DE102010023458B4

DE102010023458B4 - Desulfatierungssystem

Info

Publication number: DE102010023458B4
Application number: DE102010023458.3A
Authority: DE
Inventors: Halim G. Santoso; Bruce F. Hunter
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2009-06-16
Filing date: 2010-06-11
Publication date: 2016-02-04
Anticipated expiration: 2030-06-12
Also published as: CN101922373B; US20100313549A1; DE102010023458A1; US8302380B2; CN101922373A

Abstract

Desulfatierungssteuersystem, umfassend: ein Desulfatierungssteuermodul (42), das einen Desulfatierungsprozess in einer Emissionsreduktionsvorrichtung (20) auslöst, indem die Temperatur der Emissionsreduktionsvorrichtung (20) erhöht wird, wobei die Emissionsreduktionsvorrichtung (20) in einem Abgaskanal (22) stromabwärts von einem katalytischen Drei-Wege-Wandler (18) angeordnet ist, wobei der katalytische Drei-Wege-Wandler (18) einen stromaufwärtigen Katalysator (24) zum Reduzieren von NOx und einen stromabwärtigen Katalysator (26) zur Oxidation von Kohlenwasserstoff- und Kohlenmonoxid-Molekülen aufweist; ein Zündfunkensteuermodul (60), das in Ansprechen darauf, dass das Desulfatierungssteuermodul (42) den Desulfatierungsprozess auslöst, einen Zündzeitpunkt nach spät verstellt, um die Temperatur der Emissionsreduktionsvorrichtung (20) zu erhöhen; und ein Luftpumpensteuermodul (56), das Sauerstoff während des Desulfatierungsprozesses an ein Gebiet im katalytischen Drei-Wege-Wandler (18) zwischen dem stromaufwärtigen Katalysator (24) und dem stromabwärtigen Katalysator (26) liefert.

Description

GEBIET
Die vorliegende Anmeldung betrifft ein Desulfatierungssteuersystem insbesondere für Mager-NO_x-Fänger-(LNT)-Abgassysteme.
HINTERGRUND
Ein katalytischer Wandler, beispielsweise ein katalytischer Drei-Wege-Wandler bzw. Dreiwegekatalysator (TWC) kann in einem Verbrennungsmotor verwendet werden, um Emissionen zu reduzieren. ”Drei-Wege” betrifft die drei Emissionen, die ein katalytischer Wandler reduziert, einschließlich Kohlenmonoxid (CO), nicht verbrannte Kohlenwasserstoffe (KWs) und Stickoxid (NO_x). Für Motoren, die selektiv in einem Magermodus betrieben werden, kann ein Mager-NO_x-Fänger (LNT) stromabwärts von dem TWC vorgesehen sein. Der LNT ergänzt den TWC, um NO_x-Emissionen zu reduzieren, wenn der TWC unter Magerabgasbedingungen weniger effizient wird.
In die Motoren eingespritzter Kraftstoff kann Schwefel enthalten. Schwefel wird in den Motoren nicht verbrannt und über Abgase durch den TWC an den LNT geführt. Schwefel kann sich in dem LNT ansammeln. Eine Schwefelansammlung beeinträchtigt den Abfangwirkungsgrad des LNT.
Herkömmliche Desulfatierungssteuersysteme sind aus den Druckschriften DE 199 10 664 A1 , DE 101 30 053 A1 und DE 199 33 029 A1 bekannt.
Die Druckschrift DE 199 10 664 A1 offenbart ein Desulfatierungssteuersystem, das einen Desulfatierungsprozess in einer Emissionsreduktionsvorrichtung auslöst, indem die Temperatur der Emissionsreduktionsvorrichtung erhöht wird. Die Emissionsreduktionsvorrichtung ist in einem Abgaskanal stromabwärts von einem Vorkatalysator angeordnet. In Ansprechen darauf, dass der Desulfatierungsprozess ausgelöst wird, wird der Zündzeitpunkt nach spät verstellt, um die Temperatur der Emissionsreduktionsvorrichtung zu erhöhen. Ferner ist eine Sekundärlufteinblasung vorgesehen.
Die Druckschrift DE 199 33 029 A1 offenbart ein Desulfatierungssteuersystem, das einen Desulfatierungsprozess in einer Emissionsreduktionsvorrichtung auslöst, indem die Temperatur der Emissionsreduktionsvorrichtung erhöht wird. Die Emissionsreduktionsvorrichtung ist in einem Abgaskanal stromabwärts von einem katalytischen Drei-Wege-Wandler angeordnet. Ein Luftpumpensteuermodul liefert Sauerstoff während des Desulfatierungsprozesses an ein Gebiet stromabwärts des katalytischen Drei-Wege-Wandlers und stromaufwärts der Emissionsreduktionsvorrichtung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein vorteilhaftes Desulfatierungssteuersystem für eine Emissionsreduktionsvorrichtung zu schaffen, wobei die Emissionsreduktionsvorrichtung stromabwärts von einem katalytischen Drei-Wege-Katalysator angeordnet ist.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein erfindungsgemäßes Desulfatierungssteuersystem umfasst ein Desulfatierungssteuermodul, ein Zündfunkensteuermodul und ein Luftpumpensteuermodul. Das Desulfatierungssteuermodul löst einen Desulfatierungsprozess in einer Emissionsreduktionsvorrichtung aus, indem die Temperatur der Emissionsreduktionsvorrichtung erhöht wird, wobei die Emissionsreduktionsvorrichtung in einem Abgaskanal stromabwärts von einem katalytischen Drei-Wege-Wandler angeordnet ist. Der katalytische Drei-Wege-Wandler weist einen stromaufwärtigen Katalysator zum Reduzieren von NO_x und einen stromabwärtigen Katalysator zur Oxidation von Kohlenwasserstoff- und Kohlenmonoxid-Molekülen auf. Das Zündfunkensteuermodul verstellt in Ansprechen darauf, dass das Desulfatierungssteuermodul den Desulfatierungsprozess auslöst, einen Zündzeitpunkt nach spät, um die Temperatur der Emissionsreduktionsvorrichtung zu erhöhen. Das Luftpumpensteuermodul liefert Sauerstoff während des Desulfatierungsprozesses an ein Gebiet im katalytischen Drei-Wege-Wandler zwischen dem stromaufwärtigen Katalysator und dem stromabwärtigen Katalysator.
