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ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
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Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen das Integrieren der Steuerungen für Start-/Stopp-Vorgänge bei Motoren mit den Steuerungen für Abgasnachbehandlungssysteme. Insbesondere betreffen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung das Steuern von Start-/Stopp-Vorgängen bei Motoren mindestens zum Teil auf Grundlage des Thermomanagements eines Abgasnachbehandlungssystems.
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Start-/Stopp-Steuerungen sind oftmals dazu ausgelegt, Gelegenheiten zum Stoppen eines Motors eines Fahrzeugs zu nutzen, um mindestens zu versuchen, den Kraftstoffverbrauch zu reduzieren und somit die Kraftstoffkosten zu reduzieren, während zudem Emissionen verringert werden. Bestehende Start-/Stopp-Steuerungen verwenden oftmals gewisse Motorzustände, wie zum Beispiel Motorkühlmitteltemperatur, Umgebungsbedingungen und Motorbatteriestände, um Start-/Stopp-Vorgänge zum Zwecke des Motorschutzes und des Komforts des Fahrzeugführers zu begrenzen.
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Systeme zur selektiven katalytischen Reduktion (selective catalytic reduction – SCR) sind typischerweise dazu ausgelegt, ein oder mehrere Katalysatorelemente bereitzustellen, die mithilfe eines Reduktionsmittels Stickoxide (NOx) in Abgasen in Stickstoff (N2) und Wasser umwandeln. Die Effizienz von chemischen Reaktionen durch einen SCR-Katalysator kann von einer Vielfalt von unterschiedlichen Faktoren abhängen, darunter zum Beispiel mindestens von den Eigenschaften des Abgases, wie zum Beispiel einer Einlasstemperatur und/oder Geschwindigkeit des Abgasstroms, der in das SCR eintritt. Ferner können sich derartige Eigenschaften des Abgasstroms und darüber hinaus die Effizienz des Nachbehandlungssystems auf Grundlage einer Vielfalt von unterschiedlichen Faktoren ändern, wie zum Beispiel Betriebsbedingungen, zu denen unter anderem Umgebungsbedingungen, Motorlast, Dauer von Zeiträumen des Motorleerlaufs und Motortemperaturen, wenn ein Motor durch einen Start-/Stopp-Vorgang gestoppt und/oder wieder gestartet wird, sowie andere Faktoren gehören. Folglich können unter derartigen Betriebsbedingungen die aus dem Nachbehandlungssystem freigesetzten Emissionen mitunter eine Sollmenge oder durch Vorschriften vorgegebene Menge übersteigen.
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Auf vielen führenden Abgasemissionsmärkten ist Emissionstransparenz eine Voraussetzung, um eine Engagementzertifizierung zu erhalten. Dennoch berücksichtigen bestehende Start-/Stopp-Steuerstrategien im Allgemeinen nicht die Auswirkungen, die Start-/Stopp-Vorgänge auf das Thermomanagement des Nachbehandlungssystems haben können, und darüber hinaus die Auswirkungen, die Start-/Stopp-Vorgänge auf Abgasemissionen haben können. Zum Beispiel berücksichtigen bestehende Start-/Stopp-Steuerstrategien typischerweise keine modernen SCR-Steuerungen und -Systeme. Indem sie nicht mindestens SCR-Steuerungen und -Systeme berücksichtigen, sind bestehende Start-/Stopp-Steuerungen unter Umständen nicht dazu in der Lage, Emissionstransparenz nachzuweisen, was erneut durch mindestens einige Abgasemissionsmärkte gefordert wird.
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KURZDARSTELLUNG
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Ein Aspekt einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren, das Freisetzen eines Abgasstroms aus einem Verbrennungsmotor in ein Abgasnachbehandlungssystem beinhaltet. Das Verfahren kann zudem Verwalten einer oder mehrerer thermischer Eigenschaften des Abgasnachbehandlungssystems und Unterbinden von Start-/Stopp-Vorgängen des Verbrennungsmotors auf Grundlage eines Status der verwalteten einen oder mehreren thermischen Eigenschaften des Abgasnachbehandlungssystems beinhalten.
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Ein anderer Aspekt einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren, das Verwalten einer oder mehrerer thermischer Eigenschaften eines Abgasnachbehandlungssystems und Bestimmen eines Status der verwalteten einen oder mehreren thermischen Eigenschaften, wobei der bestimmte Status einen Zustand des Abgasnachbehandlungssystems angibt, beinhaltet. Zusätzlich kann der bestimmte Status einen Zustand des Abgasnachbehandlungssystems angeben. Ferner können Start-/Stopp-Vorgänge eines Verbrennungsmotors auf Grundlage von mindestens dem bestimmten Status der verwalteten einen oder mehreren thermischen Eigenschaften des Abgasnachbehandlungssystems unterbunden werden.
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Ein anderer Aspekt einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung, die ein Motorsystem beinhaltet, das einen Verbrennungsmotor aufweist, wobei das Motorsystem in Fluidkommunikation mit einem Abgasnachbehandlungssystem steht. Die Vorrichtung beinhaltet ferner eine Steuerung, die an das Motorsystem gekoppelt ist. Die Steuerung kann ein Abgasnachbehandlungssteuermodul und ein Start-/Stopp-Steuermodul beinhalten. Das Abgasnachbehandlungssteuermodul kann dazu strukturiert sein, einen oder mehrere thermische Zustände des Abgasnachbehandlungssystems zu verwalten. Ferner kann das Start-/Stopp-Steuermodul dazu strukturiert sein, einen oder mehrere Start-/Stopp-Vorgänge des Verbrennungsmotors zu verwalten. Zusätzlich kann das Start-/Stopp-Steuermodul dazu strukturiert sein, den bzw. die verwalteten einen oder mehreren Start-/Stopp-Vorgänge auf Grundlage von mindestens einem Zustand des einen oder der mehreren thermischen Zustände des Abgasnachbehandlungssystems zu unterbinden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die Beschreibung in dieser Schrift nimmt auf die begleitenden Figuren Bezug, in denen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Teile in den mehreren Ansichten beziehen.
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1 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugsystems.
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2 veranschaulicht ein Blockdiagramm eines beispielhaften Fahrzeugsystems, das ein Abgassystem beinhaltet, das ein Nachbehandlungssystem aufweist, das ein System zur selektiven katalytischen Reduktion beinhaltet.
