DE102022109955A1

DE102022109955A1 - Systeme und verfahren zum bereitstellen eines heizzyklus an ein nachbehandlungssystem eines fahrzeugs

Info

Publication number: DE102022109955A1
Application number: DE102022109955.5A
Authority: DE
Inventors: David Cox; David Hesketh; Themi Petridis
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2021-04-28
Filing date: 2022-04-25
Publication date: 2022-11-03
Also published as: US20240011422A1; US11739671B2; US20220349328A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Bereitstellen eines Heizzyklus für ein Nachbehandlungssystem beschrieben. Das Verfahren umfasst Initialisieren eines Vorladungszyklus eines DC-DC-Wandlers und Bestimmen einer Temperatur des Nachbehandlungssystems. Als Reaktion auf Bestimmen, dass die Temperatur des Nachbehandlungssystems unter einer Schwellenwerttemperatur liegt und die Vorladung abgeschlossen ist, umfasst das Verfahren ferner Betreiben eines Festkörperschalters, um eine Hochspannungsleistungsquelle mit einem Heizelement des Nachbehandlungssystems elektrisch zu verbinden, und Erhitzen des Nachbehandlungssystems mit dem Heizelement bis das Nachbehandlungssystem die Schwellenwerttemperatur erreicht.

Description

GEBIET DER TECHNIK
Die Offenbarung betrifft im Allgemeinen einen Heizzyklus für ein Nachbehandlungssystem eines Fahrzeugs und insbesondere Systeme und Verfahren zum selektiven Bereitstellen eines Heizzyklus an einen katalytischen Konverter vor einem Motorstart.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Die vorliegende Offenbarung betrifft Systeme und Verfahren zum Steuern eines Heizelements zum Bereitstellen von Wärme an ein Motornachbehandlungssystem und insbesondere aber nicht ausschließlich Systeme und Verfahren im Zusammenhang mit selektivem Bereitstellen eines Heizzyklus an einen katalytischen Konverter vor einem Motorstart.
KURZDARSTELLUNG
Durch Verbraucherbedarf und lokale Vorschriften hat die Notwendigkeit reduzierter Motoremissionen zu Motorabgassystemen geführt, die katalytische Konverter umfassen. Katalytische Konverter sind ein spezifischer Typ von Motornachbehandlungssystem, das Schadstoffe in Abgasen reduziert, indem es eine Redoxreaktion katalysiert. Katalytische Konverter befinden sich stromabwärts des Motors innerhalb einer Struktur/eines Gehäuses in dem Abgassystem, die/das dazu ausgestaltet ist, Abgase zu enthalten und über und/oder durch den katalytischen Konverter zu leiten. Wie viele Nachbehandlungssysteme erfordern katalytische Konverter ein Aufheizen, um am effektivsten zu sein. Da die Nachfrage nach saubereren Emissionen zunimmt und die Gesetzgebung eine Reduzierung der durch Brennkraftmaschinen erzeugten Schadstoffe erfordert, sind zunehmend Lösungen unter Einbeziehung von Abgasnachbehandlungssystemen gewünscht.
Gemäß Beispielen in Übereinstimmung mit einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Bereitstellen eines Heizzyklus für ein Nachbehandlungssystem, z. B. eines Fahrzeugs, bereitgestellt. Das Verfahren umfasst Empfangen eines Startauslösers, Initialisieren eines Vorladungszyklus eines DC-DC-Wandlers und Bestimmen der Temperatur des Nachbehandlungssystems. Als Reaktion auf Bestimmen, dass die Temperatur des Nachbehandlungssystems unter einer Schwellenwerttemperatur liegt, und Bestimmen, dass die Vorladung abgeschlossen ist, umfasst das Verfahren ferner Betreiben eines Festkörperschalters, um eine Hochspannungsleistungsquelle mit einem Heizelement des Nachbehandlungssystems elektrisch zu verbinden, und Erhitzen des Nachbehandlungssystems unter Verwendung des Heizelements, bis das Nachbehandlungssystem die Schwellenwerttemperatur erreicht. In einigen Beispielen kann die Hochspannungsleistungsquelle direkt oder indirekt, z. B. aufgrund einer oder mehrerer anderer Vorrichtungen, mit dem Heizelement des Nachbehandlungssystems verbunden sein.
In einigen Beispielen umfasst das Verfahren ferner Starten eines Motors, z. B. in einer verzögerten Reaktion auf den Startauslöser. In einigen Beispielen wird der Motor gestartet, nachdem das Nachbehandlungssystem die Schwellenwerttemperatur erreicht. In einigen Beispielen umfasst das Verfahren ferner Bereitstellen einer Hilfsleistung vor einem Motorstart. Zum Beispiel können eine oder mehrere elektrische Vorrichtungen, z. B. elektrische Hochspannungsvorrichtungen, mit einer Hochspannungsleistungsquelle (z. B. einer Hochspannungsleistungsquelle mit einer Spannung von mehr als 12 V, wie etwa 48 V) verbunden sein. In einigen Beispielen können die eine oder mehreren elektrischen Vorrichtungen dazu konfiguriert sein, vor einem Motorstart, z. B. nach und/oder als Reaktion auf den Startauslöser und vor dem Motorstart, Hilfsleistung von der Hochspannungsleistungsquelle aufzunehmen. Das heißt, dass die Hochspannungsleistungsquelle einer oder mehreren elektrischen Vorrichtungen, wie etwa einem Elektrowerkzeug und/oder einem Haushaltsgerät (und/oder einer beliebigen anderen geeigneten externen Vorrichtung, die mit einem Fahrzeug verbunden werden kann), Leistung von der Hochspannungsleistungszufuhr, z. B. vor dem Motorstart, zuführen kann. In einigen Beispielen wird der Motor gestartet, während die eine oder mehreren Hochspannungsvorrichtungen Leistung aufnehmen. In einigen Beispielen kann der Startauslöser mindestens eines von einem Signal, das von einem Schlüsselanhänger empfangen wird, einer Tür eines Fahrzeugs, die sich öffnet, einem Signal, das von einer Anwendung einer intelligenten Vorrichtung empfangen wird, einer Motorstartanforderung und/oder Erkennen einer Nähe eines Benutzers sein. In einigen Beispielen umfasst das Verfahren ferner Schließen eines E-Schalters einer Leistungsquelle, um die Leistungsquelle mit dem Nachbehandlungssystem elektrisch zu verbinden. In einigen Beispielen ist die Hochspannungsleistungsquelle eine Leistungsquelle eines Hybridelektrofahrzeugs (hybrid electric vehicle - HEV), z. B. eine Hybridbatterie.
In einigen Beispielen umfasst das Verfahren ferner Bestimmen einer Vielzahl von Kontextfaktoren. In einigen Beispielen basiert eine Menge an thermischer Energie, die dem Nachbehandlungssystem durch die Hilfswärmequelle bereitgestellt wird, auf den Kontextfaktoren. Die Kontextfaktoren können mindestens eines von einer Umgebungstemperatur, einer Zeit seit einem letzten Motorstart, einer Deltatemperatur zwischen der Temperatur des Nachbehandlungssystems und der Umgebungstemperatur, einer Motortemperatur, einer maximalen Leistungsausgabe von der Hilfswärmequelle, einer maximalen Ausgabe von thermischer Energie von der Wärmequelle, einer Zieltemperatur für das Nachbehandlungssystem oder einem Ladezustand der Leistungsquelle sein. In einigen Beispielen umfasst das Verfahren Starten eines Motors als Reaktion darauf, dass das Nachbehandlungssystem eine Zieltemperatur erreicht.
In einigen Beispielen umfasst das Verfahren ferner Bestimmen eines Ladezustands einer Hochspannungsleistungsquelle, z. B. einer Energiespeichervorrichtung eines Hybridfahrzeugs. In einigen Beispielen umfasst das Verfahren ferner Modifizieren eines minimalen Ladezustands der Hochspannungsleistungsquelle, um einen nächsten Heizzyklus des Heizelements zu ermöglichen. Das Modifizieren des minimalen Ladezustands kann Erhöhen einer minimalen Menge an Ladung umfassen, die innerhalb der Hochspannungsleistungsquelle gehalten werden soll. Zum Beispiel kann das Modifizieren des minimalen Ladezustands Ändern der Energie umfassen, die innerhalb einer Energiespeichervorrichtung eines Hybridsystems, wie etwa einer Hybridfahrzeugbatterie, gespeichert ist.
Als Reaktion auf das Empfangen des Startauslösers umfasst das Verfahren in einigen Beispielen ferner Initialisieren von mindestens einem Fahrzeugsystem, wie etwa einem Batterieenergiesteuermodul, einer Hilfsvorrichtung, einer E-Maschine oder einem Motorsteuermodul. In einigen Beispielen umfasst das Verfahren ferner paralleles Initialisieren von zwei oder mehr Fahrzeugsystemen. In einigen Beispielen umfasst das Verfahren ferner Starten eines Motors als Reaktion darauf, dass das Nachbehandlungssystem eine Zieltemperatur erreicht.
