DE102008047138B4

DE102008047138B4 - In Zonen aufgeteilter elektrisch beheizter Partikelmaterialfilter für hohe Abgastemperatur und Verfahren zu seiner Regeneration

Info

Publication number: DE102008047138B4
Application number: DE102008047138.0A
Authority: DE
Inventors: Eugene V. Gonze; Michael J. Paratore jun.; Garima Bhatia
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2007-09-18
Filing date: 2008-09-15
Publication date: 2019-04-18
Anticipated expiration: 2028-09-16
Also published as: CN101392678A; US9140159B2; DE102008047138A1; CN101392678B; US20090071126A1

Abstract

System umfassend:
einen Partikelmaterial(PM)-Filter (34), der ein stromaufwärts befindliches Ende zum Aufnehmen von Abgas und ein stromabwärts befindliches Ende umfasst;
eine elektrische Heizvorrichtung (35), die beabstandet von dem stromaufwärts befindlichen Ende oder mit diesem in Kontakt stehend angeordnet ist; und
ein Steuermodul (44), das eine Abgastemperatur über eine Rußoxidationstemperatur anhebt, bevor es die elektrische Heizvorrichtung (35) zum Regenerieren von stromabwärts befindlichen Teilen des PM-Filters aktiviert, dadurch gekennzeichnet,
dass die Rußoxidationstemperatur 550°C beträgt,
dass die elektrische Heizvorrichtung (34) N Zonen umfasst, wobei N eine ganze Zahl größer als eins ist, wobei eine zentrale Zone von einem radial außerhalb der zentralen Zone umlaufenden ersten Band von Zonen umgeben ist, das wiederum von einem radial außerhalb des ersten Bands von Zonen umlaufenden zweiten Band von Zonen umgeben ist, und
dass das Steuermodul (44) durch Aktivieren einer ausgewählten der N Zonen Regeneration auslöst.

Description

Gebiet
Die vorliegende Offenbarung betrifft Partikelmaterial(PM)-Filter und insbesondere in Zonen aufgeteilte elektrisch beheizte PM-Filter für hohe Abgastemperatur.
Hintergrund
Die Angaben in diesem Abschnitt sehen lediglich Hintergrundinformationen bezüglich der vorliegenden Offenbarung vor und stellen eventuell nicht den Stand der Technik dar.
Brennkraftmaschinen wie Dieselbrennkraftmaschinen erzeugen Partikelmaterial (PM), das durch einen PM-Filter aus Abgas gefiltert wird. Der PM-Filter ist in einer Abgasanlage der Brennkraftmaschine angeordnet. Der PM-Filter senkt die Emission von PM, das während Verbrennung erzeugt wird.
Im Laufe der Zeit wird der PM-Filter voll. Während Regeneration kann das PM in dem PM-Filter verbrannt werden. Die Regeneration kann das Erwärmen des PM-Filters auf eine Verbrennungstemperatur des PM umfassen. Es gibt verschiedene Möglichkeiten des Durchführens von Regeneration, einschließlich Abwandeln einer Brennkraftmaschinensteuerung, Verwenden eines Kraftstoffbrenners, Verwenden eines katalytischen Oxidationsmittels zum Anheben der Abgastemperatur mit Nacheinspritzung von Kraftstoff, Verwenden von Widerstandsheizspulen und/oder Verwenden von Mikrowellenenergie. Die Widerstandsheizspulen sind typischerweise in Kontakt mit dem PM-Filter angeordnet, um ein Beheizen sowohl durch Leitung als auch Konvektion zu ermöglichen.
Diesel-PM verbrennt, wenn Temperaturen über einer Verbrennungstemperatur, beispielsweise 600°C, erreicht werden. Der Start der Verbrennung bewirkt einen weiteren Temperaturanstieg. Während fremdgezündete Brennkraftmaschinen typischerweise niedrige Sauerstoffwerte im Abgasstrom aufweisen, weisen Dieselbrennkraftmaschinen signifikant höhere Sauerstoffwerte auf. Während die erhöhten Sauerstoffwerte eine schnelle Regeneration des PM-Filters möglich machen, können sie auch einige Probleme aufwerfen.
PM-Reduktionssysteme, die Kraftstoff verwenden, pflegen die Kraftstoffwirtschaftlichkeit zu mindern. Viele auf Kraftstoff beruhende PM-Reduktionssysteme mindern die Kraftstoffwirtschaftlichkeit zum Beispiel um 5%. Elektrisch beheizte PM-Reduktionssysteme mindern die Kraftstoffwirtschaftlichkeit um einen vernachlässigbaren Betrag. Eine Langlebigkeit der elektrisch beheizten PM-Reduktionssysteme ist aber schwierig zu verwirklichen.
