DE102013113830A1

DE102013113830A1 - System und Verfahren zum Steuern einer Regeneration in einer Nachbehandlungskomponente eines kompressionsgezündeten Motors

Info

Publication number: DE102013113830A1
Application number: DE102013113830.6A
Authority: DE
Inventors: Eugene V. Gonze; Michael J. Paratore jun.; Charles E. Solbrig
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2012-12-14
Filing date: 2013-12-11
Publication date: 2014-06-18
Also published as: US9562452B2; US20140165535A1

Abstract

Ein Verfahren zum Steuern einer Regeneration in einer Nachbehandlungskomponente eines Motors umfasst ein Empfangen eines Signals, das angibt, ob der Motor in einem Betriebszustand oder einem Nichtbetriebszustand ist, und ein auf Grundlage eines Signals erfolgendes Detektieren, wann der Motor einen Betriebszustand verlassen hat und in einen Nichtbetriebszustand eingetreten ist. Wenn der Motor einen Betriebszustand verlassen hat und in einen Nichtbetriebszustand eingetreten ist, wird ein Regenerationsereignis ausgelöst. Das Regenerationsereignis umfasst, dass veranlasst wird, dass ein Luftstrom durch die Nachbehandlungskomponente strömt, und eine Kraftstoffströmung in den Luftstrom ausgelöst wird.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen Abgasbehandlungssysteme für Verbrennungsmotoren und insbesondere eine Regeneration von Partikelfiltern (PF).
HINTERGRUND
Die Emission von Stickoxiden, d. h. NOx, Partikelmaterial (PM) und anderen Bestandteilen in Abgas von Verbrennungsmotoren, wie kompressionsgezündeten Motoren, ist aus Umweltgründen reguliert. Somit weisen mit kompressionsgezündeten Motoren ausgestattete Fahrzeuge oftmals Nachbehandlungskomponenten auf, wie Partikelfilter, katalysierte Rußfilter sowie Adsorptionskatalysatoren zum Abfangen oder anderweitigen Entfernen der regulierten Bestandteile aus ihren Abgasströmen und/oder zum Umwandeln regulierter Bestandteile in nicht regulierte Bestandteile, die in den Abgasströmen verbleiben dürfen. Beispielsweise können Katalysatorzusammensetzungen vorgesehen sein, um bestimmte Abgasbestandteile in nicht regulierte Abgaskomponenten umzuwandeln. Filterstrukturen, die sich bei einer Entfernung des Partikelmaterials von dem Abgas als effektiv erwiesen haben, weisen keramische Waben-Wandströmungsfilter, gewickelte oder gepackte Faserfilter, offenzellige Schäume sowie gesinterte Metallfasern auf.
Zusätzlich zu Partikeln enthält Abgas von einem Kompressionsmotor, wie einem Dieselmotor, typischerweise NOx, das hauptsächlich aus Stickstoffmonoxid (NO) Und etwa 5 bis 20 Prozent NO₂ besteht, wobei größere Niveaus an NO₂ üblich sind, wenn sich in dem Abgasstrom Oxidationskatalysatoren befinden. Die Erzeugung von NOx kann bei überstöchiometrischem Betrieb infolge der relativ hohen Niveaus an Sauerstoff in dem Abgasstrom besonders problematisch sein. Derartige Magerbedingungen existieren typischerweise während Kaltstartbedingungen. Um dieses Problem zu berücksichtigen, kann ein Abgasnachbehandlungssystem einen NOx-Adsorber (d. h. einen Mager-NOx-Fänger oder LNT) aufweisen. In einem LNT ist ein NOx-Adsorptionsmittelmaterial, wie ein Zeolith, so angeordnet, NO- und NO₂-Moleküle abzufangen.
Sobald das NOx-Adsorptionsmittelmaterial in einem LNT gesättigt ist, nimmt die Wirksamkeit des LNT wesentlich ab, und NOx kann an dem LNT vorbeigelangen. Während ein NOx erzeugender Motor bei ausreichend erhöhten Temperaturen arbeitet, wie bei typischen stabilen Betriebstemperaturen, können Nachbehandlungskomponenten, die stromabwärts von einem LNT positioniert sind, wie eine Katalysatorkomponente für selektive Reduktion (SRC), das in dem Abgasstrom enthaltene NOx vor einer Freisetzung an die Atmosphäre effektiv umwandeln. Unglücklicherweise kann bei relativ kalten Betriebstemperaturen und Überstöchiometrie, wie es während eines Kaltstarts des Motors auftritt, ein SRC bei der Umwandlung von NOx möglicherweise nicht besonders effektiv sein. Aus diesem Grund kann es besonders wichtig sein, dass ein LNT eine ausreichende Adsorptionskapazität aufweist, die verfügbar ist, wenn ein Kaltstart ausgelöst wird.
