DE102008039585B4

DE102008039585B4 - Schadstoffbegrenzungsanlage und Verfahren zur Schadstoffbegrenzung

Info

Publication number: DE102008039585B4
Application number: DE102008039585A
Authority: DE
Inventors: Eugene V. Mich. Gonze; Michael J. Mich. Paratore jun.
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2007-11-28
Filing date: 2008-08-25
Publication date: 2011-07-21
Anticipated expiration: 2028-08-26
Also published as: CN101446222A; US20080307774A1; DE102008039585A1; CN101446222B; US8037673B2

Abstract

Schadstoffbegrenzungsanlage umfassend: ein Temperaturermittlungsmodul, das eine erste Temperatur eines Heizvorrichtungselements einer Dieselpartikelfilter-Anordnung in einer Abgasanlage ermittelt und das eine zweite Temperatur eines SCR-Katalysators der Dieselpartikelfilter-Anordnung ermittelt; und ein Schadstoffbegrenzungsmodul, das selektiv das Heizvorrichtungselement aktiviert, das beruhend auf der ersten Temperatur selektiv einen vorab festgelegten Verbrennungsprozess an dem Heizvorrichtungselement auslöst und das beruhend auf der zweiten Temperatur selektiv einen Reduktionsmitteleinspritzprozess startet.

Description

Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Schadstoffbegrenzungsanlage und ein Verfahren zur Schadstoffbegrenzung.
Hintergrund
Dieselbrennkraftmaschinen erzeugen Drehmoment typischerweise effizienter als Benzinbrennkraftmaschinen. Diese Zunahme des Wirkungsgrads kann auf ein erhöhtes Verdichtungsverhältnis und/oder die Verbrennung von Dieselkraftstoff, der eine höhere Energiedichte als Benzin aufweist, zurückzuführen sein. Die Verbrennung von Dieselkraftstoff erzeugt Partikel. Die Partikel werden durch einen Dieselpartikelfilter (DPF) aus dem Abgas gefiltert. Im Laufe der Zeit kann sich der DPF mit Partikeln füllen, wodurch das Strömen von Abgas gedrosselt wird. Die Partikel können durch einen als Regeneration bezeichneten Prozess verbrannt werden.
Eine Regeneration kann zum Beispiel nach der Verbrennung des Dieselkraftstoffs durch Einspritzen von Kraftstoff in den Abgasstrom verwirklicht werden. Es können ein oder mehrere Katalysatoren in dem Abgasstrom angeordnet sein und können den eingespritzten Kraftstoff verbrennen. Die Verbrennung des Kraftstoffs durch die Katalysatoren erzeugt Wärme, wodurch die Temperatur des Abgases angehoben wird. Die erhöhte Temperatur des Abgases kann den Rest der in dem DPF zurückgehaltenen Partikel verbrennen. In der DE 199 26 138 A1 wird eine Schadstoffbegrenzungsanlage sowie ein von dieser durchführbares Verfahren beschrieben, bei dem eine erste Temperatur eines Heizvorrichtungselements einer Dieselpartikelfilter-Anordnung ermittelt und ein vorab festgelegter Verbrennungsprozess an dem Heizvorrichtungselement beruhend auf der ersten Temperatur durch selektives Aktivieren des Heizvorrichtungselements ausgelöst wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine präziser arbeitende Schadstoffbegrenzungsanlage sowie ein entsprechendes Verfahren zum Begrenzen von Schadstoffen anzugeben.
Zusammenfassung
Diese Aufgabe wird mit einer Schadstoffbegrenzungsanlage gemäß Anspruch 1 sowie mit einem Verfahren gemäß Anspruch 13 gelöst.
Ein Emissionssteuer- bzw. Schadstoffbegrenzungssystem umfasst ein Temperaturermittlungsmodul und ein Schadstoffbegrenzungsmodul. Das Temperaturermittlungsmodul ermittelt eine erste Temperatur eines Heizvorrichtungselements einer Dieselpartikelfilter(DPF)-Anordnung in einer Abgasanlage und ermittelt eine zweite Temperatur eines Katalysators der DPF-Anordnung. Das Schadstoffbegrenzungsmodul aktiviert selektiv das Heizvorrichtungselement, löst in einer Brennkraftmaschine beruhend auf der ersten Temperatur selektiv einen vorab festgelegten Verbrennungsprozess aus und startet beruhend auf der zweiten Temperatur selektiv einen Reduktionsmitteleinspritzprozess.
Bei weiteren Merkmalen umfasst das Heizvorrichtungselement mehrere Zonen. Die Schadstoffbegrenzungsanlage umfasst weiterhin ein Heizvorrichtungssteuermodul. Das Heizvorrichtungsmodul aktiviert wiederholt in einer vorab festgelegten Reihenfolge ausgewählte der Zonen des Heizvorrichtungselements. Das Schadstoffbegrenzungsmodul aktiviert das Heizvorrichtungselement nach dem Starten der Brennkraftmaschine. Das Schadstoffbegrenzungsmodul löst den vorab festgelegten Verbrennungsprozess aus, wenn die erste Temperatur größer als ein erster Temperaturschwellenwert ist.