Die DE 601 19 300 T2 offenbart ein System gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 6. Weiterer Stand der Technik ist bekannt aus US 4 655 037 A , DE 195 33 355 A1 , DE 32 05 810 A1 , DE 601 31 590 T2 , US 5 746 989 A , US 6 090 172 A , US 4 516 993 A und US 6 572 682 B2 .
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes System bzw. ein verbessertes Verfahren zur Regeneration eines PF-Filters bereitzustellen.
Zusammenfassung
Die Aufgabe wird durch ein System mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen und Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Ein erfindungsgemäßes System umfasst einen Partikelmaterial(PM)-Filter mit einem stromaufwärts befindlichen Ende zum Aufnehmen von Abgas und einem stromabwärts befindlichen Ende. Eine elektrische Heizvorrichtung ist beabstandet von oder in Kontakt mit dem stromaufwärts befindlichen Ende angeordnet. Ein Steuermodul hebt eine Abgastemperatur über eine Rußoxidationstemperatur an, bevor es die elektrische Heizvorrichtung zum Regenerieren von stromabwärts befindlichen Teilen des PM-Filters aktiviert.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren umfasst das Vorsehen eines Partikelmaterial(PM)-Filters, der ein stromaufwärts befindliches Ende zum Aufnehmen von Abgas und ein stromabwärts befindliches Ende umfasst; das Anordnen einer elektrischen Heizvorrichtung, die von dem stromaufwärts befindlichen Ende beabstandet ist oder mit diesem in Kontakt steht; das Anheben einer Abgastemperatur über eine Rußoxidationstemperatur vor dem Aktivieren der elektrischen Heizvorrichtung zum Regenerieren von stromabwärts der einen der N Zonen befindlichen Teilen des PM-Filters.
Weitere Gebiete der Anwendbarkeit gehen aus der hierin vorgesehenen Beschreibung hervor. Es versteht sich, dass die Beschreibung und spezifischen Beispiele lediglich dem Zweck der Veranschaulichung dienen.
Figurenliste
Die hierin beschriebenen Zeichnungen dienen lediglich dem Zwecke der Veranschaulichung.

1 ist ein Funktionsblockdiagramm einer beispielhaften Brennkraftmaschine, die einen Partikelmaterial(PM)-Filter mit einer in Zonen aufgeteilten Einlassheizvorrichtung umfasst;
2 zeigt eine beispielhafte nichterfindungsgemäße Zonenaufteilung einer in Zonen aufgeteilten Einlassheizvorrichtung des elektrisch beheizten Partikelmaterial(PM)-Filters von 1 näher;
3 zeigt eine beispielhafte erfindungsgemäße Zonenaufteilung der in Zonen aufgeteilten Einlassheizvorrichtung des elektrisch beheizten PM-Filters von 1 näher;
4 zeigt eine beispielhafte Widerstandsheizvorrichtung in einer der Zonen der in Zonen aufgeteilten Einlassheizvorrichtung von 3;
5 zeigt den elektrisch beheizten PM-Filter, der eine in Zonen aufgeteilte elektrische Heizvorrichtung aufweist;
6 zeigt Beheizen in der in Zonen aufgeteilten elektrischen Heizvorrichtung;
7 ist ein Flussdiagramm, das beispielhafte Schritte zeigt, die von dem Steuermodul zum Anheben von Abgastemperatureintrag zu dem elektrisch beheizten PM-Filter vor Starten von Regeneration ausgeführt werden; und
8 ist ein Flussdiagramm, das beispielhafte Schritte zum Regenerieren einer in Zonen aufgeteilten elektrischen Heizvorrichtung, die einem PM-Filter zugeordnet ist, zeigt.

Eingehende Beschreibung
Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur. Es versteht sich, dass in den gesamten Zeichnungen entsprechende Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile und Merkmale bezeichnen.
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.