Nachbehandlungskomponenten können entweder durch Austausch von Komponenten oder periodisches Reinigen oder Regeneration gewartet werden. Um diese Betriebsunterbrechungen zu vermeiden, wird eine Regeneration allgemein gegenüber einem Austausch von Nachbehandlungskomponenten bevorzugt. Bei einer Rußsammelkomponente kann eine Regeneration durch Erhöhen der Temperaturen des Filtermaterials und/oder des angesammelten Partikelmaterials auf Niveaus über der Verbrennungstemperatur des Partikelmaterials erreicht werden, während das Partikelmaterial verfügbarem Sauerstoff ausgesetzt wird. Das Anheben der Temperatur unterstützt einen Verbrauch des angesammelten Rußes dadurch, dass der überschüssige Sauerstoff in dem Abgas das Partikelmaterial oxidieren kann. Dadurch, dass das Partikelmaterial bei niedrigeren Temperaturen ausreichenden Konzentrationen an Stickstoffdioxid (NO₂) ausgesetzt wird, kann Partikelmaterial ebenfalls oxidiert und somit entfernt werden. Eine Regeneration in einem LNT kann dadurch erreicht werden, dass das NOx einer kohlenwasserstoffreichen Umgebung ausgesetzt wird, um so das NOx zu H₂O und N₂ umzuwandeln. Um sicherzustellen, dass ein LNT eine ausreichende Adsorptionskapazität besitzt, die verfügbar ist, wenn ein Kaltstart ausgelöst wird, kann es vorteilhaft sein, einen LNT vor einem Auslösen eines Kaltstarts zu regenerieren.
Motorsteuersysteme können dazu verwendet werden, um vorherzusagen, wann es vorteilhaft sein kann, ein Regenerationsereignis aktiv zu unterstützen und eine Steuerung über den Regenerationsprozess zu bewirken. Um dies zu erreichen, kann ein Motorsteuersystem ein Modell verwenden, um eine Ansammlung regulierter Bestandteile in der Nachbehandlungskomponente durch Überwachen von Eigenschaften des Abgasstroms, wenn dieser durch die Nachbehandlungskomponente strömt, abzuleiten (d. h. vorherzusagen). Das Steuersystem kann die abgeleiteten Sammeldaten verwenden, um zu bestimmen oder vorherzusagen, wann eine Regeneration notwendig oder erwünscht sein kann, um ein Regenerationsereignis zu unterstützen und/oder eine Steuerung über einen Regenerationsprozess oder andere Abhilfemaßnahmen zu bewirken. Bei einem beispielhaften Modell ermöglicht die Kenntnis der Beziehung zwischen der Ansammlung von regulierten Bestandteilen und verschiedenen Betriebsparametern ein Schätzen des Ausmaßes der NOx-Beladung in einem LNT. Unglücklicherweise existieren Nachteile in Verbindung mit dem Regenerationsprozess. Diese umfassen den Kraftstoffverbrauch, der erforderlich ist, um die Nachbehandlungskomponente zu regenerieren, sowie Abgasemissionen, die durch den Regenerationsprozess erzeugt werden.
Demgemäß ist es erwünscht, ein verbessertes System und Verfahren zur Bestimmung, wann eine aktive Regeneration zu unterstützen ist, und zur Steuerung der aktiven Regeneration einer Nachbehandlungskomponente bereitzustellen, und zwar mit besonderer Anwendbarkeit auf einen Mager-NOx-Fänger und mit besonderer Berücksichtigung des Bedarfs nach einem reduzierten Verbrauch von Kraftstoff.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Bei einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Steuern einer Regeneration in einer Nachbehandlungskomponente eines Motors ein Empfangen eines Signals, das angibt, ob sich der Motor in einem Betriebszustand oder einem Nichtbetriebszustand befindet, und ein auf dem Signal erfolgendes Detektieren, wann der Motor einen Betriebszustand verlassen hat und in einen Nichtbetriebszustand eingetreten ist. Wenn der Motor einen Betriebszustand verlassen und in einen Nichtbetriebszustand eingetreten ist, wird ein Regenerationsereignis ausgelöst. Das Regenerationsereignis umfasst, dass bewirkt wird, dass ein Luftstrom durch die Nachbehandlungskomponente strömt, und eine Kraftstoffströmung in den Luftstrom ausgelöst wird.
