriert zum: Bestimmen einer vorgelagerten Abgastemperatur des Abgases vor der Heizung; als Reaktion darauf, dass die vorgelagerte Abgastemperatur kleiner als ein erster Schwellenwert ist, Bewirken der Aktivierung der Heizung; Bestimmen einer nachgelagerten Abgastemperatur des Abgases nach der Heizung; und als Reaktion darauf, dass die nachgelagerte Abgastemperatur gleich oder größer als der erste Schwellenwert ist, Bewirken der Aktivierung des Heizelements des Gassensors.
In einigen Ausführungsformen umfasst ein Verfahren Folgendes: Bestimmen, durch eine Steuerung, einer vorgelagerten Abgastemperatur eines Abgases, das durch eine Nachbehandlung vor einer Heizung des Nachbehandlungssystems strömt, wobei das Nachbehandlungssystem einen Gassensor umfasst, der ein Sensorelement und ein Heizelement umfasst, welcher der Heizung nachgelagert angeordnet ist und einer Nachbehandlungskomponente des Nachbehandlungssystems vorgelagert angeordnet ist; als Reaktion darauf, dass die vorgelagerte Abgastemperatur kleiner als ein erster Schwellenwert ist, Bewirken der Aktivierung der Heizung durch die Steuerung; Bestimmen, durch die Steuerung, einer nachgelagerten Abgastemperatur des Abgases nach der Heizung; und als Reaktion darauf, dass die nachgelagerte Abgastemperatur gleich oder größer als der erste Schwellenwert ist, Bewirken der Aktivierung des Heizelements des Gassensors durch die Steuerung.
Es sei klargestellt, dass alle Kombinationen der vorstehenden Konzepte und weiterer Konzepte, die nachfolgend eingehender erörtert werden (vorausgesetzt, dass diese Konzepte nicht gegenseitig unvereinbar sind), als Teil des hierin offenbarten Gegenstands gedacht sind. Insbesondere sind alle Kombinationen des beanspruchten Gegenstands, die am Ende dieser Offenbarung aufgeführt sind, als Teil des hierin offenbarten Gegenstands gedacht.
Figurenliste
Die vorstehenden und weiteren Merkmale der vorliegenden Offenbarung werden anhand der folgenden Beschreibung und beigefügten Ansprüche deutlicher, die in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen zu lesen sind. Unter der Voraussetzung, dass diese Zeichnungen nur einige Implementierungen gemäß der Offenbarung darstellen und daher nicht als ihren Schutzumfang einschränkend anzusehen sind, wird die Offenbarung mit zusätzlicher Genauigkeit und im Detail mittels der beiliegenden Zeichnungen beschrieben.

1 ist eine schematische Darstellung eines Nachbehandlungssystems gemäß einer Ausführungsform.
2 ist ein schematisches Blockdiagramm eines in das Nachbehandlungssystem von 1 eingeschlossenen Gassensors gemäß einer Ausführungsform.
3 ist ein schematisches Blockdiagramm einer Steuerung, die in dem Nachbehandlungssystem von 1 eingeschlossen sein kann, gemäß einer Ausführungsform.
4 ist ein Diagramm des Stromverbrauchs durch ein Heizelement eines Gassensors und der Lebensdauer des Gassensors.
5 ist ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens zum Wärmemanagement eines Gassensors, der in einem Nachbehandlungssystem eingeschlossen ist, gemäß einer Ausführungsform.
6 ist ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens zum Wärmemanagement eines Gassensors, der in einem Nachbehandlungssystem eingeschlossen ist, gemäß einer anderen Ausführungsform.

In der gesamten folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen. In den Zeichnungen kennzeichnen ähnliche Symbole normalerweise ähnliche Komponenten, sofern der Kontext nichts anderes vorgibt. Die veranschaulichenden Ausführungen, die in der ausführlichen Beschreibung, in den Zeichnungen und Ansprüchen beschrieben sind, sind nicht einschränkend gedacht. Andere Ausführungen können genutzt werden, und es können andere Änderungen vorgenommen werden, ohne vom Grundgedanken oder Schutzumfang des hier vorgestellten Gegenstands abzuweichen. Es wird vorausgesetzt, dass die Gesichtspunkte der vorliegenden Offenbarung wie allgemein hier beschrieben und in den Zeichnungen illustriert, in vielen verschiedenen Konfigurierungen angeordnet, ersetzt, kombiniert und konzipiert werden können, die alle ausdrücklich berücksichtigt und Teil dieser Offenbarung sind.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Hierin beschriebene Ausführungsformen beziehen sich allgemein auf Systeme und Verfahren zum Reduzieren des Ausfalls von Gassensoren, die in Nachbehandlungssystemen eingeschlossen sind. Insbesondere beziehen sich hierin beschriebene Ausführungsformen auf Nachbehandlungssysteme, die mindestens eine Heizung, eine der Heizung nachgelagerte Nachbehandlungskomponente (z. B. einen Oxidationskatalysator) und einen Gassensor einschließen, der zwischen der Heizung und der Nachbehandlungskomponente angeordnet ist. Die Heizung erwärmt selektiv das Abgas, das wiederum den der Heizung nachgelagert angeordneten Gassensor über eine Taupunkttemperatur erwärmt, bei oder über der das auf dem Heizelement kondensierte Wasser verdampft (z. B. 100 Grad Celsius), um eine schnellere Aktivierung eines Heizelements des Gassensors zu ermöglichen, sowie das Halten des Gassensors bei seiner Betriebstemperatur zu ermöglichen, während der Stromverbrauch von dem Heizelement reduziert wird, wodurch die Lebensdauer des Gassensors erhöht wird.
Das Messen einer Menge von Bestandteilen der Abgase, wie z. B. NO x-Gase und/oder Ammoniak, ist für eine effiziente Einführung von Reduktionsmittel in Nachbehandlungssystemen und zur Kontrolle von Emissionen wünschenswert. Gassensoren werden im Allgemeinen verwendet, um die Menge verschiedener Bestandteile eines Abgases zu messen. Zum Beispiel werden NOx-Sensoren verwendet, um eine Menge oder einen Gehalt an NOx-Gasen in dem in das Nachbehandlungssystem eintretenden und/oder austretenden Abgas zu messen. Solche Gassensoren schließen im Allgemeinen ein Sensorelement und ein Heizelement ein, wie ein Keramiksensorelement und ein Keramikheizelement, die innerhalb eines Gehäuses aufgenommen sind. Unter kalten Umgebungsbedingungen kann Wasser auf dem Sensorelement und dem Heizelement in Form von Tröpfchen kondensieren. Das Einschalten oder Aktivieren des Gassensors, bevor das kondensierte Wasser verdampft wurde, kann aufgrund thermischer Belastung zu einer Rissbildung am Sensorelement und Heizelement führen.
Um dieses Problem anzugehen, sollte eine Temperatur des Abgases an einer Stelle, an welcher der Gassensor angeordnet ist, über einer Schwellentemperatur (z. B. der Taupunkttemperatur) liegen, um sicherzustellen, dass etwaiges Kondensat auf dem Heizelement bzw. Sensorelement verdampft ist, bevor das Heizelement aktiviert wird. Dies kann jedoch problematisch sein, wenn die Abgastemperatur niedrig ist, insbesondere beim Motorstart, wenn es länger als 120 Sekunden dauern kann, bevor sich das Abgas auf die Schwellentemperatur erwärmt, bei der das Kondensat verdampft, wonach mindestens das Heizelement aktiviert werden kann. Ein virtueller Sensor (z. B.
Berechnungen basierend auf Algorithmen oder Nachschlagetabellen) kann während dieses Zeitraums verwendet werden, um die NOx-Menge in dem in das Nachbehandlungssystem eintretenden Abgas zu schätzen. Einer solchen virtuellen Bestimmung der NOx-Menge fehlt jedoch die Genauigkeit, die von einem physischen Sensor bereitgestellt wird, weshalb sie in einer weniger genauen Emissionskontrolle resultiert, was dazu führen dann, dass die NOx-Emissionsanforderungen nicht erfüllt werden.
Darüber hinaus sind Gassensoren wie NOx-Sensoren häufig so ausgelegt, dass sie bei hohen Betriebstemperaturen arbeiten, beispielsweise gleich oder höher als 600 Grad Celsius. Beispielsweise wird das Heizelement eines NOx-Sensor verwendet, um das Sensorelement auf die Betriebstemperatur zu erwärmen, bei der das Erfassen von NOx-Gasen durchgeführt werden. Der durchschnittliche Stromverbrauch des Heizelements ist jedoch mit der Betriebslebensdauer des Sensors korreliert, und ein höherer Stromverbrauch durch das Heizelement kann zu einem frühen Ausfall des Heizelements und damit des NOx-Sensors führen. Zum Beispiel ist 4 ein Diagramm des Stromverbrauchs durch ein Heizelement eines NOx-Sensors und der Lebensdauer des NOx-Sensors. Wie in 4 zu sehen ist, nimmt die Lebensdauer des NOx-Sensors drastisch ab, je mehr Strom von dem Heizelement des NOx-Sensors zum Erwärmen des NOx-Sensors auf die Betriebstemperatur verbraucht wird, was unerwünscht ist.
