DE102007013588A1 - Prozess der Erzeugung von Bremsmomentlast für die Dieselpartikelfilterregeneration und Entfernung von SOx aus Mager-NOx-Filter - Google Patents

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Abstract

Ein Verfahren zur Regeneration einer Schadstoffbegrenzungsvorrichtung in einem Dieselmotor eines Fahrzeugs mit einer Radbremse umfasst das Empfangen eines Erzeugungsbefehls von einem Bediener des Fahrzeugs; das Aktivieren der Radbremse; das Anheben des Motordrehmoments und das Regenerieren der Schadstoffbegrenzungsvorrichtung.

Description

  • Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein System und Verfahren zur Dieselpartikelfilterregeneration und/oder Entfernung von SOx aus einem NOx-Adsorptionsmittel unter Verwendung eines Prozesses der Erzeugung von Bremsmomentlast.
  • Hintergrund und kurze Darlegung
  • Fahrzeuge mit Diesel- und Benzinmotoren verwenden Schadstoffbegrenzungsvorrichtungen zum Senken von Emissionen, die während der Verbrennung erzeugt werden. Die Lebensdauer einer Schadstoffbegrenzungsvorrichtung kann von einem Regenerationsprozess abhängen, der eine erhöhte Abgastemperatur erfordern kann. Mager-NOx-Filter und/oder Partikelfilter können zum Beispiel zumindest teilweise während erhöhter Abgastemperaturbedingungen zusammen mit spezifischen Kraftstoff-/Luftverhältnisbedingungen des Abgases regeneriert werden.
  • Bestimmte Änderungen der Fahrbedingungen während einer Regeneration einer Schadstoffbegrenzungsvorrichtung können Temperaturabweichungen (z.B. über einen oberen Temperaturgrenzwert hinaus) verursachen, die die Leistung der Schadstoffbegrenzungsvorrichtung verschlechtern können. Insbesondere können die Frequenz und/oder Amplitude der Hochtemperaturabweichungen größer werden, wenn im Abgas zu viele Reduktionsmittel und zuviel Sauerstoff vorhanden sind. Solche Bedingungen können zum Beispiel während Kurzfahrten (Einschalt-/Ausschaltzyklen), Langstrecken (Bergfahrten) und/oder längerem Betrieb bei niedriger Drehzahl auftreten.
  • Ein Ansatz zum Vorsehen einer gesteuerteren Regeneration wird in dem japanischen Patent Nr. 4,086,319 beschrieben, in dem ein Partikelfilter manuell regeneriert wird. Wenn im Einzelnen ein Fahrer einen Regenerationsschalter einschaltet, drosselt ein Abgasdrosselklappenaktor das Abgas und ein Beschleunigungsaktor erhöht die Kraftstoffeinspritzung zum Anheben der Motordrehzahl und der Abgastemperatur für die Nachverbrennung von Partikeln.
  • Die vorliegenden Erfinder haben aber mehrere Nachteile bei dem Ansatz von 4,086,319 erkannt. Das Anheben der Motordrehzahl allein kann zum Beispiel keine für die Regeneration eines Partikelfilters ausreichend hohe Temperatur erzeugen. Weiterhin kann die Verwendung einer Abgasregelklappe die Kosten erhöhen und das Spitzendrehmoment senken.
  • Somit können die obigen Punkte durch ein Verfahren der Regeneration einer Schadstoffbegrenzungsvorrichtung in einem Dieselmotor eines Fahrzeugs mit einer Radbremse und einem Getriebe angegangen werden. Das Verfahren umfasst das Empfangen eines Regenerationsbefehls von einem Bediener des Fahrzeugs; das Aktivieren der Radbremse; das Anheben von Motordrehmoment; und das Regenerieren der Schadstoffbegrenzungsvorrichtung.
  • Nach einem anderen Ansatz wird ein Verfahren zur Regeneration einer Schadstoffbegrenzungsvorrichtung in einem Dieselmotor eines Fahrzeugs mit einer Radbremse und einem Getriebe vorgesehen. Das Verfahren umfasst das Empfangen eines Regenerationsbefehls von einem Bediener des Fahrzeugs; das Anpassen des Getriebebetriebs; das Anheben von Motordrehmoment; und das Regenerieren der Schadstoffbegrenzungsvorrichtung.
  • Auf diese Weise ist es möglich, mittels der Radbremsen Motorbelastung zu nutzen, wodurch während verschiedener Motorbetriebsbedingungen wie Leerlaufzustand eine erhöhte Motorbelastung möglich wird. Ferner ist es möglich, eine Motorbelastung zu erzeugen, die größer als die durch erhöhte Reibung, die bei höheren Motordrehzahlen auftritt, ist. Weiterhin kann dieser Betrieb in vorteilhafter Weise durch einen Bediener ausgelöst werden, so dass das Fahrzeugbremsen (das automatisch gesteuert werden kann) unter erwarteten Bedingungen ausgeführt werden kann. Somit kann die Abgastemperatur durch Anheben von Motordrehmoment, dem durch ein Lastmoment, beispielsweise Bremsmoment, entgegengewirkt werden kann, auf einen Wert angehoben werden, der zur Regeneration erforderlich ist.