Die obigen Merkmale und Vorteile wie auch weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden leicht aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen offensichtlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Andere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten werden nur beispielhaft in der folgenden detaillierten Beschreibung von Ausführungsformen deutlich, wobei die detaillierte Beschreibung Bezug auf die Zeichnungen nimmt, in welchen:
1 ein schematisches Schaubild ist, das ein beispielhaftes Motor- und Abgassystem zeigt, das Nachbehandlungskomponenten aufweist;
2 ein schematisches Schaubild ist, das ein beispielhaftes System zum Steuern einer Regeneration in einer Nachbehandlungskomponente eines kompressionsgezündeten Motors zeigt; und
3 ein Prozessflussdiagramm ist, das einen beispielhaften Prozess zum Steuern einer Regeneration in einer Nachbehandlungskomponente eines kompressionsgezündeten Motors zeigt.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur und nicht dazu bestimmt, die vorliegende Offenbarung, ihre Anwendung oder Gebräuche zu beschränken. Es sei zu verstehen, dass in den Zeichnungen entsprechende Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile und Merkmale angeben.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung, wie in 1 gezeigt ist, und mit Bezug auf 2 entlädt ein beispielhafter Motor 102 einen Abgasstrom 104 an ein Abgassystem 106. Das Abgassystem 106 weist Nachbehandlungskomponenten 108 auf, die einen Mager-NOx-Fänger (LNT) 110, einen katalysierten Partikelfilter (PF) 112 sowie eine Komponente für selektive katalytische Reduktion (SCR) 114 aufweisen. Eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung 116 ist zum Einspritzen eines Kraftstoffstroms in den Abgasstrom 104 stromaufwärts von den Nachbehandlungskomponenten 108 angeordnet und konfiguriert. Ein elektrisch beheizter Katalysator (d. h. Heizer oder EHC) 118 ist ebenfalls in dem Abgasstrom 104 stromaufwärts von den Nachbehandlungskomponenten 108 angeordnet. Der EHC 118 ist mit einer Quelle für elektrische Leistung 120 gekoppelt. Der LNT 110 ist stromabwärts von dem EHC 118 angeordnet, der PF 112 ist stromabwärts von dem LNT 110 angeordnet, und der SCR 114 ist stromabwärts von dem PF 112 angeordnet. Ein NOx-Sensor 154 ist zum Erfassen einer NOx-Konzentration oder einer Sauerstoffkonzentration des Abgasstroms 104 gerade stromabwärts von dem LNT 110 und dem PF 112 angeordnet und konfiguriert. Ein anderer NOx-Sensor 154 ist zum Erfassen einer NOx-Konzentration oder einer Sauerstoffkonzentration des Abgasstroms 104 gerade stromabwärts von dem SCR 114 angeordnet und konfiguriert. Eine Harnstoffeinspritzeinrichtung 124 ist zum Einspritzen einer Versorgung von Reduktionsmittel in den Abgasstrom 104 stromaufwärts von dem SCR 114 angeordnet und konfiguriert. Eine Luftquelle 128 ist zum Liefern einer Versorgung von Verbrennungsluft zu dem Abgassystem 106 positioniert und konfiguriert, wenn der Motor 102 nicht arbeitet. Somit wird, wenn der Motor 102 nicht arbeitet, der Abgasstrom 104 durch die Luftquelle 128 bereitgestellt.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung, wie in 2 gezeigt ist, und mit Bezug auf 1 weist ein beispielhaftes System 100 zum Steuern einer Regeneration in einer Nachbehandlungskomponente 108 einen kompressionsgezündeten Motor 102 auf, der mit einem Abgassystem 106 gekoppelt ist. Ein Abgasstrom 104 wird von dem Motor 102 geliefert und gelangt durch das Abgassystem 106, in welchem der Abgasstrom 104 vor einem Austrag an die Atmosphäre behandelt wird. Das Abgassystem 106 weist zumindest eine Nachbehandlungskomponente 108, wie einen Mager-NOx-Fänger (LNT) 110 auf. Bei einer beispielhaften Ausführungsform empfängt der LNT 110 den Abgasstrom 104 von (d. h. steht in Fluidkommunikation mit) dem Motor 102 und ist zum Sammeln von NOx-Bestandteilen von dem Abgasstrom 104 insbesondere während des Magermotorbetriebs konfiguriert. Der LNT 110 kann einen Oxidationskatalysator, wie Platin (Pt), ein Adsorptionsmittel, wie Barium und/oder andere Oxide, sowie einen Reduktionskatalysator, wie Rhodium (Rh) umfassen. Das Adsorptionsmittel ist derart konfiguriert, mit den NOx-Bestandteilen, die während des Magermotorbetriebs erzeugt werden, chemisch zu binden. Wenn die Adsorptionsmittelkapazität gesättigt wird, muss das System regeneriert werden, so dass das gesammelte NOx von dem Adsorptionsmittel freigesetzt und über den Reduktionskatalysator zu Stickstoff reduziert wird.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform weist das Abgassystem 106 eine zweite Nachbehandlungskomponente 108 in der Form eines katalysierten Dieselpartikelfilters (DPF) 112 auf, der unmittelbar stromabwärts von dem LNT 110 positioniert und zur Aufnahme des Abgasstroms 104 von (d. h. in Fluidkommunikation mit) dem LNT 110 konfiguriert ist. Der PF 112 ist zur Entfernung von Partikelmaterial und anderen regulierten Bestandteilen von dem Abgasstrom 104 konfiguriert. Eine Wärmequelle 115, wie ein elektrisch beheizter Katalysator (EHC) 118, der gerade stromaufwärts von dem LNT 110 positioniert ist, oder eine Kraftstoffeinspritzeinrichtung 116, die in dem Abgasstrom 104 stromaufwärts von der Nachbehandlungskomponente 108 positioniert ist, ist zum Zusatz von Wärmeenergie zu dem Abgasstrom 104 konfiguriert, um eine Regeneration in dem LNT 110 und/oder dem PF 112 zu bewirken. Eine Komponente für selektive katalytische Reduktion (SCR) 114 kann stromabwärts von (d. h. in Fluidkommunikation mit) dem PF 112 positioniert und zum Umwandeln von NOx mit Hilfe eines Katalysators in zweiatomigen Stickstoff, N₂, und Wasser, H₂O, konfiguriert sein.