Im Gegensatz dazu können verschiedene Ausführungsformen der hierin beschriebenen Systeme und Verfahren zum Wärmemanagement von Gassensoren einen oder mehrere Vorteile bereitstellen, einschließlich zum Beispiel: (1) Anordnen eines physischen Gassensors zwischen einer Heizung und einer Nachbehandlungskomponente wie einem Oxidationskatalysator, wodurch es der Heizung ermöglicht wird, das Abgas zu erwärmen, das in Richtung des Gassensors strömt, wodurch das Abgas den Gassensor über seine Taupunkttemperatur erwärmt; (2) Reduzieren der Zeit zum Erwärmen des Gassensors auf oder über die Taupunkttemperatur, wodurch die Zeit zum Aktivieren des Heizelements des Gassensors nach dem Motorstart reduziert wird, oder, wenn die Temperatur des in das Nachbehandlungssystem eintretenden Abgases niedrig ist, was eine genaue Bestimmung des Abgasbestandteils (z. B. NOx-Menge) und eine bessere Emissionskontrolle ermöglicht; (3) Ermöglichen einer genaueren Bestimmung von Abgasbestandteilen durch Positionieren des Gassensors vor dem Oxidationskatalysator, wobei die Abgasformulierung unverändert bleibt; (4) Reduzieren der lokalen Geschwindigkeiten des Abgases um die Spitze des Gassensors durch Anordnen des Gassensors in einem Gehäuse des Nachbehandlungssystems, das einen größeren Querschnitt und eine geringere Abgasgeschwindigkeit aufweist, wodurch der konvektive Wärmeverlust und damit die Leistung, die das Heizelement des Gassensors benötigt, um die Temperatur des Sensorelements zu erhöhen und auf seiner Betriebstemperatur zu halten, verringert wird; (5) Reduzieren der Leistung, die vom Heizelement des Gassensors benötigt wird, um eine Temperatur des Sensorelements auf seine Betriebstemperatur anzuheben und zu halten, indem die Heizungsleistung zusätzlich moduliert wird, um das in Richtung des Gassensors strömende Abgas zu erwärmen; und (6) Erhöhen der Lebensdauer des Gassensors durch Reduzieren der Leistungsmenge, die vom Heizelement des Gassensors benötigt wird.
1 ist eine schematische Darstellung eines Nachbehandlungssystems 100 gemäß einer Ausführungsform. Das Nachbehandlungssystem 100 ist konfiguriert, um Abgas (z. B. Dieselabgas) von einem Motor 10 zu empfangen und Bestandteile des Abgases (z. B. NOx, CO, CO₂) zu behandeln. Das Nachbehandlungssystem 100 schließt eine Heizung 108, einen Gassensor 112, einen Oxidationskatalysator 130 ein und kann auch einen Reduktionsmittelspeichertank 110, eine Reduktionsmitteleinführanordnung 120, einen Filter 140, ein SCR-System 150, eine Steuerung 170, einen Ammoniakoxidationkatalysator (AMOx) 160 und eine Kohlenwasserstoffeinführungsanordnung 122 einschließen.
Der Motor 10 kann beispielsweise einen Dieselmotor, einen Benzinmotor, einen Erdgasmotor, einen Zweikraftstoffmotor, einen Biodieselmotor, einen E85-Motor oder einen anderen geeigneten Motor einschließen). In einigen Ausführungsformen schließt der Motor 10 einen Dieselmotor ein. Der Motor 10 verbrennt Kraftstoff und erzeugt ein Abgas, das NOx, CO, CO₂ und andere Bestandteile einschließt. Der Motor 10 kann andere Komponenten einschließen, zum Beispiel ein Getriebe, Kraftstoffzufuhrbaugruppen, einen Generator oder einen Wechselstromgenerator, um die von dem Motor erzeugte mechanische Leistung in elektrische Leistung umzuwandeln (z. B. um die Heizung 108, den Gassensor 112, die Reduktionsmitteleinführanordnung 120, die Kohlenwasserstoffeinführungsanordnung 122 und die Steuerung 170) usw. zu versorgen.
Das Nachbehandlungssystem 100 schließt ein Gehäuse 101 ein, in dem verschiedene Nachbehandlungskomponenten des Nachbehandlungssystems 100 angeordnet sind. Das Gehäuse 101 kann aus einem starren, hitzebeständigen und korrosionsbeständigen Werkstoff, z. B. Edelstahl, Eisen, Aluminium, Metallen, Keramik oder einem anderen geeigneten Werkstoff gebildet sein. Das Gehäuse 101 kann einen beliebigen geeigneten Querschnitt aufweisen, zum Beispiel kreisförmig, quadratisch, rechteckig, oval, elliptisch, polygonal oder eine beliebige andere geeignete Form.
Eine Einlassleitung 102 ist an einen Einlass des Gehäuses 101 fluidisch gekoppelt und dazu gestaltet, Abgas von dem Motor 10 aufzunehmen und das Abgas zu einem inneren Volumen, das durch das Gehäuse 101 definiert ist, zu leiten. Ferner kann eine Auslassleitung 104 an einen Auslass des Gehäuses 101 gekoppelt und dazu gestaltet sein, behandeltes Abgas in die Umgebung auszustoßen (z. B. behandelt, um Feinstaub, wie Ruß, durch den Filter 140 zu entfernen und/oder Bestandteile des Abgases, wie NO_x-Gase, CO, unverbrannte Kohlenwasserstoffe usw., die in dem Abgas eingeschlossen sind, durch das SCR-System 150 und den Oxidationskatalysator 130 zu reduzieren).
Die Heizung 108 ist den anderen Nachbehandlungskomponenten vorgelagert angeordnet, beispielsweise in der Einlassleitung 102 nahe einem Motorauspuffkrümmer (z. B. an einem Auslass eines mit dem Motor 10 gekoppelten Turbos). Die Heizung 108 kann eine elektrische Heizung sein, die eine Heizleistung in einem Bereich von 2 Kilowatt (kW) bis 60 kW aufweisen kann (d. h. die elektrische Leistung, die von der Heizung 108 verbraucht wird, um Wärme zu erzeugen). Die Heizung 108 ist konfiguriert, um das in das Nachbehandlungssystem 100 eintretende Abgas selektiv zu erwärmen, sodass das Erwärmen des Abgases durch die Heizung 108 eine Erhöhung einer Temperatur eines Heizelements des Gassensors 112 bewirkt, wenn das erwärmte Abgas über den Gassensor strömt. Zum Beispiel kann die Heizung 108 selektiv aktiviert werden, um das durch sie hindurch in Richtung des Gassensors 112 und der Nachbehandlungskomponenten strömende Abgas zu erwärmen und dadurch den Gassensor 112 sowie nachgelagerte Nachbehandlungskomponenten zu erwärmen (z. B. Erwärmen des Oxidationskatalysators 130 auf eine Anspringtemperatur, Erwärmen des SCR-Systems auf seine Betriebstemperatur usw.).
Ein erster Temperatursensor 103 kann in der Einlassleitung 102 der Heizung 108 vorgelagert positioniert sein. Der erste Temperatursensor ist konfiguriert, um eine vorgelagerte Abgastemperatur des Abgases vor der Heizung 108 zu messen. In einigen Ausführungsformen ist auch ein zweiter Temperatursensor 105 der Heizung 108 nachgelagert angeordnet, beispielsweise in der Nähe eines Auslasses der Heizung 108, und konfiguriert, um eine nachgelagerte Abgastemperatur des Abgases nach der Heizung 108 zu messen. In einigen Ausführungsformen können andere Sensoren, zum Beispiel Drucksensoren, Sauerstoffsensoren oder beliebige andere Sensoren, die konfiguriert sind, um einen oder mehrere Betriebsparameter des in das Nachbehandlungssystem 100 eintretenden Abgases zu messen, in der Einlassleitung 102 angeordnet sein. In einigen Ausführungsformen kann sowohl der erste Temperatursensor 103 als auch der zweite Temperatursensor 105 weggelassen werden, und stattdessen können die vorgelagerten und nachgelagerten Abgastemperaturen virtuell (z. B. durch die Steuerung 170) unter Verwendung von Gleichungen, Algorithmen oder Nachschlagetabellen bestimmt werden, zum Beispiel basierend auf Betriebsparametern des Motors 10 wie der Abgasdurchflussrate, der von der Heizung verbrauchten Leistung usw.
Die Verdrahtung für die Heizung 108 ist von der Verdrahtung für den Gassensor 112, den ersten Temperatursensor 103 und den zweiten Temperatursensor 105 getrennt. Zum Beispiel kann die Verdrahtung für die Heizung 108 durch einen Abstand von mindestens 100 Millimetern von der Verdrahtung des Gassensors 112, des ersten Temperatursensors 103 oder des zweiten Temperatursensors 105 getrennt sein. Zusätzlich oder alternativ kann eine Erdungsabschirmung zwischen der Verdrahtung der Heizung 108 und der Verdrahtung des Gassensors 112, des ersten Temperatursensors 103 oder des zweiten Temperatursensors 105 eingeschlossen werden.
Der Oxidationskatalysator 130 ist der Heizung 108 nachgelagert in dem Gehäuse 101 angeordnet und dazu konfiguriert, unverbrannte Kohlenwasserstoffe und/oder CO in dem Abgas zu zersetzen. In manchen Ausführungsformen kann der Oxidationskatalysator 130 einen Dieseloxidationskatalysator einschließen. Die Kohlenwasserstoffeinführungsanordnung 122 ist konfiguriert, um Kohlenwasserstoffe vor dem Oxidationskatalysator 130 selektiv einzuführen (z. B. denselben Kraftstoff, der von dem Motor 10 verbraucht wird), beispielsweise in den Motor 10. Wenn eine Temperatur des Oxidationskatalysators 130 gleich oder oberhalb einer Anspringtemperatur des Oxidationskatalysators 130 ist, katalysiert er die Verbrennung der eingeführten Kohlenwasserstoffe, um eine Erhöhung der Temperatur des Abgases zu bewirken. In einigen Ausführungsformen kann die Kohlenwasserstoffeinführungsanordnung 122 selektiv aktiviert werden (z. B. durch die Steuerung 170), um Kohlenwasserstoffe in den Oxidationskatalysator 130 einzuführen, um das Abgas und dadurch den nachgelagerten Filter 140 und das SCR-System 150 zu erwärmen. In einigen Ausführungsformen kann das Einführen der Kohlenwasserstoffe das Abgas auf eine ausreichende Temperatur erwärmen, um den Filter 140 zu regenerieren, indem Partikel, die sich auf dem Filter 140 angesammelt haben, verbrannt werden, und/oder das SCR-System 150 zu regenerieren, indem Reduktionsmittelablagerungen, die sich auf dem SCR-System 150 oder den Innenflächen des Nachbehandlungssystems 100 abgesetzt haben, verdampft werden.
