DE102010025643A1

DE102010025643A1 - System für selektive katalytische Reduktion mit elektrisch beheiztem Katalysator

Info

Publication number: DE102010025643A1
Application number: DE102010025643A
Authority: DE
Inventors: Eugene V. Pinckney Gonze; Michael J. Jr. Howell Paratore
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2009-07-02
Filing date: 2010-06-30
Publication date: 2011-01-27
Anticipated expiration: 2030-07-01
Also published as: US20110000194A1; CN101943044B; US8479496B2; CN101943044A; DE102010025643B4

Abstract

Ein Abgassystem umfasst N Heizelemente und einen Partikelmaterial-(PM)-Filter. Die N Heizelemente heizen N Anteile eines Abgases. Zumindest eines der N Heizelemente ist mit einem ersten Katalysator für selektive katalytische Reduktion (SCR) beschichtet. Der PM-Filter besitzt einen Einlass, der die N Anteile des Abgases, die durch die N Heizelemente erwärmt sind, aufnimmt. Jeder der N Anteile des Abgases erwärmt ein entsprechendes Gebiet des Einlasses. N ist eine ganze Zahl größer als 1.

Description

GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft Emissionssteuersysteme und insbesondere die Steuerung von Emissionen unter Verwendung eines elektrisch beheizten Katalysators.
HINTERGRUND
Die hier vorgesehene Hintergrundbeschreibung dient dem Zweck der allgemeinen Darstellung des Kontextes der Offenbarung. Arbeit der derzeit bezeichneten Erfinder in dem Maße, in dem sie in diesem Hintergrundabschnitt beschrieben ist, wie auch Aspekte der Beschreibung, die sich zum Zeitpunkt der Einreichung nicht anderweitig als Stand der Technik qualifizieren können, sind weder ausdrücklich noch implizit als Stand der Technik gegenüber der vorliegenden Offenbarung zu betrachten.
Dieselmotoren stoßen Abgas aus, das Kohlenmonoxid (CO), Kohlenwasserstoffe (HC) und Stickoxide (NOx) aufweist. Ein Dieselabgasbehandlungssystem reduziert die Niveaus von CO, HC und NOx in dem Abgas. Das Dieselabgasbehandlungssystem kann einen Dieseloxidationskatalysator (DOC), einen Dieselpartikelfilter (DPF) sowie ein System für selektive katalytische Reduktion (SCR) aufweisen. Der DOC oxidiert CO und HC, um Kohlendioxid und Wasser zu bilden. Der DPF entfernt Dieselpartikelmaterial von dem Abgas. Das SCR-System reduziert NOx.
Das SCR-System umfasst, dass ein Reduktionsmittel (beispielsweise Harnstoff) in das Abgas stromaufwärts von einem SCR-Katalysator injiziert wird. Das Reduktionsmittel bildet Ammoniak, der mit NOx in dem SCR-Katalysator reagiert. Die Reaktion von Ammoniak und NOx in dem SCR-Katalysator reduziert die NOx und resultiert in der Emission von zweiatomigem Stickstoff und Wasser.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein Abgassystem umfasst N Heizelemente und einen Partikelmaterial-(PM)-Filter. Die N Heizelemente heizen N Anteile eines Abgases. Zumindest eines der N Heizelemente ist mit einem ersten Katalysator für selektive katalytische Reduktion (SCR) beschichtet. Der PM-Filter besitzt einen Einlass, der die N Anteile des Abgases, die durch die N Heizelemente erwärmt sind, aufnimmt. Jeder der N Anteile des Abgases heizt ein entsprechendes Gebiet des Einlasses. N ist eine ganze Zahl größer als 1.
Ein Verfahren umfasst, dass N Heizelemente auf eine vorbestimmte Temperatur erwärmt werden, wobei die N Heizelemente N Anteile eines Abgases erwärmen, und wobei zumindest eines der N Heizelemente mit einem ersten Katalysator für selektive katalytische Reduktion (SCR) beschichtet ist. Das Verfahren umfasst ferner, dass eine Menge von in das Abgas injiziertem Reduktionsmittel auf Grundlage einer Menge des ersten SCR-Katalysators, die eine Temperatur von größer oder gleich der vorbestimmten Temperatur besitzt, gesteuert wird. Jeder der N Anteile des Abgases erwärmt ein entsprechendes Gebiet eines Partikelmaterial-(PM)-Filters. N ist eine ganze Zahl größer als 1.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die hier beschriebenen Zeichnungen dienen nur zu Veranschaulichungszwecken und sind nicht dazu bestimmt, den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung auf irgendeine Weise einzuschränken.
1 ist ein Funktionsblockschaubild eines Dieselmotorsystems gemäß der vorliegenden Offenbarung.
2A zeigt einen elektrischen Heizer, der mit einem Katalysator für selektive katalytische Reduktion (SCR) beschichtet ist, und einen Dieselpartikelfilter, der mit einem SCR-Katalysator beschichtet ist, gemäß der vorliegenden Offenbarung.
2B zeigt Zonen des elektrischen Heizers, die durch Heizelemente erwärmt werden, gemäß der vorliegenden Offenbarung.