In einigen Beispielen umfasst die Leistungsquelle, z. B. eine Batterie des Hybridfahrzeugs, einen E-Schalter, der ein herkömmliches mechanisches Schütz ersetzen kann, das in HEVs anzutreffen ist. Dementsprechend kann das Verfahren ferner Betreiben eines Impulsbreitenmodulationsschalters (PWM-Schalters) (pulse-width modulation - PWM) und/oder eines DC-DC-Wandlers umfassen. In einigen Beispielen umfasst der eCAT einen zusätzlichen unabhängigen Schalter. Zum Beispiel einen PWM-Schalter oder einen separaten, z. B. zusätzlichen, DC-DC-Wandler, der Leistung von der Hochspannungsleistungsquelle zu dem eCAT modulieren kann. In einigen Beispielen kann der E-Schalter dazu betrieben werden, einen eCAT und/oder eine Hilfsvorrichtung mit der Leistungsquelle elektrisch zu verbinden, z. B. nach dem Empfangen des Startauslösers und vor dem Motorstart.
Gemäß einem zweiten Beispiel in Übereinstimmung mit einem Aspekt der Erfindung wird ein Abgassystem bereitgestellt, das zur Verwendung mit einem Motor geeignet ist. Das Abgassystem umfasst ein Nachbehandlungssystem und ein Abgassteuermodul, das dazu konfiguriert ist, entweder allein oder in Kombination mit einem oder mehreren anderen Steuermodulen, einen Startauslöser zu empfangen, einen Vorladungszyklus eines DC-DC-Wandlers zu initialisieren und/oder eine Temperatur des Nachbehandlungssystems zu bestimmen. Als Reaktion auf Bestimmen, dass die Temperatur des Nachbehandlungssystems unter einer Schwellenwerttemperatur liegt, und Bestimmen, dass die Vorladung abgeschlossen ist, ist das Abgassteuermodul ferner dazu konfiguriert, einen Festkörperschalter zu betreiben, um eine Hochspannungsleistungsquelle mit einem Heizelement des Nachbehandlungssystems elektrisch zu verbinden, und das Nachbehandlungssystem unter Verwendung des Heizelements zu erhitzen, bis das Nachbehandlungssystem die Schwellenwerttemperatur erreicht.
Gemäß einem dritten Beispiel in Übereinstimmung mit einem Aspekt der Erfindung wird ein Fahrzeug bereitgestellt. Das Fahrzeug umfasst einen Motor und ein Abgassystem. Das Abgassystem umfasst ein Nachbehandlungssystem und ein Abgassteuermodul, das dazu konfiguriert ist, einen Startauslöser zu empfangen, einen Vorladungszyklus eines DC-DC-Wandlers zu initialisieren und eine Temperatur des Nachbehandlungssystems zu bestimmen. Als Reaktion auf Bestimmen, dass die Temperatur des Nachbehandlungssystems unter einer Schwellenwerttemperatur liegt, und Bestimmen, dass die Vorladung abgeschlossen ist, ist das Abgassteuermodul ferner dazu konfiguriert, einen Festkörperschalter zu betreiben, um eine Hochspannungsleistungsquelle mit einem Heizelement des Nachbehandlungssystems elektrisch zu verbinden, und das Nachbehandlungssystem unter Verwendung des Heizelements zu erhitzen, bis das Nachbehandlungssystem die Schwellenwerttemperatur erreicht.
In einigen Beispielen umfasst die Leistungsquelle, z. B. eine Batterie des Hybridfahrzeugs, einen E-Schalter, um ein herkömmliches mechanisches Schütz zu ersetzen, wie es etwa in HEVs anzutreffen ist. Der E-Schalter verbindet einen eCAT und/oder eine Hilfsvorrichtung vor dem Motorstart elektrisch mit der Leistungsquelle, was unter einigen Umständen nicht möglich ist, wenn ein mechanisches Schütz verwendet wird. In einigen Beispielen umfasst das Steuermodul ferner Schließen eines E-Schalters einer Leistungsquelle, um die Leistungsquelle mit dem Nachbehandlungssystem elektrisch zu verbinden. In einigen Beispielen ist die Hochspannungsleistungsquelle eine Leistungsquelle des Hybridsystems, wie etwa eine Batterie.
In einigen Beispielen umfasst der eCAT einen zusätzlichen unabhängigen Schalter. Zum Beispiel einen PWM-Schalter und/oder einen separaten DC-DC-Wandler, um Leistung von der Hochspannungsleistungsquelle zu dem eCAT zu modulieren.
Gemäß einem vierten Beispiel in Übereinstimmung mit einem Aspekt der Erfindung wird ein nicht transitorisches computerlesbares Medium mit darauf codierten Anweisungen zum Ausführen eines Verfahrens bereitgestellt, wobei das Verfahren das hierin beschriebene Verfahren umfasst. In einigen Beispiel umfasst das Verfahren Empfangen eines Startauslösers, Initialisieren eines Vorladungszyklus eines DC-DC-Wandlers und Bestimmen der Temperatur des Nachbehandlungssystems. Als Reaktion auf Bestimmen, dass die Temperatur des Nachbehandlungssystems unter einer Schwellenwerttemperatur liegt, und Bestimmen, dass die Vorladung abgeschlossen ist, umfasst das Verfahren ferner Betreiben eines Festkörperschalters, um eine Hochspannungsleistungsquelle (z. B. eine Leistungsquelle des Hybridsystems, wie etwa eine Batterie) mit einem Heizelement des Nachbehandlungssystems elektrisch zu verbinden, und Erhitzen des Nachbehandlungssystems mit dem Heizelement, bis das Nachbehandlungssystem die Schwellenwerttemperatur erreicht. In einigen Beispielen umfasst das Verfahren ferner Schließen eines E-Schalters einer Leistungsquelle, um die Leistungsquelle mit dem Nachbehandlungssystem elektrisch zu verbinden.
Gemäß einem fünften Beispiel in Übereinstimmung mit einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Vorheizen eines Katalysators eines Nachbehandlungssystems bereitgestellt, wobei das Verfahren als Reaktion auf Empfangen eines Auslösers Betreiben eines Festkörperschalters umfasst, um vor dem Starten eines Motors, an den das Nachbehandlungssystem gekoppelt ist, ein Heizelement an eine Leistungsquelle elektrisch zu koppeln. Zum Beispiel kann elektrisches Koppeln des Heizelements an die Leistungsquelle Folgendes umfassen: Betreiben eines E-Schalters, um die Leistungsquelle (z. B. eine HEV-Batterie) mit einem Leistungsnetz (oder Leistungsbus) eines HEV elektrisch zu verbinden; und Betreiben eines Impulsbreitenmodulationsschalters, um die Leistung von der Leistungsquelle zu dem Heizelement zu modulieren.
Um Zweifel auszuschließen: Das System und die Verfahren zum Bereitstellen eines Heizzyklus für ein Nachbehandlungssystem gemäß einem der hierin beschriebenen Beispiele können dazu verwendet werden, die Emissionen eines Fahrzeugs zu verbessern. Wenngleich die Vorteile des Heizzyklus unter Bezugnahme auf Hybridfahrzeuge oder Mildhybridfahrzeuge beschrieben werden können, versteht es sich, dass die Vorteile der vorliegenden Offenbarung nicht auf derartige Fahrzeugtypen beschränkt sind und auch für andere Fahrzeugtypen gelten können, wie z. B. Gabelstapler, Lastwagen, Busse, Lokomotiven, Motorräder, Luft- und Wasserfahrzeuge und/oder nicht fahrzeugbasierte Systeme, die einen katalytischen Konverter nutzen, wie etwa elektrische Generatoren, Bergbaumaschinen, Öfen und Gasheizungen.
Diese Beispiele und andere Aspekte der Erfindung werden aus dem/den nachstehend beschriebenen Beispiel(en) ersichtlich und werden unter Bezugnahme auf diese(s) erläutert. Es versteht sich auch, dass bestimmte Kombinationen der verschiedenen Beispiele und Merkmale, die vorstehend und nachstehend beschrieben sind, oftmals veranschaulichend sind und auch jede andere mögliche Kombination derartiger Beispiele und Merkmale beabsichtigt ist, ungeachtet der Kombinationen, die sich eindeutig gegenseitig ausschließen sollen.
Figurenliste
Die hierin vorgenannten und andere Aufgaben und Vorteile der Offenbarung werden bei Betrachtung der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen ersichtlich, in denen Folgendes gilt:

Die 1A und 1B veranschaulichen beispielhafte Ablaufdiagramme ähnlicher Verfahren zum Bereitstellen eines Heizzyklus für ein Nachbehandlungssystem eines Fahrzeugs in Übereinstimmung mit mindestens einem der hierin beschriebenen Beispiele.