Die vorliegende Offenbarung hebt die Abgastemperatur in beliebiger geeigneter Weise an, bevor die Regeneration mit Hilfe einer elektrischen Heizvorrichtung zum Ermöglichen einer stabileren PM-Filterregeneration ausgeführt wird. Erfindungsgemäß wird die Einlassabgastemperatur über eine Rußoxidationstemperatur angehoben werden. Die Temperatur des in einen Einlass des PM-Filters eindringenden Abgases kann durch Abwandeln einer Brennkraftmaschinensteuerung, Verwenden eines Kraftstoffbrenners, Verwenden eines katalytischen Oxidationsmittels zum Anheben der Abgastemperatur mit Nacheinspritzung von Kraftstoff und/oder Verwenden beliebiger anderer geeigneter Vorgehensweisen angehoben werden.
Die Abgastemperatur wird erfindungsgemäß auf eine Temperatur über 550°C angehoben. Dieser Temperaturbereich ist größer als oder gleich einer typischen Rußoxidationstemperatur und höher als die natürliche Abgastemperatur. Diese Temperatur kann unter der Regenerationstemperatur liegen.
Sobald die Temperatur des Abgaseintrags zu dem PM-Filter gestiegen ist, löst die elektrische Heizvorrichtung Regeneration aus. Eine in Zonen aufgeteilte elektrische Heizvorrichtung kann zum Beispiel beheizte Zonen aktivieren, was ein Ausbreiten einer Rußverbrennungswelle den PM-Filterkanal hinter bewirkt, was den Filter reinigt. Dieser Prozess dauert an, bis alle Heizvorrichtungszonen regeneriert sind. Wenn PM-Filterregenerationen mit einer Einlassabgastemperatur in dem hierin beschriebenen erhöhten Temperaturbereich ablaufen, ist es weniger wahrscheinlich, dass die Verbrennungsflammenfronten ausgelöscht werden. Die gestiegene Einlassabgastemperatur erzeugt auch ein kleineres Temperaturdelta, was Wärmespannungskräfte mindert. Die Regeneration erfolgt auch schneller.
Die elektrische Heizvorrichtung ist in Zonen aufgeteilt. Die elektrische Heizvorrichtung kann mit dem PM-Filter in Kontakt stehen oder von diesem beabstandet sein. Die Heizvorrichtung beheizt selektiv den gesamten PM-Filter oder Teile desselben. Der PM-Filter kann mit der Vorderseite des PM-Filters in Kontakt stehen oder nahe genug an dieser angebracht sein, um das Heizmuster zu steuern. Die Länge der Heizvorrichtung kann zum Optimieren der Abgastemperatur festgelegt werden.
Wärmeenergie wird von der Heizvorrichtung zu dem PM-Filter übertragen. Der PM-Filter kann durch Konvektion und/oder Leitung beheizt werden. Die elektrische Heizvorrichtung kann in Zonen unterteilt sein, um die zum Beheizen des PM-Filters erforderliche elektrische Leistung zu verringern. Die Zonen beheizen auch ausgewählte stromabwärts befindliche Teile in dem PM-Filter. Durch Beheizen nur der ausgewählten Teile des Filters wird die Größenordnung von Kräften in dem Substrat aufgrund von Wärmeausdehnung verringert. Dadurch können höhere örtlich begrenzte Rußtemperaturen während der Regeneration verwendet werden, ohne den PM-Filter zu beschädigen.
Der PM-Filter kann durch selektives Beheizen einer oder mehrerer der Zonen vor dem PM-Filter und durch Zünden des Rußes mit Hilfe des erwärmten Abgases regeneriert werden. Sobald eine ausreichende Stirnseitentemperatur erreicht ist, kann die Heizvorrichtung abgeschaltet werden und der brennende Ruß wandert dann kaskadenartig die Länge des PM-Filterkanals hinab, was einer brennenden Zündschnur an einem Feuerwerkskörper ähnelt. Der brennende Ruß ist der Kraftstoff, der die Regeneration fortführt. Dieser Prozess wird für jede Heizzone fortgesetzt, bis der PM-Filter vollständig regeneriert ist.
Die Heizvorrichtungszonen können so beabstandet sein, dass zwischen aktiven Heizvorrichtungen die Wärmespannung gemindert wird. Daher sind die Gesamtspannungskräfte aufgrund des Beheizens kleiner und über das Volumen des gesamten elektrisch beheizten PM-Filters verteilt. Diese Vorgehensweise ermöglicht Regeneration in größeren Segmenten des elektrisch beheizten PM-Filters, ohne Wärmespannungen zu erzeugen, die den elektrisch beheizten PM-Filter beschädigen.