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3 veranschaulicht ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Prozesses zum Steuern von Start-/Stopp-Vorgängen eines Fahrzeugsystems mindestens zum Teil auf Grundlage des Thermomanagements eines Abgasnachbehandlungssystems.
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Die vorangegangene Kurzdarstellung sowie die folgende detaillierte Beschreibung von gewissen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind besser zu verstehen, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen gelesen werden. Zum Zwecke der Veranschaulichung der Erfindung sind in den Zeichnungen gewisse Ausführungsformen gezeigt. Es versteht sich jedoch, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die in den angehängten Zeichnungen gezeigten Anordnungen und Einrichtungen beschränkt ist.
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BESCHREIBUNG DER VERANSCHAULICHTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Gewisse Terminologie wird in der vorangegangenen Beschreibung aus Gründen der Zweckmäßigkeit verwendet und soll nicht einschränkend sein. Wörter wie etwa „oberes”, „unteres”, „oben”, „unten”, „erstes” und „zweites” bezeichnen Richtungen in den Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. Diese Terminologie beinhaltet die konkret vorstehend genannten Wörter, Ableitungen davon und Wörter mit ähnlicher Bedeutung. Zusätzlich sind die Wörter „ein” und „eins” so definiert, dass sie eines oder mehrere der Referenzelemente beinhalten, sofern nichts Spezifisches angegeben ist. Der Ausdruck „mindestens eines von” gefolgt von einer Liste von zwei oder mehr Elementen, wie etwa „A, B oder C”, bedeutet jedes einzelne Element von A, B oder C sowie jede beliebige Kombination daraus.
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1 ist eine schematische Darstellung eines Fahrzeugsystems 100, das neben anderen Komponenten ein Ansaugsystem 102, ein Motorsystem 104, ein Abgassystem 106, das ein Nachbehandlungssystem 108 aufweist, ein Speichersystem für elektrische Energie 110 und eine Vielfalt von Nebenverbrauchern 112 beinhaltet. Es versteht sich, dass die veranschaulichte Auslegung und veranschaulichten Komponenten des Fahrzeugsystems 100 lediglich ein Beispiel darstellen und dass die Offenbarung in Betracht zieht, dass eine Vielfalt von unterschiedlichen Fahrzeugsystemen und die zugehörigen Komponenten verwendet werden können. Ferner kann eine Vielfalt von Motoren 114 mit dem Motorsystem 104 verwendet werden, wie zum Beispiel Verbrennungsmotoren. Ferner kann das Motorsystem 104 gemäß gewissen Ausführungsformen einen relativ robusten Anlasser 116 und eine intelligente Lichtmaschine 118 beinhalten, die dazu ausgelegt sind, Stopp-/Start-Vorgänge und/oder Arbeitszyklen zu bewerkstelligen sowie im Allgemeinen einen zuverlässigen Betrieb über die Lebensdauer des Fahrzeugsystems 100 hinweg aufrechtzuerhalten. Ferner kann das Motorsystem 104 einen bidirektionalen Motorpositionsanzeiger 120 beinhalten, der dazu verwendet werden kann, mindestens die Position und/oder Bewegungsrichtung einer Kurbelwelle des mechanischen Antriebssystems 122 des Motors 104 zu bestimmen. Ferner können durch den bidirektionalen Motorpositionsanzeiger 120 erfasste und/oder bestimmte Informationen einem Steuersystem, das eine Steuerung 124 aufweist, und konkreter einem Start-/Stopp-Steuermodul 146 der Steuerung 124 in Verbindung mit dem Steuern von Start-/Stopp-Vorgängen des Motorsystems 104 bereitgestellt werden.
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Der Motor 114 des Motorsystems 104 kann durch einen flüssigen Kraftstoff, wie zum Beispiel Dieselkraftstoff oder Benzin, und/oder einen gasförmigen Kraftstoff, wie etwa Erdgas, Biogas, Methan, Propan, Ethanol, Generatorgas, Feldgas, Flüssigerdgas, komprimiertes Erdgas oder Deponiegas betankt werden. Andere Arten von flüssigen und gasförmigen Kraftstoffen sind jedoch nicht ausgeschlossen. Der Betrieb des Motors 114 kann die Drehbewegung der Kurbelwelle verursachen, die mit einem Antriebsstrang wirkverbunden sein kann, der durch das mechanische Antriebssystem 122 bei der Zuführung von Leistung zu Rädern des zugehörigen Fahrzeugs verwendet wird.
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Das Ansaugsystem 102 kann dazu ausgelegt sein, einen Luftstrom, wie zum Beispiel einen Ladeluftstrom, einem Ansaugkrümmer 111 (2) des Motors 114 zuzuführen. Gemäß gewissen Ausführungsformen kann das Ansaugsystem 102 zudem bei der Zufuhr von Kraftstoff zu dem Motor 114, wie zum Beispiel des gasförmigen Kraftstoffs, verwendet werden. Das Abgassystem 106 kann zur Zufuhr von mindestens einem Teil eines Abgasstroms 126, der mindestens zum Teil durch den Betrieb des Motors 114 erzeugt wird, durch das Abgassystem 106 und zu einem Endrohr zur anschließenden Freisetzung aus dem Fahrzeugsystem 100 ausgelegt sein.
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Gemäß der veranschaulichten Ausführungsform kann das Speichersystem für elektrische Energie 110 eine Leistungsspeichervorrichtung beinhalten, die dem Fahrzeugsystem 100 gespeicherte elektrische Leistung bereitstellt, darunter elektrische Leistung für Nebenverbraucher 112, die Teil des Fahrzeugsystems 100 oder mit diesem wirkverbunden sind, wie zum Beispiel eine Stabilisierung und Abstützung von elektrischen Verbrauchern 113 einschließlich eines DC/DC-Wandlers. Es kann eine Vielfalt von unterschiedlichen Arten von Leistungsspeichervorrichtungen verwendet werden, zu der zum Beispiel eine oder mehrere elektrochemische Batterien, Superkondensatoren oder Ultrakondensatoren gehören. Zusätzlich kann das Speichersystem für elektrische Energie 110 mit einem Motorgeneratorsystem wirkverbunden sein.