2 veranschaulicht eine beispielhafte Einschaltsequenz eines Hybridsystems in Übereinstimmung mit mindestens einem der hierin beschriebenen Beispiele.
3 veranschaulicht eine beispielhafte Einschaltsequenz eines Hybridsystems in Übereinstimmung mit mindestens einem der hierin beschriebenen Beispiele.
4 veranschaulicht eine beispielhafte Einschaltsequenz eines Hybridsystems in Übereinstimmung mit mindestens einem der hierin beschriebenen Beispiele.
5 veranschaulicht ein Steuersystem für elektrische Leistung für ein Hybridfahrzeug in Übereinstimmung mit mindestens einem der hierin beschriebenen Beispiele.
6 veranschaulicht ein beispielhaftes Abgassystem, das einen Motor und ein Nachbehandlungssystem umfasst, in Übereinstimmung mit mindestens einem der hierin beschriebenen Beispiele.
7 veranschaulicht ein Fahrzeug, das einen Motor und ein beispielhaftes Abgassystem umfasst, in Übereinstimmung mit mindestens einem der hierin beschriebenen Beispiele.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Wenngleich beispielhafte Ausführungsformen angegeben werden, versteht es sich, dass die detaillierte Beschreibung und die konkreten Beispiele hierin nur zu Zwecken der Veranschaulichung und nicht dazu dienen sollen, den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung einzuschränken. Diese und andere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung können im Hinblick auf die folgende Beschreibung, die sich anschließenden Patentansprüche und die beigefügten Zeichnungen besser nachvollzogen werden. Es versteht sich, dass die Figuren lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu gezeichnet sind. Es versteht sich auch, dass in den Figuren die gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen verwendet werden, um gleiche oder ähnliche Teile anzugeben.
Wie vorstehend kurz erörtert, erfordern aktuelle Vorschriften zu Emissionsstandards, dass Hersteller von Brennkraftmaschinen die Betriebsemissionen der von ihnen hergestellten Motoren reduzieren. Diese Motoren werden in einem beliebigen geeigneten Fahrzeugtyp verwendet, wie etwa einem Automobil, einem Motorrad, einem Wasserfahrzeug oder einem Luftfahrzeug. Insbesondere kann es sich bei dem Fahrzeug um einen beliebigen geeigneten Hybridfahrzeugtyp handeln, wie etwa ein Hybridelektrofahrzeug (HEV), ein Plug-in-Hybridelektrofahrzeug (plug-in hybrid electric vehicle - PHEV), ein Mildhybridelektrofahrzeug (mild hybrid electric vehicle - mHEV) oder ein beliebiges anderes Fahrzeug, das einen Kraftstofftank und einen elektrifizierten Antriebsstrang aufweist. Typischerweise verwenden Hybridfahrzeuge zwei oder mehr unterschiedliche Arten von Mitteln, um Energie zu speichern, wie etwa Batterien, um elektrische Energie zu speichern, und Benzin/Diesel, um chemische Energie zu speichern. Das Grundprinzip von Hybridfahrzeugen besteht darin, dass die unterschiedlichen Motortypen unter unterschiedlichen Bedingungen, wie etwa Höchstdrehzahl, Drehmoment oder Beschleunigung, vielfältige Effizienzen aufweisen und daher Umschalten von einem Motortyp zu einem anderen zu höheren Effizienzen führt, als jeder von ihnen allein aufweisen könnte. Unter den vorgeschlagenen neuen Emissionsstandards in Märkten, wie etwa der Europäischen Union (EU), Nordamerika und dem Vereinigten Königreich (UK), können die erhöhten Effizienzen von Hybridfahrzeugen jedoch nicht ausreichen, um neue Emissionsstandards zu erfüllen.
Eine Lösung zum Reduzieren der giftigen Emissionen von Fahrzeugen ist die Verwendung eines Abgasnachbehandlungssystems. Abgasnachbehandlungssysteme zielen darauf ab, Kohlenwasserstoffe, Kohlenmonoxid, Distickstoffoxid, partikuläre Stoffe, Schwefeloxid und flüchtige organische Verbindungen, wie etwa Fluorchlorkohlenwasserstoffe, zu reduzieren. Beispiele für Abgasnachbehandlungssysteme beinhalten Lufteinspritzung (oder Sekundärlufteinspritzung), Abgasrückführung und katalytische Konverter.
Elektronisch erhitzte Katalysatoren oder eCATs sind ein Typ von katalytischem Konverter, die seit einer Reihe von Jahren verwendet werden. Ein eCAT umfasst typischerweise ein Heizelement, das innerhalb oder nahe einem Katalysator angeordnet ist. Jedoch benötigen eCATs Zeit, um eine optimale Temperatur und Spitzeneffizienz zu erreichen. Eine Lösung besteht darin, einen eCAT auf seine optimale Temperatur vorzuerhitzen und das Anspringen des Katalysators zu unterstützen. Die Zeit, die benötigt wird, um den Katalysator nach dem Motorstart aufzuwärmen, kann für den Erfolg, den Emissionsstandard zu erfüllen, entscheidend sein. In einem idealen Szenario wird daher der eCAT vor dem Motorstart vorerhitzt, sodass der eCAT bei Spitzeneffizienz ist und die Emissionen des Motors reduziert werden, ohne auf das Aufwärmen des Katalysators warten zu müssen. Auf diese Weise können die Emissionen ab dem Moment, in dem der Motor gestartet wird, den lokalen Vorschriften entsprechen.
Jedoch ist Zuführen von elektrischer Energie zum Versorgen des eCAT mit der aktuellen Systemarchitektur in HEVs oder ohne einen Mechanismus zum Übertragen der thermischen Energie von dem eCAT auf den Katalysator nicht möglich. Zum Beispiel können mHEV-Systemarchitekturen den eCAT erst dann mit elektrischer Energie versorgen, nachdem der Motor über das Niederspannungssystem (z. B. 12 V) gestartet wurde und einen normalen „laufenden“ Zustand erreicht hat. Dies liegt daran, dass das mechanische Relaisschütz der Hybridbatterie offen bleiben muss, bis das 12-V-System den Motor angelassen hat, da das Risiko besteht, dass der zum Anlassen des Motors erforderliche Strom (aus dem 12-V-System entladen) zu einem kurzen Spannungsabfall in dem 12-V-System führen kann, was bewirkt, dass das Hochspannungsrelaisschütz (z. B. eine Hybridsystembatterie) stark vibriert und Funken schlägt, wodurch es möglicherweise zugeschweißt und das Motorsystem beschädigt wird.
Dementsprechend befassen sich die hierin beschriebenen Systeme und Verfahren mit der Systemarchitektur, insbesondere der Start-/Einschaltprozedur von Hybridfahrzeugen, um Hybridbatterieleistung vor dem Motorstart zu ermöglichen. Die hierin beschriebenen Systeme und Verfahren befassen sich auch mit dem mechanischen Schütz des Hybridbatteriepacks der beschriebenen mHEV- oder HEV-Systemarchitekturen, die kein Vorerhitzen vor dem Motorstart (d. h. Vorerhitzen) ermöglichen. Um Zweifel auszuschließen: Eine beliebige oder mindestens ein beliebiger Teil der nachstehend beschriebenen Systemarchitekturen kann in einem beliebigen geeigneten Hybridfahrzeug umgesetzt werden und ist nicht auf die Umsetzung in einem beliebigen Hybridfahrzeugtyp beschränkt.
In Übereinstimmung mit mindestens einem der hierin beschriebenen Beispiele entkoppelt die neue Einschaltsequenz das Einschalten des Hybridsystems von dem Niederspannungssystem (z. B. 12 V) vor dem Anlassen des Motors. In einigen Beispielen ermöglicht ein Festkörperschalter, dass das Hybridsystem „eingeschaltet“ wird, sobald ein Auslöseereignis erkannt wird, wie nachstehend unter Bezugnahme auf die Figuren ausführlicher beschrieben.
1A veranschaulicht ein beispielhaftes Ablaufdiagramm eines Prozesses 100 zum Bereitstellen eines Heizzyklus für ein Nachbehandlungssystem eines Fahrzeugs in Übereinstimmung mit mindestens einem der hierin beschriebenen Beispiele. Der Prozess 100 beginnt bei Schritt 102, wenn ein Startauslöser empfangen wird. In einigen Beispielen kann ein Startauslöser ein beliebiges oder mehrere von einem Signal, das von einem Schlüsselanhänger empfangen wird, einer Tür eines Fahrzeugs, die sich öffnet, einem Signal, das von einer Anwendung einer intelligenten Vorrichtung empfangen wird, einem Signal, das von einer Hilfsvorrichtung empfangen wird, die mit der Leistungsquelle verbunden ist, einer Motorstartanforderung oder Erkennen einer Nähe eines Benutzers sein.
