DE102013201286B4

DE102013201286B4 - Steuersystem und Verfahren zur Modulation einer Luftmasse

Info

Publication number: DE102013201286B4
Application number: DE102013201286.1A
Authority: DE
Inventors: Thomas Larose Jr.; John A. Catalogna; Paul Jasinkiewicz
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2012-01-31
Filing date: 2013-01-28
Publication date: 2019-08-01
Anticipated expiration: 2033-01-29
Also published as: US8800267B2; CN103225562B; US20130192213A1; CN103225562A; DE102013201286A1

Abstract

Steuersystem (10) für einen Verbrennungsmotor (12), umfassend:eine Abgasleitung (14) in Fluidkommunikation mit dem Verbrennungsmotor (12), die derart konfiguriert ist, ein Abgas (15) von dem Verbrennungsmotor (12) aufzunehmen;eine Oxidationskatalysator-(„OC“-)Vorrichtung (62) in Fluidkommunikation mit der Abgasleitung (14), wobei die OC-Vorrichtung (62) eine OC-Anspringtemperatur aufweist, und wobei die OC-Vorrichtung (62) selektiv auf die Anspringtemperatur aktiviert wird, um eine Oxidation des Abgases (15) zu bewirken;einen Temperatursensor (84), der in der Abgasleitung (14) stromaufwärts der OC-Vorrichtung (62) angeordnet ist, wobei der Temperatursensor (84) eine Abgastemperatur überwacht;einen Einlassluftmassenstromsensor (24) zum Messen einer Luftmasse, die in den Verbrennungsmotor (12) eintritt;einen Motorlufteinlassmechanismus, der selektiv aktiviert wird, um die in den Verbrennungsmotor (12) eintretende Luftmasse zu modulieren; undein Steuermodul (80) in Kommunikation mit dem Temperatursensor (84), dem Einlassluftmassenstromsensor (24) und dem Motorlufteinlassmechanismus, wobei das Steuermodul (80) einen Speicher zum Speichern eines Schwellen-Abgasdurchflusses aufweist, umfassend:eine Steuerlogik zum Überwachen des Einlassluftmassenstromsensors (24) und zum Berechnen eines Abgasdurchflusses auf Grundlage der Luftmasse;eine Steuerlogik zum Überwachen des Temperatursensors (84) in Bezug auf die Abgastemperatur und zum Berechnen einer Temperatur der OC-Vorrichtung (62) auf Grundlage der Abgastemperatur an der OC-Vorrichtung (62);eine Steuerlogik zum Bestimmen, ob die Temperatur der OC-Vorrichtung (62) einen Schwellenbetrag über der Anspringtemperatur der OC-Vorrichtung (62) liegt; undeine Steuerlogik zum Aktivieren des Motorlufteinlassmechanismus, um die Luftmasse zu modulieren, falls der Abgasdurchfluss unterhalb des Schwellenabgasdurchflusses liegt und falls die Temperatur der OC-Vorrichtung (62) den Schwellenbetrag über der Anspringtemperatur der OC-Vorrichtung (62) liegt.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft ein Steuersystem und ein Verfahren für einen Verbrennungsmotor eines Fahrzeugs und insbesondere ein Steuersystem mit einem Motorlufteinlassmechanismus, der eine in den Verbrennungsmotor eintretende Luftmasse moduliert.
HINTERGRUND
Das Abgas, das von einem Verbrennungsmotor, insbesondere einem Dieselmotor, ausgestoßen wird, stellt ein heterogenes Gemisch dar, das gasförmige Emissionen, wie Kohlenmonoxid („CO“), nicht verbrannte Kohlenwasserstoffe („HC“) und Stickoxide („NOx“) wie auch Materialien in kondensierter Phase (Flüssigkeiten und Feststoffe) enthält, die Partikelmaterial („PM“) bilden. Katalysatorzusammensetzungen, die typischerweise an Katalysatorträgern oder -substraten angeordnet sind, sind in einem Motorabgassystem vorgesehen, um gewisse oder alle der Abgasbestandteile in nicht regulierte Abgaskomponenten umzuwandeln.
Ein Typ von Abgasbehandlungstechnologie zur Reduzierung von CO- und HC-Emissionen ist eine Oxidationskatalysatorvorrichtung („OC“). Die OC-Vorrichtung enthält ein Durchströmsubstrat und eine auf das Substrat aufgebrachte Katalysatorzusammensetzung. Die Katalysatorzusammensetzung des OC bewirkt eine Oxidationsreaktion der Abgase, sobald die OC-Vorrichtung eine Schwellen-oder Anspringtemperatur erreicht hat. Ein Typ von Abgasbehandlungstechnologie zur Reduzierung von NOx-Emissionen ist eine Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion („SCR“), die stromabwärts der OC Vorrichtung positioniert sein kann. Eine Abgasbehandlungstechnologie zur Verwendung für hohe Niveaus an Partikelmaterialreduktion kann eine Partikelfilter-(„PF“)-Vorrichtung aufweisen, die Partikelmaterial abfängt und die stromabwärts der OC-Vorrichtung und der SCR-Vorrichtung positioniert sein kann. Eine Regeneration ist der Prozess zur Entfernung des angesammelten Partikelmaterials von der PF-Vorrichtung.
In einer typischen Anordnung eines Abgasbehandlungssystems ist die OC-Vorrichtung stromaufwärts der SCR-Vorrichtung und der PF-Vorrichtung platziert. Somit kann die Wärmemenge, die zwischen der OC-Vorrichtung und der PF-Vorrichtung verloren geht, signifikant sein, insbesondere in Abgasbehandlungssystemen mit relativ langen Abgasrohren oder wenn die Abgasströmung relativ gering ist. Die Wärmemenge, die zwischen der OC-Vorrichtung und der SCR-Vorrichtung verloren geht, ist ebenfalls signifikant. Bei einer Vorgehensweise zur Erhöhung der Wärmemenge an die SCR- und PF-Vorrichtung wird die Temperatur der OC-Vorrichtung kontinuierlich erhöht. Jedoch kann diese Vorgehensweise thermische Stöße für das Abgasbehandlungssystem bewirken, wenn die Abgastemperatur schnell erhöht wird. Überdies kann diese Vorgehensweise auch die OC-Vorrichtung über eine Schwellentemperatur erhitzen, die die OC-Vorrichtung aushalten soll.
