DE102013214476A1 - Entstickung während motorleerlaufabschaltungsoperationen - Google Patents

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Joseph Robert Theis
Stephen B. Smith
Adam Nathan Banker
James Michael Kerns
Michael James Uhrich
Thomas G. Leone
Jeffrey Allen Doering
Giovanni Cavataio
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Abstract

Es werden Verfahren und Systeme bereitgestellt, um Motorabgasemissionen zu verbessern, während eine Abgaskatalysatorregenerierung nach einem mageren Motorereignis ermöglicht wird. Vor einem VDE-Ereignis oder vor einer Motorleerlaufabschaltung wird Ammoniak produziert und in einem Unterboden-SCR-Abgaskatalysator gespeichert. Während des Motorneustarts nach dem VDE-Modus oder der Leerlaufabschaltung wird das gespeicherte Ammoniak dann zum Behandeln von NOx-Abgasspezies verwendet, während ein vorgeschalteter Unterboden-Dreiwege-Abgaskatalysator regeneriert wird.

Description

  • Die vorliegende Anmeldung betrifft das Justieren der Abgaskatalysatorregenerierung nach einem Magerereignis wie etwa einer Motorleerlaufabschaltung, um eine Abgasentstickung zu erreichen.
  • Motorabgasreinigungssysteme können einen oder mehrere Abgaskatalysatoren enthalten, um die verschiedenen Abgaskomponenten zu behandeln. Zu diesen können beispielsweise Dreiwegekatalysatoren, NOx-Speicherkatalysatoren, Light-Off-Katalysatoren, SCR-Katalysatoren usw. zählen. Motorabgaskatalysatoren erfordern möglicherweise eine periodische Regenerierung, um die katalytische Aktivität wiederherzustellen und die Katalysatoroxidation zu reduzieren. Beispielsweise können Katalysatoren regeneriert werden, indem ausreichend Kraftstoff injiziert wird, um eine fette Umgebung zu erzeugen und die im Katalysator gespeicherte Sauerstoffmenge zu reduzieren. Der während der Katalysatorregenerierung verbrauchte Kraftstoff kann als solcher die Motorkraftstoffökonomie verschlechtern. Entsprechend wurden verschiedene Katalysatorregenerierungsstrategien entwickelt.
  • Ein beispielhafter Ansatz wird von Georigk et al. in US 6,969,492 gezeigt. Darin enthält eine Abgasreinigungseinrichtung Katalysatorstufen, die durch mindestens zwei in Reihe angeordnete Katalysatoren generiert werden. Insbesondere beinhalten die katalytischen Stufen einen Dreiwegekatalysator, der (z. B. vor) einem NOx-Reduktionskatalysator in Reihe angeordnet ist. Die unterschiedliche Ammoniakspeicherleistung der verschiedenen Katalysatoren ermöglicht eine Verbesserung der NOx-Reduktion und reduziert die Notwendigkeit für eine Katalysatorregenerierung. Ein weiterer beispielhafter Ansatz wird durch Eckhoff et al. in WO 2009/080152 gezeigt. Darin enthält ein Motorabgassystem mehrere NOx-Speicherkatalysatoren mit einem dazwischenliegenden SCR-Katalysator, und ein Kraftstoff-Luft-Verhältnis des Abgases wird ständig zwischen fetter und magerer Phase gewechselt, und zwar auf der Basis von Unterschieden zwischen einem Kraftstoff-Luft-Verhältnis vor einem ersten NOx-Speicherkatalysator und einem Kraftstoff-Luft-Verhältnis hinter einem zweiten NOx-Speicherkatalysator.
  • Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben jedoch bei solchen Ansätzen potentielle Probleme identifiziert. Katalysatorregenerierungsstrategien hängen nicht nur von der spezifischen Konfiguration und Natur der verschiedenen Abgaskatalysatoren in der Abgasreinigungseinrichtung ab, doch wird bei Motorsystemen, bei denen der Motor als Reaktion auf Leerlaufabschaltungsbedingungen selektiv deaktiviert werden kann, die Regenerierung auch durch die während eines Fahrzeugfahrzyklus durchgeführten Leerlaufabschaltungsoperationen beeinflusst. Dies beinhaltet beispielsweise eine Anzahl, Frequenz und Dauer der während des Fahrzyklus des Fahrzeugs durchgeführten Leerlaufabschaltungsoperationen. Insbesondere dreht sich der Motor während einer Leerlaufabschaltung, wenn der Motor deaktiviert ist und der Kraftstoff für das Abschalten abgestellt wird, noch ein paarmal weiter. Dieses Drehen pumpt Luft über einen Abgasdreiwegekatalysator, was bewirkt, dass der Katalysator oxidiert wird und seine Fähigkeit zum Reduzieren von NOx, wenn der Motor reaktiviert wird, verschlechtert wird. Bevor der Motor von der Leerlaufabschaltung heraus neu gestartet wird, wird gleichermaßen der Motor ein paarmal gedreht, wodurch eine weitere Gelegenheit entsteht, während der Luft über den Abgaskatalysator gepumpt werden kann. Während eine Anreicherung verwendet werden kann, um den Dreiwegekatalysator bei Motorreaktivierung schnell zu regenerieren, führt die Anreicherung zu einem Kraftstoffmehrverbrauch. Außerdem können Verzögerungen beim Motorneustart die Motorleistung herabsetzen.
