DE102010046350B4 - Verfahren zur Überwachung einer Kohlenwasserstoffselektiven katalytischen Reduktionsvorrichtung - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Überwachen einer kohlenwasserstoffselektiven katalytischen Reaktorvorrichtung (60) eines Abgasnachbehandlungssystems (45) eines Verbrennungsmotors (10), der überstöchiometrisch arbeitet, umfassend, dass
ein Ansaugluftmassenstrom überwacht wird und ein zugeordneter Abgasluftmassenstrom bestimmt wird;
eine Temperaturdifferenz über einen Vorwärtsabschnitt der kohlenwasserstoffselektiven katalytischen Reaktorvorrichtung (60) bestimmt wird;
eine überwachte Raumgeschwindigkeit, die dem Abgasluftmassenstrom zugeordnet ist, über den Vorwärtsabschnitt der kohlenwasserstoffselektiven katalytischen Reaktorvorrichtung (60) bestimmt wird;
ein Reduktionsmittel in einen Abgaszustrom stromaufwärts der kohlenwasserstoffselektiven katalytischen Reaktorvorrichtung (60) injiziert wird;
ein Maß der Deaktivierung der kohlenwasserstoffselektiven katalytischen Reaktorvorrichtung (60) entsprechend der Temperaturdifferenz über den Vorwärtsabschnitt der kohlenwasserstoffselektiven katalytischen Reaktorvorrichtung (60) und der überwachten Raumgeschwindigkeit bestimmt wird; und
ein Betrieb des Motors (10) auf Grundlage des Maßes der Deaktivierung der kohlenwasserstoffselektiven katalytischen Reaktorvorrichtung (60) gesteuert wird, wobei das Steuern des Betriebs des Motors (10) auf Grundlage des Maßes an Deaktivierung der kohlenwasserstoffselektiven katalytischen Reaktorvorrichtung (60) umfasst, dass:
ein NOx-Umwandlungswirkungsgrad, der dem Maß an Deaktivierung der kohlenwasserstoffselektiven katalytischen Reaktorvorrichtung (60) zugeordnet ist, bestimmt wird; und
der Motor (10) betrieben wird, um die kohlenwasserstoffselektive katalytische Reaktorvorrichtung (60) zu regenerieren, wenn der NOx-Umwandlungswirkungsgrad der kohlenwasserstoffselektiven katalytischen Reaktorvorrichtung (60) kleiner als eine Schwelle ist.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Diese Offenbarung betrifft Verfahren zur Abgasnachbehandlung und insbesondere Verfahren zur Abgasnachbehandlung für überstöchiometrisch arbeitende Motoren.
  • HINTERGRUND
  • Bekannte Verbrennungsmotoren, die bei mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnissen arbeiten, können einen Kraftstoffverbrauch mit verringerten NOx-Emissionen reduzieren. Bekannte Abgasnachbehandlungssysteme für Verbrennungsmotoren, die überstöchiometrisch arbeiten, können einen Oxidationskatalysatorwandler, einen Mager-NOx-Reduktionskatalysator, der auch als ein NOx-Adsorber bezeichnet wird, eine Katalysatorvorrichtung für selektive katalytische Reduktion (SCR) und einen Partikelfilter aufweisen. Bekannte SCR-Vorrichtungen unterstützen eine katalytische Reaktion von NOx mit einem Reduktionsmittel, beispielsweise Kohlenwasserstoff, um Stickstoff und Wasser zu erzeugen. Das Reduktionsmittel wird in einen Abgaszustrom stromaufwärts der SCR-Vorrichtung abgegeben.
  • Ein bekanntes Schema zur Reduktion von NOx-Emissionen umfasst die Injektion von Kohlenwasserstoffen stromaufwärts einer Vorrichtung für kohlenwasserstoffselektive katalytische Reduktion (HC-SCR) mit einem Abgaszustrom, der sauerstoffreich ist. Eine HC-SCR-Vorrichtung umfasst die Verwendung eines Katalysators, der auf Aluminiumoxid geträgertes Silber, beispielsweise Ag/Al2O3 aufweist, um NOx unter mageren Abgasbedingungen unter Verwendung von Kohlenwasserstoff als einem Reduktionsmittel selektiv zu reduzieren. Bekannte Kohlenwasserstoffreduktionsmittel umfassen kurzkettige Kohlenwasserstoffe (beispielsweise Propen, Propan) und langkettige Kohlenwasserstoffe (beispielsweise Oktan, Dekan). Es sind NOx-Reduktionsstrategien bekannt, die kurzkettige Kohlenwasserstoffe, die im Motorabgas vorhanden sind, als ein Reduktionsmittel zur Reduktion von NOx-Emissionen bei höheren Temperaturen verwenden. Es sind NOx-Reduktionsstrategien, die langkettige Kohlenwasserstoffe und oxygenierte Kohlenwasserstoffe (beispielsweise Ethanol), die im Motorabgas vorhanden sind, als Reduktionsmittel verwenden, um NOx-Emissionen bei geringeren Temperaturen zu reduzieren.
  • Systeme, die NOx-Adsorber verwenden, können katalytische Vorrichtungen mit großen verdrängten Volumen und großen Massen von Metallen der Platingruppe, gekoppelt mit der Verwendung von schwefelarmem Kraftstoff erfordern, um effizient zu arbeiten. Bekannte NOx-Adsorber erfordern eine periodische Katalysatorregeneration, die eine Injektion von Kraftstoff in den Abgaszustrom, um hohe Abgastemperaturen zu erzeugen, sowie eine Abgabe von Reduktionsmitteln zur Regeneration des Speichermaterials des Katalysators umfassen kann.
  • Die DE 10 2004 021 193 A1 offenbart ein Verfahren zur genauen Diagnose der Verschlechterung eines Emissionssteuersystems bei einer Brennkraftmaschine mit Magerverbrennung. Das Emissionssteuersystem weist einen aktiven NOx-Katalysator und ein Injektionssystem für kohlenwasserstoffbasiertes Reduktionsmittel in den Katalysator auf. Das Verfahren umfasst, dass die Änderungsrate einer exothermen Temperatur über den Katalysator berechnet und auf Basis der Größe und des Vorzeichen der Änderungsrate zwischen einer Verschlechterung des NOx-Katalysators und einer Verschlechterung des Injektionssystems für Reduktionsmittel unterschieden wird.
  • Die DE 102 40 399 A1 beschreibt ein System, das ermittelt, ob bei der Einspritzung von Kohlenwasserstoff in das Abgas eines Motors Fehler auftreten, wobei der Kohlenwasserstoff mit in dem Abgas enthaltenem NOx über einen Katalysator reagiert. Hierbei wird eine erste Temperaturdifferenz über den Katalysator während der Reaktion gemessen. Die erste Temperaturdifferenz wird mit einer während der Reaktion über den Katalysator erwarteten Temperaturdifferenz verglichen und das Vergleichsergebnis dazu verwendet, die eingespritzte Kohlenwasserstoffmenge abzugleichen und Injektorfehler zu erkennen.
  • Die DE 40 27 207 A1 zeigt ein Verfahren zur Überwachung der katalytischen Aktivität eines Katalysators im Abgassystem einer Brennkraftmaschine, wobei aus Signalen zweier Temperaturmessfühler, die dem Katalysator zugeordnet sind, eine Temperaturmessgröße gebildet wird, die mit einem vorgegebenen Sollwert verglichen wird. Wenn die Temperaturmessgröße kleiner als der Sollwert ist, wird eine Meldung zur Anzeige eines Defektes des Katalysators veranlasst.