Ein Gassensor 112 (z. B. ein NOx-Sensor) ist in dem Gehäuse 101 angeordnet, der Heizung 108 nachgelagert und einer beliebigen Nachbehandlungskomponente, die Bestandteile des Abgases behandelt, vorgelagert. Zum Beispiel ist, wie in 1 gezeigt, der Gassensor 112 der Heizung 108 nachgelagert und dem Oxidationskatalysator 130 vorgelagert angeordnet. Somit bleibt die Formulierung des in den Gassensor 112 strömenden Abgases unverändert, sodass der im Abgas gemessene Abgasbestandteil (z. B. die NOx-Menge) eine genaue Darstellung der vom Motor 10 ausgestoßenen Menge des Abgasbestandteils ist.
Der Gassensor 112 schließt ein Sensorelement und ein Heizelement ein, das konfiguriert ist, um das Sensorelement selektiv auf eine Betriebstemperatur des Sensorelements zu erwärmen. Zum Beispiel ist 2 ein schematisches Blockdiagramm des Gassensors 112 gemäß einer Ausführungsform. Wie in 2 gezeigt, schließt der Gassensor 112 ein Gassensorgehäuse 114 ein, in dem ein Heizelement 116 und ein Sensorelement 118 angeordnet sind. Das Heizelement 116 kann eine keramische Heizung oder eine andere geeignete elektrisch betriebene Heizung einschließen, die konfiguriert ist, um selektiv aktiviert zu werden (z. B. durch die Steuerung 170), um das Innenvolumen des Gassensorgehäuses 114 zu erwärmen und dadurch das Sensorelement 118 auf eine Betriebstemperatur des Sensorelements 118 zu erwärmen, die z. B. gleich oder größer als 600 Grad Celsius ist (z. B. etwa 600, 700, 800 oder 900 Grad Celsius). Eine Öffnung 119 kann an einer Spitze 117 des Gassensorgehäuses 114 definiert sein, durch die ein Teil des Abgases in das Gassensorgehäuse 114 eintreten und das Sensorelement 118 berühren kann, um zu ermöglichen, dass das Sensorelement 118 eine Menge des Gasbestandteils (z. B. NOx-Menge) im Abgas elektronisch messen kann.
Die primären Faktoren, die zu der vom Heizelement 116 benötigten Leistung beitragen, sind die Abgastemperatur und die Geschwindigkeit des Abgases um die Spitze 117. Herkömmlicherweise befinden sich physische Gassensoren in der Nähe eines Einlasses des Nachbehandlungssystems 100, beispielsweise in der Einlassleitung 102, wo hohe Abgasgeschwindigkeiten aufgrund der kleineren Querschnittsbreite (z. B. Durchmesser) der Einlassleitung 102 vorhanden sind, was zu hohen thermischen Verlusten führt. Im Gegensatz dazu ist der Gassensor 112 in dem Gehäuse 101 des Nachbehandlungssystems angeordnet, das im Allgemeinen eine größere Querschnittsbreite als die Einlassleitung 102 aufweist (z. B. etwa 2-3 mal größere Querschnittsbreite als die Einlassleitung 102). Daher sind die Abgasgeschwindigkeiten im Gehäuse 101 und damit an der Spitze 117 des Gassensorgehäuses 114 niedriger als die Abgasgeschwindigkeiten in der Einlassleitung 102. Dies reduziert den konvektiven Wärmeverlust von dem Gassensorgehäuse 114 und dadurch von dem Heizelement 116, was die von dem Heizelement 116 benötigte Leistung zum Aufrechterhalten der Innentemperatur des Gassensorgehäuses 114 bei Betriebstemperatur des Sensorelements 118 reduziert und die Lebensdauer des Gassensors 112 erhöht. Darüber hinaus kann das Gassensorgehäuse 114 so gestaltet sein, dass es einen größeren Querschnitt als herkömmliche Gassensorgehäuse aufweist, wodurch die Abgasströmungsgeschwindigkeiten um das Gassensorgehäuse 114 und der Wärmeverlust von dem Gassensor 112 weiter reduziert werden.
Ein Auslasssensor 107 kann in der Auslassleitung 104 angeordnet sein. Der Auslasssensor 107 kann einen zweiten NO_x-Sensor umfassen, der dazu konfiguriert ist, eine Menge an NO_x-Gasen zu bestimmen, die in die Umgebung ausgestoßen wird, nachdem sie durch das SCR-System 150 geströmt ist. In anderen Ausführungsformen kann der Auslasssensor 107 einen Feinstaubsensor umfassen, der dazu konfiguriert ist, eine Menge an Feinstaub (z. B. Ruß, der in dem Abgas eingeschlossen ist, das den Filter 140 verlässt) in dem Abgas, das in die Umgebung ausgestoßen wird, zu bestimmen. In noch anderen Ausführungsformen kann der Auslasssensor 105 einen Ammoniaksensor umfassen, der dazu konfiguriert ist, eine Ammoniakmenge in dem Abgas, das aus dem SCR-System 150 strömt, zu messen, d. h. den Ammoniakschlupf zu bestimmen. Dies kann als ein Maß der katalytischen Umsetzungseffizienz des SCR-Systems 150 verwendet werden, und zwar zum Einstellen einer Menge des Reduktionsmittels, das in das SCR-System 150 einzuführen ist, und/oder zum Einstellen einer Temperatur des SCR-Systems 150, wie hierin beschrieben, um es dem SCR-System 150 zu ermöglichen, Ammoniak effektiv für den katalytischen Abbau von NO_x-Gasen zu verwenden, die in dem Abgas, das dadurch strömt, eingeschlossen sind. Der AMO x-Katalysator 160 kann nach dem SCR-System 150 positioniert und so formuliert sein, dass er nicht umgesetztes Ammoniak, das am SCR-System 150 vorbeiströmt, zersetzt.
Der Filter 140 ist dem Oxidationskatalysator 130 nachgelagert und dem SCR-System 150 vorgelagert angeordnet und dazu konfiguriert, Feinstaub (z. B. Ruß, Schmutz, anorganische Partikel usw.) aus dem Abgas zu entfernen. In verschiedenen Ausführungsformen kann der Filter 140 einen keramischen Filter einschließen. In einigen Ausführungsformen kann der Filter 140 einen Cordierit-Filter einschließen, der zum Beispiel ein asymmetrischer Filter sein kann. Bei noch anderen Ausführungsformen kann der Filter 140 katalysiert sein.
Das SCR-System 150 ist so formuliert, dass es Bestandteile eines Abgases, das dadurch fließt, bei Vorliegen eines Reduktionsmittels zersetzt, wie hierin beschrieben. In einigen Ausführungsformen kann das SCR-System 150 einen Filter zur selektiven katalytischen Reduktion (SCRF) einschließen. Das SCR-System 150 schließt einen SCR-Katalysator ein, der formuliert ist, um die Zersetzung der NOx-Gase in ihre Bestandteile in Gegenwart eines Reduktionsmittels zu katalysieren. Es kann jeder beliebige geeignete SCR-Katalysator verwendet werden, wie beispielsweise ein platin-, palladium-, rhodium- , cer-, eisen-, mangan-, kupfer-, vanadiumbasierter Katalysator, jeder beliebige andere geeignete Katalysator, oder eine Kombination daraus. Der SCR-Katalysator kann auf einem geeigneten Substrat angeordnet sein, wie zum Beispiel einem keramischen (z. B. Cordierit) oder metallischen (z. B. Kanthal) Monolithkern, der zum Beispiel eine Wabenstruktur definieren kann. Ein Washcoat kann ebenfalls als Trägermaterial für den SCR-Katalysator verwendet werden. Solche Washcoat-Materialien können beispielsweise Aluminiumoxid, Titandioxid, Siliziumdioxid, jedes andere geeignete Washcoat-Material oder eine Kombination daraus, einschließen.
Obwohl 1 nur den Oxidationskatalysator 130, den Filter 140, das SCR-System 150 und den AMO_x-Katalysator 160 innerhalb des Innenvolumens angeordnet zeigt, das durch das Gehäuse 101 definiert ist, kann in anderen Ausführungsformen eine Vielzahl von Nachbehandlungskomponenten innerhalb des Innenvolumens, das durch das Gehäuse 101 definiert ist, zusätzlich zu dem Oxidationskatalysator 130, dem Filter 140, dem SCR-System 150 und dem AMO_x-Katalysator 160 angeordnet sein. Solche Nachbehandlungskomponenten können zum Beispiel einen Zwei-Wege-Katalysator, Mischer, Prallplatten, sekundäre Filter (z. B. einen sekundären Nebenstrom- oder katalysierten Filter) oder eine beliebige andere geeignete Nachbehandlungskomponente einschließen.
Eine Reduktionsmittelöffnung 156 kann an einer Seitenwand des Gehäuses 101 positioniert und dazu gestaltet sein, eine Einführung eines Reduktionsmittels dadurch in das Innenvolumen, das durch das Gehäuse 101 definiert ist, zu ermöglichen. Die Reduktionsmittelöffnung 156 kann dem SCR-System 150 vorgelagert positioniert sein (um z. B. zu ermöglichen, dass das Reduktionsmittel in das Abgas dem SCR-System 150 vorgelagert eingeführt wird) oder über dem SCR-System 150 angeordnet sein (um z. B. zu ermöglichen, dass das Reduktionsmittel direkt in das SCR-System 150 eingeführt wird). Mischer, Leitbleche, Schaufeln oder andere Strukturen können in dem Gehäuse 101, das dem SCR-System 150 vorgelagert ist, (z. B. zwischen dem Filter 140 und dem SCR-System 150) positioniert sein, um das Mischen des Reduktionsmittels mit dem Abgas zu erleichtern.