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Unter Bezugnahme auf 1 und 2 ist das Abgassystem 106 gemäß gewissen Ausführungsformen für die Behandlung von mindestens einem Teil des Abgasstroms 126 ausgelegt, wie zum Beispiel Behandlung in Bezug auf die Beseitigung oder Reduktion von Stickoxid (NOx) und Partikeln in dem Abgasstrom 126, und/oder die Rückführung des Abgasstroms 126 zu dem Ansaugsystem 102 oder Ansaugkrümmer 111 des Motors 114. Gemäß gewissen Ausführungsformen kann das Nachbehandlungssystem 108 unter anderem ein Abgasrückführsystem (AGR) 128, einen Oxidationskatalysator (oxidation catalyst – DOC) 130, einen Partikelfilter, wie zum Beispiel einen Dieselpartikelfilter (DPF) 132, und/oder einen oder mehrere Ammoniakoxidationskatalysatoren (AMOx) 134 beinhalten. Wie in 2 gezeigt, kann das AGR 130 gemäß gewissen Ausführungsformen einen Abgasströmungsweg 136, ein AGR-Ventil 138 und einen AGR-Kühler 140 beinhalten. Gemäß einer derartigen Ausführungsform kann das AGR 130 dazu ausgelegt sein, mindestens einen Teil des Abgasstroms 126, der durch den AGR-Kühler 140 gekühlt werden kann, zu einer Ansaugseite des Motors 114, wie zum Beispiel dem Ansaugsystem 102 und/oder dem Ansaugkrümmer 111, zurückzuführen.
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Das Nachbehandlungssystem 108 kann ferner ein System zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR) 142 beinhalten, das dazu ausgelegt ist, eine oder mehrere SCR-Katalysatorkomponenten 152 bereitzustellen, die mithilfe eines Reduktionsmittels Stickoxide (NOx) in dem Abgasstrom 126 in Stickstoff (N2) und Wasser umwandeln. Gemäß gewissen Ausführungsformen beinhaltet das SCR-System 142 eine Reduktionsmitteleinspritzvorrichtung oder -dosiervorrichtung 148 und eine oder mehrere SCR-Katalysatorkomponenten 152. Die Reduktionsmitteldosiervorrichtung 148 steht in Fluidkommunikation mit einer Reduktionsmittelquelle 150 und kann durch die Steuerung 124 steuerbar sein. Die Reduktionsmittelquelle 150 kann ein Reduktionsmittel, wie zum Beispiel Ammoniak (NH3), Harnstoff und/oder Kohlenwasserstoff, enthalten, das zur Einspritzung durch die Reduktionsmitteldosiervorrichtung 148 in den Abgasstrom 126 an einer Stelle stromaufwärts von der SCR-Katalysatorkomponente 152 zugeführt wird. Die Steuerung 124 kann dazu ausgelegt sein, sowohl ein Verhältnis von Reduktionsmittel zu NOx in dem Abgasstrom 126, wie zum Beispiel ein Ammoniak-zu-NOx-Verhältnis (ammonia to NOx ratio – ANR), während des Betriebs des Motors 114 zu bestimmen als auch den Betrieb der Reduktionsmitteldosiervorrichtung 148 so einzustellen, dass ein Sollverhältnis von Reduktionsmittel zu NOx erreicht wird.
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Die eine oder mehreren SCR-Katalysatorkomponenten 152 sind dazu ausgelegt, mindestens dabei zu unterstützen, dass das Reduktionsmittel mit NOx reagiert, um die Menge von NOx in dem Abgasstrom 126 zu reduzieren. Ferner kann das Nachbehandlungssystem 108 gemäß gewissen Ausführungsformen mindestens einen Motor-Roh-NOx-Sensor 154 beinhalten, der ein NOx-Niveau in dem Abgasstrom 126 stromaufwärts von dem SCR-System 142 detektieren kann. In der veranschaulichten Ausführungsform können einer oder mehrere der Motor-Roh-NOx-Sensoren 154 stromaufwärts von dem DOC 130, dem DPF 132 und/oder der Reduktionsmitteldosiervorrichtung 148 positioniert sein. Ferner kann der Motor-Roh-NOx-Sensor 154 gemäß der veranschaulichten Ausführungsform ein Signal für die Steuerung 124 bereitstellen, das ein Niveau von NOx in dem Abgasstrom 126 an einer Stelle stromaufwärts von der Reduktionsmitteldosiervorrichtung 148 angibt und/oder dazu verwendet wird, dieses zu bestimmen. Alternativ kann die Menge von Motor-Roh-NOx modelliert, aus einem Motorbetriebskennfeld berechnet und/oder von einer anderen Stelle als der Stelle der in 2 gezeigten Motor-Roh-NOx-Sensoren 154 aus gemessen werden.
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Das Nachbehandlungssystem 108 kann zudem mindestens einen Temperatursensor 156 beinhalten, der in Kommunikation mit der Steuerung 124 steht. Der Temperatursensor 156 kann jede geeignete Vorrichtung sein, einschließlich unter anderem eines Thermoelements, Thermistors und Pyrometers. Ferner können die SCR-Einlassabgastemperatur und/oder die Temperatur der SCR-Katalysatorkomponente 152 auf eine Vielfalt von unterschiedlichen Weisen bestimmt werden, einschließlich zum Beispiel mindestens durch Verwenden eines gewichteten Durchschnitts der Temperatursensoren 156, die stromaufwärts und stromabwärts von der SCR-Katalysatorkomponente 152 positioniert sind, oder Modellieren und/oder Schätzen der Temperatur der SCR-Katalysatorkomponente 152 auf Grundlage anderer Temperaturmessungen, die in dem Motorsystem 104, und konkreter innerhalb des Nachbehandlungssystems 108 verfügbar sind. Ferner kann der Temperatursensor 156 dazu verwendet werden, eine Einlasstemperatur des Abgasstroms 126 zu bestimmen, wie zum Beispiel die Temperatur des Abgasstroms 126, die sich stromaufwärts von dem SCR-System 142 an oder um einen Einlass des SCR-Systems 142 befindet, und/oder dazu positioniert ist, die Temperatur von einer oder mehreren SCR-Katalysatorkomponenten 152 zu detektieren. Ferner können ein oder mehrere Temperatursensoren 156 stromabwärts von der SCR-Katalysatorkomponente 152 positioniert sein. Zusätzlich kann das Nachbehandlungssystem 108 gemäß gewissen Ausführungsformen ferner einen Ammoniak-(NH3-)Sensor 158 beinhalten, der ein Niveau(s) von Ammoniak detektieren kann, das in dem Abgasstrom 126 vorhanden ist und abgeführt oder anderweitig aus dem Motorsystem 104 freigesetzt wird.