Bei anderen Merkmalen liefert die Brennkraftmaschine der Abgasanlage während des vorab festgelegten Verbrennungsprozesses unverbrannten Kraftstoff. Das Temperaturermittlungsmodul schätzt die zweite Temperatur beruhend auf dem Erwärmen, das sich aus der Verbrennung des unverbrannten Kraftstoffs ergibt. Das Temperaturermittlungsmodul ermittelt eine dritte Temperatur eines Substrats der DPF-Anordnung und schätzt die zweite Temperatur beruhend auf der dritten Temperatur.
Bei noch anderen Merkmalen schätzt das Temperaturermittlungsmodul die erste Temperatur beruhend auf einer dem Heizvorrichtungselement zugeführten Leistung. Das Schadstoffbegrenzungsmodul startet den Reduktionseinspritzprozess, wenn die zweite Temperatur größer als ein zweiter Temperaturgrenzwert ist. Das Schadstoffbegrenzungsmodul deaktiviert das Heizvorrichtungselement, nachdem der vorab festgelegte Verbrennungsprozess ausgelöst wurde. Die Schadstoffbegrenzungsanlage umfasst weiterhin ein Einspritzventil, das Reduktionsmittel in die Abgasanlage spritzt, sobald der Reduktionseinspritzvorgang gestartet ist.
Ein Verfahren umfasst das Ermitteln einer ersten Temperatur eines Heizvorrichtungselements einer Dieselpartikelfilter(DPF)-Anordnung in einer Abgasanlage, das Ermitteln einer zweiten Temperatur eines Katalysators der DPF-Anordnung, das selektive Aktivieren des Heizvorrichtungselements, das selektive Auslösen eines vorab festgelegten Verbrennungsprozesses in einer Brennkraftmaschine beruhend auf der ersten Temperatur und das selektive Starten eines Reduktionsmitteleinspritzsprozesses beruhend auf der zweiten Temperatur.
Bei anderen Merkmalen umfasst das Verfahren weiterhin das wiederholte Aktivieren ausgewählter Zonen des Heizvorrichtungselements in einer vorab festgelegten Reihenfolge. Das Verfahren umfasst weiterhin das Aktivieren des Heizvorrichtungselements nach dem Starten der Brennkraftmaschine. Das Verfahren umfasst weiterhin das Auslösen des vorab festgelegten Verbrennungsprozesses, wenn die erste Temperatur größer als ein erster Temperaturschwellenwert ist.
Bei weiteren Merkmalen umfasst das Verfahren weiterhin während des vorab festgelegten Verbrennungsprozesses das Liefern unverbrannten Kraftstoffs zu der Abgasanlage. Das Verfahren umfasst weiterhin das Schätzen der zweiten Temperatur beruhend auf dem sich aus der Verbrennung des unverbrannten Kraftstoffs ergebenden Erwärmen. Das Verfahren umfasst weiterhin das Ermitteln einer dritten Temperatur eines Substrats der DPF-Anordnung und das Schätzen der zweiten Temperatur beruhend auf der dritten Temperatur.
Bei noch weiteren Merkmalen umfasst das Verfahren weiterhin das Schätzen der ersten Temperatur beruhend auf der dem Heizvorrichtungselement zugeführten Leistung. Das Verfahren umfasst weiterhin das Starten des Reduktionseinspritzprozesses, wenn die zweite Temperatur größer als ein zweiter Temperaturschwellenwert ist. Das Verfahren umfasst weiterhin das Deaktivieren des Heizvorrichtungselements, nachdem der vorab festgelegte Verbrennungsprozess ausgelöst wurde. Das Verfahren umfasst weiterhin das Einspritzen von Reduktionsmittel in die Abgasanlage, sobald der Reduktionseinspritzprozess gestartet ist.
Weitere Gebiete der Anwendbarkeit der vorliegenden Offenbarung gehen aus der hier nachstehend vorgesehenen eingehenden Beschreibung hervor.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Offenbarung wird nun anhand der eingehenden Beschreibung und der Begleitzeichnungen besser verständlich. Hierbei zeigen:
1 ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Fahrzeugs nach den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung;
2 ein beispielhaftes Querschnittschaubild einer Dieselpartikelfilteranordnung nach den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung;
3 ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Fahrzeugs nach den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung;
4 ein Funktionsblockdiagramm einer beispielhaften Schadstoffbegrenzungsanlage nach den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung; und
5 ein Flussdiagramm, das beispielhafte Schritte zeigt, die von einer Schadstoffbegrenzungsanlage nach den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung ausgeführt werden.