Bei einer anderen Vorgehensweise wird die Abgasströmung erhöht, um die Wärme von der OC-Vorrichtung an die SCR-und die PF-Vorrichtung zu treiben. Dies resultiert in einer erhöhten PF-Temperatur. Jedoch nimmt, wenn die Abgasströmung in dem Abgasbehandlungssystem zunimmt, die Temperatur der OC-Vorrichtung ihrerseits ab. Genauer fällt die Temperatur der OC-Vorrichtung schließlich auf unter die Anspringtemperatur ab. Dies resultiert darin, dass die OC-Vorrichtung nicht in der Lage ist, CO und HC in dem Abgas zu reduzieren.
Die DE 10 2004 052 107 A1 offenbart ein Verfahren zum Steuern einer Abgasanlage einer Brennkraftmaschine, um eine Kaltstartphase zu verkürzen. Während des Normalbetriebs wird Abwärme in einen Wärmespeicher geladen, die während eines Vorwärmbetriebs der Brennkraftmaschine zum Erwärmen eines Oxidationskatalysators verwendet wird.
Weitere Systeme und Verfahren zur Steuerung eines Abgasbehandlungssystems, das einen Oxidationskatalysator aufweist, sind in der DE 10 2009 011 469 A1 und der DE 10 2010 000 542 A1 beschrieben.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Abgasbehandlungssystem zu schaffen, das erhöhte Wärme aufweist, die an die SCR-Vorrichtung und die PF-Vorrichtung geliefert wird, während dennoch die OC-Vorrichtung bei der jeweiligen Anspringtemperatur beibehalten wird.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Erfindungsgemäß ist ein Steuersystem für einen Verbrennungsmotor vorgesehen und weist eine Abgasleitung, eine Oxidationskatalysator-(„OC“)-Vorrichtung, einen Temperatursensor, einen Einlassluftmassenstromsensor, einen Motorlufteinlassmechanismus und ein Steuermodul auf. Die Abgasleitung steht in Fluidkommunikation mit Abgas und ist derart konfiguriert, Abgas aufzunehmen. Die OC-Vorrichtung steht in Fluidkommunikation mit der Abgasleitung. Die OC-Vorrichtung besitzt eine OC-Anspringtemperatur. Die OC-Vorrichtung wird selektiv auf die Anspringtemperatur aktiviert, um eine Oxidation des Abgases zu bewirken. Der Temperatursensor ist in dem Abgasstrom stromaufwärts der OC-Vorrichtung platziert. Der Temperatursensor überwacht eine Abgastemperatur. Der Einlassluftmassenstromsensor misst eine in den Verbrennungsmotor eintretende Luftmasse. Der Motorlufteinlassmechanismus wird selektiv aktiviert, um die in den Verbrennungsmotor eintretende Luftmasse zu modulieren. Das Steuermodul steht in Kommunikation mit dem Temperatursensor, dem Einlassluftmassenstromsensor und dem Motorlufteinlassmechanismus. Das Steuermodul besitzt einen Speicher zum Speichern eines Schwellen-Abgasdurchflusses. Das Steuermodul weist eine Steuerlogik zur Überwachung des Einlassluftmassenstromsensors und zur Berechnung eines Abgasdurchflusses auf Grundlage der Luftmasse auf. Das Steuermodul weist eine Steuerlogik zur Überwachung des Temperatursensors für die Abgastemperatur und zur Berechnung einer Temperatur der OC-Vorrichtung auf Grundlage der Abgastemperatur an der OC-Vorrichtung auf. Das Steuermodul weist eine Steuerlogik zur Bestimmung auf, ob die Temperatur der OC-Vorrichtung einen Schwellenbetrag über der Anspringtemperatur der OC-Vorrichtung liegt. Das Steuermodul weist eine Steuerlogik zur Aktivierung des Motorlufteinlassmechanismus auf, um die Luftmasse zu modulieren, falls der Abgasdurchfluss unter dem Schwellen-Abgasdurchfluss liegt und falls die Temperatur der OC-Vorrichtung den Schwellenbetrag über der Anspringtemperatur der OC-Vorrichtung liegt.
Figurenliste
Andere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten werden nur beispielhaft in der folgenden detaillierten Beschreibung von Ausführungsformen offensichtlich, wobei die detaillierte Beschreibung Bezug auf die Zeichnungen nimmt, in welchen:

1 eine beispielhafte Darstellung eines Steuersystems für einen Motor ist; und
2 ein Prozessflussdiagramm ist, das ein Verfahren zur Aktivierung eines Wärmemodulationsmodus („TMM“ von engl.:„thermal modulation mode“) des in 1 gezeigten Steuersystems ist.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Der hier verwendete Begriff Modul betrifft eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, zweckgebunden oder Gruppe) und Speicher, der ein oder mehrere Software-oder Firmware-Programme ausführt, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen.
Nun Bezug nehmend auf 1 ist eine beispielhafte Ausführungsform auf ein Steuersystem 10 für einen Verbrennungs-(IC)-Motor 12 eines Fahrzeugs (in 1 nicht gezeigt) gerichtet. Der Motor 12 ist derart konfiguriert, eine Einlassluft 20 von einem Lufteinlassdurchgang 22 aufzunehmen. Der Lufteinlassdurchgang 22 weist einen Einlassluftmassenstromsensor 24 zur Bestimmung der Einlassluftmasse des Motors 12 auf.