Der Reduktionsmittelspeichertank 110 ist für eine Speicherung eines Reduktionsmittels gestaltet. Das Reduktionsmittel ist so formuliert, dass es eine Zersetzung der Bestandteile des Abgases (z. B. im Abgas eingeschlossene NO_x-Gase) ermöglicht. Es kann ein beliebiges, geeignetes Reduktionsmittel verwendet werden. Bei einigen Ausführungsformen umfasst das Abgas ein Dieselabgas, und das Reduktionsmittel umfasst ein Diesel-Abgasfluid (DEF). Das DEF kann zum Beispiel Harnstoff, eine wässrige Harnstofflösung oder jedes andere Fluid, das Ammoniak umfasst, Nebenprodukte oder beliebige andere Diesel-Abgasfluide umfassen, die aus dem Stand der Technik bekannt sind (z. B. das DEF, das unter dem Namen ADBLUE® vermarktet wird). Das Reduktionsmittel kann beispielsweise eine wässrige Harnstofflösung mit einem bestimmten Harnstoff-Wasser-Verhältnis umfassen. In manchen Ausführungsformen kann das Reduktionsmittel eine wässrige Harnstofflösung umfassen, die zu 32,5 Gew.-% Harnstoff und 67,5 Gew.-% entionisiertes Wasser, 40 Gew.-% Harnstoff und 60 Gew.-% entionisiertes Wasser oder ein beliebiges anderes geeignetes Verhältnis von Harnstoff zu entionisiertem Wasser einschließt.
Eine Reduktionsmitteleinführanordnung 120 ist fluidisch mit dem Reduktionsmittelspeichertank 110 verbunden. Die Reduktionsmitteleinführanordnung 120 ist so konfiguriert, dass sie das Reduktionsmittel selektiv in das SCR-System 150 oder stromaufwärts davon oder stromaufwärts oder in einen Mischer (nicht dargestellt), der dem SCR-System 150 vorgelagert positioniert ist, einführt. Die Reduktionsmitteleinführanordnung 120 kann verschiedene Strukturen umfassen, um eine Aufnahme des Reduktionsmittels aus dem Reduktionsmittelspeichertank 110 und Weiterleitung zu dem SCR-System 150 zu ermöglichen, zum Beispiel Pumpen, Ventile, Siebe, Filter usw.
Das Nachbehandlungssystem 100 kann auch eine Reduktionsmitteleinspritzdüse einschließen, die an die Reduktionsmitteleinführanordnung 120 fluidisch gekoppelt und dazu konfiguriert ist, das Reduktionsmittel (z. B. einen kombinierten Strom von Reduktionsmittel und Druckluft) in das SCR-System 150 einzuführen. Bei verschiedenen Ausführungsformen kann die Reduktionsmitteleinspritzdüse eine Düse mit einem vorbestimmten Durchmesser einschließen. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Reduktionsmitteleinspritzdüse in der Reduktionsmittelöffnung 156 positioniert und so gestaltet sein, dass sie einen Strom oder einen Strahl des Reduktionsmittels in das Innenvolumen des Gehäuses 101 leitet, um so das Reduktionsmittel zu dem SCR-System 150 zu leiten.
Die Steuerung 170 ist operativ mit dem ersten Temperatursensor 103, dem zweiten Temperatursensor 105, dem Gassensor 112, der Heizung 108 und in einigen Ausführungsformen der Reduktionsmitteleinführanordnung 120, der Kohlenwasserstoffeinführungsanordnung 122 und dem Auslasssensor 107 gekoppelt. Zum Beispiel kann die Steuerung 170 konfiguriert sein, um ein vorgelagertes Abgastemperatursignal von dem ersten Temperatursensor 103 zu empfangen und ein nachgelagertes Abgastemperatursignal von dem zweiten Temperatursensor 105 zu empfangen, zum Beispiel, um die vorgelagerte Abgastemperatur und die nachgelagerte Abgastemperatur zu bestimmen. Die Steuerung 170 kann auch konfiguriert sein, um die Heizung 108 selektiv zu aktivieren, und/oder ein Heizmodul, das mit der Heizung 108 gekoppelt ist, um das durch die Heizung 108 zum Gassensor 112 strömendes Abgas zum Erwärmen des Gassensors 112 zu erwärmen. Die Steuerung 170 kann auch konfiguriert sein, um das Heizelement 116 des Gassensors 112 selektiv zu aktivieren, um das Innenvolumen des Gassensorgehäuses 114 und damit das Sensorelement 118 auf die Betriebstemperatur (z. B. gleich oder größer als 600 Grad Celsius) zu erwärmen. Die Steuerung 170 kann auch konfiguriert sein, um das Sensorelement 118 selektiv zu aktivieren (z. B., sobald die Temperatur des Gassensors gleich oder größer als die Betriebstemperatur ist) und ein Signal von dem Sensorelement 118 zu empfangen, um eine Menge des Abgasbestandteils (z. B. eine Menge an NOx-Gasen im Abgas) zu bestimmen.
Wie zuvor beschrieben, kann Wasser unter kalten Umgebungsbedingungen auf dem Sensorelement 118 und dem Heizelement 116 in Form von Wassertröpfchen kondensieren. Das Einschalten oder Aktivieren des Heizelements 116 und/oder des Sensorelements 118, bevor das kondensierte Wasser verdampft wurde, kann aufgrund von thermischer Belastung zu einer Rissbildung des Heizelements 116 und/oder des Sensorelements 118 führen. Zum Beispiel kann das Aktivieren des Heizelements 116, wenn die Wassertröpfchen noch vorhanden sind, eine plötzliche Erhöhung der Temperatur des Heizelements 116 und des Sensorelements 118, zum Beispiel bis zu 800 Grad Celsius, bewirken. Die Wassertröpfchen können eine große thermische Belastung des Heizelements 116 erzeugen, was zu einer Rissbildung und schließlich einem Ausfall des Heizelements 116 und damit des Gassensors 112 führt. Daher ist es wünschenswert, jegliches Kondensat, das auf dem Heizelement 116 vorhanden ist, vor dem Aktivieren des Heizelements 116 zu verdampfen.
Die Steuerung 170 ist konfiguriert, um die vorgelagerte Abgastemperatur vor der Heizung 108 zu bestimmen, zum Beispiel basierend auf dem von dem ersten Temperatursensor 103 empfangenen Abgastemperatursignal. Die vorgelagerte Abgastemperatur entspricht der Temperatur des in das Nachbehandlungssystem 100 eintretenden Abgases. Als Reaktion darauf, dass die vorgelagerte Abgastemperatur kleiner als ein erster Schwellenwert ist, beispielsweise die Taupunkttemperatur (z. B. 100 Grad Celsius), bewirkt die Steuerung 170 die Aktivierung der Heizung 108. Wenn zum Beispiel die vorgelagerte Abgastemperatur kleiner als der erste Schwellenwert ist, ist es wahrscheinlich, dass die Temperatur des Gassensors 112 auch unter dem ersten Schwellenwert liegt und Kondensat auf dem Heizelement 116 vorhanden ist. Das Aktivieren der Heizung 108 durch die Steuerung 170 bewirkt, dass die Heizung 108 das durch sie hindurch in Richtung des Gassensors 112 strömende Abgas erwärmt, wobei das erwärmte Abgas eine schnellere Erhöhung der Temperatur des Innenvolumens des Gassensorgehäuses 114 und damit des Heizelements 116 in Richtung des ersten Schwellenwerts bewirkt, an dem etwaige Wassertröpfchen vom Heizelement 116 verdampfen.
Die Steuerung 170 kann auch konfiguriert sein, um die nachgelagerte Abgastemperatur nach der Heizung 108 zu bestimmen, zum Beispiel basierend auf einem von dem zweiten Temperatursensor 105 empfangenen Signal. Als Reaktion darauf, dass die nachgelagerte Abgastemperatur gleich oder größer als der erste Schwellenwert ist, ist die Steuerung 170 konfiguriert, um eine Aktivierung des Heizelements 116 zu bewirken. Zum Beispiel kann die nachgelagerte Abgastemperatur, die gleich oder größer als der erste Schwellenwert ist, anzeigen, dass die Temperatur innerhalb des Gassensorgehäuses 114 und dadurch die Temperatur des Heizelements 116 gleich oder über dem ersten Schwellenwert ist, an dem es sicher ist, das Heizelement 116 zu aktivieren. In einigen Ausführungsformen kann der erste Schwellenwert auf eine leicht höhere Temperatur als die Taupunkttemperatur (z. B. 110, 120, 130, 140 oder 150 Grad Celsius, einschließlich) eingestellt werden, um sicherzustellen, dass alle Wassertröpfchen von dem Heizelement 116 verdampft sind.
Die Steuerung 170 kann auch konfiguriert sein, um die von dem Heizelement 116 bereitgestellte Wärme mit der von der Heizung 108 bereitgestellten Erwärmung zu ergänzen, um die vom Heizelement 116 verbrauchte Leistung zum Erwärmen des Sensorelements 118 auf die Betriebstemperatur zu reduzieren und die Lebensdauer des Gassensors 112 zu erhöhen. Zum Beispiel ist die Steuerung 170 konfiguriert, als Reaktion darauf, dass die nachgelagerte Abgastemperatur kleiner als ein zweiter Schwellenwert ist (z. B. die Betriebstemperatur des Sensorelements 118), der größer als der erste Schwellenwert ist, die Heizung 108 und das Heizelement 116 in ihren jeweiligen aktivierten Zuständen zu halten, bis die nachgelagerte Abgastemperatur gleich oder größer als der zweite Schwellenwert ist. Auf diese Weise kann das Heizelement 116 weniger Leistung benötigen, um das Innenvolumen des Gassensorgehäuses 114 auf die Betriebstemperatur zu erwärmen.
In einigen Ausführungsformen kann die Steuerung 170, sobald die Temperatur des Sensorelements 112 gleich oder größer als der zweite Schwellenwert ist, konfiguriert sein, um eine Leistung der Heizung 108 (z. B. zwischen 10 % und 100 % durch Steuern einer elektrischen Leistung, die der Heizung 108 bereitgestellt wird) und eine Leistung des Heizelements 116 zu modulieren, um das Sensorelement 118 bei oder über dem zweiten Schwellenwert zu halten. Zum Beispiel kann die Steuerung 170 eine Leistung der Heizung 108 basierend auf einer aktuellen nachgelagerten Abgastemperatur und einer gewünschten nachgelagerten Abgastemperatur und/oder einer aktuellen Leistung des Heizelements 116 modulieren, um das Sensorelement 118 bei oder über dem zweiten Schwellenwert zu halten. Durch Verwenden der Heizung 108 zusätzlich zu dem Heizelement 116, um das Sensorelement 118 an dem zweiten Schwellenwert (z. B. der Betriebstemperatur) zu halten, wird eine vom Heizelement 116 verbrauchte Leistung reduziert, was die Lebensdauer des Heizelements 116 und somit des Gassensors 112 erhöht.
