DE102011057065A1

DE102011057065A1 - System zur reinigung von abgas und verfahren zum steuern desselben

Info

Publication number: DE102011057065A1
Application number: DE102011057065A
Authority: DE
Inventors: Jae Beom Park
Original assignee: Hyundai Motor Co
Current assignee: Hyundai Motor Co
Priority date: 2011-07-13
Filing date: 2011-12-27
Publication date: 2013-01-17
Also published as: KR20130008881A; US8763373B2; KR101724453B1; US20130014493A1; CN102877916B; CN102877916A

Abstract

Ein System zum Reinigen eines Abgases kann aufweisen: einen Mager-NOx-Falle(LNT)-Katalysator, welcher angepasst ist, um in dem Abgas enthaltene Stickoxide bei einer mageren Atmosphäre zu absorbieren, um die absorbierten Stickoxide bei einer fetten Atmosphäre abzugeben und um die abgegebenen Stickoxide gemäß einer Temperatur davon zu reduzieren oder durchschlüpfen zu lassen; einen Partikelfilter, welcher angepasst ist, um in dem Abgas enthaltenes Partikelmaterial zu fangen und das gefangene Partikelmaterial unter Verwendung der Stickoxide zu regenerieren, welche von dem bzw. durch den LNT-Katalysator durchschlüpfen; und eine Steuervorrichtung, welche eingerichtet ist, um die fette Atmosphäre selektiv zu erzeugen, wenn die Temperatur des LNT-Katalysators größer oder gleich einer ersten vorbestimmten Temperatur ist oder eine Temperatur des Partikelfilters größer oder gleich einer zweiten vorbestimmten Temperatur ist. Ein Verfahren zum Steuern des Systems ist ebenfalls offenbart.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der koreanischen Patentanmeldung mit der Nr. 10-2011-0069546 , welche am 13. Juli 2011 beim koreanischen Patentamt eingereicht wurde und deren gesamter Inhalt durch diese Bezugnahme für alle Zwecke hierin mit aufgenommen ist.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zum Reinigen eines Abgases und ein Verfahren zum Steuern desselben. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein System zum Reinigen eines Abgases und ein Verfahren zum Steuern desselben, wobei Stickoxide von einem Mager-NOx-Falle(LNT)-Katalysator freigegeben/abgegeben werden und die freigegebenen Stickoxide entweder reduziert oder durchgelassen (Schlupf) werden, um die freigegebenen Stickoxide zur Regeneration eines Partikelfilters zu verwenden, indem gemäß einer Temperatur des LNT-Katalysators und einer Temperatur des Partikelfilters eine fette Atmosphäre erzeugt wird.
Beschreibung verwandter Technik
Üblicherweise wird Abgas, welches aus einem Motor, insbesondere Verbrennungsmotor, durch einen Abgaskrümmer ausströmt, in einen Katalysator, der an einer Abgasleitung montiert ist, geleitet und darin gereinigt. Anschließend wird der Lärm des Abgases reduziert, während das Abgas durch einen Schalldämpfer/Auspufftopf strömt, und dann wird das Abgas durch ein Endrohr hindurch an die Umgebung ausgestoßen.
Ein Entstickungskatalysator bzw. Denitrifikations-Katalysator (DeNOx-Katalysator) ist eine Art eines solchen Katalysators und reinigt Stickoxide (NOx), welche in dem Abgas enthalten sind. Wenn ein Reduktionsmittel, wie z. B. Harnstoff, Ammoniak, Kohlenstoffmonoxid und Kohlenwasserstoff (HC), dem Abgas zugeführt wird, wird das in dem Abgas enthaltene NOx in dem DeNOx-Katalysator durch eine Oxidations-Reduktions-Reaktion mit dem Reduktionsmittel reduziert.
Seit kurzem wird ein Mager-NOx-Falle(LNT)-Katalysator als solch ein DeNOx-Katalysator verwendet. Der LNT-Katalysator absorbiert das in dem Abgas enthaltene NOx, wenn der Motor bei einer mageren Atmosphäre betrieben wird, und gibt das absorbierte NOx ab, wenn der Motor bei einer fetten Atmosphäre betrieben wird.