Bei Schritt 104 wird ein Vorladungszyklus eines DC-DC-Wandlers initialisiert. Bei Schritt 106 wird eine Temperatur des Nachbehandlungssystems bestimmt. In einigen Beispielen können auch ein oder mehrere andere Kontextfaktoren bestimmt werden. In derartigen Beispielen basiert eine Menge an thermischer Energie, die dem Nachbehandlungssystem durch das Heizelement bereitgestellt wird, auf dem einen oder den mehreren Kontextfaktoren. Wenn zum Beispiel eine Umgebungstemperatur der Umwelt des Nachbehandlungssystems sehr niedrig ist, kann es nötig sein, dass dem Heizelement mehr thermische Energie zugeführt wird, um sicherzustellen, dass das Nachbehandlungssystem ausreichend vorerhitzt wird. Die Kontextfaktoren können mindestens eines von einer Umgebungstemperatur, einer Zeit seit einem letzten Motorstart, einer Deltatemperatur zwischen der Temperatur des Nachbehandlungssystems und der Umgebungstemperatur, einer Motortemperatur, einer maximalen Leistungsausgabe von der Hilfswärmequelle, einer maximalen Ausgabe von thermischer Energie von der Wärmequelle, einer Zieltemperatur für das Nachbehandlungssystem oder einem Ladezustand der Leistungsquelle umfassen.
Bei Schritt 108 wird ein Festkörperschalter betrieben. In einigen Beispielen ist der Festkörperschalter ein Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (metal-oxidesemiconductor field-effect transistor - MOSFET) oder eine andere geeignete Technologie auf Basis von Festkörperrelais. In einigen Beispielen verbindet der Festkörperschalter eine Hochspannungsleistungsquelle elektrisch. Auf diese Weise wird dem Heizelement des Nachbehandlungssystems vor dem Motorstart Leistung bereitgestellt. In einigen Beispielen kann auch einem Hilfssystem vor dem Motorstart Leistung bereitgestellt werden. Das Hilfssystem kann einer Reihe von Vorrichtungen Leistung zuführen, von Elektrowerkzeugen bis zu Haushaltsgeräten.
Bei Schritt 110 wird das Nachbehandlungssystem erhitzt. In einigen Beispielen beinhaltet das Nachbehandlungssystem einen eCAT und einen Katalysator. Das Nachbehandlungssystem wird erhitzt, bis es eine Schwellenwerttemperatur erreicht, welche die gleiche Temperatur wie die effizienteste Temperatur des Katalysators sein kann, z. B. für eine gegebene Betriebsbedingung. In einigen Beispielen kann die Schwellenwerttemperatur über der effizientesten Temperatur des Katalysators liegen, um etwas Kühleffekt zwischen Beenden des Erhitzens des Nachbehandlungssystems und Starten eines Motors zu ermöglichen. In einigen Beispielen kann die Schwellenwerttemperatur unter der effizientesten Temperatur des Katalysators liegen, um Erhitzen aus dem Motorabgas zu ermöglichen, um den Katalysator auf seine effizienteste Temperatur zu bringen.
In einigen Beispielen kann Erhitzen des Katalysators des Nachbehandlungssystems mindestens teilweise darauf angewiesen sein, dass ein Luftstrom über das Heizelement strömt, um die thermische Energie auf den Katalysator zu übertragen und das Element vor Überhitzung zu schützen. Daher kann vor dem Motorstart und somit ohne den Abgasstrom eines laufenden Motors dem System eine Pumpe hinzugefügt werden, um die Übertragung von thermischer Energie von dem eCAT auf den Katalysator zu ermöglichen, indem ein Luftstrom in dem Abgas erzeugt wird, um die thermische Energie von dem Heizelement auf den Katalysator zu übertragen. In einigen Beispielen kann dies Hinzufügen einer Pumpe zum Abgasrückgewinnungskreislauf (AGR-Kreislauf) oder Nutzen (oder Umfunktionieren) eines E-Verdichters des Fahrzeugs beinhalten.
1B veranschaulicht ein beispielhaftes Ablaufdiagramm eines alternativen Prozesses 100 zum Bereitstellen eines Heizzyklus für ein Nachbehandlungssystem eines Fahrzeugs in Übereinstimmung mit mindestens einem der hierin beschriebenen Beispiele. Wie in 1B veranschaulicht, kann der Prozess 100 ferner zusätzliche Schritte 122 und 124 umfassen. Nach Schritt 104, bei dem ein Vorladungszyklus eines DC-DC-Wandlers initialisiert wird, kann der Prozess 100 mit Schritt 122 fortfahren. Bei Schritt 122 wird eine Hybridbatterie eines HEV initialisiert. In einigen Beispielen kann sich die Hybridbatterie in einem Schlafmodus befinden, weshalb die Hybridbatterie bei Schritt 122 geweckt wird.
Nach Schritt 108, bei dem ein Festkörperschalter wie vorstehend beschrieben betrieben wird, kann der Prozess 100 mit Schritt 124 fortfahren. Bei Schritt 124 wird ein Impulsbreitenmodulationsschalter (PWM-Schalter) betrieben, um Leistung von der Leistungsquelle zu dem Heizelement des Nachbehandlungssystems zu modulieren. In einigen Beispielen kann das Nachbehandlungssystem einen zusätzlichen DC-DC-Wandler anstelle eines PWM-Schalters umfassen, weshalb der DC-DC-Wandler bei Schritt 124 betrieben wird. Zum Beispiel kann elektrisches Koppeln des Heizelements an die Leistungsquelle Folgendes umfassen: Betreiben eines E-Schalters, um die Leistungsquelle (z. B. eine HEV-Batterie) mit einem Leistungsnetz (oder Leistungsbus) eines HEV elektrisch zu verbinden; und Betreiben eines Impulsbreitenmodulationsschalters, um die Leistung von der Leistungsquelle zu dem Heizelement zu modulieren. In einigen Beispielen ist es Schritt 124, bei dem ein eCAT angeschaltet wird, um dem Nachbehandlungssystem thermische Energie bereitzustellen.
2 veranschaulicht eine beispielhafte Einschaltsequenz 200 eines Hybridsystems in Übereinstimmung mit mindestens einem der hierin beschriebenen Beispiele. Wie gezeigt, empfängt ein Steuermodul 220, wie etwa ein Motorsteuermodul oder Leistungssteuermodul, nachdem ein Auslöseereignis 210 empfangen wurde, ein Signal, das angibt, dass ein Auslöseereignis 210 aufgetreten ist. Das Steuermodul 220 kann elektronisch mit einem DC-DC-Wandler 230, einem Energiesteuermodul 240 und einer Hilfswärmequelle 250 verbunden sein.
In einigen Beispielen sendet das Steuermodul 220 nach dem Empfangen eines Signals, das angibt, dass ein Auslöseereignis aufgetreten ist, ein Signal an den DC-DC-Wandler 230, um eine Vorladung zu beginnen. Nachdem die Vorladung abgeschlossen ist, misst das Steuermodul 220 eine Temperatur eines Nachbehandlungssystems. In einigen Beispielen ist das Nachbehandlungssystem ein eCAT. Als Reaktion darauf, dass die Temperatur des Nachbehandlungssystems unter einem Schwellenwert liegt und sich der Vorladungszyklus im Abschluss befindet, sendet das Steuermodul 220 ein Signal an das Energiesteuermodul 240 (z. B. ein Batterieenergiesteuermodul (battery energy control module - BECM)), um einen E-Schalter zu betreiben. In einigen Beispielen ist der E-Schalter ein festkörperbasierter Relaisschalter, wie etwa ein MOSFET. Das Schließen des Schalters verbindet die Hochspannungsleistungsquelle mit einem Bus des Fahrzeugs, wodurch die Verwendung der Hochspannungsleistungsquelle des Fahrzeugs vor dem Motorstart ermöglicht wird. In einigen Beispielen ist die Hochspannungsleistungsquelle eine Hybridfahrzeugbatterie, wie etwa eine 48-V-HEV-Batterie.
Sobald das Steuermodul 220 ein Signal an das Energiesteuermodul 240 gesendet hat, um den Schalter zu schließen und die Hochspannungsleistungsquelle elektronisch mit dem Bus zu verbinden, wird ein Signal an die Hilfswärmequelle 250 gesendet, um dem Nachbehandlungszyklus Wärme bereitzustellen. In einigen Beispielen steuert das Steuermodul 220 die Hilfswärmequelle 250 und misst regelmäßig die aktuelle Temperatur des Nachbehandlungssystems, bis die Schwellenwerttemperatur erreicht ist. Nachdem die Schwellenwerttemperatur erreicht ist, ermöglicht das Steuermodul 220, dass der Motor startet, und der normale laufende Modus des Motors wird fortgesetzt. In einigen Beispielen befiehlt das Steuermodul 220 einem Heizelement-PWM-Schalter oder einem sekundären DC-DC-Wandler, der mit dem Nachbehandlungssystem verbunden ist, einen eCAT anzuschalten und Leistung zu verbrauchen, da die Leistungsquelle nun verbunden ist.