  • Beispielsweise können einige der obigen Probleme mindestens teilweise durch ein Verfahren für einen Motor behandelt werden, das Folgendes umfasst: während des Motorlaufens, Strömen von Abgas durch einen ersten, vorgeschalteten Katalysator und dann einen zweiten, nachgeschalteten Katalysator zum Speichern von mindestens etwas Abgasammoniak in dem ersten Katalysator. Das Verfahren umfasst weiterhin das selektive Deaktivieren des Motors als Reaktion auf eine Leerlaufabschaltung und während eines Motorneustarts aus der Leerlaufabschaltung, das Justieren der Regenerierung eines dritten Katalysators vor dem ersten Katalysator auf der Basis eines Ammoniakgehalts des ersten Katalysators. Außerdem kann die Regenerierung des zweiten Katalysators während hoher Motorlasten auch auf der Basis des Ammoniakgehalts des ersten Katalysators justiert werden. Auf diese Weise kann während eines stöchiometrischen Motorbetriebs generiertes Ammoniak in dem ersten Abgaskatalysator gespeichert und vorteilhafterweise zum Reduzieren von NOx-Spezies im Abgas während eines Motorneustarts aus Leerlaufabschaltungsbedingungen heraus verwendet werden, während der zweite und dritte Abgaskatalysator regeneriert werden.
  • Beispielsweise kann ein Motor mit Leerlaufabschaltung mit einem gemeinsamen Abgaskrümmerunterboden konfiguriert sein. Der Unterboden kann einen ersten SCR-Abgaskatalysator enthalten, der vor einem zweiten Dreiwegeabgaskatalysator und in einem Brick-Kontakt Fläche an Fläche damit gekoppelt ist. So kann sich jeder der ersten und zweiten Abgaskatalysatoren hinter einem dritten, motornahen Dreiwegeabgaskatalysator befinden. Während des Motorbetriebs kann durch den dritten Abgaskatalysator generiertes Ammoniak in dem ersten SCR-Katalysator gespeichert und darin zurückgehalten werden, während der Motor als Reaktion auf Leerlaufabschaltungsbedingungen deaktiviert wird. Ein Kraftstoff-Luft-Verhältnis während einer Motoroperation vor der Leerlaufabschaltung kann auf stöchiometrisch oder unterstöchiometrisch justiert werden, um bis zu dem Zeitpunkt, zu dem eine Leerlaufabschaltung durchgeführt wird und der Motor abgestellt wird, eine gewünschte Ammoniakmenge in dem ersten Katalysator zu speichern. Durch Speichern des generierten Ammoniaks in dem ersten SCR-Katalysator wird die Ammoniakspeicherung auf dem zweiten Dreiwegekatalysator reduziert, wodurch auch eine unerwünschte Oxidation von Ammoniak zu NOx in dem zweiten Katalysator während der Leerlaufabschaltung gesenkt wird. Während eines nachfolgenden Motorneustarts können mit dem in dem ersten SCR-Katalysator zurückgehaltenen Ammoniak NOx-Spezies reduziert werden, während ein Kraftstoff-Luft-Verhältnis auf der Basis des in dem ersten SCR-Katalysator zurückbleibenden Ammoniakgehalts justiert wird.