Ferner ist ein Partikelfilter zum Fangen von Partikelmaterial oder Feinstaub (PM), welches/welcher in dem Abgas enthalten ist, an der Abgasleitung montiert. Wenn übermäßig viel Ruß in dem Partikelfilter gefangen ist, ist es für das Abgas schwierig, den Partikelfilter zu durchströmen, und ein Druck des Abgases steigt an. Wenn der Druck des Abgases hoch ist, kann die Motorleistung verschlechtert sein und der Partikelfilter kann beschädigt werden. Daher, wenn eine Menge des Rußes, der in dem Partikelfilter gefangen ist, größer oder gleich einer vorbestimmten Menge ist, wird eine Temperatur des Abgases angehoben, um den in dem Partikelfilter gefangenen Ruß verbrennen. Solch ein Prozess wird als Regeneration des Partikelfilters bezeichnet.
Die Regeneration des Partikelfilters wird unterteilt in eine passive Regeneration und eine aktive Regeneration. Die passive Regeneration wird durchgeführt durch Zuführen von Stickstoffdioxid (NO₂), welches für die Regeneration des Rußes benötigt wird, aus bzw. von den Stickoxiden, welche in dem Abgas enthalten sind. Die aktive Regeneration hingegen wird durchgeführt durch Nacheinspritzung von Kraftstoff in eine Verbrennungskammer des Motors. Bei der aktiven Regeneration wird der nacheingespritzte Kraftstoff oxidiert, um Oxidationswärme zu erzeugen, und der in dem Partikelfilter gefangene Ruß wird durch die Oxidationswärme verbrannt. In einem Fall der aktiven Regeneration, da eine Regenerationstemperatur hoch ist, wird für den Eintritt in den Regenerationsprozess eine große Menge an Energie benötigt. Daher ist eine Regenerationsdauer lang, um den Energieverbrauch zu vermeiden bzw. zu reduzieren. Bei der passiven Regeneration, verglichen mit der aktiven Regeneration, ist eine Regenerationstemperatur niedrig, und folglich wird für den Eintritt in den Regenerationsprozess eine geringe Menge an Energie benötigt. Daher ist die Regenerationsdauer kurz.
Wenn die aktive Regeneration zu häufig durchgeführt wird, ist der Kraftstoffverbrauch verschlechtert und es tritt eine Ölverdünnung auf. Um diese Probleme zu lösen, muss ein Volumen des Partikelfilters größer als 2,5 l sein.
In einem Fall, wo der LNT-Katalysator stromaufwärts des Partikelfilters angeordnet ist, wird das in dem Abgas enthaltene Stickstoffdioxid (NO₂) jedoch an dem LNT-Katalysator absorbiert, und folglich ist die passive Regeneration des Partikelfilters behindert bzw. beeinträchtigt.
Die in diesem Hintergrundabschnitt offenbarte Information dient lediglich dem besseren Verständnis des allgemeinen Hintergrunds der Erfindung und sollte nicht verstanden werden als eine Würdigung oder irgendeine Form von Vorschlag, dass diese Information den Stand der Technik bildet, der dem Fachmann bereits bekannt ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Verschiedene Aspekte der vorliegenden Erfindung sind darauf gerichtet, ein System zum Reinigen eines Abgases sowie ein Verfahren zum Steuern desselben bereitzustellen, welche Vorteile/Effekte haben des passiven Regenerierens eines Partikelfilters durch Durchlassen bzw. Entweichen lassen („Schlupf”) von Stickstoffdioxid (NO₂), welches von einem LNT-Katalysator freigegeben wurde, wenn eine passive Regeneration des Partikelfilters möglich ist, in einem System, in dem der LNT-Katalysator und der Partikelfilter sequenziell, d. h. der Reihe nach, angeordnet sind.
Als Beispiel dienende Systeme zum Reinigen eines Abgases (z. B. ein Kraftfahrzeug-Abgas-Reinigungssystem) können erfindungsgemäß aufweisen: einen Mager-NOx-Falle(LNT)-Katalysator, welcher angepasst oder ausgebildet bzw. strukturiert ist, um in dem Abgas enthaltene Stickoxide bei einer mageren Atmosphäre/Umgebung zu absorbieren oder absorbieren, die absorbierten/adsorbierten Stickoxide bei einer fetten Atmosphäre/Umgebung freizugeben/abzugeben und die abgegebenen Stickoxide gemäß einer Temperatur davon zu reduzieren oder durchschlüpfen zu lassen (bzw. aus dem Katalysator entweichen zu lassen); einen Partikelfilter, welcher angepasst oder ausgebildet bzw. strukturiert ist, um Partikelmaterial, welches in dem Abgas enthalten ist, zu fangen und das gefangene Partikelmaterial unter Verwendung der Stickoxide zu regenerieren, welche von dem LNT-Katalysator entweichen (Schlupf); und eine Steuervorrichtung, welche eingerichtet ist, um die fette Atmosphäre selektiv zu erzeugen, wenn die Temperatur des LNT-Katalysators größer oder gleich einer ersten vorbestimmten Temperatur ist oder eine Temperatur des Partikelfilters größer oder gleich einer zweiten vorbestimmten Temperatur ist.