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Die Steuerung 124, die dazu ausgelegt sein kann, verschiedene Betriebsaspekte des Fahrzeugsystems 100 zu steuern, kann auf mehrere Weisen umgesetzt sein. Ferner kann die Steuerung 124 Betriebslogik ausführen, die verschiedene Steuer-, Management- und/oder Regulierungsfunktionen definiert. Die Betriebslogik kann in Form von einer oder mehreren Mikrosteuerungs- oder Mikroprozessorroutinen, die in einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert sind, dedizierter Hardware, wie etwa einer festverdrahteten Zustandsmaschine, analogen Rechenmaschine, verschiedenen Arten von Programmieranweisungen und/oder anderen Formen, die dem Fachmann in den Sinn kommen, vorliegen.
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Zusätzlich kann die Steuerung 124 als eine einzige Komponente oder eine Sammlung von wirkgekoppelten Komponenten bereitgestellt sein und digitale Schaltungen, analoge Schaltungen oder eine Hybridkombination aus diesen beiden Arten umfassen. Wenn sie in einer Mehrkomponentenform vorliegt, kann die Steuerung 124 eine oder mehrere Komponenten aufweisen, die in Bezug auf die anderen in einer verteilten Anordnung entfernt angeordnet ist. Die Steuerung 124 kann mehrere Verarbeitungseinheiten beinhalten, die dazu angeordnet sind, unabhängig voneinander, in einer Anordnung zur Pipeline-Verarbeitung, in einer Anordnung zur parallelen Verarbeitung oder dergleichen zu arbeiten. In einer Ausführungsform beinhaltet die Steuerung 124 mehrere programmierbare Mikroprozessoreinheiten eines Festkörpertyps mit integrierter Schaltung, die in dem gesamten Fahrzeugsystem 100 verteilt sind und von denen jede eine oder mehrere Verarbeitungseinheiten und nichtflüchtigen Speicher beinhaltet. Für die dargestellte Ausführungsform beinhaltet die Steuerung 124 eine Computernetzwerkschnittstelle, um Kommunikation unter Verwendung von standardmäßiger Kommunikation über ein Controller Area Network (CAN) oder dergleichen neben verschiedenen Systemsteuereinheiten zu erleichtern. Es versteht sich, dass sich die dargestellten Module oder anderen Organisationseinheiten der Steuerung 124 auf gewisse Betriebslogik beziehen, die angegebene Vorgänge durchführt, die jeweils in einer physisch separaten Steuerung der Steuerung 124 umgesetzt sein können und/oder virtuell in der gleichen Steuerung umgesetzt sein können.
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Die Beschreibung in dieser Schrift, die Module und/oder Organisationseinheiten beinhaltet, betont die strukturelle Unabhängigkeit der Aspekte der Steuerung 124 und veranschaulicht eine Gruppierung von Vorgängen und Verantwortlichkeiten der Steuerung 124. Andere Gruppierungen, die insgesamt ähnliche Vorgänge ausführen, werden als innerhalb des Umfangs der vorliegenden Anmeldung eingeschlossen verstanden. Module und/oder Organisationseinheiten können in Hardware und/oder als Computeranweisungen auf einem dauerhaften computerlesbaren Speichermedium umgesetzt sein und können über verschiedene hardware- oder computerbasierte Komponenten hinweg verteilt sein.
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Zu beispielhaften und nicht einschränkenden Umsetzungselementen von Modulen und/oder Organisationseinheiten der Steuerung 124 gehören Sensoren, die einen beliebigen hier bestimmten Wert bereitstellen, Sensoren, die einen beliebigen Wert bereitstellen, der ein Vorläufer zu einem hier bestimmten Wert ist, Datenverbindungs- und/oder Netzwerkhardware einschließlich Kommunikationschips, Schwingkristalle, Kommunikationsverbindungen, Kabel, Twisted-Pair-Verdrahtung, Koaxialverdrahtung, abgeschirmte Verdrahtung, Sender, Empfänger und/oder Sendeempfänger, Logikschaltungen, festverdrahtete Logikschaltungen, rekonfigurierbare Logikschaltungen in einem bestimmten dauerhaften Zustand, der gemäß der Modulvorgabe ausgelegt ist, ein beliebiger Aktor, der mindestens einen elektrischen, hydraulischen oder pneumatischen Aktor beinhaltet, ein Solenoid, ein Operationsverstärker, analoge Steuerelemente (Federn, Filter, Integrierer, Addierer, Dividierer, Verstärkungselemente) und/oder digitale Steuerelemente.
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Die Steuerung 124 und/oder beliebige der Prozessoren/Steuerungen, aus denen sie besteht, kann eine(n) oder mehrere Signalformer, Modulatoren, Demodulatoren, arithmetisch-logische Einheiten (Arithmetic Logic Units – ALUs), zentrale Verarbeitungseinheiten (Central Processing Units – CPUs), Begrenzer, Oszillatoren, Steuerungsuhren, Verstärker, Signalformer, Filter, Formatumwandler, Kommunikationsanschlüsse, Klemmen, Verzögerungsvorrichtungen, Speichervorrichtungen, Analog/Digital-(A/D-)Wandler, Digital/Analog-(D/A-)Wandler und/oder andere Schaltungen oder funktionelle Komponenten beinhalten, die dem Fachmann in den Sinn kommen, um die gewünschte Kommunikation durchzuführen.