Bei einer Ausführungsform kann der Einlassluftmassenstromsensor 24 entweder ein Einlassluftmassenstromsensor vom Typ mit Flügelmesser oder Heißdraht sein, wobei jedoch zu verstehen sei, dass genauso andere Typen von Sensoren verwendet werden können. Der Motor 12 ist mit einem Einlasskrümmer 30 und einem Abgaskrümmer 32 verbunden. Der Einlasskrümmer 30 ist fluidtechnisch mit dem Lufteinlassdurchgang 22 und einem Drosselventil 36 verbunden. Das Drosselventil 36 reguliert oder moduliert die Menge an Einlassluft 20, die in den Motor 12 eintritt. Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann das Drosselventil 36 ein Klappenventil sein, wobei jedoch zu verstehen sei, dass genauso andere Typen von Ventilen verwendet werden können. Der Abgaskrümmer 32 ist mit einer Abgasleitung 14 verbunden, die Teil eines Abgasbehandlungssystems 40 ist. In 1 transportiert die Abgasleitung 14, die mehrere Segmente umfassen kann, Abgas 15 von dem Verbrennungsmotor 12 an die verschiedenen Abgasbehandlungsvorrichtungen des Abgasbehandlungssystems 40.
Das Steuersystem 10 kann auch eine Ladevorrichtung für den Motor 12 aufweisen, wie einen Turbolader 44. Der Turbolader 44 weist einen Kompressor 46 auf, der in und in Fluidkommunikation mit dem Lufteinlassdurchgang 22 angeordnet ist. Der Kompressor 46 kann durch eine Turbine 48 angetrieben werden, die in der Abgasleitung 14 angeordnet ist. Eine Welle 50 verbindet den Kompressor 46 mit der Turbine 48, wobei die Turbine 48 die Welle 50 antreibt. Das Steuersystem 10 kann auch einen oder mehrere Motorabgasrückführungs- („AGR“)-Durchgänge 52 zum Rückführen zumindest eines Anteils des Abgases 15 an den Lufteinlassdurchgang 22 aufweisen. Bei der beispielhaften Ausführungsform, wie gezeigt ist, ist der AGR-Durchgang 52 stromaufwärts der Turbine 48 gezeigt, wobei jedoch zu verstehen sei, dass der AGR-Durchgang 52 genauso gut stromabwärts der Turbine 48 angeordnet sein kann. Eine Menge oder Rate von Abgas 15, die in den Lufteinlassdurchgang 22 eintritt, kann durch ein AGR-Ventil 60 gesteuert oder moduliert werden.
Das hier beschriebene Abgasbehandlungssystem 40 kann in verschiedenen Motorsystemen implementiert sein, die Dieselmotorsysteme, Benzindirekteinspritzsysteme sowie Motorsysteme mit homogener Kompressionszündung aufweisen können, jedoch nicht darauf beschränkt sind. Bei der Ausführungsform, wie gezeigt ist, weisen die Vorrichtungen des Abgasbehandlungssystems eine Oxidationskatalysatorvorrichtung („OC“) 62, eine Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion („SCR“) 64 und eine Partikelfiltervorrichtung („PF“) 66 auf. Wie angemerkt sei, kann das Abgasbehandlungssystem der vorliegenden Offenbarung verschiedene Kombinationen aus einer oder mehreren der in 1 gezeigten Abgasbehandlungsvorrichtungen und/oder andere Abgasbehandlungsvorrichtungen (nicht gezeigt) aufweisen und ist nicht auf das vorliegende Beispiel beschränkt.
Die OC-Vorrichtung 62 kann beispielsweise ein Durchström-Metall- oder - Keramik-Monolithsubstrat aufweisen, das in eine Schale oder einen Kanister aus rostfreiem Stahl mit einem Einlass und einem Auslass in Fluidkommunikation mit der Abgasleitung 14 gepackt ist. Das Substrat kann eine daran angeordnete Oxidationskatalysatorverbindung aufweisen. Die Oxidationskatalysatorverbindung kann als ein Washcoat aufgetragen werden und kann Platingruppenmetalle enthalten, wie Platin („Pt“), Palladium („Pd“), Rhodium („Rh“) oder andere geeignete oxidierende Katalysatoren oder eine Kombination daraus. Die OC-Vorrichtung 62 ist bei der Behandlung nicht verbrannter gasförmiger und nicht flüchtiger HC und CO verwendbar, die oxidiert werden, um Kohlendioxid und Wasser zu bilden. Die OC-Vorrichtung 62 weist eine Anspringtemperatur auf, die die Temperatur repräsentiert, bei der die OC-Vorrichtung 62 nicht verbrannte gasförmige und nicht flüchtige HC und CO oxidiert und Kohlendioxid und Wasser bildet. Bei einer Ausführungsform beträgt die Anspringtemperatur der OC-Vorrichtung 62 etwa 250°C.
Die SCR-Vorrichtung 64 kann stromabwärts der OC-Vorrichtung 62 angeordnet sein. Auf eine Weise ähnlich der OC-Vorrichtung 62 kann die SCR-Vorrichtung 64 beispielsweise ein Durchström-Keramik- oder -Metall-Monolithsubstrat aufweisen, das in eine Schale oder einen Kanister aus rostfreiem Stahl mit einem Einlass und einem Auslass in Fluidkommunikation mit der Abgasleitung 14 gepackt sein kann. Das Substrat kann eine daran aufgebrachte SCR-Katalysatorzusammensetzung aufweisen. Die SCR-Katalysatorzusammensetzung kann einen Zeolith sowie eine oder mehrere Basismetallkomponenten aufweisen, wie Eisen („Fe“), Kobalt („Co“), Kupfer („Cu“) oder Vanadium („V“), die effizient dazu dienen können, NOx-Bestandteile in dem Abgas 15 in der Anwesenheit eines Reduktionsmittels, wie Ammoniak, umzuwandeln. Die SCR-Vorrichtung 64 kann auch eine jeweilige Anspringtemperatur aufweisen, die die Temperatur repräsentiert, bei der die SCR-Vorrichtung 64 NOx-Bestandteile in dem Abgas 15 in Stickstoff umwandelt. Bei einer beispielhaften Ausführungsform beträgt die Anspringtemperatur der SCR-Vorrichtung 64 etwa 200°C.