Der LNT-Katalysator kann angepasst oder ausgebildet sein, um die in dem Abgas enthaltenen Stickoxide als Nitrat zu absorbieren/adsorbieren und die absorbierten/adsorbierten Stickoxide in Form von Stickstoffdioxid freizugeben.
Das von dem LNT-Katalysator freigegebene/abgegebene Stickstoffdioxid (NO₂) kann zu Stickstoffgas reduziert werden, wenn die Temperatur des LNT-Katalysators größer oder gleich der ersten vorbestimmten Temperatur ist.
Das von dem LNT-Katalysator freigegebene/abgegebene Stickstoffdioxid (NO₂) kann entweichen oder durchgelassen werden (Schlupf), wenn die Temperatur des LNT-Katalysators niedriger ist als die erste vorbestimmte Temperatur.
Das von dem LNT-Katalysator durchgeschlüpfte Stickstoffdioxid (NO₂) kann verwendet werden zum Regenerieren des Partikelfilters, wenn die Temperatur des Partikelfilters größer oder gleich der zweiten vorbestimmten Temperatur ist.
Beispielhafte Verfahren zum Steuern des Systems können erfindungsgemäß aufweisen: Bestimmen/Ermitteln, ob eine Temperatur des LNT-Katalysators größer oder gleich einer ersten vorbestimmten Temperatur ist, während des Betriebs eines Motors; und Freigeben des Stickstoffdioxids (NO₂) von dem LNT-Katalysator durch Erzeugen einer fetten Atmosphäre und Reduzieren des freigegebenen Stickstoffdioxids (NO₂), wenn die Temperatur des LNT-Katalysators größer oder gleich der ersten vorbestimmten Temperatur ist.
Wenn die Temperatur des LNT-Katalysators kleiner ist als die erste vorbestimmte Temperatur, kann das Verfahren ferner aufweisen: Bestimmen/Ermitteln, ob eine Temperatur des Partikelfilters größer oder gleich einer zweiten vorbestimmten Temperatur ist; Freigeben des Stickstoffdioxids (NO₂) von dem LNT-Katalysator durch Erzeugen der fetten Atmosphäre, wenn die Temperatur des Partikelfilters größer oder gleich der zweiten vorbestimmten Temperatur ist; und dann Durchlassen des freigegebenen Stickstoffdioxids (NO₂) und Regenerieren des Partikelfilters unter Verwendung des entwichenen/durchgeschlüpften Stickstoffdioxids (NO₂).
Die Verfahren und Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung haben andere Merkmale und Vorteile, welche ersichtlich sind aus oder im Detail darlegt sind in der angehängten Zeichnung, welche hierin mit aufgenommen ist, sowie der folgenden detaillierten Beschreibung, welche zusammen dazu dienen, bestimmte Prinzipien der vorliegenden Erfindung zu erläutern.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Ansicht eines als Beispiel dienenden Systems zum Reinigen eines Abgases gemäß der vorliegenden Erfindung.
2 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zum Steuern eines beispielhaften Systems zum Reinigen eines Abgases gemäß der vorliegenden Erfindung.
3 ist ein Diagramm, welches Zustände/Bedingungen zeigt, welche anwendbar sind auf ein Verfahren zum Steuern eines beispielhaften Systems zum Reinigen eines Abgases gemäß der vorliegenden Erfindung.
4 ist ein Diagramm, welches eine Regenerationsmenge in einem Fall zeigt, wo ein Partikelfilter passiv regeneriert wird.