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Wie in 1 gezeigt, ist die Steuerung 124 mit einer Vielfalt von Komponenten des Fahrzeugsystems 100 wirkverbunden, zu der neben anderen Systemen und Komponenten des Fahrzeugsystems 100 zum Beispiel das Speichersystem für elektrische Energie 110, das Motorsystem 104, das Nachbehandlungssystem 108 und/oder verschiedene Nebenverbraucher 112 gehören. Derartige Verbindungen können die Kommunikation von Informationen, Daten und/oder Befehlen zwischen der Steuerung 124 und Komponenten des Fahrzeugsystems 100 ermöglichen, die in Verbindung mit dem Betrieb und der Leistung des Fahrzeugsystems 100 verwendet werden, einschließlich unter anderem der Steuerung von Start-/Stopp-Vorgängen sowie des Thermomanagements des Nachbehandlungssystems 108.
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Gemäß der veranschaulichten Ausführungsform ist die Steuerung 124 dazu strukturiert, Vorgänge des Motorsystems 104 funktionell auszuführen, wie zum Beispiel Vorgänge in Bezug auf Start-/Stopp-Vorgänge des Motorsystems 104, den Betrieb des Nachbehandlungssystems 108, wie zum Beispiel des SCR-Systems 142, und/oder den Betrieb eines Steuermoduls für ein elektrisches Energiemanagementsystem oder Batteriemanagementsystem (BMS) 160. Zum Beispiel kann eine beispielhafte Steuerung 124 ein oder mehrere SCR-Steuermodule 144 beinhalten, zu denen zum Beispiel ein Systemzustandsmodul, ein NOx-Modelliermodul, ein NOx-Referenzmodul, ein NOx-Fehlerbestimmungsmodul, ein NOx-Steuermodul und/oder ein Dosiervorrichtungssteuerbestimmungsmodul gehören.
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Das Start-/Stopp-Steuermodul 146 für den Motor kann dazu angepasst sein, Startereignisse des Motors 114 und Stoppereignisse des Motors auf Grundlage einer Vielfalt von unterschiedlichen Zuständen und/oder Einschränkungen zu steuern, zu denen unter anderem Einschränkungen gehören, die angeben, ob das Start-/Stopp-Steuermodul 146 für den Motor auf Grundlage von vergangenen, aktuellen und/oder vorhergesagten Zuständen oder Ereignissen aktiviert oder andernfalls hinsichtlich des Einleitens eines Stopp- oder Startereignisses deaktiviert ist. Eine Reihe von Formen oder Umsetzungen des Start-/Stopp-Steuermoduls 146 für den Motor wird in Erwägung gezogen. Das Start-/Stopp-Steuermodul 146 für den Motor kann dazu angepasst sein, eine Reihe von Vorgängen und Aufgaben auszuführen, darunter zum Beispiel Bestimmen, ob aktuelle oder vorhergesagte Zustände des Fahrzeugsystems 100, einschließlich zum Beispiel des Motors 114, der Nebenverbraucher 112 und/oder des Speichersystems für elektrische Energie 110, gewisse Kriterien für die Einleitung, Unterbrechung und/oder Beendigung von automatischen Motorstart- oder automatischen Motorstoppbefehlen von dem Start-/Stopp-Steuermodul 146 für den Motor erfüllen.
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Gemäß gewissen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können Start-/Stopp-Vorgänge mindestens zum Teil auf Grundlage von Erwägungen in Bezug auf das Thermomanagement des Nachbehandlungssystems 108, wie zum Beispiel das Thermomanagement des SCR-Systems 142, unterbunden oder anderweitig mindestens vorübergehend deaktiviert werden. Zum Beispiel kann das SCR-Steuermodul 144 gemäß gewissen Ausführungsformen auf Grundlage von aktuellen und/oder vorhergesagten Zuständen, Parametern und/oder Ereignissen dem Start-/Stopp-Steuermodul 146 Informationen und/oder Anweisungen bereitstellen, die dazu führen können, dass das Start-/Stopp-Steuermodul 146 Start-/Stopp-Vorgänge unterbindet und/oder deaktiviert. Alternativ kann das Start-/Stopp-Steuermodul 146 gemäß gewissen Ausführungsformen auf Grundlage von durch das Start-/Stopp-Steuermodul 146 empfangenen oder detektierten Informationen in Bezug auf Thermomanagement des Nachbehandlungssystems 108 und/oder des SCR-Systems 142 bestimmen, Start-/Stopp-Vorgänge zu unterbinden oder mindestens vorübergehend zu deaktivieren. Ferner kann die Dauer, während der Start-/Stopp-Vorgänge unterbunden oder deaktiviert werden, variieren. Zum Beispiel können Start-/Stopp-Vorgänge gemäß gewissen Ausführungsformen für einen vorbestimmten Zeitraum unterbunden oder deaktiviert werden, wie zum Beispiel einen Zeitraum, der durch einen Zeitgeber der Steuerung 124 gemessen wird. Gemäß anderen Ausführungsformen können das Start-/Stopp-Steuermodul 146 und/oder das SCR-Steuermodul 144 ein Signal bereitstellen und/oder detektieren, das angibt, dass Thermomanagementzustände oder -parameter bei geeigneten Niveaus zum Beginn, zur Reaktivierung oder Fortführung von Start-/Stopp-Vorgängen liegen.
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Vielfältige Informationen sowie eine Beurteilung einer Kombination derartiger Informationen können als Thermomanagementparameter in Verbindung mit dem Thermomanagement des Nachbehandlungssystems 108 verwendet werden und darüber hinaus in Verbindung mit der Bestimmung, ob Start-/Stopp-Vorgänge mindestens vorübergehend unterbunden oder deaktiviert werden sollen, verwendet werden. Zum Beispiel können sich gemäß gewissen Ausführungsformen ein oder mehrere Betriebszustände oder -parameter in Bezug auf das Thermomanagement des Nachbehandlungssystems 108 darauf beziehen, mindestens zu versuchen, die NOx-Umwandlung durch das SCR-System 142 zu optimieren. Zum Beispiel kann die NOx-Umwandlungseffizienz des SCR-Systems 142 nachteilig beeinflusst werden, wenn die Einlasstemperatur des Abgasstroms 126, der in das SCR-System 142 einströmt, und/oder die Temperatur der SCR-Katalysatorkomponente 152 unter gewissen Temperaturen liegt/liegen. Dementsprechend kann die Ausführung eines Stoppereignisses durch das Start-/Stopp-Steuermodul 146, das den Betrieb des Motors 114 stoppt, in mindestens gewissen Situationen das Erhöhen der Temperatur(en) des Abgasstroms 126 verzögern und sich dadurch nachteilig auf die NOx-Umwandlungseffizienz des SCR-Systems 142 auswirken. Somit können die Thermomanagementparameter gemäß gewissen Ausführungsformen die Einlasstemperatur des Abgasstroms 126, der in das SCR-System 142 einströmt, und/oder die Temperatur der SCR-Katalysatorkomponente 152 beinhalten. Darüber hinaus können die bei dem Thermomanagement des Nachbehandlungssystems 108 und somit dem Steuern der Start-/Stopp-Vorgänge verwendeten Thermomanagementparameter gemäß gewissen Ausführungsformen vorhergesagte, detektierte und/oder gemessene NOx-Umwandlungseffizienzen sowie andere gesteuerte Parameter oder Vorgänge des Nachbehandlungssystems 108, wie zum Beispiel Vorgänge in Bezug auf Ammoniakschlupf, beinhalten.