Die PF-Vorrichtung 66 kann stromabwärts der SCR-Vorrichtung 64 angeordnet sein. Die PF-Vorrichtung 66 dient dazu, das Abgas 15 von Kohlenstoff und anderen Partikeln zu filtern. Bei verschiedenen Ausführungsformen kann die PF-Vorrichtung 66 unter Verwendung eines keramischen Wandströmungsmonolithfilters 70 aufgebaut sein, der in eine Schale oder einen Kanister gepackt sein kann, die/der beispielsweise aus rostfreiem Stahl aufgebaut ist und die/der einen Einlass und einen Auslass in Fluidkommunikation mit der Abgasleitung 14 besitzt. Der keramische Wandströmungsmonolithfilter 70 kann eine Mehrzahl sich längs erstreckender Durchgänge besitzen, die durch sich längs erstreckende Wände definiert sind. Die Durchgänge umfassen einen Untersatz von Einlassdurchgängen, die ein offenes Einlassende und ein geschlossenes Auslassende besitzen, sowie einen Untersatz von Auslassdurchgängen, die ein geschlossenes Einlassende und ein offenes Auslassende besitzen. Abgas 15, das in den Filter 70 durch die Einlassenden der Einlassdurchgänge eintritt, wird durch benachbarte, sich längs erstreckende Wände zu den Auslassdurchgängen getrieben. Durch diesen Wandströmungsmechanismus wird das Abgas 15 von Kohlenstoff und anderen Partikeln gefiltert. Die gefilterten Partikel werden an den sich längs erstreckenden Wänden der Einlassdurchgänge abgeschieden und besitzen mit der Zeit die Wirkung der Erhöhung des Abgasgegendrucks, dem der Verbrennungsmotor 12 ausgesetzt ist. Es sei angemerkt, dass der keramische Wandströmungsmonolithfilter lediglich beispielhafter Natur ist und dass der PF 66 andere Filtervorrichtungen aufweisen kann, wie gewickelte oder gepackte Faserfilter, offenzellige Schäume, gesinterte Metallfasern, etc. Die Zunahme des Abgasgegendrucks, der durch die Ansammlung von Abgasmaterial in dem Monolithfilter 70 bewirkt wird, erfordert typischerweise, dass die PF-Vorrichtung 66 periodisch gereinigt oder regeneriert wird. Die Regeneration betrifft die Oxidation oder das Verbrennen des angesammelten Kohlenstoffs und anderer Partikel typischerweise in einer Hochtemperaturumgebung (>600°).
Ein Steuermodul 80 ist funktional mit dem Motor 12 und dem Steuersystem 10 verbunden und überwacht den Motor 12 und das Steuersystem 10 durch eine Anzahl von Sensoren. Genauer zeigt 1 das Steuermodul 80 in Kommunikation mit einem Sauerstoffsensor 82, einem Temperatursensor 84, einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 86, dem Einlassluftmassenstromsensor 24, dem Drosselventil 36 und dem AGR-Ventil 60. Der Sauerstoffsensor 82 ist stromaufwärts der OC-Vorrichtung 62 und an einem Auslass 90 der Turbine 48 angeordnet. Der Sauerstoffsensor 82 ist zum Senden eines Signals an das Steuermodul 80 konfiguriert, das eine Sauerstoffkonzentration in dem Abgas 15 anzeigt. Der Temperatursensor 84 sendet elektrische Signale an das Steuermodul 80, die die Temperatur in der Abgasleitung 14 an dem Auslass 90 der Turbine 48 angeben. Das bedeutet, der Temperatursensor 84 gibt die stromaufwärtige Temperatur der OC-Vorrichtung 62 an. Der Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 86 gibt die Geschwindigkeit eines Fahrzeugs an (in 1 nicht gezeigt). Beispielsweise bestimmt bei einer Ausführungsform der Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 86 die Drehzahl einer Antriebswelle (nicht gezeigt), wobei ein Getriebe (nicht gezeigt) ein Motordrehmoment an die Antriebswelle überträgt, die die Räder des Fahrzeugs antreibt.
Das Steuermodul 80 kann eine Motorsteuereinheit („ECU“) oder ein Antriebsstrangsteuermodul („PCU“) sein, das eine Steuerlogik zur Berechnung eines Abgasdurchflusses aufweist und in der Abgasleitung 14 stromaufwärts der OC-Vorrichtung 62 angeordnet ist. Der Abgasdurchfluss basiert auf der Einlassluftmasse des Motors 12, die durch den Einlassluftmassenstromsensor 24 gemessen wird, wie auch einer Kraftstoffmassenströmung des Motors 12. Genauer wird die Abgasströmung des Motors 12 durch Addition der Einlassluftmasse des Motors 12 und der Kraftstoffmassenströmung des Motors 12 berechnet. Die Kraftstoffmassenströmung wird durch Summieren der Gesamtmenge von Kraftstoff gemessen, der in den Motor 12 über eine gegebene Zeitperiode eingespritzt wird. Die Kraftstoffmassenströmung wird zu dem Luftmassendurchfluss addiert, um den Abgasdurchfluss des Motors 12 zu berechnen. Der Abgasdurchfluss repräsentiert den Abgasdurchfluss an einem Einlass 92 der OC-Vorrichtung 62.
Das Steuermodul 80 weist eine Steuerlogik zur Bestimmung der Temperatur der OC-Vorrichtung 62 auf Grundlage des Temperatursensors 84 auf. Das Steuermodul 80 weist ferner eine Steuerlogik zur Bestimmung auf, ob die Temperatur der OC-Vorrichtung 62 einen Schwellenbetrag über der jeweiligen Anspringtemperatur der OC-Vorrichtung 62 liegt. Genauer beträgt beispielsweise bei einer Ausführungsform, wenn die Anspringtemperatur der OC-Vorrichtung 62 etwa 250°C ist, dann der Schwellenbetrag über der jeweiligen Anspringtemperatur der OC-Vorrichtung 62 etwa 30°C. Wenn sich die OC-Vorrichtung 62 über der Anspringtemperatur befindet, stellt dies sicher, dass ein Modulieren des Abgasdurchflusses in der Abgasleitung 14 keinen Abfall der OC-Vorrichtung 62 unter die Anspringtemperatur bewirkt.