5 ist ein Diagramm, welches eine Regenerationsmenge in einem Fall zeigt, in dem ein Partikelfilter gewaltsam bzw. zwangsweise regeneriert wird.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Im Folgenden wird im Detail Bezug genommen auf verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, von der Beispiele in der angehängten Zeichnung illustriert und unten beschrieben sind. Während die Erfindung in Verbindung mit beispielhaften Ausführungsformen beschrieben wird, sollte es verständlich sein, dass die vorliegende Beschreibung nicht dazu dienen soll, die Erfindung auf diese beispielhaften Ausführungsformen einzuschränken. Vielmehr soll die Erfindung nicht nur die als Beispiel dienenden Ausführungsformen abdecken, sondern auch verschiedene Alternativen, Modifikationen, Äquivalente und andere Ausführungsformen, welche in dem Geist und Umfang der Erfindung, wie er durch die angehängten Ansprüche definiert wird, enthalten sein können.
Beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden im Detail mit Bezugnahme auf die angehängte Zeichnung beschrieben.
Wie in 1 gezeigt ist, weißt ein System zum Reinigen eines Abgases gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auf: einen Motor 10, insbesondere Verbrennungsmotor, eine Abgasleitung 20, einen Mager-NOx-Falle(LNT)-Katalysator 30, einen Partikelfilter 40 und eine Steuervorrichtung 50.
Der Motor 10 verbrennt ein Luft-Kraftstoff-Gemisch, in dem Kraftstoff und Luft miteinander vermischt sind, um chemische Energie in mechanische Energie umzuwandeln. Der Motor 10 ist verbunden mit einem Einlasskrümmer, um die Luft in einer Verbrennungskammer aufzunehmen, und ist ferner verbunden mit einem Abgaskrümmer, so dass ein in einem Verbrennungsprozess erzeugtes Abgas in dem Abgaskrümmer gesammelt und nach außen abgegeben bzw. ausgestoßen wird. Ein Injektor oder eine Einspritzdüse ist an der Verbrennungskammer montiert, um den Kraftstoff in die Verbrennungskammer einzuspritzen.
Die Abgasleitung 20 ist mit dem Abgaskrümmer verbunden, um das Abgas an die Außenseite des Fahrzeugs abzugeben bzw. auszustoßen. Der LNT-Katalysator und der Partikelfilter 40 sind an der Abgasleitung 20 montiert, um Partikelmaterial bzw. Feinstaub (PM) und Stickoxide, welche in dem Abgas enthalten sind, zu entfernen.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen ist die Abgasleitung 20 versehen mit: einem Turbolader zum Erhöhen eines Einlasses unter Verwendung von Abgasenergie, einem Oxidationskatalysator zum Oxidieren von Kohlenwasserstoff und Kohlenstoffmonoxid, welche in dem Abgas enthalten sind, und einem selektive-katalytische-Reduktions-Katalysator zum Entfernen von Stickoxiden, Kohlenwasserstoff und Kohlenstoffmonoxid, welche in dem Abgas enthalten sind.
Der LNT-Katalysator 30 ist an der Abgasleitung 20 montiert, und das Abgas, welches von dem Motor 10 ausströmt, kann durch den LNT-Katalysator 30 hindurch strömen. Der LNT-Katalysator 30 ist angepasst bzw. ausgestaltet, um in dem Abgas enthaltene Stickoxide bei einer mageren Atmosphäre/Umgebung zu absorbieren/adsorbieren und die absorbierten/adsorbierten Stickoxide bei einer fetten Atmosphäre freizugeben. Der LNT-Katalysator 30 absorbiert/adsorbiert die Stickoxide dabei als Nitrat bzw. in Nitrat-Form und gibt die Stickoxide als Stickstoffdioxid bzw. in Stickstoffdioxid-Form ab. Darüber hinaus ist der LNT-Katalysator 30 angepasst bzw. ausgestaltet, um das abgegebene Stickstoffdioxid (NO₂) zu Stickstoffgas zu reduzieren, wenn eine Temperatur des LNT-Katalysators 30 größer oder gleich einer ersten vorbestimmten Temperatur ist, und der LNT-Katalysator 30 lässt das freigegebene Stickstoffdioxid (NO₂) entweichen bzw. durchschlüpfen, wenn die Temperatur des LNT-Katalysators 30 kleiner ist als die erste vorbestimmte Temperatur. Der LNT-Katalysator 30 weist ein oder mehrere Edelmetalle und ein oder mehrere Absorptionsmaterialien bzw. Adsorptionsmaterialien auf. Die Edelmetalle umfassen Platin, Palladium und Rhodium, und die Absorptions- bzw. Adsorptionsmaterialien umfassen schwach basische Materialien, z. B. Bariumcarbonat. Jedoch ist die Erfindung nicht auf die hierin beispielhaft genannten Edelmetalle oder Absorptionsmaterialien eingeschränkt.