Ein größter Temperaturgradient pflegt an Kanten der Heizvorrichtungen aufzutreten. Daher ermöglicht das Aktivieren einer Heizvorrichtung hinter die örtlich begrenzte Spannungszone einer anderen Heizvorrichtung ein aktiver beheiztes Regenerationsvolumen ohne Anstieg der Gesamtspannung. Dies pflegt die Regenerationsmöglichkeit in einem Fahrzyklus zu verbessern und verringert Kosten und Komplexität, da das System nicht so viele Zonen unabhängig regenerieren muss.
Unter Bezug nun auf 1 ist ein beispielhaftes Dieselbrennkraftmaschinensystem 10 schematisch gezeigt. Es versteht sich, dass das Dieselbrennkraftmaschinensystem 10 lediglich beispielhafter Natur ist und dass das hierin beschriebene Regenerationssystem mit einem in Zonen aufgeteilten beheizten Partikelfilter in verschiedenen Brennkraftmaschinensystemen implementiert werden kann, die einen Partikelfilter verwenden. Solche Brennkraftmaschinensysteme können Brennkraftmaschinensysteme mit Benzindirekteinspritzung und Brennkraftmaschinensysteme mit homogener Kompressionszündung umfassen, sind aber nicht hierauf beschränkt. Zur Erleichterung der Erläuterung wird die Offenbarung im Zusammenhang mit einem Dieselbrennkraftmaschinensystem erläutert.
Ein turboaufgeladenes Dieselbrennkraftmaschinensystem 10 umfasst eine Brennkraftmaschine 12, die ein Luft- und Kraftstoff-Gemisch verbrennt, um Antriebsdrehmoment zu erzeugen. Die Luft tritt durch Strömen durch einen Luftfilter 14 in das System ein. Luft dringt durch den Luftfilter 14 und wird in einen Turbolader 18 gesaugt. Der Turbolader 18 verdichtet die in das System 10 eintretende Frischluft. Je größer die Verdichtung der Luft allgemein ist, umso größer ist die Ausgangsleistung der Brennkraftmaschine 12. Die verdichtete Luft tritt dann durch einen Luftkühler 20, bevor sie in einen Ansaugkrümmer 22 eintritt.
Die Luft in dem Ansaugkrümmer 22 wird in Zylinder 26 verteilt. Obwohl vier Zylinder 26 dargestellt sind, können die Systeme und Verfahren der vorliegenden Offenbarung in Brennkraftmaschinen mit mehreren Zylindern ausgeführt sein, einschließlich, aber nicht ausschließlich mit 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10 und 12 Zylindern. Es versteht sich auch, dass die Systeme und Verfahren der vorliegenden Offenbarung in einer V-Zylinderkonfiguration ausgeführt sein können. Kraftstoff wird durch Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 28 in die Zylinder 26 eingespritzt. Wärme von der verdichteten Luft zündet das Luft/Kraftstoff-Gemisch. Eine Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemischs erzeugt Abgas. Das Abgas tritt aus den Zylindern 26 in die Abgasanlage ein.
Die Abgasanlage umfasst einen Abgaskrümmer 30, einen Dieseloxidationskatalysator (DOC) 32 und eine Partikelmaterial(PM)-Filteranordnung 34 mit einer Einlassheizvorrichtung 35. Die Heizvorrichtung 35 kann in Zonen aufgeteilt sein. Optional führt ein AGR-Ventil (nicht gezeigt) einen Teil des Abgases wieder in den Ansaugkrümmer 22 zurück. Der Rest des Abgases wird in den Turbolader 18 geleitet, um eine Turbine anzutreiben. Die Turbine erleichtert die Verdichtung der von dem Luftfilter 14 aufgenommenen Frischluft. Das Abgas strömt aus dem Turbolader 18 durch den DOC 32, durch die Heizvorrichtung 35 und in die PM-Filteranordnung 34. Der DOC 32 oxidiert das Abgas auf der Grundlage des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses nach der Verbrennung. Das Ausmaß der Oxidation erhöht die Temperatur des Abgases. Die PM-Filteranordnung 34 empfängt Abgas von dem DOC 32 und filtert jegliche in dem Abgas vorhandenen Rußpartikel heraus. Die Einlassheizvorrichtung 35 steht mit der PM-Filteranordnung 34 in Kontakt oder ist von dieser beabstandet und erwärmt das Abgas auf eine Regenerationstemperatur, wie später beschrieben wird.