  • Analog kann der Getriebebetrieb, beispielsweise ein Schaltzustand, angepasst werden, um ein Bremsmoment am Motor (z.B. mittels der Radbremsen) zu ermöglichen und somit eine erhöhte Motorbelastung zu ermöglichen, um eine ausreichende Abgastemperatur für die Regeneration während stationärer Fahrzeugbedingungen vorzusehen. In einer Ausführung kann der Ansatz zum Entfernen von SOx in einem Mager-NOx-Filter oder von Partikeln aus einem Partikelfilter verwendet werden, dadurch können mehrere Schadstoffbegrenzungsvorrichtungen möglicherweise gleichzeitig regeneriert werden.
  • Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist ein schematisches Diagramm eines beispielhaften Fahrzeugs.
  • 2 ist eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführung eines Dieselmotors.
  • 3 ist ein Flussdiagramm einer Ausführung eines Verfahrens zum Regenerieren einer Schadstoffbegrenzungsvorrichtung.
  • 4 ist ein Flussdiagramm einer anderen Ausführung eines Verfahrens zum Regenerieren einer Schadstoffbegrenzungsvorrichtung.
  • Eingehende Beschreibung
  • 1 ist ein schematisches Diagramm eines beispielhaften Fahrzeugs. Bei Fahrzeug 20 ist ein Motor 210, der ein Benzin- oder Dieselmotor sein kann und der bezüglich 2 eingehender beschrieben wird, mit dem Getriebe 218 verbunden, das mechanisch mit einem Rad 214 verbunden ist. In einem Beispiel kann das Getriebe 218 ein Automatikgetriebe sein, und ein (nicht dargestellter) Drehmomentwandler kann zwischen dem Motor und dem Getriebe angeschlossen sein. Alternativ kann das Getriebe 218 zum Beispiel ein Schaltgetriebe oder ein automatisiertes Schaltgetriebe sein.
  • Eine Bremse 216 ist mit dem Rad 214 verbunden und dafür ausgelegt, das Rad im Verhältnis zum Fahrzeug zu bremsen. Die Bremse kann hydraulisch betätigt, elektrohydraulisch betätigt, elektrisch betätigt oder verschiedene Kombinationen davon sein. Die Bremse kann zum Beispiel durch einen Fahrzeugbediener betätigt werden, der ein Bremspedal betätigt, und/oder kann mittels eines Befehls von einem Steuergerät, beispielsweise mittels der elektrischen Verbindung 230 vom Steuergerät 212, betätigt werden. Die Bremse kann eine Scheibenbremse, Trommelbremse oder eine andere Art von Bremse sein, die mit einem Reifen/Rad oder der Nabe des Reifens/Rads des Fahrzeugs verbunden ist. In einem Beispiel kann die Bremse so ausgelegt sein, dass sie durch den Bediener oder das Steuergerät oder durch beide betrieben wird, beispielsweise in einem Bremsantiblockiersystem.
  • 1 zeigt ferner das mit dem Getriebe 218 in Verbindung stehende Steuergerät 212. Das Steuergerät kann zum Beispiel mehrere Signale zu dem Getriebe 218 senden, beispielsweise zum Steuern mehrerer Hydraulikdrücke in dem Getriebe zum Aktivieren/Deaktivieren verschiedener Kupplungen. Wie hierin eingehender beschrieben wird, kann in einem Beispiel das Steuergerät 212 während eines Leerlaufzustands als Reaktion auf einen Fahrerbefehl ein oder mehrere Kupplungen in dem Getriebe 218 betätigen, um am Motor Bremsmoment anzulegen (entweder mittels des Getriebes selbst oder in Kombination mit den Fahrzeugbremsen), wodurch die Erzeugung erhöhter Motorbelastung und erhöhter Motortemperatur möglich wird.
  • Weiter mit 1 wird das Steuergerät 212 auch mit dem Motor 210 verbunden gezeigt. Zwar kann ein einzelnes Steuergerät verwendet werden, um den Motor, die Bremsen, das Getriebe etc. zu betätigen, doch können auch mehrere Steuergeräte in einem Steuersystem eingesetzt werden. Ferner kann das Steuergerät 212 eine Fahrereingabe 224 annehmen, beispielsweise ein Signal zum Regenerieren von Schadstoffbegrenzungsvorrichtungen, sowie zusätzliche Fahrereingaben, beispielsweise vom Gaspedal und Bremspedal (nicht dargestellt). Das Steuergerät 212 kann auch eine Gangwahleingabe vom Wählhebel 220 empfangen, welche eine Schaltstellung eines Getriebes sein kann (z.B. PRNDL).
  • 1 zeigt auch eine Schadstoffbegrenzungsvorrichtungsanlage 222 (siehe 2 für weitere Einzelheiten), die ein oder mehrere Schadstoffbegrenzungsvorrichtungen in einem Auslasskanal stromabwärts des Motors umfassen kann.