Der Partikelfilter 40 ist an der Abgasleitung 20 stromabwärts des LNT-Katalysators 30 montiert. Der Partikelfilter 40 fängt Partikelmaterial (oder Ruß), das in dem Abgas enthalten ist, welches durch die Abgasleitung 20 strömt. Darüber hinaus ist der Partikelfilter 40 angepasst bzw. ausgestaltet, um den gefangenen Ruß passiv zu regenerieren unter Verwendung der Stickoxide (z. B. Stickstoffdioxid), welche von dem LNT-Katalysator 30 durchschlüpfen oder entweichen („Katalysator-Schlupf”). Da der Partikelfilter 40 angepasst ist, um immer dann passiv regeneriert zu werden, wenn die Stickoxide (oder Stickstoffdioxid) von dem LNT-Katalysator 30 entweichen bzw. durch diesen schlüpfen, kann die aktive Regeneration des Partikelfilters 40 ausgeschlossen werden bzw. kann auf die aktive Regeneration verzichtet werden. Daher kann der Kraftstoffverbrauch verbessert werden. Darüber hinaus, wenn die aktive Regeneration ausgeschlossen ist, kann ein Drucksensor zum Detektieren einer Druckdifferenz zwischen einem Einlass und einem Auslass des Partikelfilters 40 entfernt bzw. eingespart werden. Daher können die Kosten reduziert werden.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen sind ein Temperatursensor 32 und ein Temperatursensor 42 an dem LNT-Katalysator 30 bzw. dem Partikelfilter 40 montiert. Der erste Temperatursensor 32 detektiert eine Temperatur des LNT-Katalysators 30, und der zweite Temperatursensor 42 detektiert eine Temperatur des Partikelfilters 40. Das System zum Reinigen des Abgases wird gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung basierend auf den Werten gesteuert, welche von dem ersten Temperatursensor 32 und dem zweiten Temperatursensor 42 detektiert werden.
Ferner werden gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die Temperatur des LNT-Katalysators 30 und die Temperatur des Partikelfilters 40 basierend auf Betriebszuständen des Motors (z. B. Kraftstoffeinspritzmenge, Kraftstoffeinspritzzeit, Motorbetriebsgeschichte etc.) vorhergesagt bzw. vorausberechnet. Das heißt, das System zum Reinigen des Abgases kann gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung basierend auf den vorhergesagten bzw. vorausberechneten Temperaturen gesteuert werden, ohne bzw. an Stelle die/der Montage der Temperatursensoren 32 und 42.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung steuert die Steuervorrichtung/Regelvorrichtung 50 das System zum Reinigen des Abgases. Hierzu ist die Steuervorrichtung 50 elektrisch mit dem ersten Temperatursensor 32 und dem zweiten Temperatursensor 42 verbunden, um die von dem ersten Temperatursensor 32 und dem zweiten Temperatursensor 42 detektierten Temperaturen zu empfangen, bestimmt/ermittelt basierend auf den Temperaturen, ob die von dem LNT-Katalysator 30 freigegebenen Stickoxide reduziert werden oder entweichen, und steuert die Verbrennungsatmosphäre des Motors. Die Verbrennungsatmosphäre des Motors wird gesteuert durch Steuern der Menge von eingespritztem Kraftstoff. Das heißt, wenn die Kraftstoffmenge, welche in den Motor 10 eingespritzt wird, ansteigt, wird die Verbrennungsatmosphäre fett. Wenn hingegen die Kraftstoffmenge, welche in den Motor 10 eingespritzt wird, abnimmt, wird die Verbrennungsatmosphäre mager. Die Steuerung der Verbrennungsatmosphäre des Motors ist einem Fachmann wohl bekannt, und folglich wird eine detaillierte Beschreibung davon ausgelassen.
Darüber hinaus kann die Steuervorrichtung 40 basierend auf der vorhergesagten Temperatur des LNT-Katalysators 30 und der vorhergesagten Temperatur des Partikelfilters 40 arbeiten, wie oben beschrieben wurde.
