DE102008018063A1 - Fahrzeugbasierte Strategie zum Entfernen von Harnstoffablagerungen aus einem SCR-Katalysator - Google Patents

Fahrzeugbasierte Strategie zum Entfernen von Harnstoffablagerungen aus einem SCR-Katalysator Download PDF

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Betreiben einer stromabwärts eines Verbrennungsmotors angeschlossenen Nachbehandlungsvorrichtung vorgesehen, wobei die Nachbehandlungsvorrichtung einen Katalysator zur harnstoffbasierten selektiven Katalysatorreduktion (SCR) umfasst. Das Verfahren umfasst das Feststellen einer Grenzwert-Harnstoffablagerungsansammlung für die Regeneration des SCR-Katalysators; das Ermitteln, dass die Grenzwert-Harnstoffablagerungsansammlung in dem SCR-Katalysator erreicht ist; und in Reaktion auf die Ermittlung das Regenerieren des SCR-Katalysators durch Halten des SCR-Katalysators bei einer vorgegebenen Regenerationstemperatur über einen vorgegebenen Zeitintervall.

Description

  • Gebiet
  • Die vorliegende Anmeldung betrifft ein System und Verfahren zum Verbessern der Leistung einer Abgasnachbehandlungsanlage eines Fahrzeugs; im Einzelnen betrifft die Anmeldung ein System und Verfahren zum Regenerieren eines Katalysators zur harnstoffbasierten selektiven katalytischen Reduktion (SCR, kurz vom engl. Selective Catalytic Reduktion) zum Verbessern des Wirkungsgrads der NOx-Umwandlung.
  • Hintergrund
  • Mit Dieselmotoren betriebene Fahrzeuge müssen mit Magerabgas-Nachbehandlungsvorrichtungen, beispielsweise einem Katalysator zur harnstoffbasierten selektiven katalytischen Reduktion (SCR) zum Senken von NOx-Emissionen ausgestattet sein. Der harnstoffbasierte SCR-Katalysator erfordert das Einspritzen von Harnstoff, um Ammoniak (NH3) als Reduktionsmittel für die NOx-Reduktion vorzusehen. Die Erzeugung von Ammoniak aus Harnstoffzersetzung folgt vorrangig zwei nachstehend gezeigten Schritten: NH2-CO-NH2 (Gas oder Flüssigkeit) = NH3 (Gas) + HNCO (Gas) (1) HNCO (Gas) + H2O (Gas) = NH3 + CO2 (Gas) (2)
  • Der erste Schritt (1) ist eine thermische Zersetzungsreaktion und der zweite Schritt (2) ist eine Hydrolysereaktion. Die thermische Zersetzung von Harnstoff ist langsam und ist der die Rate beschränkende Schritt bei einer Temperatur unter 300°C. Wenn daher die Abgastemperatur unter 300°C liegt, kann der Harnstofflösungsstrahl zum SCR-Katalysator überwiegend als harnstoffverwandte Verbindungen an dem SCR abgelagert werden, ohne vollständig zersetzt zu werden.
  • Die Dieselabgastemperatur kann niedrig sein (z. B. unter 300°C), wenn ein Dieselfahrzeug im Stadtverkehr gefahren wird. Somit können harnstoffverwandte Ablagerungen an dem SCR-Katalysator gebildet werden. Die harnstoffverwandten Ablagerungen können Poren in der Zwischenschicht, der so genannten Washcoat, verstopfen und die Katalysatorfläche und die Katalysatoraktivität verringern. Ferner kann ein Verstopfen am Katalysator den Gegendruck über dem Katalysator erhöhen und sich somit negativ auf die Motorleistung auswirken und den Kraftstoffverbrauch anheben.
  • U.S. Patent Nr. 6,982,530 offenbart ein Verfahren zum Regenerieren eines harnstoffbasierten SCR-Katalysators durch Halten seiner Temperatur über dem Siedepunkt von Kohlenwasserstoffen, um Kohlenwasserstoffablagerungen zu entfernen. Die vorliegenden Erfinder haben aber erkannt, dass das vorstehende Vorgehen harnstoffverwandte Ablagerungen nicht ausreichend entfernen kann. Zum Beispiel sind die Temperatur und das Zeitintervall zum Entfernen von Kohlenwasserstoffablagerungen, die in dem 530-Patent verwendet werden, eventuell nicht wirksam, um die harnstoffbasierten Ablagerungen zu beseitigen.
  • Kurzdarlegung
  • Nach einer Ausgestaltung wird ein Verfahren zum Betreiben einer stromabwärts eines Verbrennungsmotors angeschlossenen Nachbehandlungsvorrichtung an die Hand gegeben. Die Nachbehandlungsvorrichtung umfasst einen Katalysator zur harnstoffbasierten selektiven Katalysatorreduktion (SCR). Das Verfahren umfasst das Feststellen einer Grenzwert-Harnstoffablagerungsansammlung zum Regenerieren des SCR-Katalysators; das Ermitteln, ob die Grenzwert-Harnstoffablagerungsansammlung in dem SCR-Katalysator erreicht ist; und in Reaktion auf die Ermittlung das Regenerieren des SCR-Katalysators durch Halten des SCR-Katalysators bei oder über einer vorgegebenen Regenerationstemperatur über einen vorgegebenen Intervall. In einem Beispiel können das Intervall und/oder die vorgegebene Temperatur mit einer Menge von Harnstoffablagerung verändert werden.