  • Unter Bezug auf 2 wird dort ein vereinfachtes schematisches Diagramm einer Dieselmotoranlage 10 gezeigt, die mit einer Abgasrückführungsanlage 12 (AGR) und einem Turbolader veränderlicher Geometrie (VGT) 14 ausgestattet ist. Ein repräsentativer Motorblock 16 wird mit vier Brennräumen 18 gezeigt, wenngleich bei Bedarf mehr oder weniger Zylinder verwendet werden können. Jeder der Brennräume 18 umfasst ein Direkteinspritzventil 20. Der Arbeitszyklus der Einspritzventile 20 wird durch das Motorsteuergerät (ECU) 24 ermittelt und entlang einer Signalleitung 22 übermittelt. Durch den Ansaugkrümmer 26 dringt Luft in die Brennräume 18 ein, und durch den Abgaskrümmer 28 werden Verbrennungsgase in Pfeilrichtung 30 abgelassen.
  • In der dargestellten Ausführung können die (nicht dargestellten) Einlassventile und Auslassventile durch veränderliche Nockensteuerzeiten (VCT, vom engl. Variable Cam Timing) 91 mittels einer Signalleitung 93 betätigt werden. In manchen Beispielen können neben anderen Ventilsteuersystemen veränderlicher Ventilhub (WL, vom engl. Variable Valve Lift), Nockenprofilwechsel (CPS, vom engl. Cam Profile Switch) verwendet werden, um den Betrieb eines oder mehrerer der Einlass- und/oder Auslassventile anzupassen. Alternativ können elektrischen Ventilaktoren (EVA) zum Steuern des Betriebs von Einlass- bzw. Auslassventilen verwendet werden. Jedes Ventil kann mit einem (nicht dargestellten) Ventilstellungssensor ausgelegt werden, der zum Ermitteln der Stellung des Ventils verwendet werden kann.
  • Zum Senken des Werts von NOx-Emissionen ist der Motor mit einer AGR-Anlage 12 ausgestattet. Die AGR-Anlage 12 umfasst eine den Abgaskrümmer 28 mit dem Ansaugkrümmer 26 verbindende Leitung 32. Dies erlaubt ein Zirkulieren eines Teils der Abgase von dem Abgaskrümmer 28 zu dem Ansaugkrümmer 26 in Richtung des Pfeils 31. Ein AGR-Ventil 34 regelt die von dem Abgaskrümmer 28 rückgeführte Abgasmenge. Das Ventil 34 kann eine Drosselklappe, eine Düsennadelöffnung, ein Absperrschieber oder eine andere Art von verstellbarem Ventil sein.
  • In den Brennräumen dient das rückgeführte Abgas als inertes Gas, wodurch die Flammen- und Zylindergastemperatur gesenkt und die Bildung von NOx reduziert wird. Das rückgeführte Abgas verdrängt dagegen Frischluft und senkt das Kraftstoff-/Luftverhältnis der Zylindermischung durch Reduzieren von überschüssigem Sauerstoff.
  • Der Turbolader 14 nutzt Abgasenergie zum Steigern der den Motorbrennräumen 18 gelieferten Ansaugluftmasse. Das in Richtung des Pfeils 30 strömende Abgas treibt den Turbolader 14 an. Diese größere Luftmasse kann mit einer größeren Kraftstoffmenge verbrannt werden, was verglichen mit nicht turbogeladenen Saugluftmotoren zu mehr Drehmoment und Leistung führt.
  • Der Turbolader 14 umfasst einen Verdichter 36 und eine Turbine 38, die durch eine gemeinsame Welle 40 verbunden sind. Das Abgas 30 treibt die Turbine 38 an, die den Verdichter 36 antreibt, der wiederum Umgebungsluft 42 verdichtet und sie (Pfeil 43) in den Ansaugkrümmer 26 leitet. Der VGT 14 kann als Funktion von Motordrehzahl während des Motorbetriebs durch Verändern der Turbinenströmfläche und des Winkels, bei dem das Abgas 30 an den Turbinenschaufeln geleitet wird, modifiziert werden. Dies wird durch Ändern des Winkels der Einlassleitschaufeln 44 an der Turbine 38 verwirklicht. Die Betriebsstellung für die Motorleitschaufeln 44 wird aus den Sollmotorbetriebseigenschaften bei verschiedenen Motordrehzahlen und Motorlasten durch das ECU 24 ermittelt.
  • Stromabwärts der Turbine 38 kann eine Nachbehandlungsvorrichtung 74 angeordnet sein. Die Nachbehandlungsvorrichtung 74 kann eine geeignete Art von Vorrichtung zum Reduzieren von Emissionen des Motors 10 umfassen. Beispiele umfassen Dreiwegekatalysatoren, NOx-Filter, Oxidationskatalysatoren, Partikelfilter etc., sind aber nicht hierauf beschränkt. In einem Beispiel ist die Nachbehandlungsvorrichtung ein Dieselpartikelfilter. Das ECU 24 kann dafür ausgelegt werden, die Temperatur der Partikelfilter regelmäßig anzuheben, um die Filter zu regenerieren.