Weitere Anwendungsbereiche werden aus der hier vorgesehenen Beschreibung offensichtlich.
ZEICHNUNGEN
Die hier beschriebenen Zeichnungen dienen nur zu Veranschaulichungszwecken.
1 ist ein Blockschaubild eines Motorsystems mit einem Desulfatierungssteuermodul gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform;
2 ist ein Blockschaubild eines Desulfatierungssteuermoduls gemäß einer nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform;
3 ist ein Flussschaubild eines Verfahrens zum Desulfatieren eines Mager-NO_x-Fängers (LNT) gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform; und
4 ist ein Flussschaubild eines Verfahrens zum Desulfatieren eines LNT gemäß einer nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur. Zu Zwecken der Klarheit sind in den Zeichnungen dieselben Bezugszeichen zur Identifizierung ähnlicher Elemente verwendet. Der hier verwendete Begriff ”Modul” betrifft eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppe) und Speicher, die ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführen, eine kombinatorische Logikschaltung oder andere geeignete Komponenten, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen.
Ein Desulfatierungssteuersystem für einen Mager-NO_x-Fänger (LNT) gemäß der vorliegenden Offenbarung verstellt einen Zündzeitpunkt nach spät, um eine LNT-Temperatur zu erhöhen, und schaltet den Motor in einen fetten Kraftstoffmodus, um einen Desulfatierungsprozess auszulösen. Das Desulfatierungssteuersystem ermöglicht eine schnelle Erwärmung des LNT auf eine Soll-Desulfatierungstemperatur durch weiteres Liefern von Sauerstoff an ein Abgassystem und/oder Schalten des Motors in einen Modus mit einer späten Doppelkraftstoffeinspritzung.
Nun Bezug nehmend auf 1 umfasst ein Motorsystem 10 einen Motor 12. Nur beispielhaft kann der Motor 12 ein Kanaleinspritzmotor oder ein fremdgezündeter Direkteinspritzmotor (SIDI) sein. Der Motor 12 kann eine Mehrzahl von Zylindern 13 aufweisen, wie beispielsweise 2, 4, 6, 8, 10 und 12 Zylinder. Ein Abgaskrümmer 14 ist mit dem Motor 12 verbunden und führt Abgas 16 von dem Motor 12 zu einem katalytischen Drei-Wege-Wandler (TWC) 18. Das Abgas 16 wird dann durch ein Abgasrohr 22 an einen Mager-NO_x-Fänger (LNT) 20 geführt. Der TWC 18 weist einen stromaufwärtigen Katalysator 24 und einen stromabwärtigen Katalysator 26 auf, die in einem gemeinsamen Gehäuse positioniert sind. Der stromaufwärtige Katalysator 24 umfasst Katalysatormaterialien, die zum Reduzieren von NO_x geeignet sind. Der stromabwärtige Katalysator 26 umfasst Katalysatormaterialien, die eine Oxidation von KW- und CO-Molekülen anregen.
Der LNT 20 ergänzt den TWC 18, um NO_x abzufangen, wenn der Motor 12 in einem Magermodus betrieben wird und wenn der TWC 18 in einer mageren Abgasumgebung wenig effizient ist. Ein mageres Abgas betrifft ein Abgas, das aus einer Verbrennung eines mageren Luft/Kraftstoff-Gemisches mit einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis (AFR), das größer als ein stöchiometrisches Verhältnis ist, erzeugt wird. Ein fettes Abgas betrifft ein Abgas, das aus einer Verbrennung eines fetten Luft/Kraftstoff-Gemisches mit einem AFR erzeugt wird, das kleiner als das stöchiometrische Verhältnis ist.
Eine sekundäre Luftpumpe 27 liefert Luft zum Mischen mit dem Abgas. Die sekundäre Luftpumpe 27 ist von einer primären Luftpumpe (nicht gezeigt) getrennt, die Luft an einen Ansaugkrümmer (nicht gezeigt) liefert, um ein Luft/Kraftstoff-Gemisch zu bilden. Die sekundäre Luftpumpe 27 kann Luft in einer nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform durch einen ersten Luftkanal 28 und einen zweiten Luftkanal 29 liefern. Luft wird an den Abgaskrümmer 14 durch den ersten Luftkanal 28 und an ein Gebiet zwischen dem TWC 18 und dem LNT 20 durch den zweiten Luftkanal 29 geliefert.