3 veranschaulicht eine beispielhafte Einschaltsequenz 300 eines Hybridsystems in Übereinstimmung mit mindestens einem der hierin beschriebenen Beispiele. Wie gezeigt, ist die Einschaltsequenz des Hybridsystems ähnlich der in 2 gezeigten, jedoch ist eine zusätzliche Hilfsvorrichtung 310 als bereits initialisiert gezeigt. In einigen Beispielen kann nur Leistung aus der Hybridbatterie bezogen werden, sobald der Batterie-E-Schalter geschlossen ist. Schritt 310 kann Initialisieren einer Hilfsvorrichtung beinhalten. Jedoch kann die Hilfsvorrichtung nicht in der Lage sein, Leistung zu beziehen, da die Hybridbatterie noch mit dem Hybridsystem verbunden werden muss, was auftreten kann, sobald der Batterie-E-Schalter geschlossen ist. Die Hilfsvorrichtung 310 kann eine beliebige Vorrichtung, die direkt von der Hybridenergiequelle betrieben werden kann, oder eine beliebige Vorrichtung, die betrieben werden würde, nachdem ein Wechselrichter die Gleichstrom-Zufuhr (DC-Zufuhr) in eine Wechselstrom-Zufuhr (AC-Zufuhr) umgewandelt hat, wie etwa Elektrowerkzeuge, Haushaltsgeräte, oder dergleichen, sein. Die Hilfsvorrichtung 310 bezieht Leistung von der Hochspannungsleistungsquelle, wenn der Rest des Systems offline ist. Das heißt, der Motor läuft nicht und ein Auslöseereignis muss noch vom System empfangen werden (z. B. vor dem Motorstart).
In einigen Beispielen ist der Festkörperschalter geschlossen 240 und die Hilfsvorrichtung 310 kann Leistung vor dem Motornachbehandlungsheizzyklus (und Motorstart) beziehen. In einigen Beispielen kann die Hilfsvorrichtung 310 Leistung beziehen und nominell parallel zu dem Nachbehandlungszyklus 250 verwendet werden.
In einigen Beispielen wird ein Ladezustand einer Hochspannungsleistungsquelle bestimmt. In einigen Beispielen reduziert die Hilfsvorrichtung 310 den Ladezustand (state of charge - SOC) der Hochspannungsleistungsquelle auf ein Niveau, das sich dem minimalen SOC nähert, der erforderlich ist, um den Heizzyklus des Nachbehandlungssystems wie vorstehend beschrieben zu ermöglichen. In einigen Beispielen, wenn sich der SOC der Leistungsquelle dem minimalen Niveau nähert und die Hilfsvorrichtung bei fortgesetztem Beziehen von Leistung den SOC unter den minimalen SOC für einen nächsten Heizzyklus reduzieren würde, wird der niedrige Ladezustand das Auslöseereignis für die wie in Bezug auf 2 beschriebene Einschaltsequenz. In einigen Beispielen kann die Hilfsvorrichtung fortgesetzt Leistung beziehen und wie normal betrieben werden, während die Einschaltsequenz für den Motor durchgeführt wird.
In einigen Beispielen wird ein minimaler Ladezustand der Hochspannungsleistungsquelle modifiziert, um den nächsten Heizzyklus zu ermöglichen, wie hierin beschrieben. In einigen Beispiele umfasst das Modifizieren Erhöhen einer minimalen Menge an Ladung, die innerhalb der Hochspannungsleistungsquelle gehalten werden soll.
4 veranschaulicht eine beispielhafte Einschaltsequenz 400 eines Hybridsystems in Übereinstimmung mit mindestens einem der hierin beschriebenen Beispiele. Wie gezeigt, wird ein Auslöseereignis 210 empfangen. Das Auslöseereignis 210 beginnt mit der Initialisierung der einzelnen Systeme der Hybridfahrzeugarchitektur. In einigen Beispielen sind die in dem Hybridfahrzeug vorhandenen Systeme das Hybrid-BECM 410, das Motorsteuermodul (engine control module - ECM) 420, der DC-DC-Wandler 430, die E-Maschine 440, eine Vorrichtung 450, die mit der Hochspannungsleistungsquelle verbunden ist. In einigen Beispielen können das BECM 410 und das ECM 420 das Energiesteuermodul 240 bzw. das Steuermodul 220 sein. In einigen Beispielen kann die unter Bezugnahme auf 2 und 3 beschriebene Einschaltsequenz als einfache exemplarische Beispiele der beispielhaften Einschaltsequenz 400 betrachtet werden.
In einigen Beispielen ist die Vorrichtung 450, die mit der Hochspannungsleistungsquelle verbunden ist, das Heizelement für das Nachbehandlungssystem. In einigen Beispielen ist die Vorrichtung 450, die mit der Hochspannungsleistungsquelle verbunden ist, ein Wechselrichter, um externen Vorrichtungen, wie etwa Elektrowerkzeugen oder Haushaltsgeräten, elektrische Leistung bereitzustellen. In einigen Beispielen werden ein oder mehrere Systeme parallel initialisiert. Zum Beispiel können als Reaktion darauf, dass das Auslöseereignis empfangen wird, das BECM 410 und das ECM 420 parallel initialisiert werden. In einigen Beispielen können mindestens zwei oder mehr von dem BECM 410; einer Hilfsvorrichtung, die mit der Hochspannungsleistungsquelle 450 verbunden ist; einer E-Maschine 440; dem Motorsteuermodul 420 oder dem DC-DC-Wandler 430 in einer beliebigen Kombination parallel initialisiert werden.
Unter erneuter Bezugnahme auf 4 beginnt die Vorladephase, wenn das ECM 420 online ist. In dieser Phase sendet das ECM 420 ein Signal an den DC-DC-Wandler 430, um eine Vorladung zu beginnen. In einigen Beispielen wird der DC-DC-Wandler 430 zuerst geweckt und dann angewiesen, die Vorladung zu beginnen. Zusätzlich sendet das ECM 420 ein Signal an die E-Maschine 440, damit sie auch mit der Initialisierung beginnt. In einigen Beispielen kann die E-Maschine 440 auch als Reaktion auf das Auslöseereignis 210 initialisiert werden. In einigen Beispielen signalisiert der DC-DC-Wandler 430 dem ECM 420, dass die Vorladung abgeschlossen ist, nachdem die Vorladung abgeschlossen ist. Nach Abschluss der Vorladung des DC-DC-Wandlers 430 bestimmt das ECM 420 die Temperatur des Nachbehandlungssystems. In einigen Beispielen signalisiert das ECM 420 nach dem Bestimmen, dass das Nachbehandlungssystem unter einer Schwellenwerttemperatur liegt, dem BECM 410, den E-Schalter zu schließen (z. B. einen festkörperbasierten Relaisschalter). In einigen Beispielen meldet das BECM 410, dass der Schalter geschlossen ist und dass die Hybridbatterie nun mit der elektrischen Hochspannungsbusklemme verbunden ist. Auf diese Weise wurde die Hochspannungsleistungsquelle vor dem Motorstart online gebracht.
Nachdem die Hochspannungsleistungsquelle mit dem Bus verbunden wurde, signalisiert das ECM 420 der mit der Hilfsleistungsquelle 450 verbundenen Hilfswärmequelle, den Heizzyklus des Nachbehandlungssystems zu beginnen. In einigen Beispielen kann das Nachbehandlungssystem kontinuierlich Daten über den aktuellen Heizzyklus an das ECM 420 zurückmelden, einschließlich unter anderem Informationen bezüglich der Starttemperatur des Nachbehandlungssystems, der aktuellen Temperatur des Nachbehandlungssystems, dem Nachbehandlungssystem gelieferter Leistung, einer erwarteten Zeit zum Erreichen einer Schwellenwerttemperatur, einer Umgebungstemperatur, einer Deltatemperatur zwischen der Umgebungstemperatur und dem Nachbehandlungssystem. Nachdem das Nachbehandlungssystem die Schwellenwerttemperatur erreicht, wird ein Signal an das ECM 420 gesendet. In einigen Beispielen bereitet sich das ECM 420 parallel zu dem Heizzyklus des Nachbehandlungssystems auf einen Motorstart vor, der Initialisieren und Einkuppeln eines Startermotors zum Anlassen des Motors beinhalten kann. Auf diese Weise wird die Hilfsleistung von der Hybridbatterie bereitgestellt, bevor der Motor gestartet wurde und ein nominaler laufender Modus stattgefunden hat.
Nachdem sich das Nachbehandlungssystem bei der Schwellenwerttemperatur befindet und eine Anforderung zum Anlassen des Motors empfangen wurde, startet das ECM 420 den Motor. In einigen Beispielen umfasst die Motorstartphase eine Anzahl an Schritten, die linear oder parallel durchgeführt werden können. Zum Beispiel kann das ECM 420 anfordern, dass der DC-DC-Wandler 430 vom Aufwärts- in den Abwärtsmodus wechselt (z. B. von einer typischen Spannungserhöhung des Hybridsystems abwärts zu einer Niederspannung von 12 V), und auch die E-Maschine in den nominalen Laufzustand befehlen.