In einigen Ausführungsformen kann die Steuerung 170 auch konfiguriert sein, um eine SCR-katalytische Umsetzungseffizienz des SCR-Systems 150 zu bestimmen, und zwar basierend auf einer Einlass-NOx-Menge an NOx-Gasen, die in das Nachbehandlungssystem 100 eintreten (z. B. bestimmt durch den Gassensor 112) und einer Auslass-NOx-Menge an NOx-Gasen, die aus dem Nachbehandlungssystem 100 austreten (z. B. bestimmt durch den Auslasssensor 107). Zum Beispiel kann die Steuerung 170 eine Differenz zwischen der Einlass-NOx-Menge und der Auslass-NOx-Menge bestimmen, und die SCR-katalytische Umsetzungseffizienz basierend auf der Differenz bestimmen.
In einigen Ausführungsformen kann die Steuerung 170 konfiguriert sein, um eine Menge an Reduktionsmittelablagerungen zu bestimmen, die auf dem SCR-System 150 abgeschieden sind. Zum Beispiel kann die Steuerung 170 konfiguriert sein, um die Menge an Reduktionsmittelablagerungen basierend auf der SCR-katalytischen Umsetzungseffizienz und einer Menge an Reduktionsmittel, die in das Nachbehandlungssystem 100 eingeführt wird, und/oder einer Menge an Ammoniakschlupf, bestimmen. Die Steuerung 170 kann Gleichungen, Algorithmen oder Nachschlagetabellen einschließen, um die Menge an Reduktionsmittelablagerungen basierend auf verschiedenen Betriebsparametern (z. B. Menge des eingeführten Reduktionsmittels, Motorbetriebsparameter, vorgelagerter und/oder nachgelagerter Abgastemperatur, Abgasdurchflussrate usw.) zu bestimmen.
Die Steuerung 170 kann auch konfiguriert sein, um eine Menge an Ammoniakschlupf zu bestimmen, d. h. eine Menge an Ammoniakgas im Abgas nach dem SCR-System 150 basierend auf dem zweiten Sensorsignal (z. B. einem Auslass-NOx-Signal), das von dem Auslasssensor 105 empfangen wird. Die Steuerung 170 kann zum Beispiel so konfiguriert sein, dass sie die vom NOx-Sensor am Auslass gemessene NOx-Menge korreliert und daraus die Menge des Ammoniakschlupfs bestimmt. Die Steuerung 170 kann konfiguriert sein, um die Reduktionsmitteleinführanordnung 120 anzuweisen, eine Menge des Reduktionsmittels, das in das Nachbehandlungssystem 100 eingeführt wird, basierend auf der NOx-Menge am Einlass, auf der SCR-katalytischen Umsetzungseffizienz, auf einer Abgastemperatur an einem Einlass des SCR-Systems 150, auf einer Abgasströmungsrate und/oder auf einem anderen Abgasparameter anzupassen.
Die Steuerung 170 kann betriebsfähig mit dem Motor 10, dem ersten Temperatursensor 103, dem zweiten Temperatursensor 105, der Heizung 108, dem Gassensor 112, dem Auslasssensor 107, der Reduktionsmitteleinführanordnung 120, der Kohlenwasserstoffeinführungsanordnung 122 und verschiedenen Komponenten des Nachbehandlungssystems 100 unter Verwendung einer beliebigen Art und einer beliebigen Anzahl von drahtgebundenen oder drahtlosen Verbindungen gekoppelt sein. Zum Beispiel kann eine drahtgebundene Verbindung ein serielles Kabel, ein faseroptisches Kabel, ein CAT5-Kabel oder jegliche andere Form von verdrahteter Verbindung sein. Drahtlose Verbindungen können das Internet, Wi-Fi, Mobilfunk, Funk, Bluetooth, ZigBee usw. einschließen. In einer Ausführungsform stellt ein Controller-Area-Network-Bus (CAN-Bus) den Austausch von Signalen, Informationen bzw. Daten bereit. Der CAN-Bus schließt eine beliebige Anzahl von drahtgebundenen und drahtlosen Verbindungen ein.
In manchen Ausführungsformen schließt die Steuerung 170 verschiedene Schaltungen oder Module ein, die dazu konfiguriert sind, die hierin beschriebenen Vorgänge der Steuerung 170 durchzuführen. Zum Beispiel zeigt 3 ein schematisches Blockdiagramm einer Steuerung 170 gemäß einer Ausführungsform. Die Steuerung 170 schließt einen Prozessor 172, einen Speicher 174 oder ein beliebiges anderes computerlesbares Medium und eine Kommunikationsschnittstelle 176 ein. Die Steuerung 170 schließt außerdem eine Temperaturbestimmungsschaltung 174a, eine Heizungssteuerungsschaltung 174b, eine Gassensorsteuerungsschaltung 174c und eine Abgasbestandteil-Bestimmungsschaltung 174d ein. Es versteht sich, dass die 2 nur eine Ausführungsform der Steuerung 170 zeigt, und auch jede andere Steuerung verwendet werden kann, die in der Lage ist, die hierin beschriebenen Aufgaben auszuführen.
Der Prozessor 172 kann einen Mikroprozessor, einen speicherprogrammierbaren Steuerchip (PLC), einen ASIC-Chip oder einen anderen geeigneten Prozessor einschließen. Der Prozessor 172 kommuniziert mit dem Speicher 174 und ist dazu ausgelegt, Anweisungen, Algorithmen, Befehle oder sonstige im Speicher 174 abgelegte Programme auszuführen.
Der Speicher 174 umfasst alle hier besprochenen Speicher- bzw. Speicherplatzkomponenten. Beispielsweise kann der Speicher 174 einen Arbeitsspeicher bzw. Cache des Prozessors 172 umfassen. Der Speicher 174 kann auch ein oder mehrere Speichervorrichtungen umfassen (z. B. Festplatten, Flash-Laufwerke, computerlesbare Medien usw.), welche entweder lokal oder entfernt von der Steuerung 170 angeordnet sind. Der Speicher 174 ist dazu ausgelegt, Nachschlagetabellen, Algorithmen oder Anweisungen zu speichern.
Bei einer Konfiguration sind die Temperaturbestimmungsschaltung 174a, die Heizungssteuerungsschaltung 174b, die Gassensorsteuerungsschaltung 174c und die Abgasbestandteil-Bestimmungsschaltung 174d als maschinen- oder computerlesbare Medien (z. B. in dem Speicher 174 gespeichert) verkörpert, die durch einen Prozessor, wie den Prozessor 172, ausführbar sind. Wie hierin beschrieben und unter anderen Verwendungen, erleichtern die maschinenlesbaren Medien (z. B. der Speicher 174) die Durchführung bestimmter Vorgänge der Temperaturbestimmungsschaltung 174a, der Heizungssteuerungsschaltung 174b, der Gassensorsteuerungsschaltung 174c und der Abgasbestandteil-Bestimmungsschaltung 174d, um den Empfang und die Übertragung von Daten zu ermöglichen. Zum Beispiel können die maschinenlesbaren Medien eine Anweisung (z. B. einen Befehl usw.) bereitstellen, um z. B. Daten zu erfassen. In diesem Zusammenhang können die maschinenlesbaren Medien eine programmierbare Logik einschließen, welche die Häufigkeit der Datenerfassung (oder Datenübertragung) definiert. Die computerlesbaren Medien können daher Code einschließen, der in jeder beliebigen Programmiersprache geschrieben sein kann, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, Java oder dergleichen, sowie in allen herkömmlichen prozeduralen Programmiersprachen wie C-Programmiersprachen oder ähnlichen Programmiersprachen. Der computerlesbare Programmcode kann auf einem Prozessor oder mehreren entfernten Prozessoren ausgeführt werden. In letzterem Szenario können die entfernten Prozessoren miteinander durch jede beliebige Art von Netzwerk (z. B. CAN-Bus usw.) verbunden sein.
In einer anderen Konfiguration sind die Temperaturbestimmungsschaltung 174a, die Heizungssteuerungsschaltung 174b, die Gassensorsteuerungsschaltung 174c und die Abgasbestandteil-Bestimmungsschaltung 174d als Hardwareeinheiten, wie beispielsweise elektronische Steuereinheiten, verkörpert. Die Temperaturbestimmungsschaltung 174a, die Heizungssteuerungsschaltung 174b, die Gassensorsteuerungsschaltung 174c und die Abgasbestandteil-Bestimmungsschaltung 174d können daher als eine oder mehrere Schaltungskomponenten verkörpert sein, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, Verarbeitungsschaltung, Netzwerkschnittstellen, Peripheriegeräte, Eingabegeräte, Ausgabegeräte, Sensoren usw.
Bei einigen Ausführungsformen können die Temperaturbestimmungsschaltung 174a, die Heizungssteuerungsschaltung 174b, die Gassensorsteuerungsschaltung 174c und die Abgasbestandteil-Bestimmungsschaltung 174d die Form einer oder mehrerer analoger Schaltungen, elektronischer Schaltungen (z. B. integrierter Schaltungen (IC), diskreter Schaltungen, System-auf-Chip-Schaltungen (SOC-Schaltungen), Mikrosteuerungen usw.), Telekommunikationsschaltungen, Hybridschaltungen und jeder anderen Art von „Schaltung“ annehmen. In dieser Hinsicht können die Temperaturbestimmungsschaltung 174a, die Heizungssteuerungsschaltung 174b, die Gassensorsteuerungsschaltung 174c und die Abgasbestandteil-Bestimmungsschaltung 174d jeden beliebigen Typ von Komponente zum Erreichen oder Erleichtern des Erreichens der hierin beschriebenen Vorgänge einschließen. Zum Beispiel kann eine Schaltung, wie hierin beschrieben, einen oder mehrere Transistoren, Logikgatter (z. B. NAND, AND, NOR, OR, XOR, NOT, XNOR usw.), Widerstände, Multiplexer, Register, Kondensatoren, Induktivitäten, Dioden, Verdrahtung usw. einschließen.