  • Ein Mager-Stickstoffoxid(NOx)-Adsorptionsmittel bzw. Filter 76 wird stromabwärts der Nachbehandlungsvorrichtung 74 angeordnet gezeigt. Der NOx-Filter 76 ist dafür ausgelegt, NOx zu adsorbieren, wenn der Motor 10 mit einem mageren Kraftstoff-/Luftverhältnis arbeitet. Das ECU 24 kann dafür ausgelegt werden, die Temperatur des NOx-Filters 76 regelmäßig anzuheben und einen fetten oder stöchiometrischen Abgasstrom zum NOx-Filter 76 (zum Beispiel durch Ausführen einer zusätzlichen Kraftstoffeinspritzung nach dem oberen Totpunkt des Verdichtungstakts) vorzusehen, um adsorbiertes NOx mit HC und CO zu reagieren, um den Filter von Verunreinigungen wie gespeichertes SOx zu reinigen.
  • Alle Motorsysteme, einschließlich der AGR-Anlagen 12 und des VGT 14, der Drosselklappen 84 und der Einspritzventile 20, werden von dem ECU gesteuert. Ein Signal 46 von dem ECU 24 regelt zum Beispiel die AGR-Ventilstellung, und ein Signal 48 regelt die Stellung der VGT-Leitschaufeln 44.
  • In dem ECU 24 werden die Befehlssignale 46, 48 zu der AGR-Anlage 12 und den Aktoren des VGT 24 sowie andere Befehlssignale aus gemessenen Variablen und Motorbetriebsparametern berechnet. Sensoren und kalibrierbare Lookup-Tabellen liefern der ECU 24 Motorbetriebsinformationen. Der Krümmerunterdrucksensor (MAP) 50 zum Beispiel liefert dem ECU 24 ein Signal 52, das den Druck im Ansaugkrümmer 26 stromabwärts des AGR-Einlasses anzeigt, und der Drucksensor 96 liefert ein Signal 98, das den Druck stromaufwärts des AGR-Einlasses in den Ansaugkrümmer anzeigt. Analog liefert der Abgaskrümmerdrucksensor (EXMP) 54 dem ECU 24 ein EXMP-Signal 56, das den Druck in dem Abgaskrümmer 28 stromaufwärts des AGR-Auslasses anzeigt. Weiterhin liefert ein Ansauglufttemperatursensor 58 ein Signal 60 zum ECU 24, das die Temperatur der Ansaugluft 42 anzeigt. Ein Luftmassenmesser (MAF) 64 liefert ferner Signale 66, die dem ECU 24 das Strömen von Luft in das Einlasssystem anzeigen.
  • Ferner kann die Abgassauerstoffkonzentration, die das Kraftstoff-/Luftverhältnis anzeigen kann, durch einen Sauerstoffsensor 72 vorgesehen werden. Es können auch zusätzliche Sensoreingaben entlang der Signalleitung 62 von dem ECU empfangen werden, beispielsweise Motorkühlmitteltemperatur, Motordrehzahl und Drosselstellung. Ferner wird das ECU 24 gezeigt, wie es Signale von einer Gaspedalstellung von Sensor 91 und einer Bremspedalstellung von Sensor 93 empfängt.
  • Der Abgassensor 72 wird stromaufwärts einer Nachbehandlungsvorrichtung 74 gezeigt. Der Abgassensor 72 kann einer von vielen bekannten Sensoren zum Liefern eines Hinweises auf das Kraftstoff-/Luftverhältnis des Abgases sein, beispielsweise ein linearer Sauerstoffsensor, ein Sauerstoffsensor mit zwei Zuständen oder ein Kohlenwasserstoff(HC)- oder Kohlenmonoxid(CO)-Sensor. In diesem bestimmten Beispiel ist der Sensor 38 ein Sauerstoffsensor mit zwei Zuständen, der dem Steuergerät 12 ein Signal EGO liefert, das das Signal EGO in ein Zweizustandssignal EGOs umwandelt.
  • Das Steuergerät 24 kann die Temperatur der Nachbehandlungsvorrichtung 74 und des NOx-Filters 76 in geeigneter Weise ermittelten. Zum Beispiel können die Temperatur Ttrt des Katalysators 74 und die Temperatur Tttrt des NOx-Filters 76 aus dem Motorbetrieb gefolgert werden. In einer anderen Ausführung wird die Temperatur Ttrt durch den Temperatursensor 81 und die Temperatur Ttrp durch den Temperatursensor 85 vorgesehen.
  • Es versteht sich, dass die 2 lediglich einen beispielhaften Mehrzylindermotor zeigt, und dass jeder Zylinder seinen eigenen Satz an Einlass-/Auslassventilen, Einspritzventilen etc. aufweist. Ferner versteht sich, dass der dargestellte Dieselmotor 10 nur für beispielhafte Zwecke gezeigt wird und dass die hierin beschriebenen Systeme und Verfahren in jedem anderen geeigneten Dieselmotor mit geeigneten Bauteilen und/oder Anordnungen von Bauteilen implementiert oder darauf angewendet werden können.