In einigen Beispielen erfordert die Hybridleistungsquelle auch eine Modifikation der reservierten Leistung oder des Ladezustands (SOC). In einigen Beispielen umfasst die Modifikation Erhöhen eines minimalen SOC am Ende eines Fahrzyklus oder Heizzyklus, um sicherzustellen, dass die Leistungsquelle einen nächsten Heizzyklus unterstützen kann. In einigen Beispielen kann der modifizierte minimale SOC basierend auf einer Anzahl an Kontextfaktoren dynamisch geändert werden. In einigen Beispiele umfassen die Kontextfaktoren eine Umgebungstemperatur, eine Zeit seit einem letzten Motorstart, eine Deltatemperatur zwischen der Temperatur des Nachbehandlungssystems und der Umgebungstemperatur, eine Motortemperatur, eine maximale Leistungsausgabe von der Hilfswärmequelle, eine maximale Ausgabe von thermischer Energie von der Wärmequelle, eine Zieltemperatur für das Nachbehandlungssystem oder einen Ladezustand der Leistungsquelle.
5 zeigt ein Blockdiagramm, das ein Steuersystem 500 für elektrische Leistung für ein Hybridfahrzeug darstellt. In dem in 5 gezeigten Beispiel ist das Leistungssteuersystem 500 für eine beispielhafte mHEV-Systemarchitektur in Übereinstimmung mit mindestens einem der hierin beschriebenen Beispiele vorgesehen. In 5 ist ein riemenintegrierter Startergenerator (belt-integrated starter-generator - BISG) 512 gezeigt, der eine Vorrichtung ist, die Drehmoment erzeugen und den Motor dabei unterstützen kann, die Menge an Arbeit zu reduzieren, die er zu verrichten hat, oder in einigen Beispielen negatives Drehmoment anwenden kann, um Energie in dem System zurückzugewinnen. Umgangssprachlich kann der BISG 512 als Motorgenerator bezeichnet werden. Der BISG 512 ist zusammen mit einem Motor 514, einer Kupplung 516 und einem Getriebe 518 in den Antriebsstrang 510 integriert. In einigen Beispielen ersetzt der BISG 512 eine herkömmliche Niederspannungslichtmaschine (z. B. 12 V) eines Nicht-Hybridmotors. In einigen Beispielen überträgt der BISG 512 Drehmoment auf eine Kurbelwelle des Motors, wenn er als Hybridantriebsmotor betrieben wird, und die Kurbelwelle überträgt Drehmoment zurück auf den BISG 512, wenn er als Generator betrieben wird, wobei er als herkömmliche Lichtmaschine betrieben wird und kinetische Energie von dem sich bewegenden Fahrzeug zurück in Elektrizität umgewandelt wird.
In einigen Beispielen weist der Motor 514 ein Abgassystem 520 auf, das einen eCAT 522 umfasst. Der eCAT 522 kann ein eCAT mit einer Startsequenz und einem Heizzyklus sein, wie hierin beschrieben. In einigen Beispielen ist der eCAT mit einem DC-DC-Wandler 530 elektrisch verbunden. In einigen Beispielen stellt der DC-DC-Wandler 530 dem eCAT 522 0-48 V und 0-4 kW bereit. In dem in 5 gezeigten Beispiel ist der DC-DC-Wandler 530 auch mit einer Niederspannungsbatterie und einem Niederspannungsbus 540 (z. B. 12 V), der dazu konfiguriert ist, einem oder mehreren Niederspannungszubehörteilen des Fahrzeugs elektrische Leistung zuzuführen, elektrisch verbunden. In einigen Beispielen kann der DC-DC-Wandler 530 ein separater DC-DC-Wandler, d. h. ein zweiter DC-DC-Wandler, sein, der von dem DC-DC-Wandler getrennt ist, der bereits Teil eines typischen Hybridfahrzeugsystems ist. In einigen Beispielen ist der DC-DC-Wandler 530 in den typischen DC-DC-Wandler integriert, der in HEVs anzutreffen ist (z. B. einem 48-V-zu-12-V-DC-DC-Wandler), um das 12-V-Fahrzeugsystem zu unterstützen. Auf diese Weise wird eine einzelne Einheit des DC-DC-Wandlers 530 mit zwei Ausgängen bereitgestellt, einen an das 12-V-System und einen an den eCAT 522 (mit variierter Spannung). In einigen Beispielen ist der eCAT 522 mit einem PWM-Schalter elektrisch verbunden, wobei der PWM-Schalter durch ein Motorsteuermodul (ECM) gesteuert wird und der PWM-Schalter dazu konfiguriert ist, die Leistung zu modulieren, die dem eCAT 522 oder dem Motornachbehandlungssystem bereitgestellt wird, wie vorstehend beschrieben.
In dem in 5 gezeigten Beispiel umfasst das Leistungssteuersystem 500 eine Steuerung 560, z. B. ein Motorsteuermodul (ECM), das in Betriebskommunikation mit jedem von dem BISG 512, dem Motor 514, dem DC-DC-Wandler 530 und dem eCAT 522, der Niederspannungsbatterie und dem Niederspannungsbus 540, der Hochspannungsbatterie und dem Hochspannungsbus 550 (z. B. einem HEV-Leistungssystem) und einer Pumpe 570 steht. Die Pumpe 570 kann dazu verwendet werden, Fluide, wie etwa Luft, durch den Motor und das Abgassystem zu pumpen. In einigen Beispielen ist die Pumpe mit dem Motorabgassystem fluidisch verbunden, um Luft aus der Atmosphäre durch den eCAT 522 zu saugen, um thermische Energie von den Heizelementen in dem eCAT 522 auf den Katalysator zu übertragen.
Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf den in 5 gezeigten Aufbau beschränkt. Zum Beispiel kann die Steuerung 560 eine eigenständige Steuerung oder eine beliebige andere geeignete Steuerung des Hybridfahrzeugs sein. Zum Beispiel kann die Steuerung mindestens teilweise in eine andere Steuerung des Fahrzeugs integriert sein, wie etwa eine Steuerung des DC-DC-Wandlers 530. Darüber hinaus kann die Steuerung 560 dazu konfiguriert sein, mit einem beliebigen oder mehreren der in 5 gezeigten Fahrzeugkomponenten und/oder beliebigen anderen geeigneten Komponenten des Fahrzeugs in Betriebskommunikation zu stehen. Zum Beispiel kann die Steuerung 560 eine eigenständige Steuerung sein, die dazu konfiguriert ist, mit mindestens einem Hochspannungszubehörteil, einem elektrischen Motorgenerator und einem eCAT in Betriebskommunikation zu stehen, um die elektrische Leistungsausgabe der Hochspannungsbatterie 550 zu steuern.
Wenngleich das in 5 gezeigte Beispiel die Verwendung des Steuersystems 500 für ein mHEV beispielhaft darstellt, versteht es sich, dass das Steuersystem 500 in einem geeigneten Hybridfahrzeugtyp, wie etwa einem Plug-in-Hybridelektrofahrzeug (PHEV), umgesetzt sein kann, das ein oder mehrere Hochspannungsschaltkreiskomponenten und einen eCAT aufweist. Das in 5 gezeigte System 500 ist dazu konfiguriert, die elektrische Leistungsausgabe einer Hochspannungsbatterie 550 eines Hybridfahrzeugs dem eCAT 522 zuzuführen, bevor der Motor 514 angelassen wird, wie vorstehend unter Bezugnahme auf 4 beschrieben.
6 veranschaulicht ein beispielhaftes Abgassystem 600, das einen Motor 514 und ein Nachbehandlungssystem, wie etwa einen eCAT 522, umfasst, in Übereinstimmung mit mindestens einem der hierin beschriebenen Beispiele. In einigen Beispielen, und wie in 6 gezeigt, ist ein Luftkasten 610 bereitgestellt, der mit einem Verdichter 620 verbunden ist, um Luft aus der Atmosphäre zu saugen. Der Luftkasten und der Verdichter sind mit dem Motor 514 und dem Nachbehandlungssystem 522 fluidisch verbunden, um thermische Energie von dem Heizelement, das innerhalb des Nachbehandlungssystems 522 angeordnet ist, auf den Rest des Nachbehandlungssystems 522 zu übertragen (z. B. von dem eCAT auf den Katalysator).
In einigen Beispielen befindet sich ein Dieselpartikelfilter 640 stromabwärts des Nachbehandlungssystems 522. Ein Dieselpartikelfilter (DPF) ist ein Filter, der Abgasruß auffängt und speichert und auch selbst eine Nachbehandlung ist, die dazu genutzt wird, Emissionen von Dieselautos zu reduzieren. DPFs weisen eine begrenzte Kapazität auf, wobei der eingeschlossene Ruß periodisch entleert oder „abgebrannt“ werden muss, um den DPF zu regenerieren. Dieser Regenerationsprozess verbrennt den im Filter abgelagerten überschüssigen Ruß sauber, wodurch die schädlichen Abgasemissionen reduziert werden.