Ein Regenerationscontroller 126 ist derart konfiguriert, vorherzusagen, wann es notwendig oder vorteilhaft sein kann, in einer oder mehreren der Nachbehandlungskomponenten 108 eine Regeneration auszuführen, und wann es geeignet ist, aktiv ein Regenerationsereignis zu unterstützen. Der Regenerationscontroller 126 kann ein derartiges Ereignis beispielsweise durch Einführen von Wärme in die Nachbehandlungskomponente 108 von einer äußeren Quelle, wie der Heizung 118, oder durch Bewirken einer Kraftstoffeinspritzung in den Motor 102 oder das Abgassystem 106 unterstützen. Zusätzlich kann in dem Fall, wenn es erwünscht ist, ein Regenerationsereignis zu einem Zeitpunkt zu unterstützen, wenn der Motor 102 nicht arbeitet, eine Luftquelle 128 verwendet werden, um eine Versorgung von Verbrennungsluft zu dem Abgassystem 106 zu erzeugen. Beispielsweise kann eine Turbine rückwärts betrieben werden, um Luft in das Abgassystem 106 zu pumpen. In solchen Fällen weist der Abgasstrom 104 Luft auf, die durch die Luftquelle 128 bereitgestellt wird.
Um zu ermöglichen, dass der Regenerationscontroller 126 seine Funktionen besser ausführen kann, sind verschiedene Instrumente in dem Motor 102 und dem Abgassystem 106 positioniert. Die Instrumente sind derart konfiguriert, auf Änderungen in relevanten Parametern in dem Motor 102 und dem Abgassystem 106 anzusprechen und Signale an den Regenerationscontroller 126 zu übertragen, wobei die Signale einen Betrieb des Motors 102 und des Abgassystems 106, einschließlich seiner Nachbehandlungskomponenten 108, angeben. Beispielsweise misst bei einer beispielhaften Ausführungsform ein stromaufwärtiger Drucksensor 130 Drücke des Abgasstroms 104 stromaufwärts von der Nachbehandlungskomponente 108 und erzeugt stromaufwärtige Drucksignale 132. Gleichermaßen misst ein stromabwärtiger Drucksensor 134 Drücke des Abgasstroms 104 stromabwärts von der Nachbehandlungskomponente 108 und erzeugt stromabwärtige Drucksignale 136. Zusätzlich misst ein stromaufwärtiger Temperatursensor 138 Temperaturen des Abgasstroms 104 stromaufwärts von der Nachbehandlungskomponente 108 und erzeugt stromaufwärtige Temperatursignale 140. Ein stromabwärtiger Temperatursensor 142 misst Temperaturen des Abgasstroms 104 stromabwärts von der Nachbehandlungskomponente 108 und erzeugt stromabwärtige Temperatursignale 144. Ein Motordrehzahlsensor 146 erfasst Drehzahlen des Motors 102 und erzeugt Motordrehzahlsignale 148. Ein Motordurchflusssensor 150 erfasst Massendurchflüsse von Arbeitsfluid (z. B. Luft oder Luft und Kraftstoff oder Abgas), das in dem Motor 102 oder Abgassystem 106 strömt, und erzeugt Motordurchflusssignale 152.
Ein NOx-Sensor 154 ist in dem Abgas stromabwärts von der Nachbehandlungskomponente 108 positioniert und zum Erfassen einer Menge oder Konzentration von NOx-Bestandteilen in dem Abgasstrom 104 und zum Senden eines NOx-Signals 156, das die erfasste Menge oder Konzentration von NOx-Bestandteilen in dem Abgasstrom 104 angibt, konfiguriert. Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist der NOx-Sensor 154 ein Weitbereichs-Sauerstoffsensor/NOx-Sensor nach dem EHC/LNT. NOx-Signale 156, die von dem NOx-Sensor 154 erzeugt werden, sind zum Aktivieren des Regenerationscontrollers 126 geeignet, um ein gewünschtes Verbrennungsgemisch in dem Abgassystem 106 während eines Regenerationsereignisses aufrechtzuerhalten. Beispielsweise kann das gewünschte Verbrennungsgemisch gerade unterstöchiometrisch sein und kann solange beibehalten werden, bis die Regeneration vollständig ist (z. B. bis der LNT 110 von angesammelten NOx und/oder PM gespült ist).