Ein Steuermodul 44 steuert die Brennkraftmaschine und die PM-FilterRegeneration auf der Grundlage verschiedener erfasster Informationen. Genauer gesagt schätzt das Steuermodul 44 die Beladung der PM-Filteranordnung 34. Wenn die geschätzte Beladung bei einem vorbestimmten Wert liegt und der Abgasdurchfluss innerhalb eines Sollbereichs liegt, kann über eine Stromquelle 46 elektrischer Strom zu der PM-Filteranordnung 34 geleitet werden, um den Regenerationsprozess einzuleiten. Die Dauer des Regenerationsprozesses kann auf der Grundlage der geschätzten Menge an Partikelmaterial in der PM-Filteranordnung 34 verändert werden.
Elektrischer Strom wird während des Regenerationsprozesses an der Heizvorrichtung 35 angelegt. Genauer gesagt kann die Energie ausgewählte Zonen der Heizvorrichtung 35 der PM-Filteranordnung 34 jeweils über vorbestimmte Zeitspannen erwärmen. Durch die Heizvorrichtung 35 tretendes Abgas wird durch die aktivierten Zonen erwärmt. Das erwärmte Abgas strömt zu dem stromabwärts befindlichen Filter der PM-Filteranordnung 34 und erwärmt den Filter durch Konvektion und/oder Leitung. Der Rest des Regenerationsprozesses wird unter Verwendung der Wärme, die durch das durch den PM-Filter tretende erwärmte Abgas erzeugt wird, verwirklicht.
Das Steuermodul kann die Temperatur des in einen Einlass des PM-Filters eindringenden Abgases mit Hilfe jeder geeigneten Vorgehensweise anheben. Zum Beispiel kann die Brennkraftmaschinensteuerung die Brennkraftmaschinensteuerung, beispielsweise die Steuerzeiten und/oder die Menge des den Zylindern zugeführten Kraftstoffs, abwandeln. Alternativ kann ein Kraftstoffbrenner 47 verwendet werden. Der Kraftstoffbrenner 47 kann in dem Abgas angeordnet sein und kann selektiv Kraftstoff in das Abgas zwischen der Brennkraftmaschine und dem PM-Filter einbringen. Alternativ kann das katalytische Oxidationsmittel zum Anheben der Abgastemperatur mit Nacheinspritzung von Kraftstoff verwendet werden. Überschüssiger Kraftstoff kann mit anderen Worten während des Auspuffteils des Zyklus eingespritzt werden.
Unter Bezug nun auf 2 wird eine beispielhafte in Zonen aufgeteilte Einlassheizelementvorrichtung 35 für die PM-Filteranordnung 34 näher gezeigt. Die elektrisch beheizte PM-Filteranordnung 34 ist beabstandet von der PM-Filteranordnung 34 angeordnet oder steht mit dieser in Kontakt. Die PM-Filteranordnung 34 umfasst mehrere beabstandete Heizvorrichtungszonen, die Zone 1 (mit Unterzonen 1A, 1B und 1C), Zone 2 (mit Unterzonen 2A, 2B und 2C) und Zone 3 (mit Unterzonen 3A, 3B und 3C) umfassen. Die Zonen 1, 2 und 3 können während unterschiedlicher jeweiliger Zeiträume aktiviert werden.
Wenn Abgas durch die aktivierten Zonen der Heizvorrichtung strömt, kommt es zu Regeneration in den entsprechenden Teilen des PM-Filters, die zuerst das erwärmte Abgas aufnahmen (z.B. Bereiche, die sich stromabwärts der aktivierten Zonen befinden), oder in stromabwärts befindlichen Bereichen, die durch den sich kaskadenartig ausbreitenden brennenden Ruß entzündet werden. Die entsprechenden Teile des PM-Filters, die sich nicht stromabwärts einer aktivierten Zone befinden, dienen als Spannungsminderungszonen. In 2 sind zum Beispiel die Unterzonen 1A, 1B und 1C aktiviert und die Unterzonen 2A, 2B, 2C, 3A, 3B und 3C dienen als Spannungsminderungszonen.
Während des Beheizens und Abkühlens dehnen sich die entsprechenden Teile des PM-Filters stromabwärts der aktiven Unterzonen 1A, 1B und 1C der Heizvorrichtung thermisch aus und ziehen sich thermisch zusammen. Die Spannungsminderungsunterzonen 2A und 3A, 2B und 3B sowie 2C und 3C mindern eine durch das Ausdehnen und Zusammenziehen der Heizvorrichtungsunterzonen 1A, 1B und 1C bewirkte Spannung. Nachdem Zone 1 die Regeneration beendet hat, kann Zone 2 aktiviert werden und die Zonen 1 und 3 dienen als Spannungsminderungszonen. Nachdem Zone 2 die Regeneration beendet hat, kann Zone 3 aktiviert werden und die Zonen 1 und 2 dienen als Spannungsminderungszonen.