  • Die DE 198 44 178 A1 offenbart ein Verfahren der Beurteilung der Funktionsfähigkeit eines Katalysators, der von den Abgasen eines Verbrennungsprozesses durchströmt wird. Gemäß dem Verfahren wird ein Regenerationsversuch zur Beseitigung reversibler Einbußen der Funktionsfähigkeit des Katalysators durchgeführt, wobei die Funktionsfähigkeit des Katalysators auf der Basis der Prüfung nach erfolgtem Regenerationsversuch beurteilt wird.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, mit dem es möglich ist, einen Betrieb des Verbrennungsmotors zur Regeneration der kohlenwasserstoffselektiven katalytischen Reaktorvorrichtung auf zuverlässige und sichere Weise zu steuern.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
  • Ein beispielhaftes Verfahren zur Überwachung einer kohlenwasserstoffselektiven katalytischen Reaktorvorrichtung eines Abgasnachbehandlungssystems eines Verbrennungsmotors, der überstöchiometrisch arbeitet, umfasst, dass ein Reduktionsmittel in einen Abgaszustrom stromaufwärts der kohlenwasserstoffselektiven katalytischen Reaktorvorrichtung mit einem vorbestimmten Massendurchfluss des Reduktionsmittels injiziert wird und eine Raumgeschwindigkeit in Verbindung mit einem vorbestimmten Vorwärtsabschnitt der kohlenwasserstoffselektiven katalytischen Reaktorvorrichtung bestimmt wird. Wenn die Raumgeschwindigkeit eine vorbestimmte Schwellenraumgeschwindigkeit überschreitet, wird eine Temperaturdifferenz über den vorbestimmten Vorwärtsabschnitt der kohlenwasserstoffselektiven katalytischen Reaktorvorrichtung bestimmt, und es wird eine Schwellentemperatur als eine Funktion der Raumgeschwindigkeit und des Massendurchflusses des Reduktionsmittels bestimmt. Wenn die Temperaturdifferenz über den vorbestimmten Vorwärtsabschnitt der kohlenwasserstoffselektiven katalytischen Reaktorvorrichtung unterhalb der Schwellentemperatur liegt, wird ein Betrieb des Motors so gesteuert, dass die kohlenwasserstoffselektive katalytische Reaktorvorrichtung regeneriert wird.
  • Figurenliste
  • Eine oder mehrere Ausführungsformen werden nun beispielhaft unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in welchen:
    • 1 ein zweidimensionales schematisches Schaubild eines Motor- und Abgasnachbehandlungssystems gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
    • 2 ein logisches Flussdiagramm gemäß der vorliegenden Offenbarung ist; und
    • 3 - 12 Datendiagramme gemäß der vorliegenden Offenbarung sind.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Nun Bezug nehmend auf die Zeichnungen, in denen das Gezeigte nur dem Zweck der Veranschaulichung bestimmter beispielhafter Ausführungsformen und nicht dem Zweck der Beschränkung derselben dient, veranschaulicht 1 schematisch einen Verbrennungsmotor 10, ein Nachbehandlungssystem 45 sowie ein begleitendes Steuersystem, das ein Steuermodul 5 (CM) aufweist, das gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung aufgebaut worden ist. Ein beispielhafter Motor 10 ist ein mehrzylindriger Direkteinspritz-Viertakt-Verbrennungsmotor, der hauptsächlich bei einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis arbeitet. Der beispielhafte Motor 10 kann einen Kompressionszündungsmotor, einen funkengezündeten Direkteinspritzmotor oder andere Motorkonfigurationen aufweisen, die unter Verwendung eines Verbrennungstaktes arbeiten, der einen Betrieb mit einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis aufweist.
  • Der Motor 10 ist mit verschiedenen Erfassungsvorrichtungen ausgestattet, die einen Motorbetrieb überwachen, einschließlich eines Abgassensors 42, der derart angepasst ist, dass er den Abgaszustrom überwacht. Der Abgassensor 42 ist bevorzugt eine Vorrichtung, die dazu dient, ein elektrisches Signal zu erzeugen, das mit einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgaszustroms korrelierbar ist und aus dem der Sauerstoffgehalt bestimmt werden kann. Alternativ dazu oder zusätzlich kann der Abgassensor 42 eine Vorrichtung sein, die dazu dient, ein elektrisches Signal zu erzeugen, das mit einem Parameterzustand der NOx-Konzentration in dem Abgaszustrom korrelierbar ist. Alternativ dazu kann eine virtuelle Erfassungsvorrichtung, die als ein Algorithmus in dem Steuermodul 5 ausgeführt wird, als ein Ersatz für den Abgassensor 42 verwendet werden, wobei die NOx-Konzentration in dem Abgaszustrom auf Grundlage von Motorbetriebsbedingungen geschätzt wird, die unter Verwendung anderer Erfassungsvorrichtungen überwacht werden. Der Motor 10 ist bevorzugt mit einem Luftmassenstromsensor ausgestattet, der einen Ansaugluftmassenstrom (beispielsweise in g/s) und somit einen Abgasluftmassenstrom misst. Alternativ oder in Kombination dazu kann ein Algorithmus ausgeführt werden, der einen Luftmassenstrom durch den Motor 10 auf Grundlage der Motordrehzahl, der Verdrängung bzw. dem Hubraum sowie dem volumetrischen Wirkungsgrad bestimmt.
  • Das Steuersystem umfasst das Steuermodul 5, das signaltechnisch mit einer Mehrzahl von Erfassungsvorrichtungen verbunden ist, die dazu dienen, den Motor 10, den Abgaszustrom und das Abgasnachbehandlungssystem 45 zu überwachen. Das Steuermodul 5 ist funktionell mit Aktoren des Motors 10 und des Abgasnachbehandlungssystems 45 verbunden. Das Steuersystem führt Steuerschemata aus, bevorzugt einschließlich Steueralgorithmen und Kalibrierungen, die in dem Steuermodul 5 gespeichert sind, um den Motor 10 und das Abgasnachbehandlungssystem 45 zu steuern. Im Betrieb umfasst ein Steuerschema eine Überwachung des Betriebs des Verbrennungsmotors 10 und von Elementen des Abgasnachbehandlungssystems 45, das Steuern einer Reduktionsmittelabgabe, wie hier beschrieben ist, und das Anweisen eines regenerativen Betriebs, um spezifische Vorrichtungen des Abgasnachbehandlungssystems 45 zu regenerieren.
  • Das Steuermodul 5 ist bevorzugt ein Allzweck-Digitalcomputer mit einem Mikroprozessor oder einer Zentralverarbeitungseinheit, Speichermedien mit nichtflüchtigem Speicher, einschließlich Nurlesespeicher und elektrisch programmierbarem Nurlesespeicher, Direktzugriffsspeicher, einer Hochgeschwindigkeits-Taktvorrichtung, einer Analog/ Digital-Umwandlungsschaltung sowie einer Digital/Analog-Schaltung, eine Eingangs/Ausgangsschaltung und -vorrichtungen sowie geeignete Signalkonditionierungs- und Pufferschaltungen. Das Steuermodul 5 führt die Steueralgorithmen aus, um den Betrieb des Motors 10 zu steuern. Die Steueralgorithmen sind residente Programmanweisungen und Kalibrierungen, die in dem nichtflüchtigen Speicher gespeichert sind und ausgeführt werden, um die jeweiligen Funktionen jedes Computers bereitzustellen. Die Algorithmen werden während voreingestellter Schleifenzyklen ausgeführt, so dass jeder Algorithmus zumindest einmal jeden Schleifenzyklus ausgeführt wird. Die Algorithmen werden durch die Zentralverarbeitungseinheit ausgeführt, um Eingänge von den vorher erwähnten Erfassungsvorrichtungen zu überwachen und Steuerroutinen und Diagnoseroutinen auszuführen, um den Betrieb des Motors 10, des Nachbehandlungssystems 45 und der Aktoren zu steuern und zu überwachen, einschließlich der Verwendung voreingestellter Kalibrierungen. Schleifenzyklen werden in regelmäßigen Intervallen, beispielsweise alle 3,125, 6,25, 12,5, 25 und 100 Millisekunden während des laufenden Motor- und Fahrzeugbetriebs ausgeführt. Alternativ dazu können die Algorithmen in Ansprechen auf das Auftreten eines Ereignisses ausgeführt werden. Der Motor 10 wird zum Betrieb bei einem bevorzugten Luft-Kraftstoff-Verhältnis gesteuert, um Leistungsparameter in Verbindung mit Bedieneranforderungen, Kraftstoffverbrauch, Emissionen und Fahrverhalten zu erreichen, wobei Kraftstoffbelieferung und/oder der Ansaugluftmassenstrom gesteuert werden, um das bevorzugte Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu erreichen.