3 ist ein Funktionsblockschaubild eines Motorsteuermoduls gemäß der vorliegenden Offenbarung.
4 zeigt ein Verfahren zum Erwärmen eines SCR-Katalysators gemäß der vorliegenden Offenbarung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur und nicht dazu bestimmt, die Offenbarung, ihre Anwendung bzw. ihren Gebrauch zu beschränken. Der Klarheit halber sind in den Zeichnungen dieselben Bezugszeichen zur Identifizierung ähnlicher Elemente verwendet worden. Die hier verwendete Formulierung ”zumindest eines aus A, B und C” sei so zu verstehen, dass ein logisches (A oder B oder C) unter Verwendung eines nicht exklusiven logischen Oder gemeint ist. Es sei zu verstehen, dass Schritte innerhalb eines Verfahrens in verschiedener Reihenfolge ausgeführt werden können, ohne die Grundsätze der vorliegenden Offenbarung zu ändern.
Der hier verwendete Begriff ”Modul” kann eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppe) und/oder Speicher (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppe), die ein oder mehrere Software- oder Firmware-Programme ausführen, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen, betreffen, Teil davon sein oder umfassen.
Ein System für selektive katalytische Reduktion (SCR) umfasst einen SCR-Katalysator, der die Reduktion von Stickoxiden (NOx) in dem Abgas unterstützt. Der SCR-Katalysator arbeitet effizient, wenn er eine Betriebstemperatur erreicht, die als eine Anspringtemperatur bezeichnet wird. Ein SCR-Anspringsystem gemäß der vorliegenden Offenbarung erwärmt einen Anteil des SCR-Katalysators auf die Anspringtemperatur unter Verwendung einer elektrischen Heizung. Ein Dieselpartikelfilter (DPF), der einen SCR-Katalysator aufweist, kann stromabwärts relativ zu der elektrischen Heizung angeordnet sein. Das SCR-Anspringsystem steuert eine in das Abgas injizierte Menge an Reduktionsmittel auf Grundlage einer Menge des SCR-Katalysators, die die Anspringtemperatur erreicht hat. Zusätzlich kann die elektrische Heizung des SCR-Anspringsystems den DPF regenerieren.
Nun Bezug nehmend auf 1 weist ein Dieselmotorsystem 20 einen Motor 22 auf, der ein Luft/Kraftstoff-Gemisch verbrennt, um Antriebsmoment zu erzeugen. Luft wird in einen Ansaugkrümmer 24 durch einen Einlass 26 gezogen. Eine Drosselklappe (nicht gezeigt) kann in dem Einlass 26 enthalten sein, um eine Luftströmung in den Ansaugkrümmer 24 zu regulieren. Luft in dem Ansaugkrümmer 24 wird in Zylinder 28 verteilt. Obwohl 1 sechs Zylinder 28 zeigt, kann der Motor 22 zusätzliche oder weniger Zylinder 28 aufweisen.
Das Dieselmotorsystem 20 umfasst ein Motorsteuermodul (ECM) 32, das mit Komponenten des Dieselmotorsystems 20 kommuniziert. Die Komponenten können den Motor 22, Sensoren und Aktuatoren aufweisen. Das ECM 32 kann das SCR-Anspringsystem der vorliegenden Offenbarung implementieren.
Luft wird von dem Einlass 26 durch einen Luftmassenstrom-(MAF)-Sensor 34 geführt. Der MAF-Sensor 34 erzeugt ein MAF-Signal, das einen Massendurchfluss von Luft angibt, die durch den MAF-Sensor 34 strömt. Ein Ansauglufttemperatur-(IAT)-Sensor 36, der in dem Einlass 26 angeordnet ist, erzeugt ein IAT-Signal auf Grundlage einer Ansauglufttemperatur. Ein Krümmerdruck-(MAP)-Sensor 36 ist in dem Ansaugkrümmer 24 zwischen dem Einlass 26 und dem Motor 22 positioniert. Der MAP-Sensor 38 erzeugt ein MAP-Signal, das einen Luftdruck in dem Ansaugkrümmer 24 angibt.
Eine Motorkurbelwelle (nicht gezeigt) rotiert mit einer Motordrehzahl oder einer Rate, die proportional zu der Motordrehzahl ist. Ein Kurbelwellensensor 40 erzeugt ein Signal der Kurbelwellenposition (CSP), das eine Rotation der Kurbelwelle angibt. Das ECM 32 kann die Motordrehzahl und Zylinderereignisse auf Grundlage des CSP-Signals bestimmen. Die Motordrehzahl und die Zylinderereignisse können unter Verwendung anderer geeigneter Verfahren erfasst werden.