Eingehende Beschreibung
Der Klarheit halber werden in den Zeichnungen die gleichen Bezugszeichen zur Bezeichnung ähnlicher Elemente verwendet. Der Ausdruck, mindestens eines von A, B und C', wie er hierin verwendet wird, sollte so ausgelegt werden, dass er ein logisches (A oder B oder C) unter Verwendung eines nicht ausschließlichen logischen Oder bedeutet. Es versteht sich, dass Schritte in einem Verfahren in anderer Reihenfolge ausgeführt werden können, ohne die Grundsätze der vorliegenden Offenbarung zu ändern.
Wie hierin verwendet bezieht sich der Begriff Modul auf eine applikationsspezifische integrierte Schaltung (ASIC, kurz vom engl. Application Specific Integrated Circuit), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppe) und einen Speicher, die ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführen, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten, welche die beschriebene Funktionalität bereitstellen.
Unter Bezug nun auf 1 wird ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Fahrzeugs 100 dargestellt. Das Fahrzeug 100 umfasst ein Dieselbrennkraftmaschinensystem 102. Das Dieselbrennkraftmaschinensystem 102 wird lediglich beispielhalber beschrieben, und die Grundsätze der vorliegenden Offenbarung können in anderen Arten von Brennkraftmaschinensystemen umgesetzt werden. Die Grundsätze der vorliegenden Offenbarung können zum Beispiel auf ein Benzinbrennkraftmaschinensystem und/oder ein Brennkraftmaschinensystem mit homogener Kompressionszündung angewendet werden.
Das Dieselbrennkraftmaschinensystem 102 umfasst eine Brennkraftmaschine 104, die ein Gemisch aus Luft und Dieselkraftstoff verbrennt, um Drehmoment zu erzeugen. Das sich ergebende Abgas wird von der Brennkraftmaschine 104 in eine Abgasanlage 106 ausgestoßen. Die Abgasanlage 106 umfasst einen Abgaskrümmer 108, einen Dieseloxidationskatalysator (DOC) 110, ein Reduktionsmitteleinspritzventil 112, eine Mischvorrichtung 114 und eine Dieselpartikelfilter(DPF)-Anordnung 116. Die Abgasanlage 106 kann auch ein (nicht dargestelltes) Abgasrückführungs(AGR)-Ventil umfassen, das einen Teil des Abgases in die Brennkraftmaschine 104 rückführen kann.
Das Abgas strömt von der Brennkraftmaschine 104 durch den Abgaskrümmer 108 zu dem DOC 110. Der DOC 110 oxidiert Partikel in dem Abgas, wenn das Abgas durch den DOC 110 strömt. Lediglich zum Beispiel kann der DOC 110 Partikel wie Kohlenwasserstoffe und/oder Kohlenstoffoxide oxidieren. Das Reduktionsmitteleinspritzventil 112 kann ein Reduktionsmittel, beispielsweise Ammoniak oder Harnstoff, in die Abgasanlage einspritzen. Die Mischvorrichtung 114, die als Schwallblech umgesetzt sein kann, verwirbelt das Abgas und/oder das eingespritzte Reduktionsmittel. Auf diese Weise kann die Mischvorrichtung 114 durch Mischen des Reduktionsmittels mit dem Abgas ein Aerosol aus Reduktionsmittel und Abgas erzeugen.
Die DPF-Anordnung 116 filtert Partikel aus dem Abgas, die sich in der DPF-Anordnung 116 sammeln können. Sich in der DPF-Anordnung 116 sammelndes Partikelmaterial kann den Abgasstrom durch die DPF-Anordnung 116 drosseln. Die Partikel können durch einen als Regeneration bezeichneten Prozess aus der DPF-Anordnung 116 entfernt werden.
Unter Bezug nun auf 2 wird ein beispielhaftes Querschnittschaubild der DPF-Anordnung 116 dargestellt. Die DPF-Anordnung 116 umfasst ein Substrat 220, ein Heizvorrichtungselement 222 und ein Dieselpartikelfilter(DPF)-Element 224. Das Abgas dringt durch einen Einlass 225 in die DPF-Anordnung 116 ein und strömt durch das Substrat 220, das Heizvorrichtungselement 222 und dann das DPF-Element 224. Durch einen Auslass 226 tritt das Abgas aus der DPF-Anordnung 116 aus.
Das Substrat 220 kann zum Beispiel das Heizvorrichtungselement 222 in Kontakt mit dem DPF-Element 224 halten, den Abgasstrom durch das DPF-Element 224 laminarer machen (d. h. die Richtung des Abgasstroms begradigen) und/oder ein Verlorengehen von Strahlungswärme von der DPF-Anordnung 116 verhindern. Das Heizvorrichtungselement 222 kann lediglich zum Beispiel in einem Gitter angeordnet sein.