  • Das Abgasnachbehandlungssystem 45 ist fluidtechnisch mit einem Abgaskrümmer des Motors 10 gekoppelt, um den Abgaszustrom mitzuführen. Das Abgasnachbehandlungssystem 45 umfasst eine Mehrzahl von Nachbehandlungsvorrichtungen, die fluidtechnisch in Reihe geschaltet sind. Bei einer Ausführungsform, die in 1 gezeigt sind, existiert eine erste, zweite und dritte Nachbehandlungsvorrichtung 50, 60 und 70. Die Nachbehandlungsvorrichtungen 50, 60 und 70 sind fluidtechnisch in Reihe unter Verwendung bekannter Rohre und Verbinder verbunden. Jede der Abgasnachbehandlungsvorrichtungen 50, 60 und 70 ist eine Vorrichtung, die Technologien verwendet, die verschiedene Fähigkeiten besitzen, die Bestandteilelemente des Abgaszustromes zu behandeln, einschließlich Oxidation, selektive katalytische Reduktion unter Verwendung eines Reduktionsmittels und Partikelfilterung. Konstruktionsmerkmale für jede der Nachbehandlungsvorrichtungen 50, 60 und 70, beispielsweise Volumen, Raumgeschwindigkeit, Zellendichte, Washcoat-Dichte und Metallbeladung, können für spezifische Anwendungen bestimmt werden. Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform ist die erste Nachbehandlungsvorrichtung 50 ein Oxidationskatalysator, die zweite Nachbehandlungsvorrichtung 60 ist die kohlenwasserstoffselektive katalytische Reaktorvorrichtung und die dritte Nachbehandlungsvorrichtung 70 ist ein katalysierter Partikelfilter, obwohl die hier beschriebenen Konzepte nicht so beschränkt sind. Die erste, zweite und dritte Nachbehandlungsvorrichtung 50, 60 und 70 können in einzelne Strukturen zusammengebaut werden, die fluidtechnisch verbunden sind und in einen Motorraum und einen Fahrzeugunterbau eingebaut werden, wobei eine oder mehrere Erfassungsvorrichtungen dazwischen angeordnet sind. Der Fachmann kann andere Zusammenbaukonfigurationen erdenken.
  • Die erste Nachbehandlungsvorrichtung 50 ist bevorzugt eine Oxidationskatalysatorvorrichtung, die ein Cordieritsubstrat aufweist, das einen aluminiumoxidbasierten Washcoat aufweist, der ein oder mehrere Metalle der Platingruppe enthält, beispielsweise Platin oder Palladium. Bei einer Ausführungsform kann die erste Nachbehandlungsvorrichtung 50 weggelassen werden.
  • Die zweite Nachbehandlungsvorrichtung 60 ist eine kohlenwasserstoffselektive katalytische Reaktorvorrichtung bei einer Ausführungsform, bevorzugt mit einem Cordieritsubstrat, das mit einem Washcoat beschichtet ist. Bei einer Ausführungsform umfasst die zweite Nachbehandlungsvorrichtung 60 ein erstes und zweites beschichtetes Substrat 61 und 63, die in Reihe relativ zu einer Längsachse 67 angeordnet sind, die einer Strömungsrichtung des Abgaszustroms entspricht Der bevorzugte Washcoat verwendet Silber-Aluminiumoxid (Ag-Al) als das katalytische Material und umfasst bei einer Ausführungsform 2 Gew.-% Ag2O, die auf Aluminiumoxid geträgert sind.
  • Die dritte Nachbehandlungsvorrichtung 70 ist bevorzugt ein zweiter Oxidationskatalysator, der mit einem Partikelfilter kombiniert ist. Die dritte Nachbehandlungsvorrichtung 70 kann einzeln oder in Kombination andere Abgasnachbehandlungsvorrichtungen, einschließlich katalysierter oder nicht katalysierter Partikelfilter, Luftpumpen, externe Heizungsvorrichtungen, Schwefelfänger, Phosphorfänger, Vorrichtungen für selektive Reduktion und andere gemäß den Spezifikationen und Betriebseigenschaften einer spezifischen Motor- und Antriebsstranganwendung aufweisen.
  • Das Abgasnachbehandlungssystem 45 umfasst eine Reduktionsmittelabgabevorrichtung 55 mit einem Abgabemechanismus und einer Düse, die fluidtechnisch mit einem Reduktionsmittelliefersystem (Reduktionsmittellieferung) 57 verbunden sind, das bevorzugt ein Kohlenwasserstoffreduktionsmittel enthält. Bei einer Ausführungsform kann die Lieferung des Kohlenwasserstoffreduktionsmittels von einem Kraftstofftank stammen, der Kraftstoff zum Betrieb des Verbrennungsmotors 10 enthält. Bei einer anderen Ausführungsform kann das Reduktionsmittelliefersystem 57 ein separates Reservoir aufweisen, das Reduktionsmittelmaterialien zur Abgabe in den Abgaszustrom über die Reduktionsmittelabgabevorrichtung 55 speichert. Die Düse der Reduktionsmittelabgabevorrichtung 55 ist in das Abgassystem 45 stromaufwärts der kohlenwasserstoffselektiven katalytischen Reaktorvorrichtung 60 eingesetzt. Die Reduktionsmittelabgabevorrichtung 55 wird durch das Steuermodul 5 gesteuert, um das Kohlenwasserstoffreduktionsmittel in den Abgaszustrom mit einem angewiesenen Massendurchfluss abzugeben. Alternativ dazu können die Reduktionsmittelabgabevorrichtung 55 und das Reduktionsmittelliefersystem 57 weggelassen werden und das Kohlenwasserstoffreduktionsmittel kann durch Steuern von Motor-Kraftstoffinjektoren abgegeben werden, um Kraftstoff in die Motorbrennräume während eines Abgashubes des Motortaktes zu injizieren.
  • Erfassungsvorrichtungen umfassen solche, die derart konfiguriert sind, dass sie Bestandteile des Abgaszustroms überwachen, wenn dieser durch das Abgasnachbehandlungssystem 45 gelangt, und können den Abgassensor 42, eine erste Erfassungsvorrichtung 52 unmittelbar stromabwärts der ersten Nachbehandlungsvorrichtung 50, eine zweite Erfassungsvorrichtung 54 unmittelbar stromaufwärts der kohlenwasserstoffselektiven katalytischen Reaktorvorrichtung 60, eine dritte Erfassungsvorrichtung 66 stromabwärts der kohlenwasserstoffselektiven katalytischen Reaktorvorrichtung 60 und eine vierte Erfassungsvorrichtung 72 stromabwärts der dritten Nachbehandlungsvorrichtung 70 aufweisen. Die Erfassungsvorrichtungen umfassen ferner einen ersten und zweiten Temperaturüberwachungssensor 62 und 64, die derart konfiguriert sind, dass sie Temperaturen überwachen, die mit der kohlenwasserstoffselektiven katalytischen Reaktorvorrichtung 60 in Verbindung stehen. Die Anordnung des ersten und zweiten Temperaturüberwachungssensors 62 und 64 definiert einen überwachten Abschnitt der kohlenwasserstoffselektiven katalytischen Reaktorvorrichtung 60, der bevorzugt relativ zu der Längsachse 67 derselben beschrieben ist.