Erfindungsgemäß ist der zweite Luftkanal 29 durch einen dritten Luftkanal 30 (wie in gestrichelten Linien gezeigt ist) ersetzt, der mit dem TWC 18 kommuniziert. Daher wird die Luft an ein Gebiet des TWC 18 zwischen dem stromaufwärtigen Katalysator 24 und dem stromabwärtigen Katalysator 26 durch den dritten Luftkanal 30 geliefert.
Ein Breitbereichs-Sauerstoffsensor 31 ist an einem Ausgang des Abgaskrümmers 14 vorgesehen, um die Sauerstoffkonzentration in dem Abgas 16 zu messen und das AFR des Luft/Kraftstoff-Gemisches in den Zylindern 13 zu bestimmen. Ein erster NO_x-Sensor 32 und ein zweiter NO_x-Sensor 34 sind stromaufwärts bzw. stromabwärts von dem LNT 20 vorgesehen, um NO_x-Emissionen stromaufwärts und stromabwärts von dem LNT 20 zu messen. Es ist ein LNT-Temperatursensor 36 an dem LNT 20 vorgesehen, um die LNT-Temperatur zu messen. Ein Abgastemperatursensor 37 ist an dem Abgasrohr 22 vorgesehen, um die Abgastemperatur zu messen. Ein Motorkühlmitteltemperatursensor 38 ist an dem Motor 12 vorgesehen, um die Temperatur des Motorkühlmittels zu messen. Ein TWC-Temperatursensor 39 ist an dem TWC 18 vorgesehen, um die Temperatur des TWC 18 zu messen.
Ein Steuermodul 40 umfasst ein Desulfatierungssteuermodul 42, das einen Desulfatierungsprozess in dem LNT 20 auslöst, wenn sich eine vorbestimmte Menge an Schwefel in dem LNT 20 angesammelt hat. Das Desulfatierungssteuermodul 42 löst den Desulfatierungsprozess durch Steuerung des Motorbetriebs und/oder durch Aktivierung der sekundären Luftpumpe 27 aus. Das Desulfatierungssteuermodul 42 erlaubt eine schnellere Erwärmung des LNT 20 auf eine Soll-Desulfatierungstemperatur für einen schnellen und effektiven Desulfatierungsprozess.
Bezug nehmend auf 2 umfasst das Desulfatierungssteuermodul 42 ein Schwefelansammlungsschätzmodul 44, ein Desulfatierungsaktivierungsmodul 46, ein Desulfatierungstemperaturschätzmodul 47, ein Desulfatierungsauslösemodul 48 und ein Desulfatierungszeitschätzmodul 50. Das Desulfatierungsauslösemodul 48 kann ein Luftpumpensteuermodul 56, ein AFR-Bestimmungsmodul 58, ein Zündzeitpunktsteuermodul 60 und ein Modul 62 zur Steuerung von Kraftstoffeinspritzeinrichtungen aufweisen.
Das Schwefelansammlungsschätzmodul 44 schätzt eine Schwefelansammlung in dem LNT 20. Kraftstoff kann Schwefel enthalten. Schwefel wird in dem Motor 12 nicht verbrannt und kann sich in dem LNT 20 ansammeln. Wenn sich Schwefel in einer vorbestimmten Menge in dem LNT 20 angesammelt hat, kann der angesammelte Schwefel die Abfangleistungsfähigkeit des LNT 20 beeinträchtigen.
Eine Schwefelansammlung kann auf Basis von einem von zwei Verfahren bestimmt werden. Das erste Verfahren umfasst, dass eine Schwefelansammlung auf Grundlage eines Abfangwirkungsgrades des LNT 20 geschätzt wird. Der Abfangwirkungsgrad des LNT 20 ist als ein Verhältnis der NO_x-Emissionen, die in dem LNT abgefangen werden, über die NO_x-Emissionen, die in den LNT 20 eintreten, definiert. Mit anderen Worten basiert der Abfangwirkungsgrad auf einer Differenz zwischen stromaufwärtigen NO_x-Emissionen und stromabwärtigen NO_x-Emissionen. Bei normalen Bedingungen, wenn der Abfangwirkungsgrad des LNT 20 auf einen Schwellenwirkungsgrad reduziert ist, kann die Regeneration des LNT 20 ausgelöst werden, um den LNT 20 zu denitrieren. Wenn eine Regeneration des LNT 20 den Abfangwirkungsgrad nicht auf ein gewünschtes Niveau wiederherstellt, kann sich Schwefel in einer vorbestimmten Menge angesammelt haben, wodurch der Abfangwirkungsgrad beeinträchtigt wird. Daher sieht der Abfangwirkungsgrad des LNT 20 eine Angabe der Schwefelansammlung vor.