In einigen Beispielen wird auch ein System zur selektiven katalytischen Reduktion (selective catalytic reduction - SCR) 650 bereitgestellt. Eine SCR ist ein weiteres System zur Reinigung von Emissionen, das ein flüssiges Reduktionsmittel durch einen speziellen Katalysator in den Abgasstrom von Motoren, insbesondere Dieselmotoren, einspritzt. Die Reduktionsmittelquelle ist üblicherweise automobiltauglicher Harnstoff, auch bekannt als Diesel Exhaust Fluid (DEF). Das DEF löst eine chemische Reaktion aus, die Stickoxide in Stickstoff, Wasser und geringe Mengen an Kohlendioxid (CO2) umwandelt, was dann durch das Fahrzeugendrohr 670 ausgestoßen wird. Das DEF kann in einem DEF-Tank 660 gespeichert sein. Das DEF kann über eine Anzahl an Pumpen und Ventilen 662-666 verteilt sein, wie in 6 gezeigt.
In einigen Beispielen umfasst das Abgassystem eine Reihe von Sensoren 672, um das Rauchgas, das Oxide von Stickstoff (NOx) und Oxide von Schwefel (SOx) enthält, zu erkennen, um sicherzustellen, dass die endgültigen Emissionen innerhalb einer Regulierungsmenge liegen. Die Abgasemissionsgesetzgebung Euro 5 und die Abgasemissionsgesetzgebung Euro 6 haben DPFs, DEF und SCRs zwingend vorgeschrieben, um die Emissionsstandards zu erfüllen. Jedoch wird zukünftige Emissionsgesetzgebung, wie etwa Euro 7, eine derartige Technologie zusammen nicht ausreichend sein. Die hierin beschriebenen Systeme und Ausführungsformen können DPFs, DEF und SCRs ersetzen oder mit diesen zusammenarbeiten und die zukünftigen Standards erfüllen.
7 veranschaulicht ein Fahrzeug 700, das einen Motor und ein beispielhaftes Abgassystem 600 umfasst, in Übereinstimmung mit mindestens einem der hierin beschriebenen Beispiele. Gemäß einigen Beispielen wird ein Fahrzeug 700 bereitgestellt, das ein Motorabgassystem 600 umfasst, wie unter Bezugnahme auf 6 beschrieben. In einigen Beispielen umfasst das Fahrzeug ferner einen Antriebsstrang 510, der einen BISG 512, einen Motor 514, eine Kupplung 516 und ein Getriebe 518 umfasst. Das Abgassystem 600 kann einen wie vorstehend beschriebenen eCAT umfassen.
Es versteht sich, dass die vorstehend beschriebenen Beispiele sich nicht gegenseitig mit einem beliebigen der anderen in Bezug auf die 1-7 beschriebenen Beispiele ausschließen. Die Reihenfolge der Beschreibung jeglicher Beispiele ist nicht dazu gedacht, wichtige oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu nennen, dessen Schutzumfang einzig durch die Patentansprüche im Anschluss an die detaillierte Beschreibung definiert ist. Des Weiteren ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Umsetzungen beschränkt, die beliebige der vorstehend oder in einem beliebigen Teil dieser Offenbarung angeführten Nachteile beheben.
Andere Variationen der offenbarten Ausführungsformen können von einem Fachmann beim Umsetzen der beanspruchten Erfindung aus einer Studie der Zeichnungen, der Offenbarung und der beigefügten Patentansprüche verstanden und bewirkt werden. In den Patentansprüchen schließt das Wort „umfassend“ andere Elemente oder Schritte nicht aus und schließt der unbestimmte Artikel „ein“ oder „eine“ eine Vielzahl nicht aus. Die bloße Tatsache, dass bestimmte Maßnahmen in voneinander unterschiedlichen abhängigen Patentansprüchen aufgeführt sind, gibt nicht an, dass eine Kombination dieser Maßnahmen nicht vorteilhaft genutzt werden kann. Jegliche Bezugszeichen in den Patentansprüchen sollten nicht als den Schutzumfang einschränkend ausgelegt werden.
Die Offenbarung dieser Erfindung dient der Veranschaulichung der allgemeinen Prinzipien der vorstehend erörterten Systeme und Prozesse und soll veranschaulichend und nicht einschränkend sein. Allgemeiner soll die vorstehende Offenbarung beispielhaft und nicht einschränkend sein und wird der Schutzumfang der Erfindung am besten durch Bezugnahme auf die beigefügten Patentansprüche bestimmt. Anders ausgedrückt sollen nur die folgenden Patentansprüche Grenzen dafür setzen, was die vorliegende Offenbarung beinhaltet.
Wenngleich die vorliegende Offenbarung unter Bezugnahme auf bestimmte beispielhafte Anwendungen beschrieben ist, versteht es sich, dass die Erfindung nicht darauf beschränkt ist.
Dem Fachmann erschließt sich, dass verschiedene Modifikationen und Verbesserungen vorgenommen werden können, ohne vom Schutzumfang und Wesen der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Ein Fachmann würde verstehen, dass die Handlungen der hierin erörterten Prozesse weggelassen, modifiziert, kombiniert und/oder neu angeordnet werden können und beliebige zusätzliche Handlungen durchgeführt werden können, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.
Jedes beliebige hierin beschriebene Systemmerkmal kann auch als Verfahrensmerkmal bereitgestellt werden und umgekehrt. Im hierin verwendeten Sinne können Mittel plus Funktionsmerkmale alternativ im Hinblick auf ihre entsprechende Struktur ausgedrückt werden. Es versteht sich zudem, dass die vorstehend beschriebenen Systeme und/oder Verfahren auf andere Systeme und/oder Verfahren angewandt oder in Übereinstimmung mit diesen verwendet werden können.
Ein beliebiges Merkmal in einem Aspekt kann in einer beliebigen geeigneten Kombination auf andere Aspekte angewandt werden. Insbesondere können Verfahrensaspekte auf Systemaspekte angewandt werden und umgekehrt. Darüber hinaus können beliebige, einige und/oder alle Merkmale in einem Aspekt in einer beliebigen geeigneten Kombination auf beliebige, einige und/oder alle Merkmale in einem beliebigen anderen Aspekt angewandt werden. Es versteht sich auch, dass bestimmte Kombinationen der verschiedenen in einem beliebigen Aspekt beschriebenen und definierten Merkmale unabhängig umgesetzt und/oder zur Verfügung gestellt und/oder verwendet werden können.
Gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren zum Bereitstellen eines Heizzyklus für ein Nachbehandlungssystem eines Fahrzeugs Folgendes: Empfangen eines Startauslösers; Initialisieren eines Vorladungszyklus eines DC-DC-Wandlers; Bestimmen einer Temperatur des Nachbehandlungssystems; als Reaktion auf Bestimmen, dass die Temperatur des Nachbehandlungssystems unter einer Schwellenwerttemperatur liegt, und Bestimmen, dass der Vorladungszyklus abgeschlossen ist, Betreiben eines Festkörperschalters, um eine Hochspannungsleistungsquelle mit einem Heizelement des Nachbehandlungssystems elektrisch zu verbinden; und Erhitzen des Nachbehandlungssystems unter Verwendung des Heizelements, bis das Nachbehandlungssystem die Schwellenwerttemperatur erreicht.
In einem Aspekt der Erfindung beinhaltet das Verfahren Folgendes: Starten eines Motors, wobei der Motor gestartet wird, nachdem das Nachbehandlungssystem die Schwellenwerttemperatur erreicht.
In einem Aspekt der Erfindung beinhaltet das Verfahren Folgendes: Schließen eines E-Schalters der Leistungsquelle, um die Leistungsquelle mit dem Nachbehandlungssystem elektrisch zu verbinden, wobei das Nachbehandlungssystem ferner einen Impulsbreitenmodulationsschalter (PWM-Schalter) und/oder einen zusätzlichen DC-DC-Wandler umfasst.
In einem Aspekt der Erfindung beinhaltet das Verfahren Bereitstellen von Leistung an ein Hilfssystem vor einem Motorstart.
In einem Aspekt der Erfindung beinhaltet das Verfahren Folgendes: ein Signal, das von einem Schlüsselanhänger empfangen wird; eine Tür eines Fahrzeugs, die sich öffnet; ein Signal, das von einer Anwendung einer intelligenten Vorrichtung empfangen wird; ein Signal, das von einer Hilfsvorrichtung empfangen wird, die mit der Leistungsquelle verbunden ist; eine Motorstartanforderung oder Erkennen einer Nähe eines Benutzers.
In einem Aspekt der Erfindung beinhaltet das Verfahren Bestimmen einer Vielzahl von Kontextfaktoren.
In einem Aspekt der Erfindung basiert eine Menge an thermischer Energie, die dem Nachbehandlungssystem durch das Heizelement bereitgestellt wird, auf dem einen oder den mehreren Kontextfaktoren.