Das ECM 32 betätigt Kraftstoffinjektoren 42, um Kraftstoff in die Zylinder 28 zu injizieren. Ein Ansaugventil 44 öffnet und schließt selektiv, um zu ermöglichen, dass Luft in den Zylinder 28 eintreten kann. Eine Ansaugnockenwelle (nicht gezeigt) reguliert eine Position des Ansaugventils 44. Ein Kolben (nicht gezeigt) komprimiert und verbrennt das Luft/Kraftstoff-Gemisch in dem Zylinder 28. Der Kolben treibt die Kurbelwelle während eines Arbeitshubes an, um ein Antriebsmoment zu erzeugen. Abgas, das aus der Verbrennung in dem Zylinder 28 resultiert, wird durch einen Abgaskrümmer 46 heraus getrieben, wenn sich ein Abgasventil 48 in einer offenen Position befindet. Eine Abgasnockenwelle (nicht gezeigt) reguliert eine Position des Abgasventils 48.
Ein Abgasbehandlungssystem 52 kann das Abgas behandeln. Das Abgasbehandlungssystem 52 kann einen Dieseloxidationskatalysator (DOC) 54 aufweisen. Der DOC 54 oxidiert Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffe in dem Abgas. Das Abgasbehandlungssystem 52 weist einen Dieselpartikelfilter (nachfolgend ”DPF-SCR 56”) auf. Der DPF-SCR 56 kann einen ersten Anteil des SCR-Katalysators aufweisen. Beispielsweise kann der DPF-SCR 56 mit dem ersten Anteil des SCR-Katalysators beschichtet sein. Der erste Anteil des SCR-Katalysators wird nachfolgend als ein ”DPF-SCR-Katalysator” bezeichnet. Der DPF-SCR 56 entfernt Dieselpartikelmaterial von dem Abgas. Der DPF-SCR-Katalysator verwendet ein Reduktionsmittel, um NOx in dem Abgas zu reduzieren.
Das Abgasbehandlungssystem 52 umfasst eine elektrische Heizung 58 (nachfolgend ”SCR-Heizung 58”). Die SCR-Heizung 58 kann einen zweiten Anteil des SCR-Katalysators aufweisen. Beispielsweise kann die SCR-Heizung 58 mit dem zweiten Anteil des SCR-Katalysators beschichtet sein. Der zweite Anteil des SCR-Katalysators verwendet das Reduktionsmittel, um NOx in dem Abgas zu reduzieren. Der zweite Anteil des SCR-Katalysators wird nachfolgend als ein ”SCR-Heizungskatalysator” bezeichnet. Der DPF-SCR-Katalysator und der SCR-Heizungskatalysator können gemeinsam als der ”SCR-Katalysator” bezeichnet werden.
Die SCR-Heizung 58 kann ein oder mehrere Widerstandsheizelemente (nachfolgend ”Heizelemente”) aufweisen. Die Heizelemente können den SCR-Heizungskatalysator aufweisen. Beispielsweise können die Heizelemente mit dem SCR-Heizungskatalysator beschichtet sein. Das ECM 32 kann eine Spannung und/oder einen Strom an die Heizelemente der SCR-Heizung 58 anlegen, um die Heizelemente zu erwärmen. Demgemäß kann das ECM 32 den SCR-Heizungskatalysator, der auf die Heizelemente beschichtet ist, erwärmen. Das Anlegen der Spannung und/oder des Stromes an die Heizelemente kann nachfolgend als ”Betätigen der Heizelemente und/oder der ”SCR-Heizung 58” bezeichnet werden.
Der SCR-Katalysator arbeitet effizient, wenn er eine Betriebstemperatur erreicht, die als eine Anspringtemperatur bezeichnet ist. Beispielsweise kann die Anspringtemperatur des SCR-Katalysators 200°C betragen. Der Katalysator kann als ”aktiv” bezeichnet werden, wenn die Temperatur des Katalysators größer als die Anspringtemperatur ist.
Die SCR-Heizung 58 kann stromaufwärts relativ zu dem DPF-SCR 56 angeordnet sein. Demgemäß kann das Abgas mit der SCR-Heizung 58 vor Wechselwirkung mit dem DPF-SCR 56 Wechselwirken. Nur beispielhaft kann die SCR-Heizung 58 mit dem DPF-SCR 56 verbunden sein. Die SCR-Heizung 58 und der DPF-SCR 56 können in thermischer Kommunikation stehen, wenn die SCR-Heizung 58 und der DPF-SCR 56 verbunden sind.
Nun Bezug nehmend auf 2A können bei einigen Implementierungen die SCR-Heizung 58 und der DPF-SCR 56 in einem Behälter 60 enthalten sein. Die SCR-Heizung 58 und der DPF-SCR 56 können verbunden sein, wie in 2A gezeigt ist. Demgemäß können die SCR-Heizung 58 und der DPF-SCR 56 in thermischer Kommunikation stehen. Das ECM 32 kommuniziert mit der SCR-Heizung 58 über Zwischenverbindungen 62. Die Zwischenverbindungen 62 können elektrische Verbindungen zwischen dem ECM 32 und den Heizelementen der SCR-Heizung 58 aufweisen. Das ECM 32 kann die Spannung und/oder den Strom an die Heizelemente der SCR-Heizung 58 über die Zwischenverbindungen 62 anlegen.