  • Nach einer anderen Ausgestaltung wird ein Verfahren zum Regenerieren eines Katalysators zur harnstoffbasierten selektiven Katalysatorreduktion (SCR), der stromabwärts eines Verbrennungsmotors angeschlossen ist, zur Hand gegeben. Das Verfahren umfasst das Schätzen einer Harnstoffablagerungsansammlung in dem SCR-Katalysator, um Steuerzeiten zum Regenerieren des SCR-Katalysators zum Entfernen der Harnstoffablagerungsansammlung zu ermitteln; das Anheben einer Temperatur des SCR-Katalysators auf eine vorgegebene Temperatur und das Halten der vorgegebenen Temperatur über einen vorgegebenen Zeitintervall, um den SCR-Katalysator zu regenerieren; und das Anpassen einer Abgasströmrate, die in den SCR-Katalysator eindringt, um die Wärmeübertragung in dem SCR-Katalysator und das Entfernen der Harnstoffablagerungsansammlung zu verbessern.
  • Nach einer noch anderen Ausgestaltung umfasst ein System für ein Fahrzeug einen Verbrennungsmotor; einen stromabwärts des Verbrennungsmotors angeschlossenen Katalysator zur harnstoffbasierten selektiven Katalysatorreduktion (SCR); und ein Steuergerät, das zum Anpassen von Betriebsparametern zum Regenerieren des SCR-Katalysators ausgelegt ist, wobei das Steuergerät eine Temperatur verändert, bei der der SCR-Katalysator bei einer an dem SCR-Katalysator abgelagerten Harnstoffmenge regeneriert wird, und wobei das Steuergerät eine Dauer, über die der SCR-Katalysator regeneriert wird, bei der abgelagerten Harnstoffmenge verändert. Durch Koordinieren der Regenerationsdauer und Temperatur (z. B. längere/kürzere Regenerationen und/oder niedrigere/höhere Temperaturen) mit der Harnstoffablagerungsbelastung kann zum Beispiel eine verbesserte Regeneration aufgrund der besonderen Natur der Harnstoffablagerungen an SCR-Katalysatoren erreicht werden.
  • Beschreibung der Zeichnungen
  • 1A ist eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform eines Motors.
  • 1B ist eine andere beispielhafte Ausführungsform eines Motors.
  • 2 ist eine schematische Darstellung einer stromabwärts eines Verbrennungsmotors angeschlossenen Nachbehandlungsvorrichtung.
  • 3 zeigt ein beispielhaftes Verfahren 200 zum Betreiben einer Nachbehandlungsvorrichtung stromabwärts eines Verbrennungsmotors nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
  • Eingehende Beschreibung
  • 1A und 1B sind schematische Diagramme eines Motors. Wie in 1A gezeigt wird, wird der Verbrennungsmotor 10 mit mehreren Zylinder, wovon ein Zylinder in 1A gezeigt wird, durch ein elektronisches Motorsteuergerät 12 gesteuert. Der Motor 10 umfasst einen Brennraum 30 und Zylinderwände 32 mit einem darin positionierten und mit einer Kurbelwelle 40 verbundenen Kolben 36. Der Brennraum 30 wird mit einem Ansaugkrümmer 44 und einem Abgaskrümmer 48 mittels eines Einlassventils 52 bzw. Auslassventils 54 in Verbindung stehend gezeigt. Der Ansaugkrümmer 44 wird ferner mit einem damit verbundenen Kraftstoffeinspritzventil 80 zum Zuführen von flüssigem Kraftstoff proportional zur Pulsbreite eines Signals FPW von dem Steuergerät 12 gezeigt. Sowohl die Kraftstoffmenge, die von dem Signal FPW gesteuert wird, als auch die Einspritzsteuerzeiten sind durch das Steuergerät 12 verstellbar, wie nachstehend beschrieben wird. Dem Kraftstoffeinspritzventil 80 wird durch eine (nicht dargestellte) Kraftstoffanlage mit einem Kraftstofftank, einer Kraftstoffpumpe und einem Verteilerrohr (nicht dargestellt) Kraftstoff zugeführt.
  • Das Steuergerät 12 wird in 1A als Mikrocomputer gezeigt, welcher umfasst: einen Mikroprozessor 102, Input/Output-Ports 104, einen Festwertspeicher 106, einen Arbeitsspeicher 108, einen Dauerspeicher 110 und einen Datenbus. Das Steuergerät 12 wird gezeigt, wie es verschiedene Signale von mit dem Motor 10 verbundenen Sensoren zusätzlich zu den bereits erläuterten Signalen empfängt, einschließlich: Motorkühlmitteltemperatur (ECT) von einem mit einem Kühlmantel 114 verbundenen Temperaturfühler 112; eine Messung des Krümmerdrucks (MAP) von einem mit dem Ansaugkrümmer 44 verbundenen Drucksensor 116, eine Messung (AT) einer Krümmertemperatur von einem Temperaturfühler 117, ein Motordrehzahlsignal (RPM) von einem mit der Kurbelwelle 40 verbundenen Motordrehzahlsensor 118. Eine Nachbehandlungsvorrichtung 20 ist mit einem Abgaskrümmer 48 verbunden und wird unter besonderem Bezug auf 2 beschrieben.