Das Abgas kann durch einen vorderen Abschnitt 228 des DPF-Elements 224, der mit dem Heizvorrichtungselement 222 in Kontakt stehen oder diesem nahe sein kann, in das DPF-Element 224 eindringen. Das DPF-Element 224 kann zum Beispiel abwechselnde offene und geschlossene Kanäle (nicht gezeigt) umfassen, die das Abgas durch (nicht dargestellte) Wände des DPF-Element 224 bahnen. Die Wände des DPF-Elements 224 filtern Partikel aus dem Abgas. Die Wände des DPF-Elements 224 können porös sein, können in einer Honigwabenart angeordnet sein oder können zum Beispiel nur aus einem Keramik- oder Cordierit-Material bestehen. Das Abgas tritt durch einen hinteren Abschnitt 230 des DPF-Elements 224 aus dem DPF-Element 224 aus.
Der Regenerationsprozess kann beginnen, sobald die Heizvorrichtungstemperatur einen Schwellenwert, beispielsweise 800°C, erreicht. Die durch die Verbrennung von Partikeln nahe dem vorderen Abschnitt 228 erzeugte Wärme wird von dem Abgas durch das DPF-Element 224 befördert, wodurch Partikel im gesamten DPF-Element 224 verbrannt werden.
Ein Katalysator für selektive katalytische Reduktion (SCR, kurz vom engl. Selective Catalyst Reduction) wird an dem gesamten oder einem Teil des DPF-Elements 224 angebracht. Der SCR-Katalysator kann zum Beispiel an dem vorderen Abschnitt 228, den Wänden und/oder dem hinteren Abschnitt 230 des DPF-Elements 224 aufgebracht werden. Der SCR-Katalysator kann in einem beliebigen Muster, beispielsweise gestreift, auf dem DPF-Element 224 aufgebracht werden, und der SCR-Katalysator kann in unterschiedlich starkem Maße aufgebracht werden. Lediglich zum Beispiel kann der SCR-Katalysator zum hinteren Abschnitt 230 des DPF-Elements 224 hin stärker als zum vorderen Abschnitt 228 hin aufgebracht werden.
Der SCR-Katalysator absorbiert durch das Reduktionsmitteleinspritzventil 112 eingespritztes Reduktionsmittel und reagiert mit Stickoxiden (NO_x) und/oder anderen Schadstoffen in dem Abgas. Auf diese Weise kann der SCR-Katalysator die NO_x-Emissionen des Fahrzeugs 100 reduzieren. Der SCR-Katalysator kann beim Reduzieren von (Reagieren mit) NO_x wirksam sein, sobald die Temperatur des SCR-Katalysators einen Schwellenwert überschreitet. Lediglich zum Beispiel kann der als T_SCR bezeichnete Schwellenwert bei 200°C liegen. Wenn das Reduktionsmittel eingespritzt wird, wenn die SCR-Temperatur unter T_SCR liegt, kann das Reduktionsmittel die Funktion des SCR-Katalysators beeinträchtigen.
Bei Starten der Brennkraftmaschine 104 liegt die SCR-Temperatur wahrscheinlich unter dem T_SCR-Schwellenwert. Demgemäß kann der SCR-Katalysator mit dem in dem Abgas vorhandenen NO_x bei Starten der Brennkraftmaschine 104 nicht effektiv reagieren. Das Brennkraftmaschinenabgas bringt schließlich die SCR-Temperatur auf T_SCR. Um die Zeit zu verkürzen, bevor die SCR-Temperatur T_SCR erreicht, kann durch Verbrennen von Kraftstoff an dem Heizvorrichtungselement 222 Wärme erzeugt werden.
Um dies zu ermöglichen, kann das Heizvorrichtungselement 222 mit einem Katalysator beschichtet sein, der in dem Abgas vorhandenen Kraftstoff entzündet, wenn das Heizvorrichtungselement 222 eine Schwellentemperatur erreicht. Wenn demgemäß die Temperatur des Heizvorrichtungselements 222 die Schwellentemperatur erreicht, kann die Brennkraftmaschine 104 angewiesen werden, die in dem Abgas vorhandene Kraftstoffmenge zu erhöhen. Dieser Kraftstoff verbrennt an dem Heizvorrichtungselement 222 und beheizt den SCR-Katalysator.
Unter Bezug nun auf 3 wird ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Fahrzeugs 300 dargestellt. Das Fahrzeug 300 umfasst das Dieselbrennkraftmaschinensystem 102 und die Abgasanlage 106, die die DPF-Anordnung 116 umfasst. Einem Heizvorrichtungssteuermodul 302 und einem Antriebsstrangsteuermodul (PCM, kurz vom engl. Powertrain Control Module) 304 wird zum Beispiel durch eine Batterie 306 und/oder einen Generator 308 Leistung zugeführt.