Ein zweites Verfahren umfasst, dass eine Schwefelansammlung auf Grundlage einer Fahrleistung eines Fahrzeugs geschätzt wird. Unter der Annahme, dass der in dem Motor 12 verwendete Kraftstoff stets das höchste Niveau an Schwefel enthält, kann die Größe der Schwefelansammlung auf Grundlage einer Fahrleistung des Fahrzeugs 10 geschätzt werden, die durch einen Fahrleistungszähler 74 aufgezeichnet wird. Beispielsweise kann das Schwefelansammlungsschätzmodul 44 bestimmen, dass sich Schwefel in einer vorbestimmten Menge angesammelt hat, nachdem das Fahrzeug eine vorbestimmte Fahrleistung, nur beispielhaft 500 oder 1000 Meilen, gefahren ist.
Das Desulfatierungsaktivierungsmodul 46 bestimmt auf Grundlage von Desulfatierungsbedingungen, ob ein Desulfatierungsprozess gewünscht ist. Die Desulfatierungsbedingungen umfassen, sind jedoch nicht darauf beschränkt, eine Schwefelansammlung, eine Abgastemperatur sowie eine Motorkühlmitteltemperatur. Die Desulfatierungsbedingungen sind erfüllt, wenn sich Schwefel in einer vorbestimmten Menge angesammelt hat, wenn die Motorkühlmitteltemperatur über einer ersten Schwellentemperatur liegt und/oder wenn die TWC-Temperatur über einer zweiten Schwelle liegt. Nur beispielhaft kann der Desulfatierungsprozess ausgelöst werden, wenn die Motorkühlmitteltemperatur über 85°C liegt und die TWC-Temperatur über 300°C liegt.
Wenn die Motorkühlmitteltemperatur unterhalb der ersten Schwellenternperatur liegt, kann es sein, dass der Motor 12 nicht ausreichend aufgewärmt ist, um ”heiße” Abgase zu erzeugen. Daher ist mehr Wärme erforderlich, um den LNT 20 auf eine Soll-Desulfatierungstemperatur zu erwärmen, wenn ein Desulfatierungsprozess ausgelöst wird. In diesem Zustand kann mehr Desulfatierungszeit erforderlich sein, um den Desulfatierungsprozess zu beenden, was in einem größeren Kraftstoffverbrauch aufgrund einer fetten Kraftstoffeinspritzung während des Desulfatierungsprozesses resultiert. Die Desulfatierungsbedingungen stellen sicher, dass ein Desulfatierungsprozess in einer kraftstoffeffizienteren Art und Weise ausgelöst wird. Wenn die Aktivierungsbedingungen erfüllt sind, aktiviert das Desulfatierungsaktivierungsmodul 46 das Desulfatierungstemperaturschätzmodul 47 und das Desulfatierungsauslösungsmodul 48, um den Desulfatierungsprozess zu starten.
Das Desulfatierungstemperaturschätzmodul 47 bestimmt eine Soll-Desulfatierungstemperatur. Beispielsweise kann die Soll-Desulfatierungstemperatur eine optimale Temperatur unter den Motorbedingungen sein. Die Soll-Desulfatierungstemperatur kann auf Grundlage der Motorbedingungen bestimmt werden, einschließlich, jedoch nicht darauf beschränkt, der Abgastemperatur, des gegenwärtigen AFR und der Motorlast.
Nur beispielhaft kann die Soll-Desulfatierungstemperatur im Bereich von etwa 500°C bis 750°C liegen. Je höher die Desulfatierungstemperatur ist, um so effizienter ist der Desulfatierungsprozess. Wenn die Temperatur des LNT 20 relativ niedrig ist (beispielsweise kleiner als 500°C), ist die Desulfatierung langsam. Wenn die Temperatur des LNT 20 relativ hoch ist (beispielsweise über 750°C), kann der LNT 20 beschädigt werden. Während des Desulfatierungsprozesses wird fetter Kraftstoff eingespritzt. Daher bestimmt das Desulfatierungstemperaturschätzmodul 47 eine Soll-Desulfatierungstemperatur, bei der Schwefel von dem LNT 20 mit minimalem Kraftstoffverbrauch schneller entfernt werden kann.
Das Desulfatierungsauslösemodul 48 löst den Desulfatierungsprozess durch Erhöhen der Temperatur des LNT 20 auf die Soll-Desulfatierungstemperatur und durch Erzeugen eines fetten Kraftstoffabgases aus. wie vorher beschrieben wurde, wird der LNT 20 auf die Soll-Desulfatierungstemperatur erwärmt, um eine effiziente Desulfatierung sicherzustellen. Zusätzlich ist eine reduzierende Umgebung in dem LNT 20 notwendig, um zu ermöglichen, dass der Schwefel von der LNT 20 reduziert wird. Die reduzierende Umgebung kann durch Bereitstellung von fettem Abgas erzeugt werden.
Das Anheben des LNT 20 auf die Soll-Desulfatierungstemperatur kann durch eines von zwei Verfahren erreicht werden. Bei dem ersten, erfindungsgemäßen Verfahren wird die Temperatur des LNT 20 teilweise dadurch, dass der Zündzeitpunkt nach spät verstellt wird, und teilweise dadurch, dass exotherme Wärme stromaufwärts von dem LNT 20 erzeugt wird, erhöht. Bei dem zweiten, nicht erfindungsgemäßen Verfahren wird die Temperatur des LNT 20 dadurch, dass der Zündzeitpunkt nach spät verstellt wird, und dadurch, dass die Kraftstoffeinspritzeinrichtungen in einen späten Doppeleinspritzmodus wechseln, erhöht. Bei beiden Verfahren wird der Zündzeitpunkt nach spät verstellt, um die LNT-Temperatur zu erhöhen.