Das Steuermodul 80 weist eine Steuerlogik zum Modulieren des Abgasdurchflusses in der Abgasleitung 14 auf Grundlage von zumindest dem Abgasdurchfluss, der an dem Einlass 92 der OC-Vorrichtung 62 berechnet wird, und der stromaufwärtigen Temperatur der OC-Vorrichtung 62 auf. Die Modulation des Abgasdurchflusses kann als ein Wärmemodulationsmodul („TMM“) bezeichnet werden. Genauer weist das Steuermodul 80 eine Steuerlogik zum Modulieren des Abgasdurchflusses in dem Falle auf, dass der berechnete Abgasdurchfluss unter einem Schwellenabgasdurchflusswert liegt und falls die OC-Vorrichtung 62 sich den Schwellenbetrag über der Anspringtemperatur befindet. Ein Speicher des Steuermoduls 80 speichert Werte für den jeweiligen Schwellenabgasdurchfluss und die Anspringtemperatur der OC-Vorrichtung 62. Bei einer beispielhaften Ausführungsform befindet sich der Schwellenabgasdurchfluss bei oder unterhalb etwa 200 kg/h, um den Wärmemodulationsmodus zu aktivieren.
Das Steuermodul 80 kann den Abgasdurchfluss in der Abgasleitung 14 unter Verwendung eines Motorlufteinlassmechanismus modulieren. Der Motorlufteinlassmechanismus kann ein Drosselventil 36 oder das AGR-Ventil 60 sein. Das Drosselventil 36 reguliert oder moduliert die Menge der Einlassluft 20, die in den Motor 12 eintritt. Dies bedeutet, das Drosselventil 36 moduliert oder oszilliert selektiv die Einlassluft 20 von dem Lufteinlassdurchgang 22 in den Motor 12, was seinerseits Oszillationen in dem Durchfluss des Abgases 15 erzeugt. Bei einer weiteren Vorgehensweise wird der Abgasdurchfluss durch einen Motorlufteinlassmechanismus moduliert, der das AGR-Ventil 60 ist. Dies bedeutet, das AGR-Ventil 60 moduliert selektiv die Menge des Abgases 15, die zurück in den Motor 12 rückgeführt wird.
Die Modulation des Abgases 15 kann unter Verwendung mehrerer verschiedener Vorgehensweisen erreicht werden. Bei einer Vorgehensweise kann der Abgasdurchfluss unter Verwendung des Einlassluftmassenstromsensors 24 moduliert werden. Genauer weist bei einer Regelungs-Methode unter Verwendung des Einlassluftmassenstromsensors 24 das Steuermodul 80 eine Steuerlogik zur Überwachung des Einlassluftmassenstromsensors 24 auf. Das Steuermodul 80 weist eine Steuerlogik zur Bestimmung der Einlassluftmasse des Motors 12 auf Grundlage des Einlassluftmassenstromsensors 24 auf. Das Steuermodul 80 weist auch eine Steuerlogik zur Aktivierung des Motorlufteinlassmechanismus (d.h. entweder des Drosselventils 36 oder des AGR-Ventils 60) auf, um die Einlassluftmasse zu modulieren, wobei die Modulation auf dem gegenwärtigen Wert der Einlassluftmasse des Motors 12 basiert. Beispielsweise kann bei einer Ausführungsform das Steuermodul 80 eine Steuerlogik zum periodischen Oszillieren der Einlassluftmasse zwischen 400 mg/Hub und 500 mg/Hub aufweisen.
Bei einer anderen Vorgehensweise weist das Steuermodul 80 eine Steuerlogik zur Steuerung des Motoreinlassluftmechanismus (d.h. entweder des Drosselventils 36 oder des AGR-Ventils 60) aufgrund eines spezifischen Einschaltverhältnisses auf. Beispielsweise weist bei einer Ausführungsform das Steuermodul 80 eine Steuerlogik zur Modulation der Luftströmung auf Grundlage eines Einschaltverhältnisses auf, wobei das Drosselventil 36 oder das AGR-Ventil 60 bei etwa 50 % der Zeit offen ist.
Bei einer noch weiteren Vorgehensweise wird der Abgasdurchfluss unter Verwendung entweder des Sauerstoffsensors 82 oder des Temperatursensors 84 mit einer Regelungsmethode moduliert. Genauer weist bei einer Vorgehensweise unter Verwendung des Sauerstoffsensors 82 das Steuermodul 80 eine Steuerlogik zur Überwachung des Sauerstoffsensors 82 in Bezug auf die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas 15 auf. Das Steuermodul 80 weist ferner eine Steuerlogik zur Berechnung der Einlassluftmasse des Motors 12 auf Grundlage der Sauerstoffkonzentration in dem Abgas 15 auf. Das Steuermodul 80 weist auch eine Steuerlogik zum Modulieren des Motorlufteinlassmechanismus (d.h. entweder des Drosselventils 36 oder des AGR-Ventils 60) auf Grundlage der Einlassluftmasse des Motors 12 auf, die aus der Sauerstoffkonzentration berechnet wird. Alternativ dazu weist bei einer anderen Ausführungsform das Steuermodul eine Steuerlogik zur Überwachung des Temperatursensors 84 in dem Abgas 15 in Bezug auf eine Abgastemperatur auf. Das Steuermodul 80 berechnet dann die Einlassluftmasse des Motors 12 auf Grundlage der Abgastemperatur. Das Steuermodul 80 moduliert den Motorlufteinlassmechanismus auf Grundlage der Einlassluftmasse des Motors 12, wobei die Einlassluftmasse des Motors 12 auf der Temperatur des Abgases 15 basiert.
Das Steuermodul 80 kann auch ein Schutzmerkmal aufweisen, das den Temperatursensor 84 überwacht und die Temperatur der OC-Vorrichtung 62 bestimmt. Das Steuermodul 80 weist eine Steuerlogik auf, um sicherzustellen, dass die Temperatur der OC-Vorrichtung 62 nicht unter die jeweilige Anspringtemperatur fällt. Genauer kann in dem Fall, dass das Steuermodul 80 bestimmt, dass die Temperatur der OC-Vorrichtung 62 innerhalb eines spezifischen Bereiches der Anspringtemperatur liegt, dann das Steuermodul 80 den Wärmemodulationsmodus deaktivieren und das Abgas 15 wird nicht mehr moduliert oder oszilliert.