Die Leistung zu dem PCM 304 kann durch einen Schalter 309, der durch einen Zündschlüssel gesteuert werden kann, geschaltet werden. Lediglich zum Beispiel kann die Batterie 306 zwölf (12) Volt zuführen, und der Generator 308 kann im Schnitt 14,5 ± 0,5 Volt zuführen. Das PCM 304 kann zum Beispiel die Verbrennung des Dieselkraftstoffs in der Brennkraftmaschine 104, die Betätigung des Heizvorrichtungssteuermoduls 302 und die Einspritzung des Reduktionsmittels durch das Reduktionsmitteleinspritzventil 112 steuern.
Das Heizvorrichtungssteuermodul 302 legt beruhend auf einem Heizvorrichtungssteuersignal von dem PCM 304 selektiv Leistung an dem Heizvorrichtungselement 222 an. In verschiedenen Umsetzungen kann das Heizvorrichtungselement 222 einen Widerstand von 0,1 Ω, eine Nennleistung von 2300 Watt, eine Nennspannung von 12 Volt und einen Nennstrom von 192 Ampere aufweisen.
Ein Widerstand 332 mit einem bekannten Widerstandswert kann mit der dem Heizvorrichtungsteuermodul 302 zugeführten Leistung in Reihe geschaltet sein. Das PCM 304 kann eine elektrische Spannung an jedem Ende des Widerstands 332 messen, um eine Stromversorgungsspannung für das Heizvorrichtungssteuermodul 302 zu ermitteln. Das PCM 304 kann auch den Spannungsabfall über dem Widerstand 332 messen. Der dem Heizvorrichtungssteuermodul 302 zugeführte elektrische Strom kann dann durch Dividieren dieses Spannungsabfalls durch den bekannten Widerstandswert ermittelt werden.
Das Heizvorrichtungselement 222 der DPF-Anordnung 116 kann in eine oder mehrere Zonen unterteil sein. Lediglich zum Beispiel kann das Heizvorrichtungselement 222 in 5 Zonen unterteilt sein, und die Zonen können in beliebiger Weise angeordnet sein, beispielsweise eine graphisch bei 310 dargestellte Zonenanordnung. Das PCM 304 kann das Heizvorrichtungssteuermodul 302 mittels des Heizvorrichtungssteuersignals anweisen, die Leistung an dem gesamten Heizvorrichtungselement 222 und/oder einer beliebigen Zone oder Kombination von Zonen des Heizvorrichtungselements 222 anzulegen.
Das Heizvorrichtungssteuermodul 302 kann zum Beispiel ein Treibersteuermodul 320 und ein oder mehrere Schaltmodule umfassen, beispielsweise Schaltmodule 322, 324, 326, 328 und 330. Die Schaltmodule 322–330 können zum Beispiel Transistoren sein. Genauer gesagt können die Schaltmodule 322–330 Leistungstransistoren sein. Jede der Zonen des Heizvorrichtungselements 222 kann mit einem der Schaltmodule 322–330 und mit einer (nicht dargestellten) Rückleitung oder einer (nicht dargestellten) gemeinsamen Masse verbunden sein.
Das Treibersteuermodul 320 kann das Anlegen der Leistung an den Zonen des Heizvorrichtungselements 222 zum Beispiel durch Steuern der Schaltmodule 322–330 steuern. Lediglich zum Beispiel kann das Treibersteuermodul 320 Leistung anlegen an: einer ersten Zone der Zonenanordnung 310 mittels des Schaltmoduls 322; einer zweiten Zone mittels des Schaltmoduls 324; einer dritten Zone mittels des Schaltmoduls 326; einer vierten Zone mittels des Schaltmoduls 328; und einer fünften Zone mittels des Schaltmoduls 330.
Das Treibersteuermodul 320 kann die Schaltmodule 322–330 beruhend auf dem Steuersignal von dem PCM 304 steuern. Das PCM 304 kann zum Beispiel das Treibersteuermodul 320 anweisen, in einer vorab festgelegten Reihenfolge Leistung an jeder der Zonen des Heizvorrichtungselements 222, beispielsweise in sequentieller Reihenfolge, anzulegen. Lediglich zum Beispiel kann die sequentielle Reihenfolge das Anlegen von Leistung an der ersten Zone, dann der zweiten Zone, dann der dritten Zone, dann der vierten Zone, dann der fünften Zone umfassen. Das Treibersteuermodul 320 kann das Anlegen von Leistung an den Zonen in dieser Reihenfolge wiederholen, bis ein entsprechender Befehl von dem PCM 304 empfangen wird.