  • Unter Bezug nun auf 1B wird eine alternative Ausführungsform gezeigt, bei der der Motor 10 ein Direkteinspritzmotor ist, wobei das Einspritzventil 80 zum Einspritzen von Kraftstoff direkt in den Zylinder 30 angeordnet ist.
  • Unter Bezug nun auf 2 umfasst die Nachbehandlungsvorrichtung 20 einen Katalysator 14 zur harnstoffbasieren selektiven katalytischen Reduktion (SCR), der NOx in einer sauerstoffreichen Umgebung reduzieren kann. Reduktionsmittel, beispielsweise wässriger Harnstoff, ist in einem Speicherbehälter (nicht dargestellt) gespeichert und wird durch ein Reduktionsmittelzufuhrsystem 16 zugeführt, das stromaufwärts des SCR-Katalysators 14 mit der Abgasanlage verbunden ist. Das Reduktionsmittel wird von einer Pumpe durch ein Steuerventil dosiert, wobei sowohl die Pumpe als auch das Ventil durch das Steuergerät 12 gesteuert werden. Alternativ kann jedes andere geeignete Mittel, das dem Fachmann zur Zufuhr von Reduktionsmittel zu einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung bekannt ist, verwendet werden. Ein Heizelement 22 kann mit dem SCR-Katalysator verbunden werden, um Wärme für eine Regeneration des SCR-Katalysators vorzusehen.
  • Das Steuergerät 12 ist dafür ausgelegt, einen Betrieb des SCR-Katalysators, beispielsweise die Regeneration, basierend auf von Sensoren gemessenen Informationen oder basierend auf geschätzten Parametern zu steuern. Zum Beispiel kann die Temperatur des SCR-Katalysators durch einen Temperatursensor 24 gemessen werden und kann als einer der Parameter zum Schätzen der Harnstoffablagerungsansammlung oder zum Steuern der Regeneration des SCR-Katalysators verwendet werden. Ein oder mehrere NOx-Sensoren, beispielweise ein stromaufwärts befindlicher NOx-Sensor 17 und ein NOx-Sensor 18 stromabwärts des SCR-Katalysators, sind in dem Weg des in den SCR-Katalysator eindringenden und diesen verlassenden Abgases angeschlossen. Die Ausgaben dieser Sensoren werden von dem Steuergerät 12 gelesen und können zum Schätzen von Harnstoffablagerung an dem SCR-Katalysator verwendet werden.
  • Während typischerweise zwei NOx-Sensoren vorgesehen werden, versteht sich, dass nur ein NOx-Sensor vorgesehen werden kann. In einer Ausführungsform ist zum Beispiel nur der stromabwärts befindliche NOx-Sensor 18 vorgesehen und das Steuergerät 12 ist zum Schätzen der Harnstoffablagerung an dem SCR-Katalysator beruhend auf der Ausgabe des stromabwärts befindlichen NOx-Sensors 18 zusammen mit einem oder mehreren Motorbetriebs- und Harnstoffeinspritzparametern ausgelegt. Zum Beispiel können Motordrehzahl, Last, Abgastemperatur oder jeder andere Parameter, der dem Fachmann zum Beeinflussen der NOx-Erzeugung des Motors bekannt ist, von dem Steuergerät 12 bei der Schätzung des in den SCR-Katalysator eindringenden NOx verwendet werden. Weiterhin kann ein Druckabfall über dem SCR-Katalysator von dem Steuergerät 12 zum Schätzen der Harnstoffablagerung verwendet werden. Es können ein oder mehrere Drucksensoren 26 und 27 zum Messen des Druckabfalls verwendet werden. Weiterhin kann eine in den SCR-Katalysator eindringende Abgasströmrate von einem Durchflussmesser 29 gemessen werden.
  • Ein Oxidationskatalysator 13 ist stromaufwärts des SCR-Katalysators angeschlossen und kann ein Edelmetallkatalysator, bevorzugt ein platinhaltiger Katalysator, sein. Der Oxidationskatalysator verbrennt exotherm Kohlenwasserstoffe (HC) in dem einströmenden Abgas von dem Motor, wodurch Wärme zum schnellen Aufwärmen des SCR-Katalysators 14 zugeführt wird. Die Temperatur des SCR-Katalysators kann von dem Steuergerät 12 durch Verzögern der Einspritzsteuerzeiten, Anheben von AGR und Ansaugdrosselung oder durch jedes andere geeignete Mittel, das dem Fachmann zum Anheben der Temperatur des Abgases bekannt ist, angehoben werden. Alternativ können in einem Direkteinspritzmotor wie in 1B gezeigt zusätzliche Kohlenwasserstoffe zu dem Oxidationskatalysator für das Aufwärmen des SCR-Katalysators durch Einspritzung in den Zylinder während entweder einem oder beiden von Arbeits- oder Auspufftakt des Motors geliefert werden. Stromabwärts des SCR-Katalysators 14 ist ein Partikelfilter 15 angeschlossen. Wie nachstehend beschrieben kann Wärme von der Partikelfilterregeneration zum Erwärmen des SCR-Katalysators verwendet werden.