  • 3 zeigt ein Flussdiagramm einer Ausführung eines Verfahrens zum Regenerieren einer Schadstoffbegrenzungsvorrichtung. Die Routine 300 stellt allgemein ein Verfahren zum Regenerieren eines Dieselpartikelfilters (DPF) eines Dieselfahrzeugs als Reaktion auf einen manuellen Fahrerbefehl dar. Bei 310 ermittelt die Routine, ob ein Bediener die Regeneration des Partikelfilters gefordert hat, z.B. mittels 224. Der Bediener kann ein Fahrer des Fahrzeugs sein. Alternativ kann der Bediener ein Wartungsmechaniker in einem Kundendienstzentrum sein. In manchen Ausführungen kann ein Bediener die Regeneration durch Einschalten einer Regenerationstaste oder eines Regenerationsschalters im Fahrzeug einleiten, beispielsweise im Armaturenbrett des Fahrzeugs. In manchen Fällen kann ein Warnsignal in oder nahe der Regenerationstaste integriert sein, um den Bediener an die Notwendigkeit der Regeneration eines Partikelfilters zu erinnern oder ihn darauf hinzuweisen. In manchen Ausführungen kann das Warnsignal eine LED, beleuchtete Worte oder eine Kurve sein.
  • Lautet die Antwort auf 310 Nein, endet die Routine. Ansonsten geht die Routine weiter zu 312, wo die Routine ermittelt, ob der Zustand für eine manuelle Regeneration akzeptabel ist. In einer Ausführung kann der akzeptable Zustand ein Leerlaufzustand des Motors des Fahrzeugs sein. In einer anderen Ausführung kann der akzeptable Zustand bei einem gestoppten Zustand des Fahrzeugs und wenn sich der gewählte Gang in „Parken" oder „P" befindet, vorliegen. Wenn die Antwort auf 312 Nein lautet, endet die Routine. Lautet die Antwort Ja, geht die Routine weiter zu 314.
  • Als Nächstes aktiviert die Routine bei 314 die Radbremse, z.B. durch Anheben der auf das Rad ausgeübten Bremskraft. Dann passt die Routine das Getriebe an (z.B. eine oder mehrere Kupplungen des Getriebes), um ein Motorbrems-/lastmoment bei 316 zu erzeugen, und steigert das Motordrehmoment (z.B. Steigern des eingespritzten Kraftstoffs) bei 318. Das Getriebe kann zum Beispiel durch Betätigen einer oder mehrerer Kupplungen, so dass das Getriebe eine vermehrte Motorbelastung erzeugt, in eine gesperrte oder teilweise gesperrte Stellung gebracht werden. Des Weiteren kann Motorbelastung erzeugt werden, wenn weiterhin ein oder mehr Radbremsen betätigt werden, so dass eine Verbindung zwischen dem Motor und den Bremsen durch das Getriebe genutzt werden kann.
  • Auf diese Weise kann in dem Abgas eine erhöhte Temperatur erzeugt werden, die zum Verbrennen von an dem Partikelfilter absorbierten Partikeln verwendet werden kann, um dadurch den Filter zu regenerieren. Weiterhin können erhöhte Temperaturen erzeugt werden, wenn diese von einem Bediener während Stoppbedingungen gefordert werden, beispielsweise während Motorleerlaufbedingungen. Somit kann durch Aktivieren der Radbremse und Anpassen von Getriebe oder Kupplung das Motordrehmoment angehoben werden, um die erforderliche Abgastemperatur zu erzeugen.
  • Weiter mit 3 ermittelt die Routine bei 320, ob die Abgastemperatur bei oder in einem Sollbereich für die Regeneration liegt. Wenn die Antwort Ja lautet, rückt die Routine weiter zu 324, um den Partikelfilter zu regenerieren. Ansonsten passt die Routine bei 322 die Menge der Kraftstoffeinspritzung oder die Einspritzsteuerzeiten an, um die Temperatur auf einen Sollwert anzuheben. Es versteht sich, dass eine Abgasregelklappe weiterhin optional in dem Auslasskanal eingebaut sein kann, um bei Bedarf die Abgastemperatur weiter anzuheben und/oder anzupassen. Als Nächstes geht die Routine weiter zu 324, um den Partikelfilter zu regenerieren.
  • Zusätzlich zur Regeneration des Partikelfilters können andere Schadstoffbegrenzungsvorrichtungen wie ein Mager-NOx-Filter regelmäßig regeneriert werden, um SOx zu entfernen. Der NOx-Filter kann zum Beispiel ein oder mehr Edelmetalle und ein Alkali oder alkalisches Metall umfassen, an das Stickstoffoxide als Nitrate adsorbieren, wenn das Motorabgas ein mageres Kraftstoff-/Luftgemisch aufweist. Dann kann der Motor so ausgelegt werden, dass er periodisch mit einem fetteren Kraftstoff-/Luftgemisch läuft. Die Nitrate zersetzen sich unter fetten Bedingungen, was das NOx freisetzt. Dieses reagiert über dem Edelmetall mit dem Kohlenmonoxid, dem Wasserstoffgas und verschiedenen Kohlenwasserstoffen im Abgas, um N2 zu bilden, wodurch die NOx-Emissionen gesenkt und der Filter regeneriert wird.