  • Die erste Erfassungsvorrichtung 52 ist stromaufwärts der zweiten Nachbehandlungsvorrichtung 60 angeordnet und überwacht den Abgaszustrom stromabwärts der ersten Nachbehandlungsvorrichtung 50. Die erste Erfassungsvorrichtung 52 erzeugt ein Signal, das mit einem Bestandteil des Abgaszustroms, beispielsweise einer NOx-Konzentration, stromaufwärts des Reduktionsmittelabgabesystems 55 und der kohlenwasserstoffselektiven katalytischen Reaktorvorrichtung 60 korrelierbar ist. Die erste Erfassungsvorrichtung 52 kann bei einigen Ausführungsformen weggelassen werden.
  • Die zweite Erfassungsvorrichtung 54 ist unmittelbar stromaufwärts der kohlenwasserstoffselektiven katalytischen Reaktorvorrichtung 60 und stromabwärts des Reduktionsmittelabgabesystems 55 angeordnet. Die zweite Erfassungsvorrichtung 54 erzeugt ein Signal, das mit einer Konzentration eines spezifischen Gases, beispielsweise NOx, Kohlenwasserstoffarten, Zyanwasserstoff und/oder Acetaldehyd, die in dem Abgaszustrom enthalten sind, nach einem Austritt der ersten Nachbehandlungsvorrichtung 50 korrelierbar ist. Die zweite Erfassungsvorrichtung 54 kann bei einigen Ausführungsformen weggelassen werden.
  • Die dritte Erfassungsvorrichtung 66 ist stromabwärts der kohlenwasserstoffselektiven katalytischen Reaktorvorrichtung 60 und stromaufwärts der dritten Nachbehandlungsvorrichtung 70 angeordnet. Die dritte Erfassungsvorrichtung 66 erzeugt bevorzugt ein Signal, das mit einer Konzentration eines spezifischen Gases, beispielsweise NOx, Kohlenwasserstoffarten, Zyanwasserstoff und/oder Acetaldehyd, die in dem Abgaszustrom enthalten sind, nach einem Austritt der zweiten Nachbehandlungsvorrichtung 60 korrelierbar ist. Bei einer Ausführungsform kann die dritte Erfassungsvorrichtung 66 eine virtuelle Erfassungsvorrichtung aufweisen, die als ein Algorithmus in dem Steuermodul 5 ausgeführt wird und als ein Ersatz für den Abgassensor 42 verwendet werden kann, wobei die NOx-Konzentration in dem Abgaszustrom auf Grundlage von Motorbetriebsbedingungen bestimmt wird, die unter Verwendung anderer Erfassungsvorrichtungen überwacht werden.
  • Die vierte Erfassungsvorrichtung 72 ist stromabwärts der dritten Nachbehandlungsvorrichtung 70 angeordnet. Die vierte Erfassungsvorrichtung 72 erzeugt bevorzugt ein Signal, das mit Konzentrationen spezifischer Gase in dem Abgaszustrom, beispielsweise NOx, Kohlenwasserstoffarten, Zyanwasserstoff und/oder Acetaldehyd, die in dem Abgaszustrom enthalten sind, nach einem Austritt der dritten Nachbehandlungsvorrichtung 70 korrelierbar ist. Jede der ersten, zweiten, dritten und vierten Erfassungsvorrichtung 52, 54, 66 und 72 ist signalmäßig mit dem Steuermodul 5 verbunden und kann zur Steuerung, Überwachung und zur Diagnose durch Systemsteueralgorithmen und Diagnosealgorithmen verwendet werden.
  • Der erste und zweite Temperaturüberwachungssensor 62 und 64 überwachen bevorzugt Temperaturen an einer Vorwärtsposition bzw. Rückwärtsposition der kohlenwasserstoffselektiven katalytischen Reaktorvorrichtung 60, wobei die Vorwärts- und Rückwärtspositionen entlang der Längsströmungsachse 67 derselben und relativ zu dem Abgaszustrom definiert sind. Signalausgänge von dem ersten und zweiten Temperaturüberwachungssensor 62 und 64 werden dazu verwendet, eine Temperaturdifferenz ΔT über den überwachten Abschnitt der kohlenwasserstoffselektiven katalytischen Reaktorvorrichtung 60 zu bestimmen. Der erste Temperaturüberwachungssensor 62 misst eine Temperatur stromaufwärts von oder innerhalb einer vorderen Stelle der kohlenwasserstoffselektiven katalytischen Reaktorvorrichtung 60, um deren Temperatur zu bestimmen. Der erste Temperaturüberwachungssensor 62 kann derart konfiguriert sein, dass er eine Temperatur des Abgaszustroms überwacht. Alternativ dazu kann der erste Temperaturüberwachungssensor 62 derart konfiguriert sein, dass er eine Temperatur an einer vorderen Stelle in dem ersten beschichteten Substrat 61 der kohlenwasserstoffselektiven katalytischen Reaktorvorrichtung 60, beispielsweise innerhalb von 2 - 3 cm der Vorderseite des ersten beschichteten Substrats 61 der kohlenwasserstoffselektiven katalytischen Reaktorvorrichtung 60 überwacht. Der zweite Temperaturüberwachungssensor 64 ist an einer mittleren oder rückwärtigen Position in der kohlenwasserstoffselektiven katalytischen Reaktorvorrichtung 60, beispielsweise zwischen dem ersten und zweiten beschichteten Substrat 61 und 63 der kohlenwasserstoffselektiven katalytischen Reaktorvorrichtung 60 eingesetzt, um eine Betriebstemperatur daran zu bestimmen. Wenn der zweite Temperaturüberwachungssensor 64 zwischen dem ersten und zweiten beschichteten Substrat 61 und 63 eingesetzt ist, überwachen der erste und zweite Temperaturüberwachungssensor eine vordere Hälfte der kohlenwasserstoffselektiven katalytischen Reaktorvorrichtung 60, wenn das erste und zweite beschichtete Substrat 61 und 63 dieselbe volumetrische Verdrängung, beispielsweise gemessen in Litern, besitzen. Alternativ dazu kann der zweite Temperaturüberwachungssensor 64 eine Temperatur an einer rückwärtigen Position der kohlenwasserstoffselektiven katalytischen Reaktorvorrichtung 60 überwachen, um eine Betriebstemperatur daran zu bestimmen. Der zweite Temperaturüberwachungssensor 64 kann derart konfiguriert sein, dass er eine Temperatur des Abgaszustroms überwacht, und kann alternativ derart konfiguriert sein, dass er eine Temperatur der kohlenwasserstoffselektiven katalytischen Reaktorvorrichtung 60 an einer spezifischen Stelle überwacht, die entlang der Längsströmungsachse 67 definiert ist.
  • Die Stellen des ersten und zweiten Temperaturüberwachungssensors 62 und 64 definieren den überwachten Abschnitt der kohlenwasserstoffselektiven katalytischen Reaktorvorrichtung 60. Der überwachte Abschnitt der kohlenwasserstoffselektiven katalytischen Reaktorvorrichtung 60 ist bevorzugt eine volumetrische Verdrängung des linearen Abschnitts des zwischen dem ersten und zweiten Temperaturüberwachungssensor 62 und 64 angeordneten Substrats. Die Volumenverdrängung, wie hier verwendet ist, ist durch die Querschnittsfläche des Substrats multipliziert mit der Menge des überwachten Abschnitts repräsentiert. Die Volumenverdrängung des überwachten Abschnitts der kohlenwasserstoffselektiven katalytischen Reaktorvorrichtung 60 kann in Verbindung mit dem Abgasluftmassenstrom verwendet werden, um eine überwachte Raumgeschwindigkeit zu bestimmen.