Somit können die Temperaturbestimmungsschaltung 174a, die Heizungssteuerungsschaltung 174b, die Gassensorsteuerungsschaltung 174c und die Abgasbestandteil-Bestimmungsschaltung 174d auch programmierbare Hardwarevorrichtungen wie feldprogrammierbare Gate-Arrays, programmierbare Array-Logik, programmierbare Logikvorrichtungen oder dergleichen einschließen. In dieser Hinsicht können die Temperaturbestimmungsschaltung 174a, die Heizungssteuerungsschaltung 174b, die Gassensorsteuerungsschaltung 174c und die Abgasbestandteil-Bestimmungsschaltung 174d eine oder mehrere Speichervorrichtungen zum Speichern von Anweisungen einschließen, die von dem/den Prozessor(en) der Temperaturbestimmungsschaltung 174a, der Heizungssteuerungsschaltung 174b, der Gassensorsteuerungsschaltung 174c und der Abgasbestandteil-Bestimmungsschaltung 174d ausführbar sind. Die eine oder mehreren Speichervorrichtungen und der eine oder die mehreren Prozessoren können die gleiche Definition haben, wie sie unten in Bezug auf den Speicher 174 und den Prozessor 172 bereitgestellt ist.
In dem gezeigten Beispiel schließt die Steuerung 170 den Prozessor 172 und den Speicher 174 ein. Der Prozessor 172 und der Speicher 174 können so gestaltet oder konfiguriert sein, dass sie die hierin beschriebenen Anweisungen, Befehle und/oder Steuerprozesse in Bezug auf die Temperaturbestimmungsschaltung 174a, die Heizungssteuerungsschaltung 174b, die Gassensorsteuerungsschaltung 174c und die Abgasbestandteil-Bestimmungsschaltung 174d ausführen oder implementieren. Somit stellt die dargestellte Konfiguration die vorgenannte Anordnung dar, in der die Temperaturbestimmungsschaltung 174a, die Heizungssteuerungsschaltung 174b, die Gassensorsteuerungsschaltung 174c und die Abgasbestandteil-Bestimmungsschaltung 174d als maschinen- oder computerlesbare Medien verkörpert sind. Wie oben erwähnt, soll diese Darstellung jedoch nicht einschränkend sein, da die vorliegende Offenbarung andere Ausführungsformen in Betracht zieht, wie beispielsweise die zuvor erwähnte Ausführungsform, bei der die Temperaturbestimmungsschaltung 174a, die Heizungssteuerungsschaltung 174b, die Gassensorsteuerungsschaltung 174c und die Abgasbestandteil-Bestimmungsschaltung 174d oder mindestens einer Schaltung der Temperaturbestimmungsschaltung 174a, der Heizungssteuerungsschaltung 174b, der Gassensorsteuerungsschaltung 174c und der Abgasbestandteil-Bestimmungsschaltung 174d als Hardwareeinheit konfiguriert sind. Alle derartigen Kombinationen und Variationen sollen in den Umfang der vorliegenden Offenbarung fallen.
Der Prozessor 172 kann als einer oder mehrere Mehrzweck-Prozessoren, als anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), ein oder mehrere feldprogrammierbare Gate-Arrays (FPGAs), digitaler Signalprozessor (DSP), Gruppe von Prozessorkomponenten oder andere geeignete elektronische Verarbeitungskomponenten implementiert sein. In einigen Ausführungsformen können der eine oder die mehreren Prozessoren von einer Mehrzahl von Schaltungen gemeinsam genutzt werden (z. B. der Temperaturbestimmungsschaltung 174a, der Heizungssteuerungsschaltung 174b, der Gassensorsteuerungsschaltung 174c und der Abgasbestandteil-Bestimmungsschaltung 174d), die in Ausführungsbeispielen denselben Prozessor umfassen oder auf andere Weise gemeinsam nutzen und Befehle ausführen können, die in verschiedenen Speicherbereichen gespeichert sind, oder auf die auf andere Weise zugegriffen wird.
Alternativ oder zusätzlich können der eine oder die mehreren Prozessoren so gestaltet sein, dass sie bestimmte Vorgänge unabhängig von einem oder mehreren Co-Prozessoren durchführen oder auf andere Weise ausführen. In anderen Ausführungsbeispielen können zwei oder mehr Prozessoren über einen Bus gekoppelt sein, um eine unabhängige, parallele, Pipeline- oder Multithread-Befehlsausführung zu ermöglichen. Alle derartigen Variationen sollen in den Umfang der vorliegenden Offenbarung fallen. Der Speicher 174 (z. B. RAM, ROM, Flash-Memory, Festplattenspeicher usw.) kann Daten bzw. Computercode zum Ermöglichen der verschiedenen hier beschriebenen Prozesse speichern. Der Speicher 174 kann mit dem Prozessor 172 kommunikativ verbunden sein, um dem Prozessor 172 Computercode oder Anweisungen bereitzustellen, um mindestens einige der hierin beschriebenen Prozesse auszuführen. Darüber hinaus kann der Speicher 174 ein gegenständlicher, nicht transienter flüchtiger Speicher oder nicht flüchtiger Speicher sein oder diese einschließen. Demgemäß kann der Speicher 174 Datenbankkomponenten, Objektcodekomponenten, Skriptkomponenten oder einen beliebigen anderen Typ von Informationsstruktur zum Unterstützen der verschiedenen Aktivitäten und Informationsstrukturen, die hier beschrieben sind, einschließen.
Die Kommunikationsschnittstelle 176 kann drahtlose Schnittstellen (z. B. Buchsen, Antennen, Sender, Empfänger, Kommunikationsschnittstellen, drahtgebundene Endgeräte usw.) zum Durchführen von Datenkommunikationen mit verschiedenen Systemen, Vorrichtungen oder Netzwerken einschließen. Zum Beispiel kann die Kommunikationsschnittstelle 176 eine Ethernet-Karte und einen Anschluss zum Senden und Empfangen von Daten über ein ethernetbasiertes Kommunikationsnetzwerk und/oder eine WLAN-Kommunikationsschnittstelle zum Kommunizieren mit dem Motor 10, dem ersten Temperatursensor 103, dem zweiten Temperatursensor 105, dem Gassensor 112, der Heizung 108, dem Auslasssensor 107, der Reduktionsmitteleinführanordnung 120 und/oder der Kohlenwasserstoffeinführungsanordnung 122 einschließen. Die Kommunikationsschnittstelle 176 kann gestaltet sein, über lokale Bereichsnetzwerke (z. B. das Internet usw.) zu kommunizieren, und kann eine Vielzahl von Kommunikationsprotokollen (z. B. IP, LON, Bluetooth, ZigBee, Funk, Mobilfunk, Nahfeldkommunikation usw.) verwenden.
Die Temperaturbestimmungsschaltung 174a ist konfiguriert, um das vorgelagerte Abgastemperatursignal von dem ersten Temperatursensor 103 zu empfangen und daraus die vorgelagerte Abgastemperatur zu bestimmen, d. h. die Temperatur des Abgases vor der Heizung 108. Darüber hinaus empfängt die Temperaturbestimmungsschaltung 174a das nachgelagerte Abgastemperatursignal von dem zweiten Temperatursensor 105 und bestimmt die nachgelagerte Abgastemperatur, d. h. die Temperatur des Abgases nach der Heizung 108. In einigen Ausführungsformen kann die Temperaturbestimmungsschaltung 174a konfiguriert sein, um die vorgelagerte und nachgelagerte Abgastemperaturen virtuell zu bestimmen, zum Beispiel basierend auf verschiedenen Motorbetriebsparametern, der Abgasströmungsrate, der Leistung, die von der Heizung verbraucht wird, der Umgebungstemperatur usw. In verschiedenen Ausführungsformen kann die Temperaturbestimmungsschaltung 174a Temperatursignale von verschiedenen Temperatursensoren empfangen, die an verschiedenen Stellen des Nachbehandlungssystems 100 bereitgestellt werden und die Abgastemperatur an jeder dieser Stellen des Nachbehandlungssystems 100 bestimmen.
Die Heizungssteuerungsschaltung 174b kann konfiguriert sein, um die Heizung 108 selektiv zu aktivieren oder zu deaktivieren und/oder die Leistung an die Heizung 108 zu modulieren, um die nachgelagerte Abgastemperatur zu steuern. Zum Beispiel kann die Heizungssteuerungsschaltung 174b konfiguriert sein, um ein Heizungssteuersignal zu erzeugen, um eine Aktivierung der Heizung 108 als Reaktion darauf zu bewirken, dass die vorgelagerte Abgastemperatur kleiner als der erste Schwellenwert ist. Die Heizungssteuerungsschaltung 174b kann auch konfiguriert sein, um die Aktivierung der Heizung 108 als Reaktion darauf aufrechtzuerhalten, dass die nachgelagerte Abgastemperatur kleiner als der zweite Schwellenwert ist. Darüber hinaus kann die Heizungssteuerungsschaltung 174b konfiguriert sein, um die Leistung der Heizung 108 zu modulieren, um die Temperatur des Gassensors 112 bei Betriebstemperatur zu halten, wie zuvor beschrieben.