Zusätzlich zu der Temperatur der OC-Vorrichtung 62 und dem Abgasdurchfluss kann das Steuermodul 80 genauso auch eine Steuerlogik zum Modulieren der Abgasströmung auf Grundlage anderer Variablen aufweisen. Beispielsweise weist das Steuermodul 80 eine Steuerlogik zur Überwachung des Fahrzeuggeschwindigkeitssensors 86 auf, um die Fahrzeuggeschwindigkeit zu bestimmen. In dem Fall, dass die Fahrzeuggeschwindigkeit unter eine Schwellengeschwindigkeit fällt, kann dann das Steuermodul 80 eine Steuerlogik zum Aktivieren des Wärmemodulationsmodus aufweisen. Beispielsweise weist bei einer Ausführungsform das Steuermodul 80 eine Steuerlogik zum Aktivieren des Wärmemodulationsmodus auf, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit bei oder unterhalb etwa 16 km/h (etwa 10 mph) liegt.
Bei einem anderen Beispiel weist das Steuermodul 80 eine Steuerlogik zum Überwachen des Motors 12 in Bezug auf eine Motorkraftstoffbelieferung auf. Genauer weist das Steuermodul 80 eine Steuerlogik zum Überwachen des Motors 12 in Bezug auf Motor-U/ min und -Kraftstoffbelieferung auf. Die Kraftstoffbelieferung des Motors 12 ist die Kraftstoffmenge, die in dem Motor 12 durch eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung (in 1 nicht gezeigt) eingeführt wird. Bei einer Ausführungsform kann die Kraftstoffbelieferung des Motors in Kubikzentimeter pro Hub gemessen werden (wobei Hub den Leistungshub pro Umdrehung repräsentiert). Der Speicher des Steuermoduls 80 weist eine Motorkalibrierungstabelle auf, die die Motordrehzahl (U/min) in Abhängigkeit der Motorkraftstoffbelieferung (cm³/Hub) aufweist. Bei einer beispielhaften Ausführungsform weist das Steuermodul 80 eine Steuerlogik zum Aktivieren des Wärmemodulationsmodus auf, falls die Motorkraftstoffbelieferung unterhalb eines Schwellenwerts liegt, der bei oder unterhalb 30 cm³/ Hub liegen kann.
Bei einem noch weiteren Beispiel weist das Steuermodul 80 eine Steuerlogik zur Überwachung des Motors 12 in Bezug auf Motordrehmoment auf. Genauer weist das Steuermodul 80 eine Steuerlogik zur Überwachung des Motors 12 in Bezug auf Motor-U/min und Motordrehmoment auf. Der Speicher des Steuermoduls 80 kann eine Kalibrierungstabelle für Motordrehmoment in Abhängigkeit von Motor-U/min aufweisen. Bei einer beispielhaften Ausführungsform weist das Steuermodul 80 eine Steuerlogik zum Aktivieren des Wärmemodulationsmodus auf, falls das Motordrehmoment unterhalb eines Schwellenwerts liegt, wie beispielsweise 50 Nm.
Das Steuermodul 80 kann den Abgasdurchfluss in der Abgasleitung 14 aufgrund einer Vielzahl verschiedener Gründe modulieren. Beispielsweise kann bei einer Ausführungsform der Wärmemodulationsmodus aktiviert werden, um zu helfen, erhöhte Temperaturen in der PF-Vorrichtung 66 während der Regeneration zu erzeugen. Dies bedeutet, bei einer Ausführungsform weist das Steuermodul 80 eine Steuerlogik zum Aktivieren des Wärmemodulationsmodus während der Regeneration der PF-Vorrichtung 66 auf. Der erhöhte Abgasdurchfluss erzeugt auch ein höheres Niveau an Sauerstoff in dem Abgas 15, was seinerseits genauso den Betrag an Oxidation oder Verbrennen des angesammelten Kohlenstoffs und anderer Partikel in der PF-Vorrichtung 66 während der Regeneration erhöht. Dies verbessert seinerseits die Kraftstoffwirtschaftlichkeit und Emissionen für den Motor 12, da sich eine Modulation des Abgasdurchflusses in weniger Zeit umsetzt, die zur Regeneration der PF-Vorrichtung erforderlich ist. Bei einer anderen Ausführungsform weist das Steuermodul 80 eine Steuerlogik zum Aktivieren des Wärmemodulationsmodus auf, falls die SCR-Vorrichtung 64 die jeweilige Anspring- oder Schwellentemperatur nicht erreicht oder erzielt hat. Der Wärmemodulationsmodus wird aktiviert, um erhöhte Temperaturen in der SCR-Vorrichtung 64 zu erzeugen, was seinerseits die SCR-Vorrichtung 64 beim schnelleren Erreichen eines Anspringens unterstützt.
Es wird nun ein Verfahren zum Betrieb des Steuersystems 10 erläutert. Bezug nehmend auf 2 ist ein beispielhaftes Prozessflussdiagramm, das einen beispielhaften Prozess zum Betrieb des Steuersystems 10 zeigt, allgemein durch Bezugszeichen 200 angegeben. Der Prozess 200 beginnt bei Schritt 202, bei dem ein Steuermodul 80 eine Steuerlogik zur Überwachung eines Temperatursensors 84 aufweist, um eine stromaufwärtige Temperatur einer OC-Vorrichtung 62 zu bestimmen. Der Prozess 200 kann dann mit Schritt 204 fortfahren.