Wie in 2 gezeigt ist, wird eine Steuerung des Systems zum Reinigen des Abgases gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung durchgeführt, wenn der Motor bei einem Schritt S100 betrieben wird. Wenn der Motor 10 arbeitet, detektieren der erste und der zweite Temperatursensor 32 und 42 die Temperatur des LNT-Katalysators 30 bzw. die Temperatur des Partikelfilters 40 (bei dem Schritt S110) und übermitteln die detektieren Temperaturen an die Steuervorrichtung 50.
Die Steuervorrichtung 50 bestimmt/ermittelt, ob die Temperatur des LNT-Katalysators 30 größer oder gleich einer ersten vorbestimmten Temperatur ist (bei dem Schritt S120). Die erste vorbestimmte Temperatur bezeichnet eine Temperatur, bei der die freigegebenen Stickoxide in dem LNT-Katalysator 30 reduziert werden können. Die erste vorbestimmte Temperatur kann z. B. 300°C betragen. Jedoch kann die erste vorbestimmte Temperatur auch auf andere geeignete Werte eingestellt bzw. gesetzt werden.
Wenn die Temperatur des LNT-Katalysators größer oder gleich der ersten vorbestimmten Temperatur ist (bei dem Schritt S120), steuert die Steuervorrichtung 50 den Motor 10, um die fette Atmosphäre zu erzeugen, und lässt das Stickstoffdioxid (NO₂) von dem LNT-Katalysator 30 frei (bei einem Schritt S130).
Anschließend wird das freigegebene Stickstoffdioxid (NO₂) bei einem Schritt S140 in dem LNT-Katalysator 30 zu Stickstoffgas reduziert, und das Verfahren endet gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
Wenn die Temperatur des LNT-Katalysators 30 kleiner als die erste vorbestimmte Temperatur ist (bei dem Schritt S120), bestimmt die Steuervorrichtung 50, ob die Temperatur des Partikelfilters 40 größer oder gleich der zweiten vorbestimmten Temperatur ist (bei einem Schritt S150). Die zweite vorbestimmte Temperatur bezeichnet eine Temperatur, bei der der Partikelfilter 40 passiv regeneriert werden kann. Die zweite vorbestimmte Temperatur beträgt z. B. 350°C. Jedoch kann die zweite vorbestimmte Temperatur auf andere geeignete Werte eingestellt bzw. gesetzt werden.
Wenn die Temperatur des Partikelfilters 40 bei dem Schritt S150 kleiner ist als die zweite vorbestimmte Temperatur, kehrt die Steuervorrichtung 50 zu dem Schritt S110 zurück.
Wenn die Temperatur des Partikelfilters 40 größer oder gleich der zweiten vorbestimmten Temperatur ist (bei dem Schritt S150), steuert die Steuervorrichtung 50 den Motor 10, um die fette Atmosphäre zu erzeugen, und gibt das Stickstoffdioxid (NO₂) von dem LNT-Katalysator 30 bei einem Schritt S160 frei.
Anschließend entweicht (Schlupf) das freigegebene Stickstoffdioxid (NO₂) von dem LNT-Katalysator 30 (bei einem Schritt S170) und wird dem Partikelfilter 40 zugeführt.
Das dem Partikelfilter 40 zugeführte Stickstoffdioxid (NO₂) wird in dem Partikelfilter 40 reduziert und stellt Sauerstoff bereit, der für die Regeneration des Rußes benötigt wird. Folglich wird der Partikelfilter 40 bei dem Schritt S180 passiv regeneriert, und gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird das Verfahren beendet.
Ferner kann das Verfahren gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kontinuierlich durchgeführt werden, wenn der Motor 10 betrieben wird.
3 ist ein Diagramm, welches Zustände bzw. Bedingungen zeigt, welche auf ein Verfahren zum Steuern eines Systems zum Reinigen eines Abgases gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung anwendbar sind.
In 3 zeigt eine linke Box Zustände bzw. Bedingungen, bei denen Stickoxide in dem LNT-Katalysator 30 reduziert werden können. Das heißt, in einem Fall, wo die Temperatur des LNT-Katalysators 30 hoch ist, erzeugt die Steuervorrichtung 50 die fette Atmosphäre, um die absorbierten Stickoxide von dem LNT-Katalysator 30 freizugeben/abzugeben, und die freigegebenen Stickoxide werden in dem LNT-Katalysator zu Stickstoffgas reduziert.