Unter Bezug nun auf 4 wird ein Funktionsblockdiagramm einer beispielhaften Schadstoffbegrenzungsanlage 400 dargestellt. Die Schadstoffbegrenzungsanlage 400 umfasst ein Schadstoffbegrenzungsmodul 402 und ein Temperaturermittlungsmodul 404. Bei verschiedenen Umsetzungen können das Schadstoffbegrenzungsmodul 402 und das Temperaturermittlungsmodul 404 in dem PCM 304 implementiert sein. Das PCM 304 kann auch ein Brennkraftmaschinensteuermodul 408 umfassen.
Bei Starten der Brennkraftmaschine 104 erzeugt das Schadstoffbegrenzungsmodul 402 das Heizvorrichtungssteuersignal, das das Heizvorrichtungssteuermodul 302 anweist, das Heizvorrichtungselement 222 zu aktiveren. Das Heizvorrichtungssteuermodul 302 kann wiederholt verschiedene Zonen des Heizvorrichtungselements 222 aktivieren. Das Temperaturermittlungsmodul 404 ermittelt die SCR-Temperatur und die Heizvorrichtungstemperatur. Bei Starten des Dieselbrennkraftmaschinensystems 102 kann das Temperaturermittlungsmodul 404 schätzen, dass die SCR-Temperatur und die Heizvorrichtungstemperatur eine vorbestimmte Temperatur, beispielsweise eine Umgebungstemperatur, sind.
Das Temperaturermittlungsmodul 404 kann die Heizvorrichtungstemperatur beruhend auf zum Beispiel der dem Heizvorrichtungsteuermodul 302 zugeführten Leistung ermitteln. Das Temperaturermittlungsmodul 404 kann die elektrische Spannung und/oder den elektrischen Strom messen, der dem Heizvorrichtungssteuermodul 302 zugeführt wird, um die zugeführte Leistung zu ermitteln. Die dem Heizvorrichtungselement 222 im zeitlichen Verlauf zugeführte Leistung kann zum Schätzen der Temperatur des Heizvorrichtungselements 222 verwendet werden.
Das Schadstoffbegrenzungsmodul 402 kann ermitteln, dass Verbrennung beginnen kann, wenn die Heizvorrichtungstemperatur größer als ein Temperaturschwellenwert ist, der als THEATER bezeichnet wird. Lediglich zum Beispiel kann THEATER bei 250°C liegen. Sobald die Heizvorrichtungstemperatur größer als THEATER ist, kann das Schadstoffbegrenzungsmodul 402 ein Brennkraftmaschinensteuersignal erzeugen.
Das Brennkraftmaschinensteuersignal weist das Brennkraftmaschinensteuermodul 408 an, einen vorab festgelegten Verbrennungsprozess zu aktivieren. Der vorab festgelegte Verbrennungsprozess kann der Abgasanlage 106 unverbrannten Kraftstoff liefern. Das Brennkraftmaschinensteuermodul 408 kann zum Beispiel die in die Brennkraftmaschine 104 eingespritzte Kraftstoffmenge erhöhen. In verschiedenen Umsetzungen kann der Kraftstoff direkt in die Abgasanlage 106 eingespritzt werden.
Der Abgasanlage 106 durch den vorab festgelegten Verbrennungsprozess gelieferte unverbrannte Kraftstoff wird durch die beheizte Katalysatorbeschichtung des Heizvorrichtungselements 222 verbrannt. Das Temperaturermittlungsmodul 404 kann die Temperatur des Substrats 220 oder des SCR-Katalysators beruhend auf zum Beispiel der Dauer des vorab festgelegten Verbrennungsprozesses schätzen.
Das Temperaturermittlungsmodul 404 kann die Temperatur an dem Substrat 220 ermitteln und schätzen, dass die SCR-Temperatur in etwa gleich der Substrattemperatur ist. Alternativ kann das Temperaturermittlungsmodul 404 einen Tiefpassfilter an der Substrattemperatur anlegen, um die SCR-Temperatur zu ermitteln. Ferner kann das Temperaturermittlungsmodul 404 schätzen, dass die SCR-Temperatur ein vorab festgelegter Prozentsatz oder ein Betrag kleiner als die Substrattemperatur ist.
Ferner kann das Temperaturermittlungsmodul 404 von Temperatursensoren, die nahe dem Heizvorrichtungselement 222 und/oder an anderen Stellen in der DPF-Anordnung 116 angeordnet sein können, Temperaturdaten erhalten. Die Temperaturdaten können an Stelle von oder als Ergänzung zur Schätzung der Substrat- und SCR-Temperaturen verwendet werden.
Das Schadstoffbegrenzungsmodul 402 kann ermitteln, dass der SCR-Katalysator wirksam arbeitet, sobald die SCR-Temperatur den Schwellenwert T_SCR erreicht. Zu diesem Zeitpunkt kann das Schadstoffbegrenzungsmodul 402 ein Reduktionsmittelsteuersignal erzeugen, das das Reduktionsmitteleinspritzventil 112 anweist, mit dem Einspritzen von Reduktionsmittel in das Abgas zu beginnen. In verschiedenen Umsetzungen kann das Reduktionsmitteleinspritzventil 112 das Reduktionsmittel weiter in das Abgas einspritzen, bis die Brennkraftmaschine 104 abgeschaltet wird.