Nun Bezug nehmend auf 2B können Heizelemente 64 der SCR-Heizung 58 separate Teile der SCR-Heizung 58 erwärmen. Jeder separate Teil der SCR-Heizung 58 kann als eine Zone bezeichnet werden. Die SCR-Heizung 58 von 2B umfasst 5 Zonen. Das ECM 32 kann die Heizelemente 64 betätigen, um die entsprechenden Zonen der SCR-Heizung 58 zu erwärmen. Die SCR-Heizung 58 kann das durch die SCR-Heizung 58 strömende Abgas erwärmen. Demgemäß können die Zonen der SCR-Heizung 58 entsprechende Gebiete des DPF-SCR 56 erwärmen.
Das ECM 32 kann alle Heizelemente 64 gleichzeitig betätigen, um die SCR-Heizung 58 gleichförmig zu erwärmen. Das ECM 32 kann alle Heizelemente 64 intermittierend betätigen. Beispielsweise kann das ECM 32 Impulse von Spannung und/oder Strom an alle Heizelemente 64 anlegen, um alle Heizelemente 64 intermittierend zu betätigen.
Alternativ dazu kann das ECM 32 separate Heizelemente 64 nacheinander betätigen. Beispielsweise kann das ECM 32 ein einzelnes Heizelement 64, das einer einzelnen Zone entspricht, für eine vorbestimmte Heizdauer betätigen. Anschließend kann das ECM 32 ein anderes Heizelement, das einer anderen Zone entspricht, betätigen. Demgemäß kann das ECM 32 einzelne Heizelemente 64, die verschiedenen Zonen entsprechen, betätigen, um alle Zonen der SCR-Heizung 58 zu erwärmen. Ein nacheinander erfolgendes Betätigen der separaten Heizelemente 64 kann die SCR-Heizung 58 gleichförmig erwärmen.
Das ECM 32 kann separate Heizelemente 64 nacheinander betätigen, um einen Leistungsbetrag, der dazu verwendet wird, die Heizelemente 64 auf die Anspringtemperatur zu erwärmen, zu reduzieren. Nur beispielhaft kann es sein, dass eine Energieversorgung (nicht gezeigt) des Dieselmotorsystems 20 nicht in der Lage ist, ausreichend Leistung bereitzustellen, um alle Zonen der SCR-Heizung 58 zu erwärmen, sondern in der Lage sein kann, ausreichend Leistung bereitzustellen, um eine einzelne Zone auf die Anspringtemperatur zu erwärmen.
Bei einigen Implementierungen kann das ECM 32 die SCR-Heizung 58 betätigen, um den DPF-SCR 56 zu regenerieren. Demgemäß kann das ECM 32 die SCR-Heizung 58 betätigen, um Partikelmaterial, das sich in dem DPF-SCR 56 angesammelt hat, zu verbrennen. Beispielsweise kann das ECM 32 die SCR-Heizung 58 betätigen, um das in den DPF-SCR 56 eintretende Abgas zu erwärmen, um den DPF-SCR 56 zu regenerieren. Zusätzlich kann die SCR-Heizung 58 den DPF-SCR 56 unter Verwendung von Leitung regenerieren, wenn die SCR-Heizung 58 mit dem DPF-SCR 56 verbunden ist.
Zurück zu 1 umfasst das Dieselmotorsystem 20 ein Dosiersystem 66. Das Dosiersystem 66 speichert das Reduktionsmittel. Beispielsweise kann das Reduktionsmittel eine Lösung aus Harnstoff/Wasser aufweisen. Das Reduktionsmittel wird mit dem Abgas gemischt, um die Reduktion von NOx an dem SCR-Katalysator auszuführen. Das Dosiersystem 66 kann das Reduktionsmittel zur Lieferung an einen Reduktionsmittelinjektor 68 (nachfolgend ”Injektor 68”) mit Druck beaufschlagen. Das ECM 32 kann das Dosiersystem 66 betätigen, um einen Druck des Reduktionsmittels zur Lieferung an den Injektor 68 zu steuern. Das ECM 32 kann den Injektor 68 betätigen, um die Menge des Reduktionsmittels zu steuern, das in das durch das Abgasbehandlungssystem 52 strömende Abgas injiziert wird. Das ECM 32 kann eine Spannung und/oder einen Strom an den Injektor 68 anlegen, um den Injektor 68 zu betätigen.
Das Abgasbehandlungssystem 52 kann NOx-Sensoren 70-1 und 70-2 (gemeinsam NOx-Sensoren 70) aufweisen. Jeder NOx-Sensor 70 erzeugt ein Signal der NOx-Höhe, das eine Menge von NOx in dem Abgas angibt. Die NOx-Sensoren 70 geben die Menge von NOx in dem Abgas stromaufwärts und stromabwärts der SCR-Heizung 58 und des DPF-SCR 56 an. Das ECM 32 kann die Signale der NOx-Höhe verwenden, um einen Umwandlungswirkungsgrad des SCR-Katalysators zu bestimmen. Demgemäß kann das ECM 32 die Menge an Reduktionsmittel zur Injektion in das Abgas auf Grundlage der Signale der NOx-Höhe bestimmen. Während in 1 zwei NOx-Sensoren 70 gezeigt sind, kann das Abgasbehandlungssystem 52 mehr oder weniger als zwei NOx-Sensoren 70 aufweisen.