Der Regenerationscontroller 126 empfängt Information, wie eines oder mehrere aus den stromaufwärtigen Drucksignalen 132, stromabwärtigen Drucksignalen 136, stromaufwärtigen Temperatursignalen 140, stromabwärtigen Temperatursignalen 144, Motordrehzahlsignalen 148, Motordurchflusssignalen 152 und NOx-Signalen 156 von dem stromaufwärtigen Drucksensor 130, dem stromabwärtigen Drucksensor 134, dem stromaufwärtigen Temperatursensor 138, dem stromabwärtigen Temperatursensor 142, dem Motordrehzahlsensor 146, dem Motordurchflusssensor 150 und dem NOx-Sensor 154. Ein Prozessor 158 des Regenerationscontrollers 126 arbeitet mit einem Speicher 160, der dem Regenerationscontroller 126 zugeordnet ist, zusammen, um Anweisungen auszuführen, die derart konfiguriert sind, den Regenerationscontroller 126 zu aktivieren, um NOx- und/oder PM-Beladung in der Nachbehandlungskomponente 108 zu überwachen, um zu ermitteln oder vorherzusagen, wann eine Regeneration in der Nachbehandlungskomponente 108 notwendig oder erwünscht sein kann, um ein Regenerationsereignis in der Nachbehandlungskomponente 108 zu unterstützen und/oder eine Steuerung über einen Regenerationsprozess oder andere Abhilfemaßnahmen zu bewirken.
Beispielsweise ist bei einer beispielhaften Ausführungsform ein Regenerationscontroller 126 derart konfiguriert, eine Menge an NOx und/oder eine Partikelmaterialansammlung in der Nachbehandlungskomponente 108 auf der Grundlage von Betriebsparametern oder auf Grundlage einer Rückkopplung zu schätzen, die von dem Abgassystem 106 empfangen wird (z. B. von einem Druckabnahmeindex, der eine Abnahme des Drucks des Abgasstroms 104 angibt, wenn dieser durch die Nachbehandlungskomponente 108 gelangt). Bei einer beispielhaften Ausführungsform verwendet der Regenerationscontroller 126 die stromaufwärtigen Drucksignale 132 und die stromabwärtigen Drucksignale 136, um den Druckabnahmeindex zu berechnen. Zusätzlich verwendet der Regenerationscontroller 126 die Motordurchflusssignale 152 oder die Motordrehzahlsignale 148 von dem Motordrehzahlsensor 146 oder dem Motordurchflusssensor 150, um einen Durchflussindex zu erzeugen. Noch weiter verwendet der Regenerationscontroller 126 die stromaufwärtigen Temperatursignale 140 und die stromabwärtigen Temperatursignale 144, um einen Temperaturindex zu berechnen, der eine Temperatur des Abgasstroms 104 oder eine Temperaturänderung des Abgasstroms 104 angibt, wenn dieser durch die Nachbehandlungskomponente 108 gelangt. Bei Situationen, bei denen ein oder mehrere der Temperatursignale (z. B. eines von den stromaufwärtigen Temperatursignalen 140 und den stromabwärtigen Temperatursignalen 144) nicht existiert oder als unzuverlässig bestimmt ist, oder bei Situationen, bei denen detailliertere Details bezüglich der Temperatur in der Nachbehandlungskomponente 108 gewünscht sind, kann ein Simulationsmodell verwendet werden, um eine oder mehrere Temperaturen an einer oder mehreren Stellen in der Nachbehandlungskomponente 108 auf Grundlage der anderen bekannten Temperaturen zu schätzen. Anschließend kann auf Grundlage des zusätzlichen Temperaturdetails der genauere Temperaturindex erzeugt werden.