Unter Bezug nun auf 3 wird eine andere beispielhafte Anordnung einer in Zonen aufgeteilte Einlassheizvorrichtung gezeigt. Ein zentraler Teil kann von einer mittleren Zone umgeben sein, die ein erstes umlaufendes Band von Zonen umfasst. Der mittlere Teil kann von einem äußeren Teil umgeben sein, der ein zweites umlaufendes Band von Zonen umfasst.
In diesem Beispiel umfasst der zentrale Teil Zone 1. Das erste umlaufende Band von Zonen umfasst die Zonen 2 und 3. Das zweite umlaufende Band von Zonen umfasst die Zonen 1, 4 und 5. Wie bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform werden stromabwärts von aktiven Zonen befindliche Teile regeneriert, während stromabwärts von inaktiven Zonen befindliche Teile eine Spannungsminderung vorsehen. Wie erkennbar ist, kann jeweils eine der Zonen 1, 2, 3, 4 und 5 aktiviert sein. Die anderen der Zonen bleiben deaktiviert.
Unter Bezug nun auf 4 wird eine beispielhafte Widerstandsheizvorrichtung 200 gezeigt, die benachbart zu einer der Zonen (z.B. Zone 3) aus dem ersten umlaufenden Band von Zonen in 3 angeordnet ist. Die Widerstandsheizvorrichtung 200 kann ein oder mehrere Spulen umfassen, die die jeweilige Zone bedecken, um ausreichendes Beheizen vorzusehen.
Unter Bezug nun auf 5 wird die PM-Filteranordnung 34 näher gezeigt. Die PM-Filteranordnung 34 umfasst ein Gehäuse 200, einen Filter 202 und die in Zonen aufgeteilte Heizvorrichtung 35. Der Filter 202 kann einen hinteren Endstopfen 208 umfassen. Die Heizvorrichtung 35 kann zwischen einem laminaren Strömelement 210 und einem Substrat des Filters 202 angeordnet sein. Ein elektrischer Steckverbinder 211 kann den Zonen der PM-Filteranordnung 34 wie vorstehend beschrieben elektrischen Strom liefern.
Wie sich versteht, kann die Heizvorrichtung 35 mit dem Filter 202 in Kontakt stehen oder von diesem beabstandet sein, so dass das Beheizen Konvektions- und/oder Leitungsbeheizen ist. Zwischen der Heizvorrichtung 35 und dem Gehäuse 200 kann eine Isolierung 212 angeordnet sein. Von einem stromaufwärts befindlichen Einlass 214 dringt Abgas in die PM-Filteranordnung 34 ein und wird durch eine oder mehrere Zonen der PM-Filteranordnung 34 erwärmt. Das erwärmte Abgas wird von dem Filter 202 aufgenommen.
Unter Bezug nun auf 6 wird das Beheizen in der PM-Filteranordnung 34 näher gezeigt. Abgas 250 tritt durch die Heizvorrichtung (HTR) 35 und wird durch eine oder mehrere Zonen der Heizvorrichtung 35 erwärmt. Bei Beabstandung von dem Filter 202 legt das erwärmte Abgas eine Strecke „d“ zurück und wird dann von dem Filter 202 aufgenommen. Die Strecke „d“ kann ½ Zoll (1,27 cm) oder weniger sein. Der Filter 202 kann einen mittleren Einlass 240, einen Kanal 242, ein Filtermaterial 244 und einen Auslass 246 aufweisen, der radial außerhalb des Einlasses angeordnet ist. Der Filter kann katalysiert sein. Das erwärmte Abgas bewirkt ein Verbrennen von PM in dem Filter, was den PM-Filter regeneriert. Die Heizvorrichtung 35 überträgt Wärme durch Konvektion und/oder Leitung, um einen vorderen Teil des Filters 202 zu entzünden. Wenn der Ruß in den vorderen Stimseitenteilen eine ausreichend hohe Temperatur erreicht, wird die Heizvorrichtung abgeschaltet. Die Verbrennung von Ruß breitet sich dann kaskadenartig einen Filterkanal 254 hinab aus, ohne dass die Leistung zu der Heizvorrichtung aufrechterhalten werden muss.