Die Gassensorsteuerungsschaltung 174c kann konfiguriert sein, um das Heizelement 116 und/oder das Sensorelement 118 des Gassensors 112 selektiv zu aktivieren. Zum Beispiel kann die Gassensorsteuerungsschaltung 174c konfiguriert sein, um das Heizelement 116 selektiv zu aktivieren, sobald die nachgelagerte Abgastemperatur gleich oder größer als der erste Schwellenwert ist. Die Gassensorsteuerungsschaltung 174c kann auch konfiguriert sein, um das Heizelement 116 als Reaktion darauf, dass die nachgelagerte Abgastemperatur kleiner als der zweite Schwellenwert ist, im aktivierten Zustand zu halten. Darüber hinaus kann die Gassensorsteuerungsschaltung 174c konfiguriert sein, um die vom Heizelement 116 verbrauchte Leistung zu modulieren, um die Temperatur des Gassensors 112 bei Betriebstemperatur zu halten.
Ferner kann die Gassensorsteuerungsschaltung 174c konfiguriert sein, um eine Aktivierung des Sensorelements 118 zu bewirken, sobald die nachgelagerte Abgastemperatur und/oder die Heizelementtemperatur (z. B. bestimmt basierend auf einer vom Heizelement 116 verbrauchten Leistung und/oder der nachgelagerten Abgastemperatur) gleich oder größer als der zweite Schwellenwert ist.
Die Abgasbestandteil-Bestimmungsschaltung 174d ist konfiguriert, um ein Abgasbestandteilsignal von dem Sensorelement 118 zu empfangen und die Menge des Abgasbestandteils zu bestimmen (z. B. NOx-Menge) in dem in das Nachbehandlungssystem 100 eintretenden Abgas.
5 ist ein schematisches Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 200 zum Wärmemanagement eines Gassensors (z. B. des Gassensors 112), der in einem Nachbehandlungssystem (z. B. dem Nachbehandlungssystem 100) eingeschlossen ist, das mindestens eine Heizung (z. B. die Heizung 108), einen Oxidationskatalysator (z. B. den Oxidationskatalysator 130) und den Gassensor einschließt, welcher der Heizung nachgelagert und dem Oxidationskatalysator vorgelagert angeordnet ist (z. B. in dem Gehäuse 101, in dem der Oxidationskatalysator 130 angeordnet ist), gemäß einer Ausführungsform. Obwohl unter Bezugnahme auf die Steuerung 170, die Heizung 108 und den Gassensor 112 beschrieben, können die Vorgänge des Verfahrens 200 mit jeder Steuerung verwendet werden, die in jedem Nachbehandlungssystem eingeschlossen ist, das eine Heizung und einen physischen Gassensor einschließt.
Das Verfahren 200 schließt das Bestimmen, durch die Steuerung 170, der vorgelagerten Abgastemperatur bei 202 ein. Zum Beispiel kann die Steuerung 170 ein Signal von dem ersten Temperatursensor 103 empfangen, um die vorgelagerte Abgastemperatur des in das Nachbehandlungssystem eintretenden Abgases zu bestimmen. Bei 204 bestimmt die Steuerung 170, ob die vorgelagerte Abgastemperatur kleiner als der erste Schwellenwert ist. Als Reaktion darauf, dass die vorgelagerte Abgastemperatur kleiner als der erste Schwellenwert ist (204: JA), schreitet das Verfahren 200 zu Vorgang 206 fort und die Steuerung 170 bewirkt eine Aktivierung der Heizung 108.
Als Reaktion darauf, dass die vorgelagerte Abgastemperatur größer als der erste Schwellenwert ist (204: NEIN), oder nachdem die Heizung bei Vorgang 206 aktiviert wurde, bestimmt die Steuerung 170 die nachgelagerte Abgastemperatur (z. B. basierend auf dem von dem zweiten Temperatursensor 105 empfangenen nachgelagerten Abgastemperatursignal) bei 208. Bei 210 bestimmt die Steuerung 170, ob die nachgelagerte Abgastemperatur gleich oder größer als der erste Schwellenwert ist. Als Reaktion darauf, dass die nachgelagerte Abgastemperatur kleiner als der erste Schwellenwert ist (210: NEIN), kehrt das Verfahren 200 zu Vorgang 208 zurück. Als Reaktion darauf, dass die nachgelagerte Abgastemperatur größer als der erste Schwellenwert ist (210: JA), bewirkt die Steuerung 170 eine Aktivierung des Heizelements 116 des Gassensors 112 bei 212.
In einigen Ausführungsformen schließt das Verfahren 200 auch das Bestimmen ein, durch die Steuerung 170, ob die nachgelagerte Abgastemperatur kleiner als der zweite Schwellenwert ist (z. B. die Betriebstemperatur), bei 214. Als Reaktion darauf, dass die nachgelagerte Abgastemperatur kleiner als der zweite Schwellenwert ist (214: JA), hält die Steuerung 170 die Heizung 108 und das Heizelement 116 in ihrem jeweiligen aktivierten Zustand bei 216, zum Beispiel bis zu dem Zeitpunkt, an dem die nachgelagerte Abgastemperatur und/oder eine Temperatur des Gassensors 112 (z. B. eine Temperatur des Innenvolumens des Gassensorgehäuses 114) gleich oder größer als der zweite Schwellenwert ist. Als Reaktion darauf, dass die nachgelagerte Abgastemperatur gleich oder größer als der zweite Schwellenwert ist (214: NEIN), oder sobald die nachgelagerte Abgastemperatur und/oder eine Temperatur des Gassensors 112 den zweiten Schwellenwert erreicht, moduliert die Steuerung 170 die Leistung der Heizung 108 und des Heizelements 116, um die Temperatur des Sensorelements 118 bei oder um den zweiten Schwellenwert zu halten, bei 218.
6 ist ein schematisches Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 300 zum Wärmemanagement eines Gassensors (z. B. des Gassensors 112), der in einem Nachbehandlungssystem (z. B. dem Nachbehandlungssystem 100) eingeschlossen ist, das mindestens eine Heizung (z. B. die Heizung 108), einen Oxidationskatalysator (z. B. den Oxidationskatalysator 130) und den Gassensor einschließt, welcher der Heizung nachgelagert und dem Oxidationskatalysator vorgelagert angeordnet ist (z. B. in dem Gehäuse 101, in dem der Oxidationskatalysator 130 angeordnet ist), gemäß einer anderen Ausführungsform. Obwohl unter Bezugnahme auf die Steuerung 170, die Heizung 108 und den Gassensor 112 beschrieben, können die Vorgänge des Verfahrens 200 mit jeder Steuerung verwendet werden, die in jedem Nachbehandlungssystem eingeschlossen ist, das eine Heizung und einen physischen Gassensor einschließt.
Das Verfahren 300 schließt das Bestimmen, durch die Steuerung 170, der nachgelagerten Abgastemperatur (z. B. basierend auf einem vom zweiten Temperatursensor 105 empfangenen Signal) bei 302 ein. Bei 304 bestimmt die Steuerung 170, ob die nachgelagerte Abgastemperatur kleiner als ein Schwellenwert (z. B. der zweite Schwellenwert oder anderweitig die Betriebstemperatur) ist. Als Reaktion darauf, dass die Temperatur größer als der Schwellenwert ist (304: NEIN), fährt das Verfahren 300 mit Vorgang 312 fort, und die Steuerung 170 moduliert die Leistung der Heizung 108 und des Heizelements 116, um die Temperatur des Sensorelements bei oder um den zweiten Schwellenwert zu halten.
Als Reaktion darauf, dass die Temperatur kleiner als der Schwellenwert ist (304: JA), aktiviert die Steuerung 170 die Heizung 108 bei 306. Bei 308 bewirkt die Steuerung 170 die Aktivierung des Heizelements 116 als Reaktion darauf, dass die nachgelagerte Abgastemperatur gleich oder größer als eine Taupunkttemperatur ist (z. B. der erste Schwellenwert). Bei 310 bestimmt die Steuerung 170, ob die nachgelagerte Abgastemperatur gleich oder größer als der Schwellenwert ist. Als Reaktion darauf, dass die nachgelagerte Abgastemperatur noch unter dem Schwellenwert liegt (310: NEIN), kehrt das Verfahren 300 zum Vorgang 306 zurück und die Steuerung 170 fährt weiterhin fort, die Heizung 108 und das Heizelement 116 in ihren jeweiligen aktivierten Zuständen zu halten. Wenn jedoch die nachgelagerte Abgastemperatur gleich oder größer als der Schwellenwert ist (310: JA), fährt das Verfahren 300 mit Vorgang 312 fort, und die Steuerung 170 moduliert die Leistung der Heizung 108 und des Heizelements 116, um die Temperatur des Sensorelements 118 bei oder um den zweiten Schwellenwert zu halten.
Der hierin verwendete Begriff „gekoppelt“ und dergleichen bedeutet die direkte oder indirekte Verbindung von zwei Elementen miteinander. Dieses Verbinden kann stationär (z. B. permanent) oder beweglich (z. B. abnehmbar oder lösbar) geschehen. Eine solche Verbindung kann dadurch erreicht werden, dass die beiden Elemente oder die beiden Elemente und beliebige weitere Zwischenelemente einstückig als ein einheitlicher Körper miteinander ausgebildet werden, oder dadurch, dass die beiden Elemente oder die beiden Elemente und beliebige weitere Zwischenelemente aneinander befestigt werden.
Es sei darauf hingewiesen, dass der Aufbau und die Anordnung der verschiedenen, beispielhaften Ausführungsformen lediglich der Veranschaulichung dienen. Obwohl nur einige Ausführungsformen in dieser Offenbarung ausführlich beschrieben wurden, erkennt der Fachmann beim Lesen dieser Offenbarung unschwer, dass viele Modifikationen möglich sind (z. B. Variationen in Größen, Abmessungen, Strukturen, Formen und Proportionen der verschiedenen Elemente; Werte von Parametern, Montageanordnungen; Verwendung von Materialien, Farben, Ausrichtungen usw.), ohne wesentlich von den neuen Lehren und Vorteilen des offenbarten Gegenstands abzuweichen. Zusätzlich versteht es sich, dass Merkmale aus einer hierin offenbarten Ausführungsform mit Merkmalen von anderen hierin offenbarten Ausführungsformen kombiniert werden können, wie es einem Fachmann bekannt ist. Weitere Ersetzungen, Modifikationen, Änderungen und Auslassungen können ebenfalls an der Konstruktion, den Betriebsbedingungen und der Anordnung der verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen vorgenommen werden, ohne vom Umfang der vorliegenden Ausführungsformen abzuweichen.