  • Es versteht sich, dass verschiedene Ausführungsformen für die Nachbehandlungsvorrichtung zur Verfügung stehen können. Auch wenn er stromabwärts dargestellt ist, versteht sich, dass der Partikelfilter 15 zum Beispiel stromaufwärts des SCR-Katalysators angeordnet sein kann.
  • 3 zeigt ein beispielhaftes Verfahren zum Betreiben einer stromabwärts eines Verbrennungsmotors angeschlossenen Nachbehandlungsvorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Wie vorstehend beschrieben kann die Nachbehandlungsvorrichtung einen harnstoffbasierten SCR-Katalysator, einen Oxidationskatalysator und einen Partikelfilter umfassen. Das Verfahren 200 kann zum Regenerieren des SCR-Katalysators durch Entfernen von Harnstoffablagerung oder Harnstoffablagerungsansammlung verwendet werden. Zuerst umfasst das Verfahren bei 202 das Feststellen einer Grenzwert-Harnstoffablagerungsansammlung für die Regeneration des SCR-Katalysators. Wie vorstehend beschrieben kann die Harnstoffablagerungsansammlung die Poren in der Zwischenschicht des SCR-Katalysators verstopfen und die nutzbare Katalysatorfläche und die Katalysatoraktivitäten verringern. Die Grenzwert-Harnstoffablagerungsansammlung kann ein Wert sein, bei dem der SCR-Katalysator keine erwünschte Leistung zum Entfernen von NOx erreichen kann.
  • Als Nächstes ermittelt das Verfahren bei 204, ob eine Temperatur des SCR-Katalysators unter einer vorgegebenen Temperatur liegt. Wie vorstehend beschrieben ist der erste Schritt der Ammoniakerzeugung aus einer Harnstoffzersetzung eine thermische Zersetzungsreaktion. Eine niedrige Temperatur kann die Zersetzungsrate von Harnstoff senken und die Bildung von harnstoffverwandten festen Verbindungen bewirken. Wenn Harnstofflösung auf den SCR-Katalysator gespritzt wird, kann bei niedriger Abgastemperatur Harnstoffablagerungsansammlung gebildet werden. Wenn zum Beispiel die Abgastemperatur unter 300°C liegt, können Harnstoffablagerungen gebildet werden, die den Katalysator verstopfen können. Somit kann das Verfahren eine Temperatur als Grenzwert zum Ermitteln einer Notwendigkeit einer SCR-Regeneration in Verbindung mit der Harnstoffablagerungsansammlung verwenden. In manchen Ausführungsformen kann die vorgegebene Temperatur in dem Bereich von 300–350°C liegen. Bevorzugt kann die vorgegebene Temperatur 350°C betragen. Wenn die Temperatur unter 350°C liegt, können Harnstoffablagerungen langsam verdampfen und pflegen sich auf dem SCR-Katalysator abzusetzen. Alternativ kann Schritt 202 direkt ohne Schritt 204 weiter zu Schritt 206 vorrücken. Die Regeneration des SCR-Katalysators kann durch eine Grenzwert-Harnstoffablagerungsansammlung ermittelt werden.
  • Weiterhin ist zu beachten, dass bei einer Temperatur unter einem bestimmten Wert in den SCR-Katalysator eingespritzter Harnstoff eventuell nicht bei einer hinreichend hohen Rate zersetzt wird, um als Reduktionsmittel verwendet zu werden. Somit kann in manchen Ausführungsformen die Harnstoffeinspritzung bei oder unter einer niedrigen Abgastemperatur, beispielsweise 165°C, deaktiviert sein.
  • Als Nächstes ermittelt das Verfahren bei 206, ob die Grenzwert-Harnstoffablagerungsansammlung erreicht ist. Das Ermitteln, dass die Grenzwert-Harnstoffablagerungsansammlung an dem SCR-Katalysator erreicht ist, umfasst das Schätzen einer Harnstoffablagerungsansammlung und das Ermitteln, dass die geschätzte Harnstoffablagerungsansammlung die Grenzwert-Harnstoffablagerungsansammlung erreicht oder überschreitet. Es können verschiedene Ansätze zum Schätzen der Harnstoffablagerungsansammlung verwendet werden. Zum Beispiel kann bei 208 das Ermitteln, ob der Grenzwert erreicht wurde, durch Schätzen der Harnstoffablagerungsansammlung beruhend auf Betriebsbedingungen des SCR-Katalysators verwirklicht werden. Zum Beispiel kann die Harnstoffablagerungsansammlung eine Funktion von Betriebsvariablen sein, beispielsweise Betriebstemperatur, Harnstoffströmrate, Abgasströmrate, Abgasdruck, Druckunterschiede über dem SCR-Katalysator, Verhältnis von Ammoniak zu NOx (ein Parameter zum Steuern der in die Abgasanlage eingespritzten Harnstoffmenge), etc. Dadurch kann die Harnstoffablagerungsansammlung durch ein Steuergerät beruhend auf einer oder mehreren Variablen, die vorstehend beschrieben werden, geschätzt werden.