  • Die Verwendung eines NOx-Filters kann NOx-Emissionen aus einem Magermotor erheblich reduzieren. Durch die Verbrennung von Schwefel im Kraftstoff erzeugtes SO2 kann aber Sulfate bilden, die die NOx-Speicherstellen verschlechtern und die NOx-Speicherleistung und Umwandlungsfähigkeit des Filters senken können. Die NOx-Speicherleistung des Filters kann aber durch Betreiben des Filters bei hoher Temperatur (zum Beispiel bei einer Temperatur zwischen etwa 600°C und 800°C) über mehrere Minuten unter fetten, stöchiometrischen oder zwischen mager und fett pendelnden Bedingungen wiederhergestellt werden.
  • Ein der vorstehend beschriebenen Routine ähnelndes Verfahren kann zum Entfernen von in einem Mager-NOx-Filter absorbierten SOx verwendet werden, das als Reaktion auf einen manuellen Fahrerbefehl ausgelöst werden kann. Unter Bezug nun auf 4 wird ein Flussdiagramm einer anderen Ausführung eines Verfahrens zum Regenerieren einer Schadstoffbegrenzungsvorrichtung gezeigt. Die Routine 400 zeigt allgemein ein Verfahren zum Entfernen von SOx aus einem Mager-NOx-Filter. Die Routine ermittelt bei 410, ob ein Bedienerbefehl zum Entfernen von SOx aus dem Mager-NOx-Filter oder Ausführen einer Desulfatierung vorliegt. Der Bediener kann ein Fahrer des Fahrzeugs sein. Alternativ kann der Bediener ein Wartungsmechaniker in einem Kundendienstzentrum sein. In manchen Ausführungen kann ein Bediener die Regeneration durch Einschalten einer Regenerationstaste oder eines Regenerationsschalters im Fahrzeug einleiten, beispielsweise im Armaturenbrett des Fahrzeugs. In manchen Fällen kann ferner ein Warnsignal in oder nahe der Desulfatierungstaste integriert sein, um den Bediener an die Notwendigkeit der Ausführung des Desulfatierungsvorgangs zu erinnern oder ihn darauf hinzuweisen. Das Warnsignal kann eine LED, beleuchtete Worte oder eine Kurve sein. Lautet die Antwort Nein, endet die Routine.
  • Ansonsten geht die Routine weiter zu 412 und ermittelt, ob ein Zustand für das Auslösen eines Desulfatierungsvorgangs durch einen Bediener akzeptabel ist. In einer Ausführung kann der akzeptable Zustand ein Leerlaufzustand des Motors des Fahrzeugs sein. In einer anderen Ausführung kann der akzeptable Zustand in einem gestoppten Zustand des Fahrzeugs und wenn sich der gewählte Gang in „Parken" oder „P" befindet, vorliegen. Es können noch andere Eingabebedingungen verwendet werden, beispielsweise eine Anzahl von Meilen seit einem vorherigen Regenerationsvorgang usw. Wenn die Antwort Nein lautet, endet die Routine.
  • Lautet die Antwort Ja, geht die Routine weiter zu 414, wo die Routine die Radbremse aktiviert, z.B. durch Anheben der auf das eine Rad oder auf mehrere Räder ausgeübten Bremskraft. Dann passt die Routine das Getriebe an (z.B. eine oder mehrere Kupplungen des Getriebes), um ein Motorbrems-/lastmoment bei 416 zu erzeugen, und steigert das Motordrehmoment (z.B. Steigern des eingespritzten Kraftstoffs und der Ansaugluft) und passt bei 418 das Kraftstoff-/Luftverhältnis des Abgases (z.B. auf fett, stöchiometrisch oder um die Stöchiometrie pendelnd) an. Das Kraftstoff-/Luftverhältnis des Abgases kann zum Beispiel mittels Reduktionsmitteleinspritzung in das Abgas oder mittels später Einspritzung mittels eines Direkteinspritzventils während eines Auspufftakts angepasst werden.
  • Wie vorstehend erwähnt kann das Getriebe durch Betätigen einer oder mehrerer Kupplungen, so dass das Getriebe eine vermehrte Motorbelastung erzeugt, in eine gesperrte oder teilweise gesperrte Stellung gebracht werden. Des Weiteren kann Motorbelastung erzeugt werden, wenn weiterhin ein oder mehr Radbremsen betätigt werden, so dass eine Verbindung zwischen dem Motor und den Bremsen durch das Getriebe genutzt werden kann. Wie vorstehend erwähnt können erhöhte Temperaturen erzeugt werden, wenn dies von einem Fahrer während Stoppbedingungen gefordert wird, beispielsweise während Motorleerlaufbedingungen. Somit kann durch Aktivieren der Radbremse und Anpassen von Getriebe oder Kupplung das Motordrehmoment angehoben werden, um die erforderliche Abgastemperatur zu erzeugen.