Das Abgasbehandlungssystem 52 kann Abgastemperatursensoren 72-1, 72-2 und 72-3 (gemeinsam Abgastemperatursensoren 72) aufweisen. Jeder Abgastemperatursensor 72 erzeugt ein Abgastemperatursignal, das eine Temperatur des Abgases angibt. Die Abgastemperatursensoren 72 können Temperaturen des Abgases stromaufwärts relativ zu dem DOC 54, der SCR-Heizung 58 und dem DPF-SCR 56 messen. Die Abgastemperatursensoren 72 können auch eine Temperatur des Abgases stromabwärts relativ zu dem DOC 54, der SCR-Heizung 58 und dem DPF-SCR 56 messen. Während drei Abgastemperatursensoren 72 in 1 gezeigt sind, kann das Abgasbehandlungssystem 52 mehr oder weniger als drei Temperatursensoren 72 aufweisen.
Das Dieselmotorsystem 20 kann ein AGR-System 74 aufweisen. Das AGR-System 74 weist ein AGR-Ventil 76 und eine AGR-Leitung 78 auf. Das AGR-System 74 kann einen Anteil des Abgases von dem Abgaskrümmer 46 in den Ansaugkrümmer 24 einführen. Das AGR-Ventil 76 kann an dem Ansaugkrümmer 24 montiert sein. Die AGR-Leitung 78 kann sich von dem Abgaskrümmer 46 zu dem AGR-Ventil 76 erstrecken, wodurch eine Kommunikation zwischen dem Abgaskrümmer 46 und dem AGR-Ventil 76 vorgesehen wird. Das ECM 32 kann das AGR-Ventil 76 betätigen, um eine Menge des Abgases, die in den Ansaugkrümmer 24 eingeführt wird, zu erhöhen oder zu verringern.
Der Motor 22 kann einen Turbolader 80 aufweisen. Der Turbolader 80 kann durch das durch einen Turbineneinlass aufgenommene Abgas angetrieben werden. Nur beispielhaft kann der Turbolader 80 eine Turbine mit variabler Düse aufweisen. Der Turbolader 80 erhöht eine Luftströmung in den Ansaugkrümmer 24, um eine Zunahme des Ansaugkrümmerdrucks (d. h. des Ladedrucks) zu bewirken. Das ECM 32 kann den Turbolader 80 betätigen, um die Strömung des Abgases selektiv zu beschränken, wodurch der Ladedruck gesteuert wird.
Der Motor 22 kann einen Motorkühlmitteltemperatur-(ECT)-Sensor 82 aufweisen. Der ECT-Sensor 82 kann in dem Motor 22 oder an anderen Stellen, an denen das Motorkühlmittel zirkuliert wird, angeordnet sein, wie einem Kühler (nicht gezeigt). Der ECT-Sensor 82 kann ein ECT-Signal erzeugen, das eine Motorkühlmitteltemperatur angibt. Das ECM 32 kann eine Temperatur des Motors 22 auf Grundlage des ECT-Signals bestimmen.
Nun Bezug nehmend auf 3 weist das ECM 32 ein Aktivierungsmodul 100, ein Heizungssteuermodul 102, ein Volumenbestimmungsmodul 104 sowie ein Injektionsmodul 106 auf. Das Aktivierungsmodul 100 bestimmt, wann das SCR-Anspringsystem implementiert werden soll. Das Heizungssteuermodul 102 betätigt die Heizungselemente 64, um den SCR-Heizungskatalysator zu aktivieren. Das Volumenbestimmungsmodul 104 bestimmt die Menge an DPF-SCR-Katalysator, die aktiv ist, wenn der SCR-Heizungskatalysator aktiv ist. Das Injektionsmodul 106 bestimmt die Menge an Reduktionsmittel zur Injektion in das Abgas auf Grundlage der Menge an SCR-Katalysator, die aktiv ist.
Das ECM 32 empfängt Eingangssignale von dem Dieselmotorsystem 20. Die Eingangssignale können eines oder mehrere aus den MAF-, IAT-, MAP-, CSP-, NOx-Pegel-, Abgastemperatur- und/oder ECT-Signalen sein. Die Eingangssignale werden nachfolgend als ”Motorsystemsignale” bezeichnet. Das ECM 32 verarbeitet die Motorsystemsignale und erzeugt zeitlich gesteuerte Motorsteueranweisungen, die an das Dieselmotorsystem 20 ausgegeben werden. Die Motorsteueranweisungen können die Kraftstoffinjektoren 42, die Heizelemente 64, das Dosiersystem 66, den Injektor 68, das AGR-Ventil 76 und den Turbolader 80 betätigen.