In 3 zeigt eine rechte Box Zustände/Bedingungen, bei denen die Stickoxide von dem LNT-Katalysator 30 entweichen bzw. durchschlüpfen (Schlupf) können und der Partikelfilter 40 regeneriert werden kann. Das heißt, in einem Fall, wo die Temperatur des LNT-Katalysators 30 niedrig ist und die Temperatur des Partikelfilters 40 hoch ist, erzeugt die Steuervorrichtung 50 die fette Atmosphäre, um die absorbierten Stickoxide von dem LNT-Katalysator 30 freizugeben. Da die Temperatur des LNT-Katalysators 30 niedrig ist, können die freigegebenen Stickoxide in dem Katalysator 30 nicht reduziert werden und entweichen bzw. schlüpfen durch. Die durchgeschlüpften Stickoxide werden in dem Partikelfilter 40 reduziert und regenerieren den Partikelfilter 40.
4 ist ein Diagramm, welches eine Regenerationsmenge in einem Fall zeigt, wo ein Partikelfilter passiv regeneriert wird. Eine gestrichelte Linie zeigt eine CO₂-Differenz zwischen einem Einlass und einem Auslass des Partikelfilters 40, eine dünne durchgezogene Linie zeigt eine THC-Differenz zwischen dem Einlass und dem Auslass des Partikelfilters 40, und eine fette durchgezogene Linie zeigt eine CO-Differenz zwischen dem Einlass und dem Auslass des Partikelfilters 40. Darüber hinaus zeigt eine Ein-Punkt-Kette-Linie eine Summe der Differenzen an, und die Summe ist die Gleiche wie eine Rußmenge, welche in dem Partikelfilter 40 regeneriert wird.
Mit Bezug auf 4 ist eine maximale Rußregenerationsmenge ungefähr 1,2 g/Sekunden, eine durchschnittliche Rußregeneration ist ungefähr 0,8 g/Sekunden, und eine Zeit, welche für die passive Regeneration benötigt wird, beträgt ungefähr 7 Sekunden. Es wird angenommen, dass die passive Regeneration alle 10 km durchgeführt wird; wenn ein Fahrzeug 500 km läuft/fährt, werden 280 g Ruß regeneriert.
5 ist ein Diagramm, welches eine Regenerationsmenge in einem Fall zeigt, wo ein Partikelfilter gewaltsam bzw. zwangsweise regeneriert wird. Der regenerierte Ruß wird durch eine Differenz zwischen einer fetten durchgezogenen Linie und einer dünnen durchgezogenen Linie angezeigt. Mit Bezug auf 5, ist eine maximale Rußregenerationsmenge ungefähr 0,65 g/Sekunden, eine durchschnittliche Rußregenerationsmenge ist ungefähr 0,8 g/Sekunden, und eine Zeit, welche benötigt wird für die aktive Regeneration, beträgt 1000 Sekunden. Wenn ein Fahrzeug 500 km läuft, wird der Partikelfilter 40 einmal regeneriert, und Ruß von 300 g wird regeneriert.
Gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist die Rußregenerationsmenge, wenn der Ruß passiv regeneriert wird, ähnlich der Rußregenerationsmenge, wenn der Ruß zwangsweise regeneriert wird.
Wie oben beschrieben wurde, da ein Partikelfilter passiv regeneriert wird, kann gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Abgas reduziert und der Kraftstoffverbrauch verbessert werden.
Da der Partikelfilter eine passive Regenerationsdauer hat, welche kürzer ist als eine aktive Regenerationsdauer, kann ein Volumen des Partikelfilters reduziert werden.
Zur leichteren Beschreibung und genauen Definition in den angehängten Ansprüchen werden die Ausdrücke links oder rechts verwendet, um Merkmale der beispielhaften Ausführungsformen mit Bezug auf deren Position in der Zeichnung zu beschreiben.