  • Alternativ kann bei 210 das Ermitteln, ob der Grenzwert erreicht wurde, durch Schätzen der Harnstoffablagerungsansammlung verwirklicht werden. Da die Harnstoffablagerungsansammlung den Wirkungsgrad des SCR-Katalysators beeinflussen kann, kann die Harnstoffablagerungsansammlung eine Funktion von NOx-Emissionen sein. Somit kann die Harnstoffablagerungsansammlung gemäß einer Ausgabe von NOx-Sensoren geschätzt werden. Zum Beispiel kann der NOx-Umwandlungswirkungsgrad beruhend auf einer Ausgabe des NOx-Sensors 17 stromaufwärts des SCR-Katalysators, wie er in 2 gezeigt wird, und einer Ausgabe des NOx-Sensors 18 stromabwärts des SCR-Katalysators, der ebenfalls in 2 gezeigt wird, geschätzt werden. Alternativ kann auf den NOx-Sensor 17 verzichtet werden, und die NOx-Menge in dem in den SCR-Katalysator eindringenden Abgasgemisch kann beruhend auf Motordrehzahl, Last, Abgastemperatur oder jedem anderen geeigneten Parameter, der dem Wissen des Fachmanns nach die NOx-Erzeugung des Motors beeinflusst, gefolgert werden. Alternativ oder zusätzlich können eine oder mehrere der Betriebsvariablen, beispielsweise Betriebstemperatur, Harnstoffströmrate, Abgasströmrate, Abgasdruck, Druckunterschiede über dem SCR-Katalysator, Equivalenzverhältnis, etc., zusammen mit den Ausgaben der NOx-Sensoren bei der Schätzung der Harnstoffablagerungsansammlung verwendet werden.
  • Alternativ kann bei 212 das Ermitteln, ob der Grenzwert erreicht wurde, durch Detektieren eines Druckabfalls über dem SCR-Katalysator verwirklicht werden. Da die Harnstoffablagerungsansammlung den Gegendruck über dem Katalysator anheben kann, kann ein Druckabfall über dem SCR-Katalysator der Harnstoffablagerungsansammlung in dem SCR-Katalysator entsprechen. Somit kann das Ermitteln, dass die Grenzwert-Harnstoffablagerungsansammlung in dem SCR-Katalysator erreicht ist, das Detektieren umfassen, ob der Druckabfall über dem SCR-Katalysator den vorgegebenen Druckabfallgrenzwert erfüllt oder überschreitet, der der Grenzwertharnstoffablagerungsansammlung entspricht.
  • Als Nächstes ermittelt das Verfahren bei 214, ob eine Partikelfilterregeneration oder ein Desulfinierungsereignis ansteht. Wenn die Antwort auf Schritt 214 „Nein" lautet, wird bei 216 die SCR-Regeneration eingeleitet. Das Verfahren umfasst das Anheben der Temperatur des SCR-Katalysators auf eine vorgegebene Regenerationstemperatur und das Halten der Regenerationstemperatur über eine vorgegebene Zeit. Harnstoffablagerungen können bei Temperaturen bei 350°C oder darunter langsam verdampfen. Dagegen kann eine Harnstoffablagerung bei Temperaturen bei 400°C oder mehr schnell verdampfen. In manchen Ausführungsformen kann die Regenerationstemperatur in dem Bereich von 360–450°C liegen. Bei diesem Temperaturbereich können Harnstoffablagerungen maßgeblich beseitigt werden.
  • Der Anstieg der SCR-Katalysatortemperatur kann durch verschiedene Verfahren verwirklicht werden. Bei 218 kann das Anheben der Temperatur durch Einspritzen von Kraftstoff in den Oxidationskatalysator zum Erzeugen einer exothermen Reaktion, was ausreichend Wärme zum Anheben der Temperatur des SCR-Katalysators erzeugen kann, verwirklicht werden. Die Menge eingespritzten Kraftstoffs und die Dauer der Einspritzung kann durch ein vorab gespeichertes Kennfeld beruhend auf Motorbetriebsbedingungen, beispielsweise Motordrehzahl, Last, Katalysatortemperatur, Abgastemperatur, etc., oder durch jedes andere geeignete Verfahren ermittelt werden. Alternativ kann bei 220 die Temperatur durch Erwärmen des SCR-Katalysators unter Verwendung eines elektrischen Heizelements angehoben werden. Bei 222 kann das Anheben der Temperatur des SCR-Katalysators durch Anpassen von den Motor betreffenden Maßnahmen, beispielsweise Verzögerung der Einspritzsteuerzeiten, Anheben der Abgasrückführung (AGR), Schließen einer Einlassdrossel, etc. verwirklicht werden.
  • Die Dauer der Regeneration kann so ermittelt werden, dass die Harnstoffablagerungsansammlung in einem Maße entfernt werden kann, dass verbleibende Harnstoffablagerungen nicht die Leistung des SCR-Katalysators beeinflussen. In manchen Ausführungsformen kann die Regenerationszeit mindestens zwei Minuten betragen, was eine ausreichende Zeit für effektive Regeneration des SCR-Katalysators ist.