Das ECM 32 kann das SCR-Anlasssystem implementieren, um den SCR-Katalysator zu aktivieren, wenn die Temperatur des SCR-Katalysators kleiner als eine vorbestimmte Katalysatortemperatur ist. Die vorbestimmte Katalysatortemperatur kann die Anspringtemperatur aufweisen. Die Temperatur des SCR-Katalysators kann während eines Kaltstarts kleiner als die vorbestimmte Katalysatortemperatur sein. Zusätzlich kann die Temperatur des SCR-Katalysators während des Betriebs des Motors 22, wenn das an dem SCR-Katalysator vorbeiströmende Abgas die Temperatur des SCR-Katalysators unter die vorbestimmte Katalysatortemperatur reduziert, kleiner als die vorbestimmte Katalysatortemperatur sein.
Das Aktivierungsmodul 100 bestimmt, ob die Temperatur des SCR-Katalysators kleiner als die vorbestimmte Katalysatortemperatur ist. Bei einigen Implementierungen bestimmt das Aktivierungsmodul 100, dass die Temperatur des SCR-Katalysators kleiner als die vorbestimmte Katalysatortemperatur ist, wenn das Aktivierungsmodul 100 einen Kaltstart detektiert. Das Aktivierungsmodul 100 kann den Kaltstart auf Grundlage der Temperatur des Motorkühlmittels und der Temperatur der Ansaugluft detektieren. Beispielsweise kann das Aktivierungsmodul 100 den Kaltstart detektieren, wenn eine Differenz zwischen der Temperatur des Motorkühlmittels und der Temperatur der Ansaugluft kleiner als eine vorbestimmte Temperatur ist. Das Aktivierungsmodul 100 kann die Temperatur des Motorkühlmittels und die Temperatur der Ansaugluft auf Grundlage der ECT- bzw. der IAT-Signale bestimmen.
Bei anderen Implementierungen bestimmt das Aktivierungsmodul 100 während des Betriebs des Motors 22, dass die Temperatur des SCR-Katalysators kleiner als die vorbestimmte Katalysatortemperatur ist. Das Aktivierungsmodul 100 kann während des Betriebs des Motors 22 auf Grundlage der Temperatur des Abgases bestimmen, dass die Temperatur des SCR-Katalysators kleiner als die vorbestimmte Katalysatortemperatur ist. Das Aktivierungsmodul 100 kann die Temperatur des Abgases aufgrund der Abgastemperatursignale bestimmen. Das Aktivierungsmodul 100 weist das Heizungssteuermodul 102 an, die SCR-Heizung 58 zu betätigen, wenn die Temperatur des SCR-Katalysators kleiner als die vorbestimmte Katalysatortemperatur ist.
Das Heizungssteuermodul 102 kann die SCR-Heizung 58 betätigen, wenn die Temperatur des SCR-Heizungskatalysators und/oder des DPF-SCR-Katalysators kleiner als die vorbestimmte Katalysatortemperatur ist. Das Heizungssteuermodul 102 kann die Heizelemente 64 der SCR-Heizung 58 betätigen, um den SCR-Heizungskatalysator auf die vorbestimmte Katalysatortemperatur zu erwärmen.
Das Heizungssteuermodul 102 kann alle Heizungselemente 64 gleichzeitig betätigen, um die SCR-Heizung 58 gleichförmig zu erwärmen. Alternativ dazu kann das Heizungssteuermodul 102 separate Heizelemente 64 nacheinander betätigen. Das Heizungssteuermodul 102 kann nacheinander separate Heizelemente 64 betätigen, um einen Betrag an Leistung zu reduzieren, der dazu verwendet wird, die Heizelemente 64 auf die vorbestimmte Katalysatortemperatur zu erwärmen. Ein nacheinander erfolgendes Betätigen der separaten Heizelemente 64 kann die SCR-Heizung 58 gleichmäßig erwärmen.
Das Heizungssteuermodul 102 bestimmt, ob eine Temperatur der SCR-Heizung 58 größer als die vorbestimmte Katalysatortemperatur ist. Das Heizungssteuermodul 102 kann die Temperatur der SCR-Heizung 58 auf Grundlage der Spannung und/oder des Stroms bestimmen, die/der an die Heizelemente 64 der SCR-Heizung 58 angelegt wird/werden. Das Heizungssteuermodul 102 kann auch die Temperatur der SCR-Heizung 58 auf Grundlage der Temperatur des Abgases, eines Durchflusses des Abgases und der Menge an NOx in dem Abgas bestimmen.
Das Heizungssteuermodul 102 kann die Temperatur des Abgases auf Grundlage der Abgastemperatursignale und/oder einer Abgastemperaturmodellierung auf Grundlage der Motorsystemsignale bestimmen. Das Heizungssteuermodul 102 kann den Durchfluss des Abgases auf Grundlage der Motorsystemsignale, die eine Luftströmung in den Motor 22 angeben (beispielsweise MAF), und einer Menge an Kraftstoff, die in die Zylinder 28 injiziert wird, bestimmen. Allgemein können die Spannung und/oder der Strom, die/der an die Heizelemente 64 angelegt wird/werden, die Temperatur der SCR-Heizung 58 erhöhen, während die Strömung des Abgases die Temperatur der SCR-Heizung 58 tendenziell verringern kann.