Sobald die Betriebsparameter (z. B. akkumulierte Motorzyklen oder einige andere Eigenschaften der Strömung) erzeugt worden sind, schätzt der Regenerationscontroller 126 die Menge an NOx und/oder Partikelmaterialansammlung in der Nachbehandlungskomponente 108. Bei einer beispielhaften Ausführungsform verwendet der Regenerationscontroller 126 ein PM- und/oder NOx-Ansammlungsmodell auf Grundlage empirischer Daten. Bei einer anderen beispielhaften Ausführungsform verwendet der Regenerationscontroller 126 ein PM- und/oder NOx-Ansammlungsmodell auf Grundlage der Beziehung zwischen dem Druckabnahmeindex, dem Durchflussindex und dem Temperaturindex. Der Fachmann erkennt, dass Zunahmen in der Größe der Druckabnahme (d. h. Änderung) bei einem konstanten Durchfluss und konstanter Temperatur eine Ansammlung von NOx und/oder Partikelmaterial in der Nachbehandlungskomponente 108 angeben können. Der Fachmann erkennt auch, dass der Durchflussindex auf eine standardisierte Temperatur und einen standardisierten Druck (z. B. gemäß dem idealen Gasgesetz) normalisiert sein kann, um so einige oder alle der Ungenauigkeiten zu beseitigen, die Änderungen der Temperatur und des Drucks in dem Abgasstrom 104 zugeordnet sind. Dies ist möglich, da es bekannt ist, dass eine konsistente Beziehung zwischen Druckverlust und einem derartigen korrigierten Durchfluss existieren kann, sogar, obwohl sich die Temperatur und/oder der Druck der Strömung ändern können.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung, wie in 3 gezeigt ist, weist ein beispielhafter Prozess 200 zum Steuern einer Regeneration in einer Nachbehandlungskomponente 108, wie einem Partikelfilter, allgemein den Schritt auf, dass ein oder mehrere Werte eines oder mehrerer Parameter empfangen werden, die einem Abgasstrom 104 zugeordnet sind, der durch die Nachbehandlungskomponente 108 strömt (Schritt 210). Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann der Parameter einen stromaufwärtigen Druck, einen stromabwärtigen Druck, eine stromaufwärtige Temperatur, eine stromabwärtige Temperatur, Motordrehzahl, Motordurchfluss, Sauerstoffkonzentration oder NOx-Konzentration repräsentieren. Der Wert kann als ein Signal von dem stromaufwärtigen Drucksensor 130, dem stromabwärtigen Drucksensor 134, dem stromaufwärtigen Temperatursensor 138, dem stromabwärtigen Temperatursensor 142, dem Motordrehzahlsensor 146, dem Motordurchflusssensor 150 und/oder dem NOx-Sensor 154 empfangen werden. Der Parameter kann ein Druckabnahmeindex, der eine Abnahme des Drucks eines Abgasstroms 104 angibt, wenn dieser durch die Nachbehandlungskomponente 108 strömt, ein Durchflussindex, der einen Durchfluss des Abgasstromes 104 angibt, ein Temperaturindex, der eine Temperatur des Abgasstroms 104 angibt, ein Sauerstoffkonzentrationsindex, der eine Sauerstoffkonzentration in dem Abgasstrom 104 angibt, oder ein NOx-Konzentrationsindex sein, der eine NOx-Konzentration in dem Abgasstrom 104 angibt.
Zusätzlich zum Empfangen eines oder mehrerer Werte weist der Prozess 200 auf, dass bewertet wird, ob ein Parameter, der einen Bedarf nach einer Regeneration in der Nachbehandlungskomponente 108 angibt, eine vorbestimmte Schwelle überschreitet (Schritt 220). Bei einer beispielhaften Ausführungsform überwacht der Regenerationscontroller 126 NOx-Signale 156 von dem NOx-Sensor 154, die die erfasste Menge oder Konzentration von NOx-Bestandteilen in dem Abgasstrom 104 angeben, und ermittelt, ob die erfasste Konzentration von NOx in dem Abgasstrom 104 die vorbestimmte Schwelle, die derart konfiguriert ist, anzugeben, wann eine Regeneration ausgeführt werden soll, überschreitet oder kleiner als diese ist.
Wenn ermittelt wird, dass der Parameter (z. B. NOX-Konzentration) tatsächlich die vorbestimmte Schwelle überschreitet, schließt der Regenerationscontroller 126 darauf, dass ein Regenerationsereignis notwendig ist, und setzt somit einen LNT-Regenerationsschalter auf wahr (Schritt 222). Wenn ermittelt wird, dass der Parameter (z. B. NOX-Konzentration) die vorbestimmte Schwelle nicht überschreitet, schließt der Regenerationscontroller 126 darauf, dass kein Regenerationsereignis notwendig ist, und setzt demgemäß den LNT-Regenerationsschalter auf unwahr (Schritt 224). Die Schritte 220, 222 und 224 können kontinuierlich, intermittierend (z. B. nicht kontinuierlich, nach Perioden einer Unterbrechung) oder periodisch (z. B. zu regelmäßigen Zeitintervallen) wiederholt werden.