Gemäß dem ersten Verfahren stellt das Zündzeitpunktsteuermodul 60 den Zündzeitpunkt nach spät, um die Abgastemperatur zu erhöhen. Wenn der Zündzeitpunkt nach spät verstellt ist, ist das Luft/Kraftstoff-Gemisch in dem Brennraum einer wenig vollständigen Verbrennung ausgesetzt, um mehr CO₂ zu erzeugen. Das erhöhte CO₂ resultiert in mehr an das Abgas freigesetzter Wärme, wodurch die Temperatur des Abgases und des LNT 20 erhöht wird. Der Grad der Zündspätverstellung wird auf Grundlage einer Differenz zwischen einer Ist-LNT-Temperatur und einer Ziel-LNT-Temperatur (d. h. der Soll-Desulfatierungstemperatur) bestimmt. Die Ist-LNT-Temperatur kann durch Messung (beispielsweise von dem LNT-Temperatursensor 36) oder durch Schätzung, wann der Desulfatierungsprozess ausgelöst wird, bestimmt werden.
Das Luftpumpensteuermodul 56 kann dazu verwendet werden, die Temperatur des LNT weiter zu erhöhen. Das Luftpumpensteuermodul 56 kann die Luftpumpe 27 aktivieren, um Luft (insbesondere Sauerstoff) an ein Gebiet stromaufwärts von dem LNT 20 zur Mischung mit dem Abgas zu liefern. Wenn die Luftpumpe 27 aktiviert wird, steuert das Modul 26 zur Steuerung von Kraftstoffeinspritzeinrichtungen die Kraftstoffeinspritzeinrichtungen, um fetten Kraftstoff in den Motor einzuspritzen. Wenn der Motor in einem fetten Kraftstoffzustand betrieben wird, wird überschüssiges Kohlenmonoxid (CO) erzeugt. Ein Anteil des CO wird in dem TWC 18 oxidiert, während der verbleibende Anteil von CO den TWC 18 verlässt. Der verbleibende Anteil von CO wird mit Sauerstoff von der Luftpumpe 27 gemischt, was in einer exothermen chemischen Reaktion resultiert, wie folgt: 2CO + O₂ → 2CO₂ + Wärme
Die exotherme chemische Reaktion setzt Wärme an das Abgas frei und erwärmt somit den LNT 20. Die Wärme wird dazu verwendet, den LNT 20 ohne übermäßiges Erwärmen des TWC 18 zu erwärmen. Daher wird die exotherme Wärme effizienter verwendet. Überdies besitzt der TWC 18 bei normalen Motorbetriebsbedingungen allgemein eine Temperatur, die größer als diejenige des LNT 20 ist. Durch Auslösender exothermen Reaktion stromabwärts von dem TWC 18 erwärmt die exotherme Wärme den TWC 18 nicht übermäßig, um einen thermischen Schaden an dem TWC 18 zu bewirken.
Die übermäßige Menge an Kohlenmonoxid, die bei der fetten Kraftstoffverbrennung erzeugt werden soll, hängt von der an den LNT 20 anzulegenden Wärme ab. Die Menge an Luft oder Sauerstoff, die durch die Luftpumpe 27 geliefert wird, hängt von der überschüssigen Menge an Kohlenmonoxid ab.
Das AFR-Bestimmungsmodul 58 bestimmt ein Soll-AFR auf Grundlage von Motorbedingungen und auf Grundlage der Stufe des Desulfatierungsprozesses. Alternativ dazu kann statt einer Bestimmung des AFR das AFR-Bestimmungsmodul 58 ein Lambda λ oder ein Äquivalenzverhältnis (EQR) bestimmen. λ ist als ein Verhältnis eines Soll-AFR zu einem stöchiometrischen Verhältnis definiert. Das Äquivalenzverhältnis (EQR) betrifft ein Verhältnis eines Soll-AFR zu einem stöchiometrischen AFR. Ein stöchiometrisches AFR betrifft ein AFR, bei dem der Kraftstoff vollständig oxidiert ist. λ gibt eine Angabe des Prozentsatzes von überschüssiger Luft an, der größer als der der Luft in dem stöchiometrischen AFR ist. Das EQR gibt eine Angabe des Prozentsatzes von überschüssigem Kraftstoff an, der größer als der des Kraftstoffs bei dem stöchiometrischen AFR ist. Wenn λ kleiner als Eins ist oder wenn das EQR größer als Eins ist, ist das Soll-Luft/Kraftstoff-Gemisch fetter als das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Gemisch.
Bei dem ersten Verfahren wird fetter Kraftstoff zur Erhöhung der LNT-Temperatur auf die Soll-Desulfatierungstemperatur und zur Erzeugung einer fetten Abgasumgebung in dem LNT 20 verwendet. Auf Grundlage der Stufe des Desulfatierungsprozesses kann das AFR-Bestimmungsmodul 58 ein erstes AFR, wenn die LNT-Temperatur unter der Soll-Desulfatierungstemperatur liegt, und ein zweites AFR bestimmen, wenn der LNT die Soll-Desulfatierungstemperatur erreicht hat.