Die vorhergehende Beschreibung von spezifischen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurde präsentiert zum Zwecke der Illustration und Beschreibung. Sie soll nicht erschöpfend sein oder dazu dienen, die Erfindung auf die offenbarten genauen Formen einzuschränken, und selbstverständlich sind viele Modifikationen und Variationen im Lichte der obigen Lehre möglich. Die beispielhaften Ausführungsformen wurden ausgewählt und beschrieben, um bestimmte Prinzipien der Erfindung und ihre praktische Anwendung zu erläutern, um hierdurch Fachleuten zu ermöglichen, verschiedene beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sowie verschiedene Alternativen und Modifikationen davon herzustellen und anzuwenden. Es ist beabsichtigt, dass der Umfang der Erfindung durch die hierin angehängten Ansprüche und ihre Äquivalente definiert wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

KR 10-2011-0069546 [0001]

Claims

Ein System zum Reinigen von Abgas, aufweisend: einen Mager-NOx-Falle(LNT)-Katalysator, der angepasst ist, um in dem Abgas enthaltene Stickoxide bei einer mageren Atmosphäre zu absorbieren, um die absorbierten Stickoxide bei einer fetten Atmosphäre freizugeben und um die freigegebenen Stickoxide gemäß einer Temperatur davon zu reduzieren oder durchschlüpfen zu lassen; einen Partikelfilter, welcher angepasst ist, um in dem Abgas enthaltenes Partikelmaterial zu fangen und das gefangene Partikelmaterial unter Verwendung der von dem LNT-Katalysator durchgeschlüpften Stickoxide zu regenerieren; und eine Steuervorrichtung, welche eingerichtet ist, um selektiv die fette Atmosphäre zu erzeugen, wenn die Temperatur des LNT-Katalysators größer oder gleich einer ersten vorbestimmten Temperatur ist oder eine Temperatur des Partikelfilters größer oder gleich einer zweiten vorbestimmten Temperatur ist.
Das System nach Anspruch 1, wobei der LNT-Katalysator angepasst ist, um die in dem Abgas enthaltenen Stickoxide als Nitrat zu absorbieren und die absorbierten Stickoxide als Stickstoffdioxid (NO₂) abzugeben.
Das System nach Anspruch 2, wobei das von dem LNT-Katalysator freigegebene Stickstoffdioxid (NO₂) zu Stickstoffgas reduziert wird, in einem Fall, wo die Temperatur des LNT-Katalysators größer oder gleich der ersten vorbestimmten Temperatur ist.
Das System nach Anspruch 2 oder 3, wobei das von dem LNT-Katalysator freigegebene Stickstoffdioxid (NO₂) durchschlüpft bzw. entweicht, in einem Fall, wo die Temperatur des LNT-Katalysators kleiner ist als die erste vorbestimmte Temperatur.
Das System nach Anspruch 4, wobei das von dem LNT-Katalysator durchgeschlüpfte Stickstoffdioxid (NO₂) zur Regeneration des Partikelmaterials verwendet wird, in einem Fall, wo die Temperatur des Partikelfilters größer oder gleich der zweiten vorbestimmten Temperatur ist.
Ein Verfahren zum Steuern eines Systems zur Reinigung eines Abgases, welches einen Mager-NOx-Falle(LNT)-Katalysator, welcher angepasst ist, um in dem Abgas enthaltene Stickoxide zu absorbieren oder freizugeben, und einen Partikelfilter aufweist, welcher stromabwärts des LNT-Katalysators angeordnet ist und angepasst ist, um in dem Abgas enthaltenes Partikelmaterial zu fangen, wobei des Verfahren aufweist: Bestimmen bzw. Ermitteln, ob eine Temperatur des LNT-Katalysators größer oder gleich einer ersten vorbestimmten Temperatur ist, während des Betriebs eines Motors, insbesondere Verbrennungsmotor; und Freigeben des Stickstoffdioxids (NO₂) von dem LNT-Katalysator durch Erzeugen einer fetten Atmosphäre und Reduzieren des freigegebenen Stickstoffdioxids (NO₂), in einem Fall, wo die Temperatur des LNT-Katalysators größer oder gleich der ersten vorbestimmten Temperatur ist.
Das Verfahren nach Anspruch 6, ferner aufweisend: Bestimmen bzw. Ermitteln, ob eine Temperatur des Partikelfilters größer oder gleich einer zweiten vorbestimmten Temperatur ist, in einem Fall, wo die Temperatur des LNT-Katalysators kleiner als die erste vorbestimmte Temperatur ist; und Freigeben des Stickstoffdioxids (NO₂) von dem LNT-Katalysator durch Erzeugen der fetten Atmosphäre, Schlupf des freigegeben Stickstoffdioxids (NO₂) und Regeneration des Partikelfilters unter Verwendung des durchgeschlüpften Stickstoffdioxids (NO₂), in einem Fall, wo die Temperatur des Partikelfilters größer oder gleich der zweiten vorbestimmten Temperatur ist.