Wenn der LNT-Regenerationsschalter auf wahr gesetzt ist, detektiert der Regenerationscontroller 126, ob sich der Motor 102 in einem Betriebszustand oder einem Nichtbetriebszustand befindet (Schritt 230). Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann ein Betriebszustand durch ein Motordrehzahlsignal oder ein anderes Signal gekennzeichnet sein, das einen Motorbetrieb angibt, der eine vorbestimmte minimale Schwelle, wie 500 U/min, überschreitet. Wenn bestimmt wird, dass das Signal (z. B. Motordrehzahl) tatsächlich die vorbestimmte Schwelle überschreitet, setzt der Regenerationscontroller 126 einen Motorbetriebsschalter auf wahr (Schritt 232). Wenn bestimmt wird, dass das Signal die vorbestimmte Schwelle nicht überschreitet, setzt der Regenerationscontroller 126 den Motorbetriebsschalter auf unwahr (Schritt 234). Die Schritte 230, 232 und 234 können kontinuierlich, intermittierend (z. B. nicht kontinuierlich, nach Perioden einer Unterbrechung) oder periodisch (z. B. zu regelmäßigen Zeitintervallen) wiederholt werden, während der LNT-Regenerationsschalter auf wahr gesetzt ist. Bei einer beispielhaften Ausführungsform überwacht der Regenerationscontroller 126 einen Status des Motorbetriebsschalters (Schritt 236), um zu bestimmen, wann der Motor 102 eine Zustandsänderung (z. B. von einem Betriebszustand zu einem Nichtbetriebszustand) erfahren hat.
Sobald der Motorbetriebsschalter auf unwahr gesetzt ist, während der LNT-Regenerationsschalter auf wahr gesetzt ist, kann der Regenerationscontroller 126 ein Regenerationsereignis auslösen (d. h. erleichtern) (Schritt 240). Bei einer beispielhaften Ausführungsform wird die Auslösung des Regenerationsereignisses (Schritt 240) unmittelbar (oder nach einer relativ kurzen, vordefinierten Zeitverzögerung) nach einer Detektion ausgeführt, dass der Motor 102 einer Zustandsänderung (z. B. von einem Betriebszustand zu einem Nichtbetriebszustand) ausgesetzt war. Bei einer beispielhaften Ausführungsform wird ein Regenerationsereignis durch Aktivieren eines elektrisch beheizten Katalysators (EHC) ausgelöst (Schritt 242). Während der Motor 102 nicht arbeitet (d. h. der Motorbetriebsschalter auf unwahr gesetzt ist), die LNT-Regeneration angezeigt ist (d. h. der LNT-Regenerationsschalter auf wahr gesetzt ist) und der EHC aktiviert ist, stellt der Regenerationscontroller 126 fest, ob eine Temperatur des EHC größer als eine vorbestimmte EHC-Temperaturschwelle ist oder kleiner als die vorbestimmte EHC-Temperaturschwelle ist (Schritt 244). Wenn die Temperatur des EHC größer als die vorbestimmte EHC-Temperaturschwelle ist, kann der Regenerationscontroller 126 eine Kraftstoffströmung (Schritt 250) durch eine oder mehrere Einspritzeinrichtungen in den Abgasstrom 104 auslösen, um das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgasstroms 104 zu vermindern.
Während Kraftstoff in den Abgasstrom 104 eingespritzt wird (Schritt 250), überwacht der Regenerationscontroller 126 (Schritt 252) das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgasstroms 104, wie durch Empfangen von Signalen von einem Sauerstoffsensor, der die erfasste Menge oder Konzentration von verfügbarem Sauerstoff in dem Abgasstrom 104 angibt. Wenn die Konzentration an verfügbarem Sauerstoff angibt, dass das tatsächliche Luft/Kraftstoff-Verhältnis größer als eine vorbestimmte Luft/Kraftstoff-Schwelle (z. B. ein gezielt ausgerichtetes Gemisch, wie gerade unterstöchiometrisch) ist, kann der Regenerationscontroller 126 die Kraftstoffströmung (Schritt 254) in den Abgasstrom 104 anheben, um so das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgasstroms 104 zu vermindern (z. B. um das gezielt ausgerichtete Verhältnis besser anzupassen). Wenn der verfügbare Sauerstoff angibt, dass das tatsächliche Luft/Kraftstoff-Verhältnis kleiner als die vorbestimmte Luft/Kraftstoff-Schwelle ist, kann der Regenerationscontroller 126 die Kraftstoffströmung (Schritt 256) in den Abgasstrom 104 vermindern, um so das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgasstroms 104 anzuheben. Demgemäß kann der Regenerationscontroller 126 Betriebsbedingungen in dem LNT 110 beibehalten, die zur Regeneration günstig sind.