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Thermomanagementparameter können zudem geplante oder vorhergesagte Ereignisse in dem Nachbehandlungssystem 108 beinhalten. Zum Beispiel können gemäß gewissen Ausführungsformen Thermomanagementzustände, da sie mindestens Start-/Stopp-Funktionen betreffen, die Deaktivierung von Start-/Stopp-Vorgängen nicht begünstigen, wenn geplant und/oder vorhergesagt ist, dass ein Ereignis in dem Nachbehandlungssystem 108 auftritt. Zu derartigen Ereignissen können zum Beispiel neben anderen Ereignissen Kraftstoffeinspritzereignisse in Bezug auf Regeneration von eingeschlossenen Schwefelkomponenten aus einem NOx-Absorber (DeSOx), Einspritzereignisse, die die Temperatur des Abgasstroms 126 erhöhen, um Ruß in dem DPF 132 zu verbrennen, und/oder Kraftstoffeinspritzereignisse in Bezug auf DeNOx-Regeneration gehören. Zusätzlich können Thermomanagementparameter zudem geplante oder vorhergesagte Zeitsteuerung von Ammoniakdosierung in den Abgasstrom 126 durch die Reduktionsmitteldosiervorrichtung 148 beinhalten.
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Zusätzlich können Thermomanagementparameter gemäß gewissen Ausführungsformen beim Bestimmen, ob gewisse Emissionsstandards durch Einleiten oder Ändern eines Start-/Stopp-Vorgangs beeinträchtigt werden können, verwendet werden. Zum Beispiel kann gemäß gewissen Ausführungsformen die Steuerung 124, wie zum Beispiel das SCR-Steuermodul 144 und/oder das Start-/Stopp-Steuermodul 146, dazu ausgelegt sein, die Thermomanagementauswirkungen eines Start-/Stopp-Vorgangs auf die Fähigkeit von mindestens dem Nachbehandlungssystem 108, Schadstoffe in dem Abgasstrom 126 bis zu einem Ausmaß oder Niveau zu behandeln, bei dem das Fahrzeugsystem 100 eine(n) oder mehrere Emissionsstandards oder -vorschriften erfüllt, vorherzusagen. Ferner kann die Steuerung 124, wie zum Beispiel das SCR-Steuermodul 144 und/oder das Start-/Stopp-Steuermodul 146, bestimmen, ob sich die Ausführung eines Start-/Stopp-Vorgangs auf einen oder mehrere Aspekte des Thermomanagements des Nachbehandlungssystems 108 auf eine Weise auswirken kann, die verursachen kann, dass mindestens einige Thermomanagementparameter in einem Ausmaß, das sich nachteilig auf die Fähigkeit des Fahrzeugsystems 100, einen oder mehrere Emissionsmarktstandards zu erfüllen, auswirken kann oder auch nicht, aus gewissen Niveaus oder Bereichen herausfallen. Zum Beispiel kann die Steuerung 124 gemäß gewissen Ausführungsformen bestimmen, ob ein Start-/Stopp-Vorgang dazu führen kann, dass das aus dem Abgassystem freigesetzte NOx innerhalb eines bestimmten Bereichs liegt, der US-Emissionsstandards entspricht, oder auch nicht.
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Zusätzlich kann das Thermomanagement des Nachbehandlungssystems 108 gemäß gewissen Ausführungsformen angeben, wann ein Start-/Stopp-Vorgang eingeleitet werden sollte. Zum Beispiel kann das SCR-Steuermodul 144 gemäß gewissen Ausführungsformen in Verbindung mit Thermomanagement des Nachbehandlungssystems 108 dem Start-/Stopp-Steuermodul 146 angeben, dass ein Start-/Stopp-Vorgang, der den Motor 114 stoppt, eingeleitet werden sollte, um Schäden an dem SCR-System 142 zu verhindern, wie zum Beispiel Schäden, die mit im Allgemeinen übermäßigen Temperaturen des Abgasstroms 126 in Zusammenhang stehen. Ferner kann das SCR-Steuermodul 144 dem Start-/Stopp-Steuermodul 146 gemäß gewissen Ausführungsformen angeben, dass ein Motor 114, der durch einen Start-/Stopp-Vorgang gestoppt worden ist, auf Grundlage von Thermomanagement des Nachbehandlungssystems 108 wieder gestartet werden sollte. Ein derartiges Wiederstarten des Motors 114 durch einen Start-/Stopp-Vorgang kann auf eine Reihe von Faktoren zurückgehen, die das Thermomanagement des Nachbehandlungssystems 108 beeinflussen, wie zum Beispiel, dass die Temperatur des Abgasstroms 126 und/oder des SCR-Katalysators der SCR-Katalysatorkomponente 152 unter ein gewisses Temperaturniveau oder einen gewissen Temperaturbereich fällt.