Obgleich diese Beschreibung viele spezielle Ausführungseinzelheiten enthält, sollten diese nicht als Einschränkung des Umfangs der Ausführungsformen oder der Ansprüche gedacht sein, sondern vielmehr als Beschreibungen von Merkmalen, die für bestimmte Ausführungen von bestimmten Ausführungsformen spezifisch sind. Bestimmte, in dieser Patentschrift im Kontext separater Ausführungen beschriebene Merkmale können auch in Kombination in einer einzigen Ausführung umgesetzt werden. Im Gegensatz dazu können verschiedene, im Kontext einer einzigen Ausführung beschriebene Merkmale auch in mehreren Ausführungen separat oder in einer beliebigen, geeigneten Unterkombination umgesetzt werden. Obwohl Merkmale vorstehend so beschrieben sein können, dass sie in bestimmten Kombinationen wirksam sind und auch anfänglich als solche beansprucht sein können, können zudem ein oder mehrere Merkmale aus einer beanspruchten Kombination in manchen Fällen aus der Kombination ausgesondert werden, und die beanspruchte Kombination kann sich auf eine Unterkombination oder Variation einer Unterkombination beziehen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 63/155462 [0001]

Claims

Nachbehandlungssystem (100) zum Behandeln von einem durch einen Motor (10) erzeugten Abgas, das Nachbehandlungssystem (100) umfassend: eine Heizung (108), die konfiguriert ist, um das in das Nachbehandlungssystem (100) eintretende Abgas selektiv zu erhitzen; eine Nachbehandlungskomponente (130, 140, 150, 160), die der Heizung (108) nachgelagert angeordnet ist; und einen Gassensor (112), welcher der Heizung (108) nachgelagert und der Nachbehandlungskomponente (130, 140, 150, 160) vorgelagert angeordnet ist, der Gassensor (112) umfassend: ein Sensorelement (118), und ein Heizelement (116), das konfiguriert ist, um das Sensorelement (118) selektiv auf eine Betriebstemperatur des Sensorelements (118) zu erwärmen.
Nachbehandlungssystem (100) nach Anspruch 1, ferner umfassend: ein Gehäuse (101), wobei die Nachbehandlungskomponente (130, 140, 150, 160) und der Gassensor (112) in dem Gehäuse (101) angeordnet sind.
Nachbehandlungssystem (100) nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend: eine Steuerung (170), die konfiguriert ist zum: Bestimmen einer vorgelagerten Abgastemperatur des Abgases vor der Heizung (108) und als Reaktion darauf, dass die vorgelagerte Abgastemperatur kleiner als ein erster Schwellenwert ist, Bewirken der Aktivierung der Heizung (108).
Nachbehandlungssystem (100) nach Anspruch 3, wobei der erste Schwellenwert etwa 100 Grad Celsius beträgt.
Nachbehandlungssystem (100) nach Anspruch 3 oder 4, wobei: die Steuerung (170) ferner zu Folgendem konfiguriert ist: Bestimmen einer nachgelagerten Abgastemperatur des Abgases nach der Heizung (108) und als Reaktion darauf, dass die nachgelagerte Abgastemperatur gleich oder größer als der erste Schwellenwert ist, Bewirken der Aktivierung des Heizelements (116) des Gassensors (112).
Nachbehandlungssystem (100) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei: die Steuerung (170) ferner zu Folgendem konfiguriert ist: als Reaktion darauf, dass die nachgelagerte Abgastemperatur kleiner als ein zweiter Schwellenwert ist, der größer als der erste Schwellenwert ist, die Heizung (108) und das Heizelement (116) in ihren jeweiligen aktivierten Zuständen zu halten, bis die nachgelagerte Abgastemperatur den zweiten Schwellenwert erreicht.
Nachbehandlungssystem (100) nach Anspruch 6, wobei die Steuerung (170) ferner konfiguriert ist, um eine Leistung der Heizung (108) und eine Leistung des Sensorelements (118) zu modulieren, um das Sensorelement (118) auf dem zweiten Schwellenwert zu halten.
Nachbehandlungssystem (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei: die Steuerung (170) ferner zu Folgendem konfiguriert ist: Aktivieren des Sensorelementes (118) gleichzeitig mit oder nach dem Aktivieren des Heizelements (116) und Bestimmen einer Menge an Abgasbestandteilen im Abgas, basierend auf einem von dem Sensorelement (118) empfangenen Signal.
Nachbehandlungssystem (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Nachbehandlungskomponente (130, 140, 150, 160) mindestens eines von einem Oxidationskatalysator (130), einem Filter (140), einem selektiven katalytischen Reduktionssystem (150) oder einem Zwei-Wege-Katalysator umfasst.
Nachbehandlungssystem (100) nach Anspruch 9, wobei die Nachbehandlungskomponente (130, 140, 150, 160) den Oxidationskatalysator (130) umfasst, wobei der Gassensor (112) zwischen der Heizung (108) und dem Oxidationskatalysator (130) angeordnet ist.
Nachbehandlungssystem (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Heizung (108) eine elektrische Heizung umfasst.
Steuerung (170) für ein Nachbehandlungssystem (100), das eine Nachbehandlungskomponente (130, 140, 150, 160), eine Heizung (108), die der Nachbehandlungskomponente (130, 140, 150, 160) vorgelagert angeordnet ist, und einen Gassensor (112) umfassend ein Sensorelement (118) und ein Heizelement (116), welcher der Heizung (108) nachgelagert und der Nachbehandlungskomponente (130, 140, 150, 160) vorgelagert angeordnet ist, umfasst, wobei die Steuerung (170) konfiguriert ist zum: Bestimmen einer vorgelagerten Abgastemperatur des Abgases vor der Heizung (108); als Reaktion darauf, dass die vorgelagerte Abgastemperatur kleiner als ein erster Schwellenwert ist, Bewirken der Aktivierung der Heizung (108); Bestimmen einer nachgelagerten Abgastemperatur des Abgases nach der Heizung (108); und als Reaktion darauf, dass die nachgelagerte Abgastemperatur gleich oder größer als der erste Schwellenwert ist, Bewirken der Aktivierung des Heizelements (116) des Gassensors (112).
Steuerung (170) nach Anspruch 12, wobei der erste Schwellenwert 100 Grad Celsius beträgt.
Steuerung (170) nach Anspruch 12 oder 13, wobei die Steuerung (170) ferner konfiguriert ist, um: als Reaktion darauf, dass die nachgelagerte Abgastemperatur kleiner als ein zweiter Schwellenwert ist, der größer als der erste Schwellenwert ist, die Heizung (108) und das Heizelement (116) in ihren jeweiligen aktivierten Zuständen zu halten, bis die nachgelagerte Abgastemperatur den zweiten Schwellenwert erreicht.
Steuerung (170) nach Anspruch 14, wobei die Steuerung (170) ferner konfiguriert ist, um eine Leistung der Heizung (108) und eine Leistung des Sensorelements (118) zu modulieren, um das Sensorelement (118) auf dem zweiten Schwellenwert zu halten.
Steuerung (170) nach einem der Ansprüche 12 bis 15, wobei die Steuerung (170) ferner konfiguriert ist zum: Aktivieren des Sensorelementes (118) gleichzeitig mit oder nach dem Aktivieren des Heizelements (116), und Bestimmen einer Menge an Abgasbestandteilen im Abgas, basierend auf einem von dem Sensorelement (118) empfangenen Signal.
Verfahren (200; 300) zum Behandeln von einem durch einen Motor (10) erzeugten Abgas, das Verfahren (200; 300) umfassend: Bestimmen, durch eine Steuerung (170), einer vorgelagerten Abgastemperatur eines Abgases, das durch eine Nachbehandlung vor einer Heizung (108) des Nachbehandlungssystems (100) strömt, wobei das Nachbehandlungssystem (100) einen Gassensor (112) umfasst, der ein Sensorelement (118) und ein Heizelement (116) umfasst, welcher der Heizung (108) nachgelagert angeordnet ist und einer Nachbehandlungskomponente (130, 140, 150, 160) des Nachbehandlungssystems (100) vorgelagert angeordnet ist (202; 302); als Reaktion darauf, dass die vorgelagerte Abgastemperatur kleiner als ein erster Schwellenwert ist, Bewirken der Aktivierung der Heizung (108) durch die Steuerung (170) (206; 306); Bestimmen, durch die Steuerung (170), einer nachgelagerten Abgastemperatur des Abgases nach der Heizung (108) (208); und als Reaktion darauf, dass die nachgelagerte Abgastemperatur gleich oder größer als der erste Schwellenwert ist, Bewirken der Aktivierung des Heizelements (116) des Gassensors (112) durch die Steuerung (170) (212).
Verfahren (200; 300) nach Anspruch 17, ferner umfassend: als Reaktion darauf, dass die nachgelagerte Abgastemperatur kleiner als ein zweiter Schwellenwert ist, der größer als der erste Schwellenwert ist, Halten, durch die Steuerung (170), der Heizung (108) und des Heizelements (116) in ihren jeweiligen aktivierten Zuständen, bis die nachgelagerte Abgastemperatur den zweiten Schwellenwert erreicht (216).
Verfahren (200; 300) nach Anspruch 18, ferner umfassend: Modulieren, durch die Steuerung (170), einer Leistung der Heizung (108) und einer Leistung des Sensorelements (118), um das Sensorelement (118) auf dem zweiten Schwellenwert zu halten (218).
Verfahren (200; 300) nach einem der Ansprüche 17 bis 19, ferner umfassend: Aktivieren, durch die Steuerung (170), des Sensorelements (118) gleichzeitig mit oder nach dem Aktivieren des Heizelements (116), und Bestimmen, durch die Steuerung (170), einer Menge von Abgasbestandteilen im Abgas, basierend auf einem von dem Sensorelement (118) empfangenen Signal.