  • Als Nächstes kann das Verfahren bei 224 das Anpassen der Strömrate von in den SCR-Katalysator eindringendem Abgas umfassen. Bei manchen Bedingungen kann die Abgasströmrate oder -raumgeschwindigkeit verringert sein, um die Wirksamkeit der Entfernung der Harnstoffablagerung an dem SCR-Katalysator zu verbessern.
  • Wenn dagegen die Antwort bei 214 „Ja" lautet, umfasst das Verfahren bei 226 das Verzögern der SCR-Katalysator-Regeneration bis zur Beendigung der Regeneration des Partikelfilters oder des Desulfinierungsereignisses. Die Temperatur für die Partikelfilterregeneration und das Desulfinierungsereignis ist typischerweise größer als 600°C. Somit kann die in der Abgasanlage aufgrund der Regeneration des Partikelfilters oder des Desulfinierungsereignisses erzeugte Wärme die Harnstoffablagerung von dem SCR-Katalysator beseitigen. Zu beachten ist, dass eine Harnstoffablagerungsansammlung bei den meisten der niedrigen Betriebstemperaturbedingungen (z. B. Temperatur < 300°C) schnell erfolgen kann. Daher kann die Partikelfilterregeneration oder das Desulfinierungsereignis eventuell nicht die Harnstoffablagerungsansammlung wie gewünscht entfernen. Die Regeneration des SCR-Katalysators kann häufiger als die Regeneration des Partikelfilters oder das Desulfinierungsereignis erfolgen. Da die Regeneration des Partikelfilters oder das Desulfinierungsereignis berücksichtigt wird, kann der Vorgang der Regeneration, der zum Entfernen der Harnstoffablagerung erforderlich ist, reduziert werden. Somit kann für die Regeneration des SCR-Katalysators genutzte Energie verringert werden und die Dauer des normalen Betriebs des SCR-Katalysators kann verlängert werden.
  • Weiter von entweder Schritt 226 oder Schritt 224 kann das Verfahren bei Schritte 228 das Schätzen von Harnstoffablagerungsansammlung während und/oder nach der SCR-Regeneration umfassen. In manchen Ausführungsformen kann die folgende Gleichung verwendet werden, um die Schätzung vorzunehmen: Die Harnstoffablagerungsansammlung (während und/oder nach Regeneration) = geschätzte oder gemessene Harnstoffablagerungsansammlung vor der Regeneration – geschätzte Menge an entfernter Harnstoffablagerung.
  • Die Harnstoffablagerungsansammlung kann mit Hilfe der in den Schritten 208 bzw. 210 beschriebenen Vorgehen geschätzt oder gemessen werden. Die Menge an Harnstoffablagerung, die durch den Regenerationsprozess entfernt wird, kann analog geschätzt werden.
  • Nachdem die Regeneration beendet ist, kann das Verfahren bei 230 das Abkühlen des SCR-Katalysators umfassen. Als Nächstens umfasst das Verfahren bei 232 das Ermitteln einer Notwendigkeit, eine übermäßige Menge an Harnstoff in den SCR-Katalysator einzuspritzen. Diese Ermittlung kann das Ermitteln bei 234 umfassen, ob die Harnstoffablagerungsansammlung während und/oder nach der SCR-Regeneration unter einer vorgegebenen Restmenge liegt. Die vorgegebene Harnstoffablagerungsansammlung bei 234 kann ein Wert sein, bei dem der SCR-Katalysator eventuell nicht wie gewünscht arbeiten kann, da die Menge gespeicherten Ammoniaks nicht für die erwünschte NOx-Reduktion geeignet ist. Alternativ kann die Ermittlung bei 236 das Ermitteln umfassen, ob das vorgegebene Regenerationszeitintervall überschritten ist.
  • Typischerweise muss Harnstofflösung kontinuierlich, einschließlich während der Regeneration, in den SCR-Katalysator eingespritzt werden, um die Harnstoffablagerungen zu entfernen. Die Ausnahme kann ein Zeitraum während einer Partikelfilterregeneration oder eines Desulfinierungsereignisses sein, bei dem die SCR-Temperatur über 600°C liegt. Dies liegt daran, dass der SCR-Katalysator bei Temperaturen über 650°C unter Umständen keine Aktivität aufweist. In manchen Ausführungsformen kann der SCR-Katalysator bei einer Temperatur (z. B. unter 300°C) eine bevorzugte (oder beste) Leistung für NOx-Reduktion haben, wenn der SCR-Katalysator ausreichend Ammoniak (NH3) speichert, das aus Harnstoffzersetzung stammt. Das gespeicherte Ammoniak kann aber während Regeneration abnehmen, wenn der SCR-Katalysator auf die Regenerationstemperatur (z. B. in dem Bereich von 360 bis 450°C) erwärmt wird. Dadurch kann eine übermäßige Menge an Harnstoffeinspritzung nach SCR-Regeneration erwünscht sein.