Bei Schritt 204 weist das Steuermodul eine Steuerlogik zur Bestimmung der Temperatur der OC-Vorrichtung 62 auf Grundlage des Temperatursensors 84 auf. Das Steuermodul 80 weist ferner eine Steuerlogik zur Bestimmung auf, ob die Temperatur der OC-Vorrichtung 62 einen Schwellenbetrag über der jeweiligen Anspringtemperatur der OC-Vorrichtung 62 liegt. Genauer beträgt beispielsweise bei einer Ausführungsform, wenn die Anspringtemperatur der OC-Vorrichtung 62 etwa 250°C ist, dann der Schwellenbetrag über der jeweiligen Anspringtemperatur der OC-Vorrichtung 62 etwa 30°C. In dem Fall, dass sich die OC-Vorrichtung 62 nicht über dem Schwellenbetrag befindet, kehrt der Prozess 200 dann zu Schritt 202 zurück. In dem Fall, dass sich die OC-Vorrichtung 62 über dem Schwellenbetrag befindet, kann der Prozess 200 dann mit Schritt 206 fortfahren.
Bei Schritt 206 weist das Steuermodul 80 eine Steuerlogik zum Überwachen eines Einlassluftmassenstromsensors 24 auf. Das Steuermodul 80 weist auch eine Steuerlogik zum Berechnen eines Abgasdurchflusses auf, der in der Abgasleitung 14 stromaufwärts der OC-Vorrichtung 62 angeordnet ist. Der Abgasdurchfluss basiert auf der Einlassluftmasse des Motors 12, die durch den Einlassluftmassenstromsensor 24 gemessen wird, wie auch einem Kraftstoffmassenstrom des Motors 12. Bei einer anderen Ausführungsform kann der Prozess 200 dann mit Schritt 208 fortfahren.
Bei Schritt 208 weist das Steuermodul 80 eine Steuerlogik zur Bestimmung auf, ob der Abgasdurchfluss unterhalb eines Schwellenwerts liegt. In dem Fall, dass der Abgasdurchfluss über dem Schwellenwert liegt, kehrt der Prozess 200 zu Schritt 206 zurück. In dem Fall, dass der Abgasdurchfluss unterhalb eines Schwellenwerts liegt, kann der Prozess 200 dann mit Schritt 210 fortfahren.
Bei Schritt 210 weist das Steuermodul 80 eine Steuerlogik zur Überwachung des Motors 12 in Bezug auf Motorkraftstoffbelieferung und zum Bestimmen auf, ob die Motorkraftstoffbelieferung unterhalb eines Schwellenwerts liegt. Es sei angemerkt, dass bei zumindest einigen Ausführungsformen der Schritt 210 optional ist und weggelassen werden kann. Bei einer Ausführungsform liegt der Schwellenwert für die Motorkraftstoffbelieferung bei oder unterhalb 30 cm³/min. In dem Fall, dass die Motorkraftstoffbelieferung nicht unterhalb des Schwellenwerts liegt, kann der Prozess 200 zu Schritt 206 zurückkehren. In dem Fall, dass die Motorkraftstoffbelieferung unterhalb des Schwellenwerts liegt, kann der Prozess 200 dann mit Schritt 212 fortfahren.
Bei Schritt 212 weist das Steuermodul 80 eine Steuerlogik zum Überwachen des Motors 12 in Bezug auf Motordrehmoment und zum Bestimmen auf, ob das Motordrehmoment unterhalb eines Schwellenwerts liegt. Es sei angemerkt, dass in zumindest einigen Ausführungsformen der Schritt 212 optional ist und weggelassen werden kann. In dem Fall, dass das Motordrehmoment nicht unterhalb des Schwellenwerts liegt, kann der Prozess 200 zu Schritt 206 zurückkehren. In dem Fall, dass das Motordrehmoment unterhalb des Schwellenwerts liegt, kann dann der Prozess 200 mit Schritt 214 fortfahren.
Bei Schritt 214 weist das Steuermodul eine Steuerlogik zum Überwachen eines Fahrzeuggeschwindigkeitssensors 86 auf, um eine Fahrzeuggeschwindigkeit zu bestimmen, und weist eine Steuerlogik zum Bestimmen auf, ob die Fahrzeuggeschwindigkeit unter eine Schwellengeschwindigkeit fällt. Es sei angemerkt, dass der Schritt 214 optional ist und bei einigen Ausführungsformen weggelassen werden kann. In dem Fall, dass die Fahrzeuggeschwindigkeit nicht unter die Schwellengeschwindigkeit abfällt, kann der Prozess 200 zu Schritt 206 zurückkehren. In dem Fall, dass die Fahrzeuggeschwindigkeit unter die Schwellengeschwindigkeit abfällt, kann der Prozess 200 dann zu Schritt 216 fortfahren.
Bei Schritt 216 weist das Steuermodul 80 eine Steuerlogik zum Modulieren des Abgasdurchflusses in der Abgasleitung 14 unter Verwendung eines Motorlufteinlassmechanismus auf. Der Motorlufteinlassmechanismus kann ein Drosselventil 36 oder ein AGR-Ventil 60 sein. Mit anderen Worten ist der Wärmemodulationsmodus aktiviert. Der Prozess 200 kann dann enden.