  • Auf diese Weise kann eine erhöhte Temperatur in dem Abgas erzeugt werden, die zum Entfernen von Sulfaten aus dem NOx-Filter durch Erhitzen des Filters über mehrere Minuten bei einer hohen Temperatur und Betreiben des Motors unter ausgewählten Kraftstoff-/Luftverhältnisbedingungen des Abgases genutzt werden kann. Unter fetten Bedingungen, bei denen das Kraftstoff-/Luftverhältnis des Abgases unter dem stöchiometrischen Verhältnis liegt, können zum Beispiel Reduktionsmittel wie Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxide im Abgas vorliegen. Wenn Sulfate aus einem NOx-Filter gespült werden, werden sie im Abgas zum Großteil in Schwefeldioxid (SO2), Wasserstoffsulfid (H2S) und Carbonylsulfid (COS) umgewandelt.
  • Weiter mit 4 ermittelt die Routine bei 420, ob sich die Abgastemperatur in einem Sollbereich für die Desulfatierung befindet. Lautet die Antwort Ja, rückt die Routine zu 424 vor, um den Partikelfilter zu regenerieren. Ansonsten passt die Routine bei 422 die Menge der Kraftstoffeinspritzung, die Einspritzsteuerzeiten und/oder die Luftstrommenge an, um die Temperatur auf einen Sollwert anzuheben. Es versteht sich wiederum, dass eine Abgasregelklappe optional in dem Auslasskanal eingebaut sein kann, um bei Bedarf die Abgastemperatur weiter anzupassen. Als Nächstes geht die Routine weiter zu 424, um den Desulfatierungsvorgang auszuführen.
  • Es versteht sich, dass die Regeneration eines Partikelfilters in einer Ausführung gleichzeitig mit einem Desulfatierungsvorgang durchgeführt werden kann. Die Regeneration mehrerer Vorrichtungen kann zum Beispiel zumindest teilweise gleichzeitig erfolgen oder kann nacheinander ausgeführt werden, um nur einen einzigen Hochtemperatur-Regenerationsvorgang zu verwenden.
  • Die in Verbindung mit den 3 und 4 beschriebenen beispielhaften Verfahren haben bei manchen Szenarien verschiedene Vorteile. Die Regeneration eines Partikelfilters und die Desulfatierung eines Mager-NOx-Filters kann zum Beispiel bei festgelegten Intervallen unter gesteuerten Bedingungen durch einen Bediener ausgeführt werden. Somit können von einer Schadstoffbegrenzungsvorrichtung erfahrene hohe Temperaturabweichungen, die sich aus einer Regeneration oder Desulfatierung während bestimmter Fahrbedingungen ergeben, reduziert werden. Ferner wird ein Verfahren zum Ausführen der Regeneration oder Desulfatierung vorgesehen, um die Temperatur unter gesteuerten Bedingungen anzuheben. Die Betätigung einer Fahrzeugradbremse kann zum Beispiel die Wirkung des Anhebens von Motorlast bei bestimmten Motorbetriebsbedingungen wie Leerlaufzustand haben. Somit kann die Abgastemperatur auf einen Wert angehoben werden, der für die Regeneration eines Partikelfilters und/oder die Desulfatierung eines Mager-NOx-Filters erforderlich ist, indem das Motordrehmoment während Bremsens angehoben wird. Analog kann ein Anpassen von Getriebebetrieb genutzt werden, um die Motorbelastung zu steigern, wodurch die Abgastemperatur ausreichend für die Regeneration und Desulfatierung angehoben wird.
  • Weiterhin kann eine Regeneration und/oder Desulfatierung praktischerweise bei gesteuerten Bedingungen ausgeführt werden. Da zum Beispiel die Regeneration eines Partikelfilters in etwa bei Kraftstoffnachtankintervallen erfolgen kann, kann ein Bediener daran erinnert werden, die Regeneration in etwa zum Zeitpunkt des Kraftstoffnachtankens auszulösen. Analog kann die Desulfatierung in etwa bei Ölwechselintervallen erfolgen. Ein Bediener oder ein Wartungsmechaniker in einem Kundendienstzentrum können wiederum in etwa gleichzeitig mit dem Ölwechsel daran erinnert werden, den Desulfatierungsvorgang auszulösen. Somit sind ggf. weniger Zeit oder Aufwand seitens des Bedieners eines Fahrzeugs erforderlich, um die Strategien zum Regenerieren eines Partikelfilters und zum Desulfatieren eines Mager-NOx-Filters auszuführen.
  • Wie für den Durchschnittsfachmann ersichtlich ist, können die vorstehend in den Flussdiagrammen beschriebenen spezifischen Routinen und Blockdiagramme eine oder mehrere einer Reihe von Verarbeitungsstrategien sein, wie beispielsweise ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen. Daher können verschiedene gezeigte Schritte oder Funktionen in der gezeigten Abfolge oder parallel ausgeführt oder in manchen Fällen ausgelassen werden. Analog ist die Reihenfolge der Verarbeitung nicht unbedingt erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der Offenbarung zu verwirklichen, wird aber zur besseren Veranschaulichung und Beschreibung vorgesehen. Auch wenn dies nicht eigens gezeigt wird, wird ein Durchschnittsfachmann erkennen, dass ein oder mehrere der gezeigten Schritte oder Funktionen abhängig von der jeweils eingesetzten Strategie wiederholt ausgeführt werden können. Weiterhin können diese Figuren einen in das maschinenlesbare Speichermedium in dem Steuergerät 12 einzuprogrammierenden Code graphisch darstellen.