In einem Aspekt der Erfindung umfassen die Kontextfaktoren mindestens eines des Folgenden: eine Umgebungstemperatur; eine Zeit seit einem letzten Motorstart; eine Deltatemperatur zwischen der Temperatur des Nachbehandlungssystems und der Umgebungstemperatur; eine Motortemperatur; eine maximale Leistungsausgabe von der Hilfswärmequelle; eine maximale Ausgabe von thermischer Energie von der Wärmequelle; eine Zieltemperatur für das Nachbehandlungssystem oder einen Ladezustand der Leistungsquelle.
In einem Aspekt der Erfindung beinhaltet das Verfahren Folgendes: Bestimmen eines Ladezustands der Hochspannungsleistungsquelle.
In einem Aspekt der Erfindung beinhaltet das Verfahren Folgendes: Modifizieren eines minimalen Ladezustands der Hochspannungsleistungsquelle, um einen nächsten Heizzyklus zu ermöglichen.
In einem Aspekt der Erfindung umfasst das Modifizieren Erhöhen einer minimalen Menge an Ladung, die innerhalb der Hochspannungsleistungsquelle gehalten werden soll.
In einem Aspekt der Erfindung beinhaltet das Verfahren als Reaktion auf das Empfangen des Startauslösers Initialisieren von mindestens einem des Folgenden: einem Batterieenergiesteuermodul; einer Hilfsvorrichtung, die mit einer Hochspannungsleistungsquelle verbunden ist; einer E-Maschine oder einem Motorsteuermodul.
In einem Aspekt der Erfindung beinhaltet das Verfahren paralleles Initialisieren von zwei oder mehr Systemen.
In einem Aspekt der Erfindung beinhaltet das Verfahren Starten eines Motors als Reaktion darauf, dass das Nachbehandlungssystem eine Zieltemperatur erreicht.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Abgassystem bereitgestellt, das zur Verwendung mit einem Motor geeignet ist und Folgendes aufweist: ein Motornachbehandlungssystem, das innerhalb des Abgassystems angeordnet ist; ein Abgassteuermodul, das zu Folgendem konfiguriert ist: Empfangen eines Startauslösers; Initialisieren eines Vorladungszyklus eines DC-DC-Wandlers; Bestimmen einer Temperatur des Nachbehandlungssystems; als Reaktion auf Bestimmen, dass die Temperatur des Nachbehandlungssystems unter einer Schwellenwerttemperatur liegt, und Bestimmen, dass die Vorladung abgeschlossen ist, Betreiben eines Festkörperschalters, um eine Hochspannungsleistungsquelle mit einem Heizelement des Nachbehandlungssystems elektrisch zu verbinden; und Erhitzen des Nachbehandlungssystems unter Verwendung des Heizelements, bis das Nachbehandlungssystem die Schwellenwerttemperatur erreicht.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Fahrzeug bereitgestellt, das Folgendes aufweist: einen Motor; und das Motorabgassystem zur Verwendung mit dem Motor, wobei das Motorabgassystem Folgendes umfasst: ein Motornachbehandlungssystem, das innerhalb des Abgassystems angeordnet ist; ein Abgassteuermodul, das zu Folgendem konfiguriert ist:

Empfangen eines Startauslösers; Initialisieren eines Vorladungszyklus eines DC-DC-Wandlers; Bestimmen einer Temperatur des Nachbehandlungssystems; als Reaktion auf Bestimmen, dass die Temperatur des Nachbehandlungssystems unter einer Schwellenwerttemperatur liegt, und Bestimmen, dass die Vorladung abgeschlossen ist,
Betreiben eines Festkörperschalters, um eine Hochspannungsleistungsquelle mit einem Heizelement des Nachbehandlungssystems elektrisch zu verbinden; und Erhitzen des Nachbehandlungssystems unter Verwendung des Heizelements, bis das Nachbehandlungssystem die Schwellenwerttemperatur erreicht.

Gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein nicht transitorisches computerlesbares Medium mit darauf codierten Anweisungen zum Ausführen eines Verfahrens Folgendes: Empfangen eines Startauslösers; Initialisieren eines Vorladungszyklus eines DC-DC-Wandlers; Bestimmen einer Temperatur des Nachbehandlungssystems; als Reaktion auf Bestimmen, dass die Temperatur des Nachbehandlungssystems unter einer Schwellenwerttemperatur liegt, und Bestimmen, dass der Vorladungszyklus abgeschlossen ist, Betreiben eines Festkörperschalters, um eine Hochspannungsleistungsquelle mit einem Heizelement des Nachbehandlungssystems elektrisch zu verbinden; und Erhitzen des Nachbehandlungssystems unter Verwendung des Heizelements, bis das Nachbehandlungssystem die Schwellenwerttemperatur erreicht.

Claims

Verfahren zum Bereitstellen eines Heizzyklus für ein Nachbehandlungssystem eines Fahrzeugs, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Empfangen eines Startauslösers; Initialisieren eines Vorladungszyklus eines DC-DC-Wandlers; Bestimmen einer Temperatur des Nachbehandlungssystems; als Reaktion auf Bestimmen, dass die Temperatur des Nachbehandlungssystems unter einer Schwellenwerttemperatur liegt, und Bestimmen, dass der Vorladungszyklus abgeschlossen ist, Betreiben eines Festkörperschalters, um eine Hochspannungsleistungsquelle mit einem Heizelement des Nachbehandlungssystems elektrisch zu verbinden, und Erhitzen des Nachbehandlungssystems unter Verwendung des Heizelements, bis das Nachbehandlungssystem die Schwellenwerttemperatur erreicht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Verfahren ferner Folgendes umfasst: Starten eines Motors, wobei der Motor gestartet wird, nachdem das Nachbehandlungssystem die Schwellenwerttemperatur erreicht.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Verfahren ferner Folgendes umfasst: Schließen eines E-Schalters der Leistungsquelle, um die Leistungsquelle mit dem Nachbehandlungssystem elektrisch zu verbinden, wobei das Nachbehandlungssystem ferner einen Impulsbreitenmodulationsschalter und/oder einen zusätzlichen DC-DC-Wandler umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, das ferner Bereitstellen von Leistung an ein Hilfssystem vor einem Motorstart umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Startauslöser Folgendes umfasst: ein Signal, das von einem Schlüsselanhänger empfangen wird; eine Tür eines Fahrzeugs, die sich öffnet; ein Signal, das von einer Anwendung einer intelligenten Vorrichtung empfangen wird; ein Signal, das von einer Hilfsvorrichtung empfangen wird, die mit der Leistungsquelle verbunden ist; eine Motorstartanforderung; und/oder Erkennen einer Nähe eines Benutzers.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, das ferner Bestimmen eines oder mehrerer Kontextfaktoren umfasst.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei: eine Menge an thermischer Energie, die dem Nachbehandlungssystem durch das Heizelement bereitgestellt wird, auf dem einen oder den mehreren Kontextfaktoren basiert; und/oder der eine oder die mehreren Kontextfaktoren mindestens eines des Folgenden umfassen: eine Umgebungstemperatur; eine Zeit seit einem letzten Motorstart; eine Deltatemperatur zwischen der Temperatur des Nachbehandlungssystems und der Umgebungstemperatur; eine Motortemperatur; eine maximale Leistungsausgabe von der Hilfswärmequelle; eine maximale Ausgabe von thermischer Energie von der Wärmequelle; eine Zieltemperatur für das Nachbehandlungssystem; und/oder einen Ladezustand der Leistungsquelle.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, das ferner Folgendes umfasst: Bestimmen eines Ladezustands der Hochspannungsleistungsquelle, und/oder Modifizieren eines minimalen Ladezustands der Hochspannungsleistungsquelle, um einen nächsten Heizzyklus zu ermöglichen.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Modifizieren Erhöhen einer minimalen Menge an Ladung umfasst, die innerhalb der Hochspannungsleistungsquelle gehalten werden soll.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, das ferner als Reaktion auf das Empfangen des Startauslösers Initialisieren von Folgendem umfasst: einem Batterieenergiesteuermodul; einer Hilfsvorrichtung, die mit einer Hochspannungsleistungsquelle verbunden ist, einer E-Maschine; und/oder einem Motorsteuermodul.
Verfahren nach Anspruch 10, das ferner paralleles Initialisieren von zwei oder mehr Systemen umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, das ferner Starten eines Motors als Reaktion darauf umfasst, dass das Nachbehandlungssystem eine Zieltemperatur erreicht.
Abgassystem für einen Motor, wobei das Abgassystem Folgendes umfasst: ein Nachbehandlungssystem; und ein Abgassteuermodul, das dazu konfiguriert ist, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 auszuführen.
Fahrzeug, das Folgendes umfasst: einen Motor; und das Abgassystem nach Anspruch 13.
Nicht transitorisches computerlesbares Medium mit darauf codierten Anweisungen zum Ausführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12.