Beispielhaft kann das AFR-Bestimmungsmodul 58 ein AFR von etwa 13,23 (d. h. λ~0,9) bestimmen. λ ist kleiner als 1,0 für ein fettes Gemisch und größer als Eins für ein mageres Gemisch. Der Sauerstoffgehalt in dem Abgas wird durch den Breitbereichs-Sauerstoffsensor 31 überwacht, um sicherzustellen, dass das AFR des Luft/Kraftstoff-Gemisches das Soll-AFR ist.
Gemäß dem ersten Verfahren kann die Abgastemperatur schneller ohne Verbrauch einer signifikanten Menge an fettem Kraftstoff erhöht werden. Überdies kann die LNT-Temperatur ohne übermäßiges Erhöhen der Temperatur des TWC erhöht werden, der eine Temperatur besitzt, die allgemein höher als die LNT-Temperatur ist.
Bei dem zweiten Verfahren wird die Temperatur des LNT 20 dadurch erhöht, dass der Zündzeitpunkt nach spät verstellt wird und die Kraftstoffeinspritzung in späte Doppeleinspritzungen aufgeteilt wird. Dieses Verfahren ist für einen fremdgezündeten Direkteinspritzmotor geeignet. Ähnlicherweise wird der Grad an Spätverstellung des Zündzeitpunkts auf Grundlage der Soll-Desulfatierungstemperatur und der Ist-LNT-Temperatur bestimmt.
Ähnlich dem ersten Verfahren bestimmt das AFR-Bestimmungsmodul 58 ein AFR auf Grundlage von Motorbedingungen, einschließlich der TWC-Temperatur. Beispielsweise kann das AFR-Bestimmungsmodul bestimmen, dass das Luft/Kraftstoff-Verhältnis (AFR) etwa 13,23 beträgt (d. h. λ etwa 0,9 ist).
Das Modul 62 zur Steuerung von Kraftstoffeinspritzeinrichtungen schaltet die Kraftstoffeinspritzeinrichtung von einer Einzeleinspritzung in eine Doppeleinspritzung, wenn der Desulfatierungsprozess ausgelöst wird. Beispielsweise kann das Modul 62 zur Steuerung von Kraftstoffeinspritzeinrichtungen die Kraftstoffeinspritzeinrichtungen von einem Früh-Einspritzereignis (d. h. während des Ansaugtaktes) zu einem Spät-Doppeleinspritzereignis (d. h. während des Verdichtungstaktes) schalten. Die Doppelimpulseinspritzung ermöglicht die Spätverstellung des Zündzeitpunktes ohne Gefährdung der Verbrennungsstabilität. Der Zündzeitpunkt wie auch der Einspritzzeitpunkt können eingestellt werden, um sicherzustellen, dass die Temperatur des TWC 18 eine obere Grenze eines akzeptablen Temperaturbereiches zur Schädigung des TWC 18 nicht überschreitet.
Das Desulfatierungszeitschätzmodul 50 schätzt eine Soll-Zeit für den Desulfatierungsprozess auf Grundlage der Temperatur des LNT 20, der Soll-Desulfatierungstemperatur, des Soll-AFR, der Grade der Zündspätverstellung. Je niedriger die Ist-LNT-Temperatur ist, um so langer ist die Soll-Desulfatierungszeit. Wenn die Soll-Zeit für die Desulfatierung abläuft, ist der Desulfatierungsprozess beendet, und das Desulfatierungsauslösemodul 48 stoppt den Desulfatierungsprozess. Die Desulfatierungszeit kann durch Einstellen der Grade an Zündspätverstellung und AFR reduziert werden.
Bezug nehmend auf 3 beginnt ein Verfahren 70 zum Desulfatieren eines LNT 20 bei Schritt 72. Das Desulfatierungssteuermodul 42 bestimmt bei Schritt 74, wann eine Desulfatierung erforderlich ist. Eine Desulfatierung ist erforderlich, wenn sich Schwefel in einer vorbestimmten Menge in dem LNT 20 angesammelt hat. Wenn bei Schritt 74 die Desulfatierung erforderlich ist, bestimmt das Desulfatierungsaktivierungsmodul 46 bei Schritt 76, ob die Motorkühlmitteltemperatur größer als eine erste Schwelle ist. Wenn die Motorkühlmitteltemperatur bei Schritt 76 unter einer ersten Schwelle liegt, bestimmt bei Schritt 78 das Desulfatierungsaktivierungsmodul 46, dass kein Desulfatierungsprozess ausgelöst wird. Wenn bei Schritt 76 die Motorkühlmitteltemperatur über einer ersten Schwelle liegt, wird der Desulfatierungsprozess ausgelöst. Das Desulfatierungstemperaturschätzmodul 47 bestimmt bei Schritt 80 eine Soll-Desulfatierungstemperatur. Das Desulfatierungszeitschätzmodul 50 schätzt bei Schritt 82 eine Desulfatierungszeit. Wenn die LNT-Temperatur bei Schritt 84 unter der Soll-Desulfatierungstemperatur liegt, wird die Temperatur des LNT 20 bei Schritt 86 durch ein Spätverstellen des Zündzeitpunkts erhöht.