Das Schadstoffbegrenzungsmodul 402 kann ebenfalls das Heizvorrichtungssteuermodul 302 anweisen, das Heizvorrichtungselement 222 zu deaktivieren. Auf diese Weise stellt das Schadstoffbegrenzungsmodul 402 sicher, dass die Funktionalität des SCR-Katalysators nicht durch Einspritzen von Reduktionsmittel beeinträchtigt wird, bevor die SCR-Temperatur den Schwellenwert T_SCR erreicht.
Unter Bezug nun auf 5 wird ein Flussdiagramm, das von dem Schadstoffbegrenzungsmodul 402 ausgeführte beispielhafte Schritte veranschaulicht, dargestellt. Die Steuerung beginnt bei Starten des Fahrzeugs 300. Bei Schritt 504 ermittelt die Steuerung die anfängliche SCR-Temperatur und die anfängliche Heizvorrichtungstemperatur. In verschiedenen Umsetzungen kann die Steuerung annehmen, dass die anfängliche SCR-Temperatur und die anfängliche Heizvorrichtungstemperatur gleich einer vorbestimmten Temperatur, beispielsweise einer Umgebungstemperatur, sind.
Die Steuerung fährt bei Schritt 508 fort, wo die Steuerung ermittelt, ob die SCR-Temperatur größer als der Schwellenwert T_SCR ist. Wenn ja, wechselt die Steuerung zu Schritt 528; ansonsten fährt die Steuerung bei Schritt 512 fort. Bei Schritt 512 aktiviert die Steuerung das Heizvorrichtungssteuermodul 302. Bei verschiedenen Umsetzungen aktiviert das Heizvorrichtungssteuermodul 302 wiederholt eine oder mehrere Zonen des Heizvorrichtungselements 222 in der sequentiellen Reihenfolge.
Dann fährt die Steuerung bei Schritt 516 fort, wo die Steuerung ermittelt, ob die Heizvorrichtungstemperatur über dem Schwellenwert THEATER liegt. Wenn ja, wechselt die Steuerung zu Schritt 520; ansonsten fährt die Steuerung bei Schritt 524 fort. Bei Schritt 520 weist die Steuerung das Brennkraftmaschinensteuermodul 408 an, den vorab festgelegten Verbrennungsprozess zu aktiveren, und die Steuerung fährt bei Schritt 524 fort. Der vorab festgelegte Verbrennungsprozess kann zusätzlichen Kraftstoff in dem Abgas der Brennkraftmaschine 104 erzeugen. Der durch den vorab festgelegten Verbrennungsprozess vorgesehene zusätzliche Kraftstoff wird an dem Heizvorrichtungselement 222 verbrannt, wodurch der SCR-Katalysator erwärmt wird.
Bei Schritt 524 ermittelt die Steuerung die SCR-Temperatur und die Heizvorrichtungstemperatur, und die Steuerung kehrt zu Schritt 508 zurück. Die Steuerung misst und/oder schätzt zum Beispiel die SCR-Temperatur und die Heizvorrichtungstemperatur. Bei Schritt 528 weist die Steuerung das Reduktionsmitteleinspritzventil 112 an, mit dem Einspritzen des Reduktionsmittels in das Abgas zu beginnen. Die Steuerung fährt bei Schritt 532 fort, wo die Steuerung das Heizvorrichtungselement 222 deaktiviert und die Steuerung endet.

Claims

Schadstoffbegrenzungsanlage umfassend: ein Temperaturermittlungsmodul, das eine erste Temperatur eines Heizvorrichtungselements einer Dieselpartikelfilter-Anordnung in einer Abgasanlage ermittelt und das eine zweite Temperatur eines SCR-Katalysators der Dieselpartikelfilter-Anordnung ermittelt; und ein Schadstoffbegrenzungsmodul, das selektiv das Heizvorrichtungselement aktiviert, das beruhend auf der ersten Temperatur selektiv einen vorab festgelegten Verbrennungsprozess an dem Heizvorrichtungselement auslöst und das beruhend auf der zweiten Temperatur selektiv einen Reduktionsmitteleinspritzprozess startet.
Schadstoffbegrenzungsanlage Anspruch 1, wobei das Heizvorrichtungselement mehrere Zonen umfasst.
Schadstoffbegrenzungsanlage nach Anspruch 2, weiterhin umfassend: ein Heizvorrichtungssteuermodul, das wiederholt ausgewählte der Zonen des Heizvorrichtungselements in einer vorab festgelegten Reihenfolge aktiviert.