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Anfragen von dem SCR-Steuermodul 144 an das Start-/Stopp-Steuermodul 146, Start-/Stopp-Vorgänge entweder zu unterbinden oder zu aktivieren, können neben anderen ein Faktor sein, der durch das Start-/Stopp-Steuermodul 146 beim Bestimmen, ob Start-/Stopp-Vorgänge deaktiviert oder aktiviert werden sollen, berücksichtigt wird. Zum Beispiel kann das Start-/Stopp-Steuermodul 146 in gewissen Situationen eine Anfrage von dem SCR-Steuermodul 144 empfangen, dass auf Grundlage des Thermomanagements des Nachbehandlungssystems 108 Start-/Stopp-Vorgänge unterbunden werden sollen. Während derartiger Situationen kann das Start-/Stopp-Steuermodul 146 zudem andere Informationen von anderen Teilen des Fahrzeugsystems 100 empfangen, wie etwa Motorkühlmitteltemperatur und/oder Informationen von dem Steuermodul für das elektrische Energiemanagementsystem oder Batteriemanagementsystem (BMS) 160, die angeben, dass ein Start-/Stopp-Vorgang des Motors 114 aktiviert werden sollte. Somit kann die Steuerung 124, die zum Beispiel das Start-/Stopp-Steuermodul 146 beinhaltet, eine Hierarchiestruktur beinhalten, die Informationen und/oder Befehle in Bezug auf die Aktivierung und Deaktivierung von Start-/Stopp-Vorgängen in Verbindung mit dem Bestimmen, ob Start-/Stopp-Vorgänge unterbunden werden sollen, priorisiert.
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3 veranschaulicht ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Prozesses 200 zum Steuern von Start-/Stopp-Vorgängen eines Fahrzeugsystems 100 mindestens zum Teil auf Grundlage des Thermomanagements eines Abgasnachbehandlungssystems 108. Es versteht sich, dass die für alle Prozesse in der vorliegenden Anmeldung veranschaulichten Vorgänge lediglich Beispiele sind und Vorgänge kombiniert oder aufgeteilt und hinzugefügt oder entfernt sowie in ihrer Gesamtheit oder zum Teil neu angeordnet werden können, sofern nicht ausdrücklich das Gegenteil angegeben ist. Bei Schritt 202 können eine oder mehrere Thermomanagementeigenschaften bestimmt werden. Die Bestimmung der Thermomanagementeigenschaften kann auf eine Reihe von Weisen erreicht werden, einschließlich unter anderem über Detektion von Schadstoffen, Temperatur(en), Druck/Drücken und Strömungsgeschwindigkeiten des Abgasstroms 126 durch Verwendung von zum Beispiel NOx-Sensoren 154, Temperatursensoren 156 und/oder Ammoniaksensoren 158. Ferner kann die Bestimmung von Thermomanagementeigenschaften zudem eine Bestimmung oder Vorhersage durch das SCR-Steuermodul 144 von einer oder mehreren Thermomanagementeigenschaften beinhalten, wie zum Beispiel Bestimmungen, die erfasste Daten oder Informationen, Algorithmen und/oder Lookup- oder Referenztabellen verwenden, um neben anderen Bestimmungen NOx-Umwandlungseffizienz und/oder Ammoniakschlupf zu bestimmen oder vorherzusagen.
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Bei Schritt 204 kann die Steuerung 124, wie zum Beispiel das SCR-Steuermodul 144, in Verbindung mit Thermomanagement des Nachbehandlungssystems 108 bestimmen, ob eine oder mehrere bei Schritt 202 bestimmte oder vorhergesagte Thermomanagementeigenschaften außerhalb eines bestimmten Bereichs liegen und/oder ob das Nachbehandlungssystem 108 auf eine Weise arbeitet, die Emissionsstandards erfüllt. Zum Beispiel kann das SCR-Steuermodul 144 neben anderen Bestimmungen bestimmen, dass NOx-Emissionsniveaus, NOx-Umwandlungseffizienzen und/oder Ammoniakschlupfniveaus, die bei Schritt 202 bestimmt worden sind, innerhalb, oberhalb oder unterhalb vorbestimmter Werte oder Niveaus liegen. Falls bestimmt wird, dass eine oder mehrere Thermomanagementeigenschaften außerhalb eines bestimmten Bereichs oder Niveaus liegen, kann das SCR-Steuermodul 144 dann bei Schritt 206 Informationen oder einen Befehl an das Start-/Stopp-Steuermodul 146 ausgeben, die angeben bzw. der angibt, dass auf Grundlage von Erwägungen in Bezug auf das Thermomanagement des Nachbehandlungssystems 108 Start-/Stopp-Vorgänge mindestens vorübergehend unterbunden oder deaktiviert werden sollten.
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Alternativ kann das SCR-Steuermodul 144 gemäß gewissen Ausführungsformen bei Schritt 204 bestimmen, dass eine oder mehrere der Thermomanagementeigenschaften auf eine Weise, bei der das SCR-Steuermodul 144 anfragen kann, dass ein Start-/Stopp-Vorgang aktiviert wird, außerhalb eines bestimmten Bereichs liegen und/oder liegen werden. Zum Beispiel kann das SCR-Steuermodul 144 gemäß gewissen Ausführungsformen bestimmen, dass die Temperatur des Abgasstroms 126, SCR-Katalysators der SCR-Katalysatorkomponente 152 und anderer Komponenten des Nachbehandlungssystems 108 bei Temperaturen liegen, die Schäden an dem Nachbehandlungssystem 108 und/oder an dem SCR-System 142 verursachen können. In derartigen Situationen kann das SCR-Steuermodul 144 Informationen oder einen Befehl ausgeben, die bzw. der Start-/Stopp-Vorgänge aktivieren bzw. aktiviert, die anstreben, den Betrieb eines Motors 114 zu stoppen. Alternativ kann das SCR-Steuermodul 144 bestimmen, dass das Thermomanagement des Nachbehandlungssystems 108 auf Grundlage der bei Schritt 202 detektierten Informationen profitieren kann, falls ein Start-/Stopp-Vorgang eingeleitet wird, der einen Motor 114, der sich aufgrund eines vorhergehenden Start-/Stopp-Vorgangs in einem gestoppten Zustand befindet, wieder gestartet wird. In derartigen Situationen kann das SCR-Steuermodul 144 gemäß gewissen Ausführungsformen eine Anfrage oder Anweisungen an das Start-/Stopp-Steuermodul 146 senden und/oder das Start-/Stopp-Steuermodul 146 kann bestimmen, dass ein Start-/Stopp-Vorgang eingeleitet werden sollte.