Unter Bezug nun auf 7 beginnt die Steuerung bei Schritt 300. Bei Schritt 304 ermittelt die Steuerung, ob Regeneration erforderlich ist. Bei Schritt 308 ermittelt die Steuerung, ob die Eintragsabgastemperatur zu dem PM-Filter größer als ein erster Temperaturschwellenwert T_TH1 ist. Der erste Temperaturschwellenwert T_TH1 kann größer als eine Rußoxidationstemperatur sein. Der erste Temperaturschwellenwert T_TH1 kann kleiner als eine Regenerationstemperatur sein. Lediglich zum Beispiel kann der erste Temperaturschwellenwert T_TH1 größer als oder gleich 550°C gewählt werden.
Wenn Schritt 308 verneint wird, hebt das Brennkraftmaschinensteuermodul die Abgastemperatur bei Schritt 312 mit Hilfe einer beliebigen geeigneten Vorgehensweise an. Die Steuerung fährt von den Schritten 312 und 308 (falls bejaht) mit Schritt 316 fort. Wenn Schritt 316 bejaht wird, ermittelt die Steuerung, ob die Temperatur des PM-Filters größer als ein zweiter Temperaturschwellenwert T_TH2 ist. Wenn Schritt 316 bejaht wird, führt die Steuerung die Regenerationssteuerung des PM-Filters aus. Die Steuerung fährt von den Schritten 316 (falls verneint) und Schritt 320 mit Schritt 324 fort.
Lediglich zum Beispiel kann die Regenerationstemperatur in dem PM-Filter auf ungefähr größer als oder gleich 600°C gesetzt werden. Lediglich zum Beispiel kann die Regenerationstemperatur in dem PM-Filter auf ungefähr größer als oder gleich 700°C gesetzt werden. Lediglich zum Beispiel kann die Regenerationstemperatur in dem PM-Filter auf ungefähr größer als oder gleich 800°C gesetzt werden.
Unter Bezug nun auf 8 werden beispielhafte Schritte zum Regenerieren eines in Zonen aufgeteilten PM-Filters gezeigt. Die Steuerung beginnt bei 400 und rückt zu Schritt 404 vor. Wenn die Steuerung bei Schritt 404 ermittelt, dass Regeneration erforderlich ist, wählt die Steuerung bei Schritt 408 eine oder mehrere Zonen und aktiviert bei Schritt 412 die Heizvorrichtung für die ausgewählte Zone. Bei Schritt 416 schätzt die Steuerung einen zum Erreichen einer Mindesttemperatur der Filterstirnseite ausreichenden Heizzeitraum beruhend auf mindestens einem von: elektrischem Strom, elektrischer Spannung, Abgasstrom und Abgastemperatur. Die Mindesttemperatur der Stirnseite sollte ausreichen, um die Rußverbrennung zu starten und eine Kaskadenwirkung zu erzeugen. Lediglich beispielhaft kann die Mindesttemperatur der Stirnseite auf 700°C oder mehr gesetzt werden. In einem zu Schritt 416 alternativen Schritt 420 schätzt die Steuerung beruhend auf einem vorbestimmten Heizzeitraum, auf Abgasstrom und Abgastemperatur einen elektrischen Strom und eine elektrische Spannung, die zum Erreichen der Mindesttemperatur der Filterstirnseite erforderlich sind.
Bei Schritt 424 ermittelt die Steuerung, ob der Heizzeitraum beendet ist. Wenn Schritt 424 bejaht wird, ermittelt die Steuerung bei Schritt 426, ob zusätzliche Zonen regeneriert werden müssen. Wenn Schritt 426 bejaht wird, kehrt die Steuerung zu Schritt 408 zurück. Ansonsten endet die Steuerung.
Die vorliegende Offenbarung pflegt die Regeneration von PM-Filtern zu verbessern. Die hierin beschriebene Vorgehensweise pflegt das Wärme-Delta zu senken und verbessert daher die Substrathaltbarkeit. Kraft aufgrund von thermischem Ausdehnen und Zusammenziehen ist definiert als αΔTE(Area), wobei α ein Expansionskoeffizient ist, E der Youngsche Modul, Area eine Umfangsfläche und gleich ΠD ist und ΔT das Temperatur-Delta ist. Wie sich versteht, senkt das Anheben der Abgastemperatur vor Verwenden der elektrischen Heizvorrichtungen ΔT, was aufgrund von thermischem Ausdehnen und Zusammenziehen die Kraft verringert. Wenn lediglich zum Beispiel das Abgas an dem Einlass des PM-Filters bei etwa 600°C und der beheizten Zone bei 800°C liegt, beträgt ΔT in etwa 200°C. Das verringerte ΔT reduziert die thermische Kraft und pflegt die Haltbarkeit zu erhöhen. Die vorliegende Offenbarung pflegt auch einheitlichere Heizmuster vorzusehen und Flammabriss zu verringern.