  • Somit umfasst das Verfahren bei 238 das Einspritzen der übermäßigen Menge an Harnstoff in den SCR-Katalysator. Die übermäßige Menge an Harnstoffeinspritzung kann beruhend auf Motorbetriebsbedingungen, beispielsweise Drehzahl, Last, Katalysatortemperatur, Massenluftstrom etc. ermittelt werden.
  • Zu beachten ist, dass die Schritte 224 bis 238 bei manchen Bedingungen ausgeführt werden können, bei denen die Temperatur des SCR-Katalysators durch Zufall nahe der Regenerationstemperatur liegt. Bei diesen Bedingungen muss die übermäßige Menge an Harnstoff unter Umständen die erwünschte NOx-Reduktion oder Umwandlungsleistungsfähigkeit in dem SCR-Katalysator aufrechterhalten.
  • Das Verfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung kann den NOx-Umwandlungswirkungsgrad des SCR-Katalysators durch Entfernen von harnstoffverwandten Ablagerungen durch Regeneration verbessern. Auch die Motorleistung und die Kraftstoffwirtschaftlichkeit können durch Verringern der Gegendruckzunahme aufgrund von Verstopfungen durch Harnstoffablagerungen verbessert werden. Ferner berücksichtigt das Verfahren das Entfernen von Harnstoffablagerung durch die Partikelfilterregeneration oder das Desulfinierungsereignis, wodurch die erforderliche Zeit für SCR-Katalysator-Regeneration beruhend auf Harnstoffablagerungsansammlung reduziert wird. Zudem kann der NOx-Durchbruch während Abkühlens nach Regeneration (z. B. SCR-Katalysator-Regeneration, Partikelfilterregeneration) durch Anpassen der Ammoniakeinspritzung nach einem Regenerationsereignis minimiert werden.
  • Wie für den Durchschnittsfachmann verständlich ist, können die vorstehend beschriebenen spezifischen Routinen und Blockdiagramme eine oder mehrere einer beliebigen Anzahl von Verarbeitungsstrategien darstellen, 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 hier beschriebenen beispielhaften Ausführungen zu verwirklichen, wird aber zur besseren Veranschaulichung und Beschreibung vorgesehen. Wenngleich dies nicht ausdrücklich dargelegt 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 aufgefasst werden dürfen, da zahlreiche Abänderungen möglich sind. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung umfasst weiterhin alle neuartigen und nicht nahe liegenden Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Nockenwellen- und/oder Ventilsteuerzeiten, Kraftstoffeinspritzzeiten sowie andere Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften, die hier offenbart werden.
  • 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 offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften der Einspritz- und Ventilsteuerzeiten sowie Temperaturverfahren 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.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - US 6982530 [0005]

Claims (20)

  1. System für ein Fahrzeug, welches umfasst: einen Verbrennungsmotor; einen Katalysator zur harnstoffbasierten selektiven Katalysatorreduktion (SCR), der stromabwärts des Verbrennungsmotors angeschlossen ist; und ein dafür ausgelegtes Steuergerät, Betriebsparameter zum Regenerieren des SCR-Katalysators anzupassen, wobei das Steuergerät eine Temperatur verändert, bei der der SCR-Katalysator bei einer an dem SCR-Katalysator abgelagerten Harnstoffmenge regeneriert wird, und wobei das Steuergerät eine Dauer verändert, über die der SCR-Katalysator abhängig von der abgelagerten Menge an Harnstoff regeneriert wird.
  2. System nach Anspruch 1, wobei das Steuergerät weiterhin dafür ausgelegt ist zu ermitteln, dass ein Grenzwert für Entfernen von Harnstoffablagerungsansammlung an dem SCR-Katalysator erreicht ist, und wobei bei Durchführen einer solchen Ermittlung das Steuergerät weiterhin dafür ausgelegt ist, den SCR-Katalysator bei einer vorgegebenen Temperatur über eine vorgegebene Zeit als Reaktion auf die Ermittlung zu regenerieren, und wobei der Grenzwert auf einem Druckabfall über dem SCR-Katalysator beruht.
  3. Verfahren zum Betreiben einer stromabwärts eines Verbrennungsmotors angeschlossenen Nachbehandlungsvorrichtung, wobei die Nachbehandlungsvorrichtung einen Katalysator zur harnstoffbasierten selektiven Katalysatorreduktion (SCR) umfasst, wobei das Verfahren umfasst: Festlegen einer Grenzwert-Harnstoffablagerungsansammlung für die Regeneration des SCR-Katalysators; Ermitteln, dass die Grenzwert-Harnstoffablagerungsansammlung in dem SCR-Katalysator erreicht ist; und als Reaktion auf die Ermittlung das Regenerieren des SCR-Katalysators durch Halten des SCR-Katalysators bei einer vorgegebenen Regenerationstemperatur über einen vorgegebenen Intervall.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ermitteln, dass die Grenzwert-Harnstoffablagerungsansammlung in dem SCR-Katalysator erreicht ist, umfasst: Schätzen der Harnstoffablagerungsansammlung beruhend auf Betriebsbedingungen des SCR-Katalysators und Ermitteln, dass die geschätzte Harnstoffablagerungsansammlung die Grenzwert-Harnstoffablagerungsansammlung erreicht oder überschreitet.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsbedingungen eines von: einer Betriebstemperatur, einer Harnstoffströmrate, einer Abgasströmrate, einem Abgasdruck und einem Druckunterschied über dem SCR-Katalysator umfasst.