  • Das Steuersystem betreibt während des Überwachungsbetriebs des Verbrennungsmotors 10 und des Abgaszustroms den Verbrennungsmotor 10 bei einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das überstöchiometrisch ist. Die überwachten Parameter des Motors 10 und des Abgaszustroms umfassen bevorzugt einen Abgasluftmassenstrom, Bestandteilkonzentrationen in dem Abgaszustrom, beispielsweise NOx, und die Temperaturdifferenz ΔT über den überwachten Abschnitt der kohlenwasserstoffselektiven katalytischen Reaktorvorrichtung 60, die unter Verwendung des ersten und zweiten Temperaturüberwachungssensors 62 und 64 gemessen ist.
  • 2 zeigt ein Steuerschema 200, das als ein logisches Flussdiagramm zur Steuerung des Betriebs des Verbrennungsmotors 10 ausgeführt wird, das umfasst, dass ein Betrieb der kohlenwasserstoffselektiven katalytischen Reaktorvorrichtung 60 des Abgasnachbehandlungssystems 45 des Verbrennungsmotors 10 überwacht wird. Das Steuerschema 200 umfasst ein Ausführen eines algorithmischen Codes zum Betreiben des Motors 10 und zum Überwachen von Signaleingängen von den vorher erwähnten Sensoren, um einen Betrieb des Reduktionsmittelabgabesystems 55 zu steuern.
  • Der Abgasluftmassenstrom (MAF) und ein angewiesener Reduktionsmassendurchfluss (MF(Rdt)) zur Abgabe in den Abgaszustrom stromaufwärts der kohlenwasserstoffselektiven katalytischen Reaktorvorrichtung 60 werden bestimmt und Temperaturen T1 und T2 werden unter Verwendung des ersten und zweiten Temperaturüberwachungssensors 62 bzw. 64 überwacht (205). Der Abgasluftmassenstrom (MAF) kann dadurch bestimmt werden, dass der Ansaugluftmassenstrom unter Verwendung der Luftmassenstromvorrichtung überwacht wird und eine Verzögerungszeit, die dem Luftströmungstransport durch den Motor 10 zugeordnet ist, ermöglicht wird. Alternativ dazu kann der Ansaugluftmassenstrom auf Grundlage der Motordrehzahl, der Last und dem Motorhubraum berechnet werden. Die NOx-Konzentration in dem Abgaszustrom kann auf Grundlage des Ansaugluftmassenstroms, des Motor-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, der überwachten NOx-Konzentration in dem Abgaszustrom und anderen verwandten Faktoren bestimmt werden. Der angewiesene Reduktionsmittelmassendurchfluss (MF(Rdt)) ist der NOx-Konzentration in dem Abgaszustrom zugeordnet und umfasst bevorzugt einen Reduktionsmittelmassendurchfluss (MF(Rdt)), der ein stöchiometrisches Verhältnis von Reduktionsmittelmassendurchfluss (MF(Rdt)) und NOx-Konzentration in dem Abgaszustrom stromaufwärts der kohlenwasserstoffselektiven katalytischen Reaktorvorrichtung 60 erreicht, um eine exotherme Reaktion über die kohlenwasserstoffselektive katalytische Reaktorvorrichtung 60 zu bewirken.
  • Die Raumgeschwindigkeit (SV(MAF)) für den überwachten Abschnitt der kohlenwasserstoffselektiven katalytischen Reaktorvorrichtung 60 wird durch Stellen des ersten und zweiten Temperaturüberwachungssensors 62 und 64 bestimmt, die eine volumetrische Verdrängung des überwachten Abschnitts der kohlenwasserstoffselektiven katalytischen Reaktorvorrichtung 60 definieren und umschreiben, und basiert auf dem Abgasluftmassenstrom (MAF) hindurch (210). Die überwachte Raumgeschwindigkeit unterscheidet sich von einer Raumgeschwindigkeit für die gesamte kohlenwasserstoffselektive katalytische Reaktorvorrichtung 60 und ist von der physikalischen Anordnung des ersten und zweiten Temperaturüberwachungssensors 62 und 64 abhängig.
  • Wenn die überwachte Raumgeschwindigkeit (SV(MAF)) eine Schwellenraumgeschwindigkeit (SV(Schwelle)) überschreitet (215), berechnet das Steuersystem die Temperaturdifferenz ΔT über den überwachten Abschnitt der kohlenwasserstoffselektiven katalytischen Reaktorvorrichtung 60 oder bestimmt diese anderweitig. Die Temperaturdifferenz ΔT ist die Differenz zwischen den Temperaturen T2 und T1, wie unter Verwendung des zweiten und ersten Temperaturüberwachungssensors 64 bzw. 62 gemessen ist (220). Die Temperaturdifferenz ΔT wird mit einer Schwellentemperaturdifferenz (Schwelle(ΔT[SV(MAF), MF(Rdt)])) verglichen (225). Die Schwellentemperaturdifferenz ist dem angewiesenen Reduktionsmittelmassendurchfluss (MF(Rdt)) und der überwachten Raumgeschwindigkeit (SV(MAF)) für den überwachten Abschnitt der kohlenwasserstoffselektiven katalytischen Reaktorvorrichtung 60 zugeordnet.
  • Die Kombination des Betriebs des Motors 10 wie auch die Injektion eines Massendurchflusses des Kohlenwasserstoffreduktionsmittels in den Abgaszustrom kann eine exotherme Reaktion über die kohlenwasserstoffselektive katalytische Reaktorvorrichtung 60 bewirken. Die Größe der exothermen Reaktion über den überwachten Abschnitt der kohlenwasserstoffselektiven katalytischen Reaktorvorrichtung 60 ist dem Abgasluftmassenstrom zugeordnet. Die Größe der exothermen Reaktion steigt mit zunehmendem Abgasluftmassenstrom und sinkt mit abnehmendem Abgasluftmassenstrom.
  • Bei einer Ausführungsform wird die Temperaturdifferenz ΔT bestimmt, wenn der Motor 10 bei einem Abgasluftmassenstrom arbeitet, der eine relativ hohe überwachte Raumgeschwindigkeit in der kohlenwasserstoffselektiven katalytischen Reaktorvorrichtung 60 mit einem bekannten Reduktionsmittelmassendurchfluss erzeugt. Die Temperaturdifferenz ΔT gibt die Geschwindigkeit der exothermen Reaktion über die kohlenwasserstoffselektive katalytische Reaktorvorrichtung 60 an. Wenn die kohlenwasserstoffselektive katalytische Reaktorvorrichtung 60 beispielsweise durch Kohlenwasserstoffvergiftung oder Schwefelvergiftung deaktiviert wird, sinkt die Geschwindigkeit der exothermen Reaktion. Eine Abnahme der Geschwindigkeit der exothermen Reaktion kann durch die Temperaturdifferenz ΔT gemessen werden.