Während der Regenerationscontroller 126 das Regenerationsereignis unterstützt (Schritt 240), bewertet der Regenerationscontroller 126 kontinuierlich neu, ob der gewählte Parameter die vorbestimmte Schwelle überschreitet, und entscheidet somit, ob ein Bedarf nach einer Regeneration in der Nachbehandlungskomponente 108 weiterhin andauert (Schritt 220). Wie oben beschrieben ist, kann der Regenerationscontroller 126 dies durch Überwachung von NOx-Signalen 156 von dem NOx-Sensor 154, die die erfasste Menge oder Konzentration von NOx-Bestandteilen in dem Abgasstrom 104 angeben, und Ermitteln erreichen, ob die zweite Konzentration von NOx in dem Abgasstrom 104 eine vorbestimmte Schwelle, die zum Angeben konfiguriert ist, wann eine Regeneration ausgeführt werden soll, überschreitet, oder kleiner als diese ist. Während die erfasste Konzentration von NOx in dem Abgasstrom 104 eine vorbestimmte Schwelle weiterhin überschreitet, lässt der Regenerationscontroller 126 den LNT-Regenerationsschalter auf wahr gesetzt (Schritt 222). Wenn bestimmt wird, dass der Parameter (z. B. NOX-Konzentration) die vorbestimmte Schwelle nicht mehr überschreitet, setzt der Regenerationscontroller 126 den LNT-Regenerationsschalter auf unwahr (Schritt 224), und das Regenerationsereignis wird beendet.
Während die Erfindung unter Bezugnahme auf beispielhafte Ausführungsformen beschrieben worden ist, erkennt der Fachmann, dass verschiedene Änderungen durchgeführt und Äquivalente gegen Elemente derselben ersetzt werden können, ohne von dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Zusätzlich können viele Modifikationen durchgeführt werden, um eine bestimmte Situation oder ein bestimmtes Material an die Lehren der Erfindung anzupassen, ohne von dem wesentlichen Schutzumfang davon abzuweichen. Daher soll die Erfindung nicht auf die offenbarten bestimmten Ausführungsformen beschränkt sein, sondern die Erfindung umfasst alle in den Schutzumfang der Anmeldung fallenden Ausführungsformen.

Claims

Verfahren zum Steuern einer Regeneration in einer Nachbehandlungskomponente eines Motors, umfassend, dass: ein Signal empfangen wird, das angibt, ob der Motor in einem Betriebszustand oder einem Nichtbetriebszustand ist; auf Grundlage des Signals detektiert wird, wann der Motor einen Betriebszustand verlassen hat und in einen Nichtbetriebszustand eingetreten ist; und wenn der Motor einen Betriebszustand verlassen hat und in einen Nichtbetriebszustand eingetreten ist, ein Regenerationsereignis ausgelöst wird; wobei das Regenerationsereignis umfasst, dass veranlasst wird, dass ein Luftstrom durch die Nachbehandlungskomponente strömt, und eine Kraftstoffströmung in den Luftstrom ausgelöst wird.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit einem Modulieren der Kraftstoffströmung, um ein Verhältnis von Kraftstoff zu Luft in der Nachbehandlungskomponente zu erreichen, das fetter als stöchiometrisch ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Kraftstoffströmung moduliert wird, um ein Verhältnis von Kraftstoff zu Luft in der Nachbehandlungskomponente zu erreichen, das nur geringfügig fetter als stöchiometrisch ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Kraftstoffströmung moduliert wird, um ein Verhältnis von Kraftstoff zu Luft in der Nachbehandlungskomponente zu erreichen, das zwischen einem Zustand, in dem es fetter als stöchiometrisch ist, und einem Zustand variiert, in dem es weniger fett als stöchiometrisch ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Veranlassen, dass ein Luftstrom durch die Nachbehandlungskomponente strömt, umfasst, dass eine Luftpumpe angetrieben wird, um den Luftstrom von einer Quelle außerhalb des Motors zu ziehen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Veranlassen, dass ein Luftstrom durch die Nachbehandlungskomponente strömt, umfasst, dass eine Luftpumpe angetrieben wird, um den Luftstrom aus dem Motor zu ziehen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Auslösen eines Regenerationsereignisses unmittelbar danach ausgeführt wird, dass der Motor einen Betriebszustand verlassen hat und in einen Nichtbetriebszustand eingetreten ist.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend, dass: ein Regenerationssignal empfangen wird, das angibt, ob ein Bedarf für eine Regeneration in der Nachbehandlungskomponente vorhanden ist; auf Grundlage des Regenerationssignals entschieden wird, ob ein Bedarf für eine Regeneration in der Nachbehandlungskomponente vorhanden ist; und falls der Bedarf für die Regeneration in der Nachbehandlungskomponente nicht vorhanden ist, das Regenerationsereignis beendet wird.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Regenerationssignal ein NOx-Signal umfasst, das eine NOx-Konzentration stromabwärts von der Nachbehandlungskomponente angibt.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Entscheiden ein Bewerten umfasst, ob das NOx-Signal angibt, dass die NOx-Konzentration stromabwärts von der Nachbehandlungskomponente eine vorbestimmte Schwelle überschreitet.