  • Es versteht sich, dass die hierin offenbarten Prozesse beispielhafter Natur sind und dass diese spezifischen Ausführungen nicht einschränkend auszulegen sind, da zahlreiche Abänderungen möglich sind. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung umfasst alle neuartigen und nicht nahe liegenden Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Nockenwellen- und/oder Ventilsteuerzeiten, Kraftstoffeinspritzsteuerzeiten sowie andere hierin offenbarte Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften.
  • Die folgenden Ansprüche zeigen insbesondere bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen auf, welche als neuartig und nicht nahe liegend betrachtet werden. Diese Ansprüche können auf „ein" Element oder „ein erstes" Element oder eine Entsprechung desselben verweisen. Diese Ansprüche sind so zu verstehen, dass sie das Integrieren eines oder mehrerer solcher Elemente umfassen, wobei sie zwei oder mehrere dieser Elemente weder fordern noch ausschließen. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der Einspritz- und Ventilsteuerzeiten und Temperaturverfahren, Prozesse, Einrichtungen und/oder andere Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Abänderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Vorlage neuer Ansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Solche Ansprüche werden, ob sie nun gegenüber dem Schutzumfang der ursprünglichen Ansprüche breiter, enger, gleich oder unterschiedlich sind, ebenfalls als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthalten betrachtet.

Claims (20)

  1. Verfahren zur Regeneration einer Schadstoffbegrenzungsvorrichtung in einem Dieselmotor eines Fahrzeugs, wobei das Fahrzeug auch eine Radbremse aufweist, wobei das Verfahren umfasst: Empfangen eines Regenerationsbefehls von einem Bediener des Fahrzeugs; Aktivieren der Radbremse; Anheben des Motordrehmoments; und Regenerieren der Schadstoffbegrenzungsvorrichtung.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schadstoffbegrenzungsvorrichtung ein Partikelfilter ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schadstoffbegrenzungsvorrichtung ein Mager-NOx-Filter ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, welches weiterhin während der Regeneration das Betreiben bei einem fetten Kraftstoff-/Luftverhältnis des Abgases umfasst.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bediener entweder der Fahrer des Fahrzeugs oder der Wartungsmechaniker eines Fahrzeugkundendienstzentrums ist.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeneration während Leerlaufbedingungen des Motors ausgeführt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeneration während eines gestoppten Zustands des Fahrzeugs ausgeführt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeneration über einer durch einen Anstieg von Abgaswärme verursachten vorbestimmten Temperatur ausgeführt wird.
  9. Verfahren zur Regeneration einer Schadstoffbegrenzungsvorrichtung in einem Dieselmotor eines Fahrzeugs, wobei das Fahrzeug auch ein Getriebe aufweist, wobei das Verfahren umfasst: Empfangen eines Regenerationsbefehls von einem Bediener des Fahrzeugs; Anpassen des Getriebebetriebs; Anheben des Motordrehmoments; und Regenerieren der Schadstoffbegrenzungsvorrichtung.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schadstoffbegrenzungsvorrichtung ein Partikelfilter ist.
  11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Schadstoffbegrenzungsvorrichtung ein Mager-NOx-Filter ist.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, welches weiterhin während der Regeneration das Betreiben bei einem fetten Kraftstoff-/Luftverhältnis des Abgases umfasst.
  13. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeneration während Leerlaufbedingungen des Motors und während eines gestoppten Zustands des Fahrzeugs ausgeführt wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Anpassen des Getriebebetriebs das Aktivieren mindestens einer Hydraulikkupplung des Getriebes zum Einrücken mindestens eines Gangs umfasst.
  15. Verfahren zur Regeneration einer Schadstoffbegrenzungsvorrichtung in einem Dieselmotor eines Fahrzeugs, wobei das Fahrzeug auch eine Radbremse und ein Getriebe aufweist, wobei das Verfahren umfasst: Empfangen eines Regenerationsbefehls von einem Bediener des Fahrzeugs; Aktivieren der Radbremse; Anpassen des Getriebebetriebs; Anheben des Motordrehmoments; und Regenerieren der Schadstoffbegrenzungsvorrichtung.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Schadstoffbegrenzungsvorrichtung ein Partikelfilter ist.
  17. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Schadstoffbegrenzungsvorrichtung ein Mager-NOx-Filter ist.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Anpassen des Getriebebetriebs das Aktivieren mindestens einer Hydraulikkupplung des Getriebes zum Einrücken mindestens eines Gangs umfasst, so dass Drehmoment zumindest teilweise vom Motor zum Rad übertragen werden kann.
  19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Aktivieren der Radbremse das elektronische Aktivieren einer automatischen Radbremse des Fahrzeugs umfasst, so dass Motorbremsbelastung vorgesehen werden kann.
  20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeneration während Leerlaufbedingungen des Motors und einem gestoppten Zustand des Fahrzeugs ausgeführt wird.
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