  • Es werden Schwellentemperaturdifferenzen bestimmt, die Abnahmen der Geschwindigkeiten der exothermen Reaktion zugeordnet werden, die einem verringerten NOx-Umwandlungswirkungsgrad der kohlenwasserstoffselektiven katalytischen Reaktorvorrichtung 60 entsprechen. Es kann eine Mehrzahl von Schwellentemperaturdifferenzen bestimmt werden, die Schwellen-NOx-Umwandlungsniveaus, beispielsweise Umwandlungswirkungsgrad (%) zugeordnet sind, die der überwachten Raumgeschwindigkeit SV(MAF) der kohlenwasserstoffselektiven katalytischen Reaktorvorrichtung 60 und dem angewiesenen Reduktionsmittelmassendurchfluss (MF(Rdt)]) entsprechen. Wenn die Temperaturdifferenz ΔT kleiner als die Schwellentemperaturdifferenz ist, die der überwachten Raumgeschwindigkeit und dem angewiesenen Reduktionsmittelmassendurchfluss zugeordnet ist, kann das Steuersystem einen Motorbetrieb anweisen, um die kohlenwasserstoffselektive katalytische Reaktorvorrichtung 60 zu regenerieren. Die Regeneration der kohlenwasserstoffselektiven katalytischen Reaktorvorrichtung 60 umfasst bevorzugt den Betrieb des Motors 10, um eine hohe Temperatur in dem Abgaszustrom und der kohlenwasserstoffselektiven katalytischen Reaktorvorrichtung 60 zu bewirken, um Kohlenwasserstoff und Schwefel davon zu verbrennen und anderweitig zu spülen (230). Die Regeneration der kohlenwasserstoffselektiven katalytischen Reaktorvorrichtung 60 kann eine Nachinjektion von Kraftstoff in den Brennraum bzw. die Brennräume des Motors 10 und ein Verbrennen des nachinjizierten Kraftstoffs über die erste Nachbehandlungsvorrichtung 50, die bevorzugt eine Oxidationskatalysatorvorrichtung enthält, umfassen, wodurch Wärme in dem Abgasnachbehandlungssystem 45 erzeugt wird.
  • Anschließend umfasst der Betrieb des Steuersystems ein Überwachen der Temperaturdifferenz ΔT über den überwachten Abschnitt der kohlenwasserstoffselektiven katalytischen Reaktorvorrichtung 60, die unter Verwendung des ersten und zweiten Temperaturüberwachungssensors 62 und 64 gemessen wird (235).
  • Die 3 bis 7 veranschaulichen graphisch Ergebnisse, die Laborreaktormessungen unter Verwendung von Proben-Katalysatorvorrichtungen zugeordnet sind. Die Laborreaktormessungen entsprechen einem Betrieb einer beispielhaften kohlenwasserstoffselektiven katalytischen Reaktorvorrichtung 60, die das Verfahren und System, wie hier beschrieben ist, veranschaulicht. Die Proben-Katalysatorvorrichtungen enthielten Reaktorproben, die unter Verwendung von Ag-Al als katalytischem Material aufgebaut waren und 2 Gew.-% Ag2O, geträgert auf Aluminiumoxid, enthielten. Die Katalysatorvorrichtungen wurden aus katalytischem Material aufgebaut, das auf Cordierit-Monolithsubstraten mit 63 Zellen pro Quadratzentimeter (400 Zellen pro Quadratzoll) geträgert war. Die katalytischen Vorrichtungen wurden unter Verwendung von Luft und 10 % Wasser bei 650°C für 16 Stunden vor dem Testen hydrothermisch gealtert.
  • Repräsentative Datendiagramme zeigen Ergebnisse, die durch selektives Injizieren von HC-Kraftstoff stromaufwärts der beispielhaften Ag-Al-Katalysatorvorrichtungen erreicht wurden, gezeigt sind. Die Ergebnisse, die in den Datengraphen gezeigt sind, wurden unter Verwendung eines Laborreaktors für eine Strömung eines simulierten Abgaszustroms über die beispielhaften katalytischen Vorrichtungen entwickelt. Das Nachbehandlungssystem wurde mit Sensoren instrumentiert, die Temperatursensoren, einen magneto-pneumatischen Abgasanalysator zur Bestimmung der O2-Konzentration in dem Abgas, ein fouriertransformiertes Infrarot-Spektrometer oder einen chemilumineszenten Abgasanalysator, um NOx-Konzentrationsniveaus, die in die katalytischen Vorrichtungen eintreten und diese verlassen, zu bestimmen, wie auch einen Strömungsmesser enthielten, um einen Abgasluftmassenstrom zu bestimmen, der in eine Katalysatorraumgeschwindigkeit (SV) umsetzbar ist. Wie bekannt ist, repräsentiert die Raumgeschwindigkeit eine Zeitrate der Abgasluftströmung in Volumen pro Volumeneinheit der Ag-Al-Katalysatorvorrichtung oder einem Anteil derselben und besitzt eine Einheit der inversen Zeit, beispielsweise inverse Stunde (h-1 oder 1/h).
  • Der simulierte Abgaszustrom enthielt die folgenden Standardgase: 10 % O2, 5 % CO2, 5 % H2O, 750 Teile pro Million (nachfolgend „ppm“) CO, 250 ppm H2 und 250 ppm NO. Ein simuliertes Dieselkraftstoffgemisch, das aus einer volumetrischen Mischung von n-Dodekan (67 Vol.-%, langkettiges Alkan) und m-Xylen (33 Vol.-%, aromatisch) bestand, wurde als das NOx-Reduktionsmittel verwendet. Die Wirkung der Raumgeschwindigkeit und zugeordnete Konzentrationswirkungen von O2, H2 und HC wurden als eine Funktion der Einlass- und Auslasstemperaturen bewertet.
  • 3 zeigt graphisch Testergebnisse, die einen NOx-Umwandlungswirkungsgrad in Prozent (%) über die Probe der Ag-Al-Katalysatorvorrichtung zeigen, der als eine Funktion der durchschnittlichen Temperatur (C) aufgetragen ist, wobei SV 12.500 h-1, 25.000 h-1 oder 50.000 h-1 betrug und ein Abgaszustrom 10 % O2, 5 % H2O, 5 % CO2, 750 ppm CO, 250 ppm H2, 250 ppm NO und 187 ppm sim-Diesel enthielt, um ein HC1:NOx-Verhältnis von etwa 8 bereitzustellen.
  • 4 zeigt graphisch Testergebnisse, die eine Temperaturdifferenz [T(Auslass) - T(Einlass)] über die Probe der Ag-Al-Katalysatorvorrichtung zeigen, die als eine Funktion der Einlasstemperatur (°C) aufgetragen ist.
  • Die Temperaturdifferenz [T(Auslass) - T(Einlass)] über die Probe der Ag-Al-Katalysatorvorrichtung entspricht der vorher erwähnten Temperaturdifferenz, die zwischen dem ersten und zweiten Temperaturüberwachungssensor 62 und 64 gemessen ist, die derart konfiguriert sind, dass sie einen Abschnitt der kohlenwasserstoffselektiven katalytischen Reaktorvorrichtung 60 überwachen. Beispielhafte Raumgeschwindigkeiten umfassen 12.500 h-1, 25.000 h-1 oder 50.000 h-1, wobei ein Abgaszustrom 10 % O2, 5 % H2O, 5 % CO2, 750 ppm CO, 250 ppm H2, 250 ppm NO und 187 ppm sim-Diesel enthielten, um ein HC1:NOx-Verhältnis von etwa 8 bereitzustellen.
  • 5 zeigt graphisch Testergebnisse, die einen NOx-Umwandlungswirkungsgrad in Prozent (%) über die Probe der Ag-Al-Katalysatorvorrichtung zeigen, der als eine Funktion der durchschnittlichen Temperatur (C) aufgetragen ist, wobei SV 50.000 h-1 betrug und ein Abgaszustrom 2 bis 20 % O2, 5 % H2O, 5 % CO2, 750 ppm CO, 250 ppm H2, 250 ppm NO und 187 ppm sim-Diesel enthielt, um ein HC1:NOx-Verhältnis von etwa 8 bereitzustellen.