Schadstoffbegrenzungsanlage nach Anspruch 1, wobei das Schadstoffbegrenzungsmodul nach dem Starten der Brennkraftmaschine das Heizvorrichtungselement aktiviert.
Schadstoffbegrenzungsanlage nach Anspruch 1, wobei das Schadstoffbegrenzungsmodul den vorab festgelegten Verbrennungsprozess auslöst, wenn die erste Temperatur größer als ein erster Temperaturschwellenwert ist.
Schadstoffbegrenzungsanlage nach Anspruch 1, wobei die Brennkraftmaschine während des vorab festgelegten Verbrennungsprozesses der Abgasanlage unverbrannten Kraftstoff liefert.
Schadstoffbegrenzungsanlage nach Anspruch 6, wobei das Temperaturermittlungsmodul beruhend auf der sich aus Verbrennung des unverbrannten Kraftstoffs ergebenden Erwärmung die zweite Temperatur schätzt.
Schadstoffbegrenzungsanlage nach Anspruch 1, wobei das Temperaturermittlungsmodul eine dritte Temperatur eines Substrats der Dieselpartikelfilter-Anordnung ermittelt und die zweite Temperatur beruhend auf der dritten Temperatur schätzt.
Schadstoffbegrenzungsanlage nach Anspruch 1, wobei das Temperaturermittlungsmodul beruhend auf der dem Heizvorrichtungselement gelieferten Leistung die erste Temperatur schätzt.
Schadstoffbegrenzungsanlage nach Anspruch 1, wobei das Schadstoffbegrenzungsmodul den Reduktionseinspritzprozess startet, wenn die zweite Temperatur größer als ein zweiter Temperaturschwellenwert ist.
Schadstoffbegrenzungsanlage nach Anspruch 1, wobei das Schadstoffbegrenzungsmodul das Heizvorrichtungselement deaktiviert, nachdem der vorab festgelegte Verbrennungsprozess ausgelöst wurde.
Schadstoffbegrenzungsanlage nach Anspruch 1, weiterhin umfassend: ein Einspritzventil, das Reduktionsmittel in die Abgasanlage spritzt, sobald der Reduktionseinspritzprozess gestartet ist.
Verfahren umfassend: Ermitteln einer ersten Temperatur eines Heizvorrichtungselements einer Dieselpartikelfilter-Anordnung in einer Abgasanlage; Ermitteln einer zweiten Temperatur eines SCR-Katalysators der Dieselpartikelfilter-Anordnung; selektives Auslösen eines vorab festgelegten Verbrennungsprozesses an dem Heizvorrichtungselement beruhend auf der ersten Temperatur durch selektives Aktivieren des Heizvorrichtungselements; und selektives Starten eines Reduktionsmitteleinspritzprozesses beruhend auf der zweiten Temperatur.
Verfahren nach Anspruch 13, weiterhin umfassend: wiederholtes Aktivieren ausgewählter Zonen des Heizvorrichtungselements in einer vorab festgelegten Reihenfolge.
Verfahren nach Anspruch 13, weiterhin umfassend: Aktivieren des Heizvorrichtungselements nach dem Starten der Brennkraftmaschine.
Verfahren nach Anspruch 13, weiterhin umfassend: Auslösen des vorab festgelegten Verbrennungsprozesses, wenn die erste Temperatur größer als ein erster Temperaturschwellenwert ist.
Verfahren nach Anspruch 13, weiterhin umfassend: Liefern unverbrannten Kraftstoffs zu der Abgasanlage während des vorab festgelegten Verbrennungsprozesses.
Verfahren nach Anspruch 17, weiterhin umfassend: Schätzen der zweiten Temperatur beruhend auf der sich aus Verbrennung des unverbrannten Kraftstoffs ergebenden Erwärmung.
Verfahren nach Anspruch 13, weiterhin umfassend: Ermitteln einer dritten Temperatur eines Substrats der Dieselpartikelfilter-Anordnung; und Schätzen der zweiten Temperatur beruhend auf der dritten Temperatur.
Verfahren nach Anspruch 13, weiterhin umfassend: Schätzen der ersten Temperatur beruhend auf der dem Heizvorrichtungselement zugeführten Leistung.
Verfahren nach Anspruch 13, weiterhin umfassend: Starten des Reduktionseinspritzprozesses, wenn die zweite Temperatur größer als ein zweiter Temperaturschwellenwert ist.
Verfahren nach Anspruch 13, weiterhin umfassend: Deaktivieren des Heizvorrichtungselements, nachdem der vorab festgelegte Verbrennungsprozess ausgelöst wurde.
Verfahren nach Anspruch 13, weiterhin umfassend: Einspritzen von Reduktionsmittel in die Abgasanlage, sobald der Reduktionseinspritzprozess gestartet ist.