Das AFR-Bestimmungsmodul 58 bestimmt bei Schritt 88 ein Soll-AFR. Der Motor 12 wird bei Schritt 90 gemäß dem Soll-AFR in einem fetten Kraftstoffzustand betrieben. Bei Schritt 92 wird die Luftpumpe aktiviert, um Sauerstoff an das TWC 18 oder stromaufwärts von dem LNT 20 zu liefern. Das überschüssige CO, das durch die fette Kraftstoffverbrennung erzeugt wird, reagiert mit dem Sauerstoff, um CO₂ zu erzeugen und exotherme Wärme freizusetzen, um den LNT 20 zu erwärmen.
Wenn die LNT-Temperatur bei Schritt 84 gleich oder größer als die Soll-Desulfatierungstemperatur wird, fährt das Verfahren mit Schritt 94 fort, um ein Soll-AFR unter gegenwärtigen Motorbedingungen für den Desulfatierungsprozess zu bestimmen. Der Motor wird bei Schritt 96 weiterhin in einem fetten Kraftstoffzustand für den Desulfatierungsprozess betrieben. Wenn die vergangene Zeit bei Schritt 98 die geschätzte Desulfatierungszeit erreicht, ist der Desulfatierungsprozess beendet. Der Motor wird bei Schritt 100 in den normalen Modus geschaltet. In dem normalen Modus wird der Zündzeitpunkt auf die normale Einstellung zurückgeführt, und das AFR wird auf Grundlage des Motordrehmoments auf Eins eingestellt. Das Verfahren endet bei Schritt 102.
Bezug nehmend auf 4 beginnt ein Verfahren 110 zum Desulfatieren eines LNT gemäß einer nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform bei Schritt 112. Das Schwefelansammlungsschätzmodul 44 bestimmt bei Schritt 114, wann eine Desulfatierung erforderlich ist. Wenn bei Schritt 114 die Desulfatierung erforderlich ist, das Desulfatierungsaktivierungsmodul 46 bei Schritt 116, ob die Motorkühlmitteltemperatur größer als eine erste Schwelle ist. Wenn bei Schritt 116 die Motorkühlmitteltemperatur unterhalb der ersten Schwelle liegt, bestimmt das Aktivierungsmodul 46 bei Schritt 118, dass kein Desulfatierungsprozess ausgelöst wird. Wenn bei Schritt 116 die Motorkühlmitteltemperatur über der Schwellentemperatur liegt, schätzt das Desulfatierungstemperaturschätzmodul 47 bei Schritt 120 eine Soll-Desulfatierungstemperatur. Das Desulfatierungszeitschätzmodul 50 schätzt bei Schritt 122 eine Desulfatierungszeit. Wenn bei Schritt 124 die LNT-Temperatur unterhalb der Soll-Desulfatierungstemperatur liegt, stellt das Auslösemodul 48 bei Schritt 126 den Zündzeitpunkt nach spät und teilt eine Kraftstoffeinspritzung in eine Doppelkraftstoffeinspritzung auf. Die Schritte 124 und 126 werden solange wiederholt, bis die LNT-Temperatur die Soll-Desulfatierungstemperatur erreicht.
Nachdem bei Schritt 124 die LNT-Temperatur die Desulfatierungstemperatur erreicht hat, bestimmt das AFR-Bestimmungsmodul 128 bei Schritt 128 ein AFR. Auf Grundlage der Bestimmung des AFR steuert bei Schritt 130 das Kraftstoffeinspritzsteuermodul eine zeitliche Einstellung der Kraftstoffeinspritzeinrichtung, um mehr Kraftstoff in den Brennraum einzuspritzen. Somit wird der Motor in einem fetten Modus betrieben. Wenn die vergangene Zeit bei Schritt 131 die geschätzte Desulfatierungszeit überschreitet, wird der Motor bei Schritt 134 in den normalen Modus geschaltet. In dem normalen Modus lösen die Kraftstoffeinspritzeinrichtungen eine einzelne Kraftstoffeinspritzung aus, der Zündzeitpunkt wird zu den normalen Einstellungen zurückgeführt und das AFR wird auf Grundlage des Motordrehmoments auf Eins eingestellt. Das Verfahren 110 endet bei Schritt 136.
Bezugszeichenliste
ZU Fig. 2

32: STROMAUFWÄRTIGER NOx-SENSOR
34: STROMABWÄRTIGER NOx-SENSOR
64: FAHRLEISTUNGSZÄHLER
38: MOTORKÜHLMITTELTEMPERATURSENSOR
39: TWC-TEMPERATURSENSOR
36: LNT-TEMPERATURSENSOR
42: DESULFATIERUNGSSTEUERMODUL
44: SCHWEFELANSAMMLUNGSSCHÄTZMODUL
46: DESULFATIERUNGSAKTIVIERUNGSMODUL
47: DESULFATIERUNGSTEMPERATURSCHÄTZMODUL
50: DESULFATIERUNGSDAUERSCHÄTZMODUL
48: DESULFATIERUNGSAUSLÖSEMODUL
56: LUFTPUMPENSTEUERMODUL
58: AFR-BESTIMMUNGSMODUL
60: ZÜNDZEITPUNKTSTEUERMODUL
62: MODUL ZUR STEUERUNG VON KRAFTSTOFFEINSPRITZEINRICHTUNGEN
48: LUFTPUMPE
*1: ZÜNDKERZE
*2: KRAFTSTOFFEINSPRITZEINRICHTUNG
72: START
74: DESULFATIERUNG ERFORDERLICH?