  • 6 zeigt graphisch Testergebnisse, die einen NOx-Umwandlungswirkungsgrad in Prozent (%) über die Probe der Ag-Al-Katalysatorvorrichtung zeigen, der als eine Funktion der durchschnittlichen Temperatur (C) aufgetragen ist, wobei SV 50.000 h-1 betrug und ein Abgaszustrom 10 % O2, 5 % H2O, 5 % CO2, 750 ppm CO, 250 ppm H2, 250 ppm NO und variable Mengen an sim-Diesel enthielt, um HC1:NOx-Verhältnisse (C:N) über einem Bereich zwischen etwa 2 und 12 bereitzustellen.
  • 7 zeigt graphisch Testergebnisse, die einen NOx-Umwandlungswirkungsgrad in Prozent (%) über die Probe der Ag-Al-Katalysatorvorrichtung zeigen, der als eine Funktion der durchschnittlichen Temperatur (C) aufgetragen ist, wobei SV 50.000 h-1 betrug und ein Abgaszustrom 10 % O2, 5 % H2O, 5 % CO2, 750 ppm CO, 250 bis 8000 ppm H2, 250 ppm NO und 187 ppm sim-Diesel enthielt, um HC1:NOx-Verhältnisse von etwa 8 bereitzustellen.
  • Die unter Bezugnahme auf die 3 - 7 dargestellten Ergebnisse geben an, dass der NOx-Umwandlungswirkungsgrad über eine Ag-Al-Katalysatorvorrichtung durch den Abgasmassendurchfluss und daher die Raumgeschwindigkeit, die Sauerstoffkonzentration des Abgaszustromes, den Reduktionsmittelmassendurchfluss, der in den Abgaszustrom injiziert ist, die Wasserstoffkonzentration des Abgaszustromes und die Einlasstemperatur beeinflusst ist. Die chemische Reaktion über die Ag-Al-Katalysatorvorrichtung verläuft exotherm, was bedeutet, dass die chemische Reaktion Wärme an die Umgebung abgibt. Jedoch ist das Ausmaß dieser Wärmeübertragung von dem Abgasluftmassenstrom abhängig, wobei höhere Durchflüsse die Wärme an die Auslassgastemperatur hinter der Ag-Al-Katalysatorvorrichtung effektiver übertragen, insbesondere bei Temperaturen über 350°C. Bei einem fixierten hohen Abgasluftmassenstrom, der einer SV von 50.000 h-1 entspricht, entspricht eine Erhöhung des NOx-Umwandlungswirkungsgrades über die kohlenwasserstoffselektive katalytische Reaktorvorrichtung 60 mit zunehmenden O2-, HC-Reduktionsmittel- und H2-Konzentrationen einer zunehmenden exothermen Reaktion darüber, was durch Erhöhung der Auslassgastemperatur angegeben ist, die unter Verwendung des zweiten Temperaturüberwachungssensors 64 gemessen werden kann. Die Erhöhung der H2-Konzentration in dem Abgaszustrom ist bei einer Erzeugung einer großen exothermen Reaktion über die Ag-Al-Katalysatorvorrichtung effektiv. Betriebsparameter, wie Motordrehzahl/-last, AGR-Position und Durchfluss sowie HC-Reduktionsmittelinjektionsrate bestimmen die Einlasstemperatur, den Abgasluftmassenstrom wie auch die zugeordnete Raumgeschwindigkeit (SV) sowie O2- und HC-Konzentrationen, die in die Ag-Al-Katalysatorvorrichtung eintreten. Daher ist eine Auswahl eines geeigneten Motorbetriebszustandes, während dem die exotherme Reaktion bevorzugt gemessen wird, erforderlich.
  • 8 zeigt graphisch Testergebnisse, die einen NOx-Umwandlungswirkungsgrad (%) und die HCi-NOx-Verhältnisse (C1:NOx) über eine Probe einer Ag-Al-Katalysatorvorrichtung zeigen, was als eine Funktion der Zeit (s) aufgetragen ist. Dieselkraftstoff wurde dazu verwendet, die C1:NOx-Verhältnisse unter Bedingungen eines stabilen Motorbetriebs bereitzustellen. Ergebnisse sind für eine anfängliche Katalysatorleistungsfähigkeit, d.h. vor einer Alterung, nach einer Alterung einschließlich einer Vergiftung mit 330 ppm Schwefel-Kraftstoff und nach einer Hochtemperaturregeneration gezeigt. Die Ergebnisse geben an, dass der NOx-Umwandlungswirkungsgrad nach einer Schwefeldeaktivierung durch Regeneration der Katalysatorvorrichtung bei erhöhten Temperaturen (beispielsweise 500°C) rückgewonnen werden kann. Die Deaktivierung der Ag-Al-Katalysatorvorrichtung aufgrund einer Dieselkraftstoffvergiftung (beispielsweise wie in 8 gezeigt ist) erfolgt vorwiegender in einem vorderen oder Vorwärtsabschnitt der Ag-Al-Katalysatorvorrichtung als in einem rückwärtigen Abschnitt derselben. Somit sieht die Messung der exothermen Reaktionen in dem vorderen Abschnitt der kohlenwasserstoffselektiven katalytischen Reaktorvorrichtung Information vor, die zur Überwachung und Diagnose verwendbar ist, um eine Frequenz bzw. Häufigkeit von Regenerationsereignissen zu bestimmen.
  • 9 zeigt schematisch Testergebnisse über eine verstrichene Zeit für ein beispielhaftes System, das wie hier beschrieben aufgebaut ist und einen NOx-Umwandlungswirkungsgrad (%) für eine Mehrzahl wiederholt durchgeführter Tests aufweist. Jeder Test ist ein Standard-Autobahn-Kraftstoffwirtschaftlichkeitstest (Hwy-FET-Zyklen). Die Daten sind für den NOx-Umwandlungswirkungsgrad über einen vorderen halben Abschnitt der kohlenwasserstoffselektiven katalytischen Reaktorvorrichtung 60 (nur vorderer Abschnitt), beispielsweise Substrat 61, wie in 1 gezeigt ist, und den NOx-Umwandlungswirkungsgrad über die vollständige kohlenwasserstoffselektive katalytische Reaktorvorrichtung 60 (vollständige HC-SCR) gezeigt. Die Ergebnisse geben an, dass der vordere halbe Abschnitt mit einer schnelleren Rate deaktiviert wird, als ein rückwärtiger halber Abschnitt, beispielsweise das in 1 gezeigte Substrat. Die überwachte Raumgeschwindigkeit des vorderen halben Abschnitts beträgt die Hälfte von dem der vollständigen kohlenwasserstoffselektiven katalytischen Reaktorvorrichtung 60 aufgrund des geringeren überwachten Volumens an Katalysator. Daher gibt eine Temperaturmessung über den vorderen halben Abschnitt der kohlenwasserstoffselektiven katalytischen Reaktorvorrichtung 60 an, wenn eine NOx-Umwandlungsaktivität auf ein Niveau gefallen ist, das eine Katalysatorregeneration erfordert.
  • 10 zeigt graphisch einen NOx-Umwandlungswirkungsgrad (%) und entsprechende Temperaturdifferenzen (ΔT) über eine kohlenwasserstoffselektive katalytische Reaktorvorrichtung, die während einer Betriebslebensdauer eines Systems bestimmt ist. Dies gibt an, dass eine Korrelation zwischen dem NOx-Umwandlungswirkungsgrad (%) und der Temperaturdifferenz (ΔT) existiert. Somit kann die Katalysatorregeneration ausgelöst werden, wenn die Temperaturdifferenz (ΔT) unter eine Schwelle fällt, die einem Schwellen-NOx-Umwandlungswirkungsgrad entspricht, beispielsweise einer Temperaturdifferenz ΔT von etwa 14, entsprechend einem NOx-Umwandlungswirkungsgrad von 40 %, was ein Schwellen-NOx-Umwandlungswirkungsgradniveau sein kann.