  6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ermitteln, dass die Grenzwert-Harnstoffablagerungsansammlung in dem SCR-Katalysator erreicht ist, das Messen von NOx-Emissionen mit Hilfe eines NOx-Sensors und einem von: einer Betriebstemperatur, einer Harnstoffströmrate, einer Abgasströmrate, einem Abgasdruck und einem Druckunterschied über dem SCR-Katalysator umfasst.
  7. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ermitteln, dass die Grenzwert-Harnstoffablagerungsansammlung in dem SCR-Katalysator erreicht ist, das Detektieren umfasst, dass ein Druckabfall über dem SCR-Katalysator einen vorgegebenen Druckabfallgrenzwert, der der Grenzwert-Harnstoffablagerungsansammlung entspricht, erreicht oder überschreitet.
  8. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgegebene Regenerationstemperatur bei etwa 360–450°C liegt.
  9. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das vorgegebene Intervall mindestens zwei Minuten beträgt.
  10. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Temperatur des SCR-Katalysators durch Erwärmen des SCR-Katalysators mit Hilfe eines SCR-Katalysator-Wärmeelements auf die Regenerationstemperatur angehoben und bei dieser gehalten wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachbehandlungsvorrichtung weiterhin einen Oxidationskatalysator umfasst, wobei eine Temperatur des SCR-Katalysators durch Einspritzen von Kraftstoff zu dem Oxidationskatalysator zum Erzeugen einer exothermen Reaktion auf die Regenerationstemperatur angehoben und bei dieser gehalten wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachbehandlungsvorrichtung weiterhin einen Partikelfilter umfasst, wobei es nach Ermitteln, dass die Grenzwert-Harnstoffablagerungsansammlung in dem SCR-Katalysator erreicht ist, das Verzögern der SCR-Regeneration umfasst, bis eine in dem Partikelfilter ausgeführte Regeneration beendet ist.
  13. Verfahren nach Anspruch 3, welches weiterhin bei einer Schätzung, dass eine Harnstoffablagerungsansammlung nach der Regeneration unter einer vorgegebenen Restmenge liegt, wenn die Temperatur nach der Regeneration abgekühlt ist, das Einspritzen einer übermäßigen Menge an Harnstoff zu dem SCR-Katalysator umfasst, wobei die übermäßige Menge an Harnstoffeinspritzung beruhend auf Betriebsbedingungen des SCR-Katalysators ermittelt wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Schätzung das Schätzen einer Menge von durch Regeneration entfernter Harnstoffablagerung und Subtrahieren der geschätzten Menge entfernter Harnstoffablagerung von einer geschätzten oder gemessenen Harnstoffablagerungsansammlung vor der Regeneration umfasst, um die Schätzung von Harnstoffablagerungsansammlung nach der Regeneration zu erhalten.
  15. Verfahren nach Anspruch 3, welches weiterhin bei einer Ermittlung, dass das vorgegebene Regenerationsintervall überschritten ist, wenn die Temperatur nach der Regeneration abgekühlt ist, das Einspritzen einer übermäßigen Menge an Harnstoff zu dem SCR-Katalysator umfasst, wobei die übermäßige Menge der Harnstoffeinspritzung beruhend auf Betriebsbedingungen des SCR-Katalysators ermittelt wird.
  16. Verfahren zum Regenerieren eines Katalysators zur harnstoffbasierten selektiven Katalysatorreduktion (SCR), der stromabwärts eines Verbrennungsmotors angeschlossen ist, wobei das Verfahren umfasst: Schätzen der Harnstoffablagerungsansammlung in dem SCR-Katalysator, um Steuerzeiten für die Regeneration des SCR-Katalysators zum Entfernen der Harnstoffablagerungsansammlung zu ermitteln; Anheben einer Temperatur des SCR-Katalysators auf eine vorbestimmte Temperatur und Halten der vorbestimmten Temperatur über einen vorgegebenen Zeitintervall, um den SCR-Katalysator zu regenerieren; und Anpassen einer in den SCR-Katalysator eindringenden Abgasströmrate, um die Wärmeübertragung in dem SCR-Katalysator und das Entfernen der Harnstoffablagerungsansammlung zu verbessern.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Schätzung das Schätzen der Harnstoffablagerungsansammlung beruhend auf einem gemessenen Druckabfall über dem SCR-Katalysator umfasst.
  18. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Schätzung das Schätzen der Harnstoffablagerung beruhend auf Informationen von einem NOx-Sensor und Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors und des SCR-Katalysators umfasst.
  19. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Anpassen des Abgasstroms das Senken der Abgasströmrate umfasst.
  20. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Anheben der Temperatur des SCR-Katalysators das Erzeugen einer exothermen Reaktion in einem stromabwärts des Verbrennungsmotors angeschlossenen Oxidationskatalysator durch Einspritzen einer vorgegebenen Menge an Kohlenwasserstoff in den Oxidationskatalysator umfasst.
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