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Falls das SCR-Steuermodul 144 bestimmt, dass eine oder mehrere Thermomanagementeigenschaften nicht außerhalb eines bestimmten Bereichs liegen, dann kann das SCR-Steuermodul 144 bei Schritt 208 bestimmen, ob sich eine Änderung des Start-/Stopp-Vorgangsstatus innerhalb eines gewissen Zeitraums nachteilig auf das Thermomanagement des Nachbehandlungssystems 108 auswirken kann. Zum Beispiel kann das SCR-Steuermodul 144 bestimmen, ob angesichts detektierter, gemessener oder vorhergesagter Temperaturen, wie etwa der bei Schritt 202 erlangten, das Stoppen eines laufenden Motors 114 durch einen Start-/Stopp-Vorgang verursachen kann, dass die Temperatur des Abgasstroms 126 und/oder der SCR-Katalysatorkomponente 152 anschließend unter optimale Temperaturen zur NOx-Umwandlung fällt, bevor der Motor 114 anschließend durch einen weiteren Start-/Stopp-Vorgang wieder gestartet wird. Falls die Steuerung 124 und insbesondere das SCR-Steuermodul 144 bestimmt, dass sich ein Start-/Stopp-Vorgang nachteilig auf das Thermomanagement des Nachbehandlungssystems 108 auswirken kann, dann kann das SCR-Steuermodul 144 bei Schritt 206 Informationen oder einen Befehl an das Start-/Stopp-Steuermodul 146 ausgeben, die angeben bzw. der angibt, dass Start-/Stopp-Vorgänge mindestens vorübergehend unterbunden oder deaktiviert werden sollten.
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Bei Schritt 210 kann die Steuerung 124, wie zum Beispiel das SCR-Steuermodul 144 zudem bestimmen, dass sich die Einleitung eines Start-/Stopp-Vorgangs zum gegenwärtigen Zeitpunkt oder innerhalb eines bevorstehenden zeitlichen Rahmens nachteilig auf (ein) aktuelle(s), bevorstehende(s) und/oder vorhergesagte(s) Ereignis(se) in Bezug auf den Betrieb des Nachbehandlungssystems 108 auswirken kann. Zum Beispiel können bei Schritt 210 die Steuerung 124 und/oder das SCR-Steuermodul 144 erkennen, dass ein oder mehrere Kraftstoffeinspritzereignisse und/oder die zugehörige Wirkung derartiger Kraftstoffeinspritzereignisse, die zur DeSOx-Regeneration, DeNOx-Regeneration und/oder zum Entrußen des DPF 132 verwendet werden, gerade im Gange sind oder bevorstehen, sodass ein Start-/Stopp-Vorgang, der den Betrieb des Motors 114 stoppen kann, mindestens vorübergehend nicht zugelassen werden sollte oder anderweitig unterbunden werden sollte. Bei einem derartigen Ereignis kann das SCR-Steuermodul 144 dann bei Schritt 206 Informationen oder einen Befehl an das Start-/Stopp-Steuermodul 146 ausgeben, die angeben bzw. der angibt, dass Start-/Stopp-Vorgänge mindestens vorübergehend unterbunden oder deaktiviert werden sollten.
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Bei Schritt 212 kann die Steuerung 124, wie zum Beispiel das SCR-Steuermodul 144, bestimmen, ob Start-/Stopp-Vorgänge aktuell aufgrund von Thermomanagement des Nachbehandlungssystems 108 unterbunden oder deaktiviert sind, wie zum Beispiel auf Grundlage einer vorhergehenden Anfrage von dem SCR-Steuermodul 144 in Verbindung mit Thermomanagement des SCR-Systems 142. Falls aktuell keine Start-/Stopp-Vorgänge unterbunden sind und Thermomanagement bei aktuellen Vorgängen und/oder Parametern wirksam Start-/Stopp-Vorgänge bewerkstelligen kann, dann kann das SCR-Steuermodul 144 weiterhin Thermomanagementparameter und Ereignisse überwachen, die andernfalls eine Änderung des Thermomanagements des Nachbehandlungssystems 108 verursachen können. Falls jedoch aktuell Start-/Stopp-Vorgänge aufgrund einer vorhergehenden, veralteten Anfrage von der Steuerung 124, wie zum Beispiel von dem SCR-Steuermodul 144, unterbunden oder deaktiviert sind, dann kann das Start-/Stopp-Steuermodul 146 bei Schritt 214 von dem SCR-Steuermodul 144 eine Angabe empfangen, dass aus Gründen in Bezug auf das Thermomanagement des Nachbehandlungssystems 108 keine Start-/Stopp-Vorgänge mehr unterbunden werden sollen.
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Wenngleich die Erfindung in Verbindung mit dem beschrieben wurde, was gegenwärtig als praktischste und bevorzugte Ausführungsform erachtet wird, versteht es sich, dass die Erfindung nicht auf die offenbarte(n) Ausführungsform(en) beschränkt ist, sondern es ist im Gegensatz dazu beabsichtigt, dass sie verschiedene Modifikationen und äquivalente Anordnungen abdeckt, die innerhalb des Geists und Umfangs der beigefügten Patentansprüche eingeschlossen sind, wobei diesem Umfang die am weitesten gefasste Auslegung gewährt werden soll, um alle derartigen Modifikationen und äquivalenten Strukturen zu umschließen, die rechtmäßig zulässig sind. Außerdem versteht es sich, dass die Verwendung des Worts bevorzugt, vorzugsweise oder vorzuziehen in der vorstehenden Beschreibung zwar angibt, dass das derart beschriebene Merkmal wünschenswerter sein kann, es aber trotzdem unter Umständen nicht notwendig ist und eine Ausführungsform, die dieses nicht aufweist, als innerhalb des Umfangs der Erfindung liegend erachtet werden kann, wobei der Umfang durch die folgenden Patentansprüche definiert wird. Beim Lesen der Patentansprüche ist es beabsichtigt, das die Verwendung von Wörtern wie etwa „ein”, „eine”, „mindestens ein” und „mindestens ein Teil” keine Absicht der Beschränkung des Patentanspruchs auf nur ein Element ausdrückt, es sei denn, in dem Patentanspruch ist ausdrücklich das Gegenteil angegeben. Wenn ferner die Formulierung „mindestens ein Teil” und/oder „ein Teil” verwendet wird, kann das Element einen Teil und/oder das gesamte Element beinhalten, es sei denn, es ist ausdrücklich das Gegenteil angegeben.