Claims

System umfassend: einen Partikelmaterial(PM)-Filter (34), der ein stromaufwärts befindliches Ende zum Aufnehmen von Abgas und ein stromabwärts befindliches Ende umfasst; eine elektrische Heizvorrichtung (35), die beabstandet von dem stromaufwärts befindlichen Ende oder mit diesem in Kontakt stehend angeordnet ist; und ein Steuermodul (44), das eine Abgastemperatur über eine Rußoxidationstemperatur anhebt, bevor es die elektrische Heizvorrichtung (35) zum Regenerieren von stromabwärts befindlichen Teilen des PM-Filters aktiviert, dadurch gekennzeichnet, dass die Rußoxidationstemperatur 550°C beträgt, dass die elektrische Heizvorrichtung (34) N Zonen umfasst, wobei N eine ganze Zahl größer als eins ist, wobei eine zentrale Zone von einem radial außerhalb der zentralen Zone umlaufenden ersten Band von Zonen umgeben ist, das wiederum von einem radial außerhalb des ersten Bands von Zonen umlaufenden zweiten Band von Zonen umgeben ist, und dass das Steuermodul (44) durch Aktivieren einer ausgewählten der N Zonen Regeneration auslöst.
System nach Anspruch 1, wobei das Steuermodul (44) durch Abwandeln einer Brennkraftmaschinensteuerung die Abgastemperatur über die Rußoxidationstemperatur anhebt.
System nach Anspruch 1, weiterhin umfassend: einen Kraftstoffbrenner (47), wobei das Steuermodul (44) die Abgastemperatur mit Hilfe des Kraftstoffbrenners (47) über die Rußoxidationstemperatur anhebt.
System nach Anspruch 1, weiterhin umfassend: ein katalytisches Oxidationsmittel, wobei das Steuermodul (44) mit Hilfe des katalytischen Oxidationsmittels und einer Nacheinspritzung von Kraftstoff die Abgastemperatur über die Rußoxidationstemperatur anhebt.
System nach Anspruch 1, wobei die Regeneration bei einer Temperatur von über 600°C erfolgt.
Verfahren umfassend: Vorsehen eines Partikelmaterial(PM)-Filters (34) mit einem stromaufwärts befindlichen Ende zum Aufnehmen von Abgas und einem stromabwärts befindlichen Ende; Anordnen einer elektrischen Heizvorrichtung (35) bestandet von dem stromaufwärts befindlichen Ende oder in Kontakt mit diesem stehend; und Anheben der Abgastemperatur über eine Rußoxidationstemperatur vor Aktivieren der elektrischen Heizvorrichtung (34) zum Regenerieren von stromabwärts befindlichen Teilen des PM-Filters, dadurch gekennzeichnet, dass die Rußoxidationstemperatur 550°C beträgt, dass die elektrische Heizvorrichtung (34) N Zonen umfasst, wobei N eine ganze Zahl größer als eins ist, wobei eine zentrale Zone von einem radial außerhalb der zentralen Zone umlaufenden ersten Band von Zonen umgeben ist, das wiederum von einem radial außerhalb des ersten Bands von Zonen umlaufenden zweiten Band von Zonen umgeben ist, und dass Regeneration durch der Reihe nach Aktivieren einer ausgewählten der N Zonen ausgelöst wird.
Verfahren nach Anspruch 6, weiterhin umfassend: Anheben der Abgastemperatur über die Rußoxidationstemperatur durch Abwandeln einer Brennkraftmaschinensteuerung.
Verfahren nach Anspruch 6, weiterhin umfassend: Anheben der Abgastemperatur über die Rußoxidationstemperatur mit Hilfe eines Kraftstoffbrenners (44).
Verfahren nach Anspruch 6, weiterhin umfassend: Anheben der Abgastemperatur über die Rußoxidationstemperatur mit Hilfe eines katalytischen Oxidationsmittels und einer Nacheinspritzung von Kraftstoff.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Regeneration bei einer Temperatur von über 600°C erfolgt.