Das Heizungssteuermodul 102 kann die Temperatur der SCR-Heizung 58 auf Grundlage der Menge an NOx in dem Abgas bestimmen. Beispielsweise kann das Heizungssteuermodul 102 die Signale der NOx-Höhe dazu verwenden, um den Umwandlungswirkungsgrad des SCR-Heizungskatalysators zu bestimmen. Demgemäß kann der Umwandlungswirkungsgrad des SCR-Heizungskatalysators die Menge an SCR-Heizungskatalysator angeben, die die vorbestimmte Katalysatortemperatur erreicht hat. Das Heizungssteuermodul 102 gibt die Temperatur der SCR-Heizung 58 an das Volumenbestimmungsmodul 104 aus.
Das Volumenbestimmungsmodul 104 bestimmt die Menge an SCR-Katalysator, die aktiv ist, wenn die Temperatur der SCR-Heizung 58 größer als die vorbestimmte Katalysatortemperatur ist. Das Volumenbestimmungsmodul 104 kann die Menge an SCR-Katalysator, die aktiv ist, auf Grundlage der Menge an SCR-Heizungskatalysator, die aktiv ist, und einer Menge an DPF-SCR-Katalysator, die aktiv ist, bestimmen. Beispielsweise kann der gesamte SCR-Heizungskatalysator aktiv sein, wenn die Temperatur der SCR-Heizung 58 größer als die vorbestimmte Katalysatortemperatur ist.
Der DPF-SCR-Katalysator braucht nicht aktiv zu sein, wenn die Temperatur der SCR-Heizung 58 größer als die vorbestimmte Katalysatortemperatur ist. Das durch den DPF-SCR 56 strömende Abgas kann den DPF-SCR-Katalysator auf die vorbestimmte Katalysatortemperatur erwärmen. Das Volumenbestimmungsmodul 104 kann die Menge an DPF-SCR-Katalysator, die aktiv ist, auf Grundlage der Menge an durch den DPF-SCR 56 strömenden Abgas bestimmen. Beispielsweise kann das Volumenbestimmungsmodul 104 die Menge an DPF-SCR-Katalysator, die aktiv ist, auf Grundlage der Temperatur des Abgases, des Durchflusses des Abgases und einer Zeitdauer, die das Abgas durch den DPF-SCR 56 geströmt ist, bestimmen.
Das Volumenbestimmungsmodul 104 kann die Temperatur des Abgases auf Grundlage der Abgastemperatursignale und/oder einer Abgastemperaturmodellierung auf Grundlage der Motorsystemsignale bestimmen. Das Volumenbestimmungsmodul 104 kann den Durchfluss des Abgases auf Grundlage der Motorsystemsignale bestimmen, die die Luftströmung in den Motor 22 (beispielsweise MAF) und die in die Zylinder 28 injizierte Menge an Kraftstoff angeben.
Zusätzlich kann das Volumenbestimmungsmodul 104 die Menge an DPF-SCR-Katalysator, die aktiv ist, auf Grundlage der Menge an NOx in dem Abgas bestimmen. Beispielsweise kann das Volumenbestimmungsmodul 104 die Signale der NOx-Höhe verwenden, um den Umwandlungswirkungsgrad des DPF-SCR-Katalysators zu bestimmen. Demgemäß kann der Umwandlungswirkungsgrad des DPF-SCR-Katalysators die Menge an DPF-SCR-Katalysator, die aktiv ist, angeben. Das Volumenbestimmungsmodul 104 gibt einen Wert an das Injektionsmodul 106 aus, der die Menge an SCR-Katalysator, die aktiv ist, angibt.
Das Injektionsmodul 106 kann eine Menge an Reduktionsmittel, die in das Abgas injiziert wird, auf Grundlage der Menge an SCR-Katalysator, die aktiv ist, und einer Menge an NOx, die in dem Abgas vorhanden ist, steuern. Das Injektionsmodul 106 kann das Dosiersystem 66 und den Injektor 68 betätigen, um die Menge an Reduktionsmittel, die in das Abgas injiziert wird, zu steuern. Das Injektionsmodul 106 kann die Menge an NOx, die in dem Abgas vorhanden ist, auf Grundlage der Signale der NOx-Höhe bestimmen.
Der DPF-SCR-Katalysator braucht so lange nicht aktiviert sein, bis der DPF-SCR-Katalysator durch das Abgas erwärmt ist. Demgemäß kann das Injektionsmodul 106 anfänglich die Menge an Reduktionsmittel, die in das Abgas injiziert wird, auf Grundlage der Menge an SCR-Heizungskatalysator steuern, die aktiv ist, wenn der SCR-Heizungskatalysator anfänglich größer als die vorbestimmte Katalysatortemperatur ist. Das Abgas kann den DPF-SCR-Katalysator während des Betriebs des Motors 22 progressiv aktivieren. Demgemäß kann das Injektionsmodul 106 die Menge an Reduktionsmittel, die in das Abgas injiziert wird, gemäß einer gegenwärtigen Menge des SCR-Heizungskatalysators und des DPF-SCR-Katalysators, die aktiviert ist, steuern. Nach einer Zeitdauer kann der gesamte DPF-SCR-Katalysator aktiv sein.