76: MOTORKÜHLMITTELTEMPERATUR > EINE ERSTE SCHWELLENTEMPERATUR?
80: SCHÄTZE SOLL-DESULFATIERUNGSTEMPERATUR
82: SCHÄTZE DESULFATIERUNGSTEMPERATUR
84: LNT-TEMPERATUR < UNTERE GRENZE DES DESULFATIERUNGSTEMPERATURBEREICHS?
86: VERSTELLE ZÜNDZEITPUNKT NACH SPÄT
88: BESTIMME SOLL-AFR
90: BETREIBE MOTOR IN EINEM FETTEN KRAFTSTOFFMODUS
92: LIEFERE SAUERSTOFF STROMAUFWÄRTS VON DEM LNT
78: DESULFATIERUNGSPROZESS NICHT AUSGELÖST
93: BESTIMME SOLL-AFR
96: BETREIBE MOTOR IN EINEM FETTEN KRAFTSTOFFMODUS
98: DESULFATIERUNGSZEIT ≥ GESCHÄTZTE DESULFATIERUNGSZEIT
100: BETREIBE MOTOR IN EINEM NORMALEN MODUS
102: ENDE

112: START
114: DESULFATIERUNG ERFORDERLICH?
116: MOTORKÜHLMITTELTEMPERATUR > EINE ERSTE SCHWELLE
120: SCHÄTZE SOLL-DESULFATIERUNGSTEMPERATUR
122: SCHÄTZE DESULFATIERUNGSTEMPERATUR
124: LNT-TEMPERATUR < SOLL-DESULFATIERUNGSTEMPERATUR?
126: TRENNE KRAFTSTOFFEINSPRITZUNG IN DOPPELKRAFTSTOFFEINSPRITZUNG UND VERSTELLE ZÜNDZEITPUNKT NACH SPÄT
128: BESTIMME SOLL-AFR
118: DESULFATIERUNGSPROZESS NICHT AUSGELÖST
130: BETREIBE MOTOR IN EINEM FETTEN MODUS
132: DESULFATIERUNGSZEIT > GESCHÄTZTER DESULFATIERUNGSZEIT
134: BETREIBE MOTOR IN EINEM NORMALEN MODUS
136: ENDE

Claims

Desulfatierungssteuersystem, umfassend: ein Desulfatierungssteuermodul (42), das einen Desulfatierungsprozess in einer Emissionsreduktionsvorrichtung (20) auslöst, indem die Temperatur der Emissionsreduktionsvorrichtung (20) erhöht wird, wobei die Emissionsreduktionsvorrichtung (20) in einem Abgaskanal (22) stromabwärts von einem katalytischen Drei-Wege-Wandler (18) angeordnet ist, wobei der katalytische Drei-Wege-Wandler (18) einen stromaufwärtigen Katalysator (24) zum Reduzieren von NO_x und einen stromabwärtigen Katalysator (26) zur Oxidation von Kohlenwasserstoff- und Kohlenmonoxid-Molekülen aufweist; ein Zündfunkensteuermodul (60), das in Ansprechen darauf, dass das Desulfatierungssteuermodul (42) den Desulfatierungsprozess auslöst, einen Zündzeitpunkt nach spät verstellt, um die Temperatur der Emissionsreduktionsvorrichtung (20) zu erhöhen; und ein Luftpumpensteuermodul (56), das Sauerstoff während des Desulfatierungsprozesses an ein Gebiet im katalytischen Drei-Wege-Wandler (18) zwischen dem stromaufwärtigen Katalysator (24) und dem stromabwärtigen Katalysator (26) liefert.
Desulfatierungssteuersystem nach Anspruch 1, wobei der Desulfatierungsprozess auf Grundlage einer Schwefelansammlung in der Emissionsreduktionsvorrichtung (20), der Temperatur des katalytischen Drei-Wege-Wandlers (18) und/oder einer Motorkühlmitteltemperatur ausgelöst wird.
Desulfatierungssteuersystem nach Anspruch 2, ferner mit einem Schwefelansammlungsschätzmodul (44), das die Schwefelansammlung in der Emissionsreduktionsvorrichtung (20) auf Grundlage eines Abfangwirkungsgrades der Emissionsreduktionsvorrichtung (20) schätzt.
Desulfatierungssteuersystem nach Anspruch 2, ferner mit einem Schwefelansammlungsschätzmodul (44), das die Schwefelansammlung in der Emissionsreduktionsvorrichtung (20) auf Grundlage einer Fahrleistung eines Fahrzeugs schätzt.
Desulfatierungssteuersystem nach Anspruch 1, ferner mit einem Kraftstoffeinspritzsteuermodul, das ein Luft/Kraftstoff-Gemisch einspritzt, das ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis aufweist, das kleiner als ein stöchiometrisches Verhältnis ist.
Desulfatierungssteuersystem nach Anspruch 1, ferner mit einem Desulfatierungszeitschätzmodul (50), das eine Desulfatierungszeit auf Grundlage der Temperatur der Emissionsreduktionsvorrichtung (20), einer Soll-Desulfatierungstemperatur und eines Luft/Kraftstoff-Verhältnisses schätzt.