Claims

Steuersystem (10) für einen Verbrennungsmotor (12), umfassend: eine Abgasleitung (14) in Fluidkommunikation mit dem Verbrennungsmotor (12), die derart konfiguriert ist, ein Abgas (15) von dem Verbrennungsmotor (12) aufzunehmen; eine Oxidationskatalysator-(„OC“-)Vorrichtung (62) in Fluidkommunikation mit der Abgasleitung (14), wobei die OC-Vorrichtung (62) eine OC-Anspringtemperatur aufweist, und wobei die OC-Vorrichtung (62) selektiv auf die Anspringtemperatur aktiviert wird, um eine Oxidation des Abgases (15) zu bewirken; einen Temperatursensor (84), der in der Abgasleitung (14) stromaufwärts der OC-Vorrichtung (62) angeordnet ist, wobei der Temperatursensor (84) eine Abgastemperatur überwacht; einen Einlassluftmassenstromsensor (24) zum Messen einer Luftmasse, die in den Verbrennungsmotor (12) eintritt; einen Motorlufteinlassmechanismus, der selektiv aktiviert wird, um die in den Verbrennungsmotor (12) eintretende Luftmasse zu modulieren; und ein Steuermodul (80) in Kommunikation mit dem Temperatursensor (84), dem Einlassluftmassenstromsensor (24) und dem Motorlufteinlassmechanismus, wobei das Steuermodul (80) einen Speicher zum Speichern eines Schwellen-Abgasdurchflusses aufweist, umfassend: eine Steuerlogik zum Überwachen des Einlassluftmassenstromsensors (24) und zum Berechnen eines Abgasdurchflusses auf Grundlage der Luftmasse; eine Steuerlogik zum Überwachen des Temperatursensors (84) in Bezug auf die Abgastemperatur und zum Berechnen einer Temperatur der OC-Vorrichtung (62) auf Grundlage der Abgastemperatur an der OC-Vorrichtung (62); eine Steuerlogik zum Bestimmen, ob die Temperatur der OC-Vorrichtung (62) einen Schwellenbetrag über der Anspringtemperatur der OC-Vorrichtung (62) liegt; und eine Steuerlogik zum Aktivieren des Motorlufteinlassmechanismus, um die Luftmasse zu modulieren, falls der Abgasdurchfluss unterhalb des Schwellenabgasdurchflusses liegt und falls die Temperatur der OC-Vorrichtung (62) den Schwellenbetrag über der Anspringtemperatur der OC-Vorrichtung (62) liegt.
Steuersystem (10) nach Anspruch 1, wobei der Motorlufteinlassmechanismus ein Abgasrückführungs-(„AGR“-)Ventil (60) oder ein Drosselventil (36) ist.
Steuersystem (10) nach Anspruch 1, wobei das Steuermodul (80) eine Steuerlogik zum Aktivieren des Motorlufteinlassmechanismus auf Grundlage eines gegenwärtigen Wertes der Luftmasse aufweist.
Steuersystem (10) nach Anspruch 1, wobei das Steuermodul (80) eine Steuerlogik zum Steuern des Motoreinlassluftmechanismus auf Grundlage eines spezifischen Einschaltverhältnisses aufweist.
Steuersystem (10) nach Anspruch 1, wobei das Steuermodul (80) in Kommunikation mit einem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor (86) steht, und wobei das Steuermodul (80) eine Steuerlogik zum Bestimmen einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs auf Grundlage eines von dem Fahrzeuggeschwindigkeitssensor (86) gesendeten Signals aufweist.
Steuersystem (10) nach Anspruch 5, wobei das Steuermodul (80) eine Steuerlogik zum Bestimmen aufweist, ob die Geschwindigkeit des Fahrzeugs unterhalb einer Schwellenfahrzeuggeschwindigkeit liegt, und wobei das Steuermodul (80) eine Steuerlogik zum Aktivieren des Motorlufteinlassmechanismus aufweist, um die Luftmasse zu modulieren, falls die Geschwindigkeit des Fahrzeugs unter der Schwellenfahrzeuggeschwindigkeit liegt.
Steuersystem (10) nach Anspruch 1, wobei das Steuermodul (80) eine Steuerlogik zum Überwachen des Verbrennungsmotors (12) in Bezug auf eine Motor-U/min und eine Motorkraftstoffbelieferung aufweist, wobei das Steuermodul (80) eine Steuerlogik zum Aktivieren des Motorlufteinlassmechanismus aufweist, um die Luftmasse zu modulieren, falls die Motorkraftstoffbelieferung unterhalb eines Schwellenkraftstoffbelieferungswerts liegt.
Steuersystem (10) nach Anspruch 1, wobei das Steuermodul (80) eine Steuerlogik zum Überwachen des Verbrennungsmotors (12) in Bezug auf eine Motor-U/min und ein Motordrehmoment aufweist, wobei das Steuermodul (80) eine Steuerlogik zum Aktivieren des Motorlufteinlassmechanismus aufweist, um die Luftmasse zu modulieren, falls das Motordrehmoment unterhalb eines Schwellendrehmomentwerts liegt.
Verfahren zum Steuern eines Verbrennungsmotors (12), umfassend: Bereitstellen einer Oxidationskatalysator-(„OC“-)Vorrichtung (62) in Fluidkommunikation mit einer Abgasleitung (14), wobei die OC-Vorrichtung (62) eine OC-Anspringtemperatur besitzt, und wobei die OC-Vorrichtung (62) selektiv auf die Anspringtemperatur aktiviert wird, um eine Oxidation eines Abgases (15) zu bewirken; Überwachen einer Abgastemperatur durch einen Temperatursensor (84), wobei der Temperatursensor (84) in der Abgasleitung (14) stromaufwärts der OC-Vorrichtung (62) platziert ist; Messen einer in den Verbrennungsmotor (12) eintretenden Luftmasse durch einen Einlassluftmassenstromsensor (24); Bereitstellen eines Motorlufteinlassmechanismus, der selektiv aktiviert wird, um die in den Verbrennungsmotor (12) eintretende Luftmasse zu modulieren; Überwachen des Einlassluftmassenstromsensors (24) und Berechnen eines Abgasdurchflusses auf Grundlage der Luftmasse durch ein Steuermodul (80); Berechnen einer Temperatur der OC-Vorrichtung (62) auf Grundlage der Abgastemperatur an der OC-Vorrichtung (62) durch das Steuermodul (80); Bestimmen, ob die Temperatur der OC-Vorrichtung (62) einen Schwellenbetrag über der Anspringtemperatur der OC-Vorrichtung (62) liegt, durch das Steuermodul (80); und Aktivieren des Motorlufteinlassmechanismus, um die Luftmasse zu modulieren, falls der Abgasdurchfluss unter einem Schwellenabgasdurchfluss liegt, der in einem Speicher des Steuermoduls (80) gespeichert ist, und falls die Temperatur der OC-Vorrichtung (62) den Schwellenbetrag über der Anspringtemperatur der OC-Vorrichtung (62) liegt.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Motorlufteinlassmechanismus ein Abgasrückführungs-(„AGR“-)Ventil (60) oder ein Drosselventil (36) ist.