Nun Bezug nehmend auf 4 startet ein Verfahren 200 zum Erwärmen eines SCR-Katalysators bei Schritt 201. Bei Schritt 202 bestimmt das Aktivierungsmodul 100, ob die Temperatur des SCR-Heizungskatalysators kleiner als die vorbestimmte Katalysatortemperatur ist. Wenn das Ergebnis von Schritt 202 unwahr ist, wiederholt das Verfahren 200 den Schritt 202. Wenn das Ergebnis von Schritt 202 wahr ist, fährt das Verfahren 200 mit Schritt 204 fort. Bei Schritt 204 betätigt das Heizungssteuermodul 102 die SCR-Heizung 58, um den SCR-Heizungskatalysator zu erwärmen. Bei Schritt 206 bestimmt das Heizungssteuermodul 102, ob die Temperatur der SCR-Heizung 58 größer als die vorbestimmte Katalysatortemperatur ist. Wenn das Ergebnis von Schritt 206 unwahr ist, wiederholt das Verfahren 200 den Schritt 204. Wenn das Ergebnis von Schritt 206 wahr ist, fährt das Verfahren 200 mit Schritt 208 fort.
Bei Schritt 208 bestimmt das Volumenbestimmungsmodul 104 die Menge an SCR-Katalysator, die aktiv ist. Bei Schritt 210 steuert das Injektionsmodul 106 die Menge an Reduktionsmittel, die in das Abgas injiziert wird, auf Grundlage der Menge an SCR-Katalysator, die aktiv ist. Bei Schritt 212 bestimmt das Volumenbestimmungsmodul 104, ob der gesamte DPF-SCR-Katalysator aktiv ist. Wenn das Ergebnis von Schritt 212 unwahr ist, wiederholt das Verfahren 200 den Schritt 208. Wenn das Ergebnis von Schritt 212 wahr ist, fährt das Verfahren 200 mit Schritt 214 fort. Das Verfahren 200 endet bei Schritt 214.
Der Fachmann kann nun aus der vorhergehenden Beschreibung erkennen, dass die breiten Lehren der vorliegenden Offenbarung in einer Vielzahl von Formen ausgeführt werden können. Daher sei, während diese Offenbarung in Verbindung mit bestimmten Beispielen derselben beschrieben worden ist, der wahre Schutzumfang der Offenbarung nicht so beschränkt, da andere Abwandlungen dem Fachmann nach einem Studium der Zeichnungen, der Beschreibung und der folgenden Ansprüche offensichtlich werden.

Claims

Abgassystem, umfassend: N Heizelemente, die N Anteile eines Abgases erwärmen, wobei zumindest eines der N Heizelemente mit einem ersten Katalysator für selektive katalytische Reduktion (SCR) beschichtet ist; und einen Partikelmaterial-(PM)-Filter mit einem Einlass, der die N Anteile des durch die N Heizelemente erwärmten Abgases aufnimmt, wobei jeder der N Anteile des Abgases ein entsprechendes Gebiet des Einlasses erwärmt, und wobei N eine ganze Zahl größer als 1 ist.
Abgassystem nach Anspruch 1, ferner mit einem Steuermodul, das die N Heizelemente auf eine vorbestimmte Temperatur heizt, und das eine Menge an Reduktionsmittel, die in das Abgas injiziert wird, auf Grundlage der Menge des ersten SCR-Katalysators steuert, die eine Temperatur von größer als oder gleich der vorbestimmten Temperatur besitzt.
Abgassystem nach Anspruch 1, wobei der PM-Filter mit einem zweiten SCR-Katalysator beschichtet ist.
Abgassystem nach Anspruch 3, ferner mit einem Steuermodul, das die N Heizelemente auf eine vorbestimmte Temperatur heizt und das eine Menge an Reduktionsmittel, die in das Abgas injiziert wird, auf Grundlage einer Menge des zweiten SCR-Katalysators steuert, die eine Temperatur von größer als oder gleich der vorbestimmten Temperatur besitzt.
Abgassystem nach Anspruch 1, ferner mit einem Steuermodul, das nacheinander Strom an jedes der N Heizelemente anlegt, um die N Heizelemente auf eine vorbestimmte Temperatur zu erwärmen.
Abgassystem nach Anspruch 1, wobei die N Heizelemente mit dem PM-Filter verbunden sind.
Abgassystem nach Anspruch 1, ferner mit einem Steuermodul, das die N Heizelemente erwärmt, um den PM-Filter zu regenerieren.
Abgassystem nach Anspruch 2, wobei die vorbestimmte Temperatur größer als oder gleich einer Anspringtemperatur des ersten SCR-Katalysators ist.
Abgassystem nach Anspruch 4, wobei die vorbestimmte Temperatur größer als oder gleich einer Anspringtemperatur des zweiten SCR-Katalysators ist.
Abgassystem nach Anspruch 5, wobei das Steuermodul die Menge des ersten SCR-Katalysators, der eine Temperatur von größer als oder gleich der vorbestimmten Temperatur besitzt, auf Grundlage eines Stroms, der an die N Heizelemente angelegt wird, einer Temperatur des Abgases und/oder einem Durchfluss des Abgases bestimmt.