  • 11 zeigt graphisch Einlass- und Auslasstemperaturen für einen Motor mit einem Nachbehandlungssystem, das eine kohlenwasserstoffselektive katalytische Reaktorvorrichtung aufweist, die einen Schwerlast-FTP-Testzyklus an einem Motor-Dynamometer ausführt. Die kohlenwasserstoffselektive katalytische Reaktorvorrichtung arbeitet bei einem NOx-Umwandlungswirkungsgrad von 60 % und anschließend bei einem NOx-Umwandlungswirkungsgrad von 52 % bei einer überwachten Raumgeschwindigkeit von etwa 99.000 h-1. Die Ergebnisse umfassen eine Spitzen- oder maximale Einlasstemperatur (T(Einlass)) und eine anschließend auftretende Spitzen- oder maximale Auslasstemperatur (T(Auslass)). Eine Temperaturdifferenz ΔT wird als eine Differenz zwischen einer Spitzenauslasstemperatur und einer vorher auftretenden Spitzeneinlasstemperatur berechnet, die zu Zeiten Zeit1 bzw. Zeit2 auftritt. Die Temperaturen werden während des Betriebs bei sowohl dem NOx-Umwandlungswirkungsgrad von 60 % als auch dem NOx-Umwandlungswirkungsgrad von 52 % gemessen.
  • 12 zeigt graphisch Messungen eines NOx-Umwandlungswirkungsgrades über eine kohlenwasserstoffselektive katalytische Reaktorvorrichtung über eine verstrichene Zeitdauer, während der Kohlenwasserstoffreduktionsmittel stromaufwärts abgegeben wird. Entsprechende Messungen von Kohlenwasserstoff (HC), Acetaldehyd (Acetaldehyd) und Zyanwasserstoff (HCN) sind ebenfalls gezeigt. Diese Ergebnisse geben an, dass alternative Erfassungsvorrichtungen 66, um eine Änderung im NOx-Umwandlungswirkungsgrad über die kohlenwasserstoffselektive katalytische Reaktorvorrichtung 60 anzugeben, eine Vorrichtung enthalten können, die derart konfiguriert ist, dass sie jegliches aus Kohlenwasserstoffen, Acetaldehyd sowie Zyanwasserstoff überwacht, und die stromabwärts der kohlenwasserstoffselektiven katalytischen Reaktorvorrichtung 60 angeordnet ist. Es können Konzentrationsmessungen durchgeführt werden, beispielsweise Konzentrationen von Kohlenwasserstoffen, NOx, Zyanwasserstoff und/oder Acetaldehyd, um das Katalysatoraktivitätsniveau auf Grundlage der Konzentration(en) zu überwachen, die unter einem hohen Abgasluftmassenstrom gemessen sind. Die Konzentrationsmessung gibt eine Katalysatoraktivierung an und ermöglicht dadurch eine Bestimmung des Niveaus an Katalysatordeaktivierung, beispielsweise aufgrund von Vergiftung durch Kohlenwasserstoffe und/oder Schwefel, die relativ zu einer vorhergehenden Messung aufgetreten ist.
  • Somit kann die Katalysatorregeneration ausgelöst werden, wenn eine entsprechende Konzentrationsmessung (beispielsweise eine Konzentration von einem aus Kohlenwasserstoffen, NOx, Zyanwasserstoff und Acetaldehyd, unter eine Schwelle fällt, die einem Schwellen-NOx-Umwandlungswirkungsgrad entspricht. Das Steuerschema weist einen regenerativen Betrieb an, um spezifische Vorrichtungen des Abgasnachbehandlungssystems 45 zu regenerieren. Das Steuerschema kann dazu verwendet werden, ein Ausmaß, bis zu dem der Katalysator-NOx-Umwandlungswirkungsgrad nach einer Regeneration rückgewonnen worden ist, auf Grundlage der Konzentrationsmessung allein oder in Verbindung mit der überwachten Temperatur zu bestimmen.

Claims (5)

  1. Verfahren zum Überwachen einer kohlenwasserstoffselektiven katalytischen Reaktorvorrichtung (60) eines Abgasnachbehandlungssystems (45) eines Verbrennungsmotors (10), der überstöchiometrisch arbeitet, umfassend, dass ein Ansaugluftmassenstrom überwacht wird und ein zugeordneter Abgasluftmassenstrom bestimmt wird; eine Temperaturdifferenz über einen Vorwärtsabschnitt der kohlenwasserstoffselektiven katalytischen Reaktorvorrichtung (60) bestimmt wird; eine überwachte Raumgeschwindigkeit, die dem Abgasluftmassenstrom zugeordnet ist, über den Vorwärtsabschnitt der kohlenwasserstoffselektiven katalytischen Reaktorvorrichtung (60) bestimmt wird; ein Reduktionsmittel in einen Abgaszustrom stromaufwärts der kohlenwasserstoffselektiven katalytischen Reaktorvorrichtung (60) injiziert wird; ein Maß der Deaktivierung der kohlenwasserstoffselektiven katalytischen Reaktorvorrichtung (60) entsprechend der Temperaturdifferenz über den Vorwärtsabschnitt der kohlenwasserstoffselektiven katalytischen Reaktorvorrichtung (60) und der überwachten Raumgeschwindigkeit bestimmt wird; und ein Betrieb des Motors (10) auf Grundlage des Maßes der Deaktivierung der kohlenwasserstoffselektiven katalytischen Reaktorvorrichtung (60) gesteuert wird, wobei das Steuern des Betriebs des Motors (10) auf Grundlage des Maßes an Deaktivierung der kohlenwasserstoffselektiven katalytischen Reaktorvorrichtung (60) umfasst, dass: ein NOx-Umwandlungswirkungsgrad, der dem Maß an Deaktivierung der kohlenwasserstoffselektiven katalytischen Reaktorvorrichtung (60) zugeordnet ist, bestimmt wird; und der Motor (10) betrieben wird, um die kohlenwasserstoffselektive katalytische Reaktorvorrichtung (60) zu regenerieren, wenn der NOx-Umwandlungswirkungsgrad der kohlenwasserstoffselektiven katalytischen Reaktorvorrichtung (60) kleiner als eine Schwelle ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1,wobei der Betrieb des Motors (10) zur Regeneration der kohlenwasserstoffselektiven katalytischen Reaktorvorrichtung (60) umfasst, dass der Motor (10) so betrieben wird, dass eine erhöhte Temperatur in dem Abgaszustrom bewirkt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bestimmen der Temperaturdifferenz über den Vorwärtsabschnitt der kohlenwasserstoffselektiven katalytischen Reaktorvorrichtung (60) umfasst, dass eine erste Temperatur bei einer Vorwärtsposition der kohlenwasserstoffselektiven katalytischen Reaktorvorrichtung (60) überwacht wird und eine zweite Temperatur an einer rückwärtigen Position der kohlenwasserstoffselektiven katalytischen Reaktorvorrichtung (60) überwacht wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Injektion des Reduktionsmittels in den Abgaszustrom umfasst, dass das Reduktionsmittel mit einem Massendurchfluss injiziert wird, der eine exotherme Reaktion über die kohlenwasserstoffselektive katalytische Reaktorvorrichtung (60) bewirkt.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Injektion des Reduktionsmittels bei einem Massendurchfluss, der eine exotherme Reaktion über die kohlenwasserstoffselektive katalytische Reaktorvorrichtung (60) bewirkt, ferner umfasst, dass: eine NOx-Konzentration in dem Abgaszustrom bestimmt wird; und das Reduktionsmittel mit einem Massendurchfluss injiziert wird, der ein stöchiometrisches NOx-Konzentration/Reduktionsmittel-Verhältnis erreicht.
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