  • Der Ammoniakgehalt hat sich möglicherweise während der Leerlaufabschaltung geändert. Insbesondere kann sich der Ammoniakgehalt auf der Basis der Dauer der Leerlaufabschaltung sowie dem Grad an Katalysatorabkühlung oder -erwärmung, die während der Leerlaufabschaltung erfolgen, geändert haben. So kann eine Abkühlung des ersten SCR-Katalysators die Ammoniakspeicherkapazität des Katalysators erhöhen, bis eine Schwellwerttemperatur erreicht ist, wodurch er mehr Ammoniak speichern kann. Während sich jedoch die Temperatur des ersten Katalysators unter die Schwellwerttemperatur abkühlt, beginnt die Ammoniakspeicherkapazität des Katalysators möglicherweise zu fallen. Falls Ammoniak in dem ersten Katalysator gespeichert wurde, kann somit das gespeicherte Ammoniak teilweise freigesetzt werden, wenn die Temperatur des ersten Katalysators während der Leerlaufabschaltung unter die Schwellwerttemperatur fällt, wodurch der Ammoniakgehalt des ersten Katalysators bis zu der Zeit, zu der ein Motorneustart aus der Leerlaufabschaltung angefordert wird, geändert wird. Wenn Abgas durch die Abgasreinigungseinrichtung strömt, trägt es außerdem Wärme von den Katalysatoren weg, wodurch die Ammoniakspeicherkapazität des SCR-Katalysators heraufgesetzt werden kann. Wenn der Motor während der Leerlaufabschaltung angehalten wird, kann die Temperatur des SCR-Katalysators dann vorübergehend ansteigen, was bewirkt, dass der SCR-Katalysator das gespeicherte Ammoniak teilweise zu Stickstoff oder NO oxidiert, wobei der in den zwei bis drei Motorumdrehungen nach der Kraftstoffabstellung gepumpte Sauerstoff verwendet wird. Falls jedoch die Leerlaufabschaltung von längerer Dauer ist, kann der Katalysator erheblich unter die Schwellwerttemperatur abkühlen, was bewirken kann, dass das gespeicherte Ammoniak teilweise verloren geht. Auf die gleiche Weise kann über einen gegebenen Fahrzeugfahrzyklus (z. B. zwischen einer Zeit, zu der der Fahrzeugbetreiber die Zündung des Fahrzeugs einschaltet, bis zu einer Zeit, zu der der Betreiber die Zündung des Fahrzeugs ausschaltet) der Motor mehrmals eine Leerlaufabschaltung erfahren, und das Kraftstoff-Luft-Verhältnis bei einem Motorneustart kann auf der Basis dessen justiert werden, wie oft der Motor eine Leerlaufabschaltung erfährt.
  • Auf diese Weise kann ein Kraftstoff-Luft-Verhältnis justiert werden, während ein Motor dahingehend arbeitet, einen Unterboden-SCR-Abgaskatalysator mit Ammoniak zu laden und einen Unterboden-Dreiwegekatalysator davor zu schützen, mit dem Ammoniak geladen zu werden. Durch Verwenden des gespeicherten Ammoniaks während eines nachfolgenden Motorneustarts aus einer Leerlaufabschaltung heraus kann die Kraftstoffmenge, die erforderlich ist, um die motornahen und Unterboden-Dreiwegekatalysatoren zu regenerieren, reduziert werden, wodurch man Kraftstoffökonomievorteile erhält.
  • Es versteht sich, dass die obige kurze Darstellung vorgelegt wird, um in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten einzuführen, die in der ausführlichen Beschreibung näher beschrieben werden. Sie soll keine wichtigen oder essentiellen Merkmale des beanspruchten Gegenstands identifizieren, dessen Schutzbereich ausschließlich durch die auf die ausführliche Beschreibung folgenden Ansprüche definiert wird. Weiterhin ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Implementierungen beschränkt, die etwaige, oben oder in irgendeinem Teil dieser Offenbarung erwähnten Nachteile lösen.
  • Die Figuren zeigen:
  • 1 zeigt beispielhaft einen Fahrzeugtriebstrang.
  • 2A–B zeigen Ausführungsbeispiele eines Motorsystems mit variablem Hubraum.
  • 3 zeigt eine Motorteilansicht.
  • 4A–B veranschaulichen beispielhaft ein Verfahren zum Justieren der Regenerierung eines zweiten und dritten Abgaskatalysators während eines Motorneustarts aus der Leerlaufabschaltung heraus auf der Basis einer in einem ersten Abgaskatalysator zurückgehaltenen Ammoniakmenge während der Leerlaufabschaltung und weiterhin auf der Basis von Leerlaufabschaltungsparametern.
  • 5A–B veranschaulichen beispielhaft ein Verfahren zum Justieren der Regenerierung eines zweiten und dritten Abgaskatalysators während einer Umschaltung vom VDE-Modus zum Nicht-VDE-Modus des Motorbetriebs auf der Basis einer in einem ersten Abgaskatalysator während des VDE-Modus zurückgehaltenen Ammoniakmenge.
  • 6 veranschaulicht beispielhaft ein Blockdiagramm, das zum Schätzen eines Ammoniakgehalts des ersten Abgaskatalysators verwendet werden kann.
  • 7 veranschaulicht beispielhaft eine Justierung eines Kraftstoff-Luft-Verhältnisses im Abgas während einer Motorregenerierungsoperation nach einem mageren Motorereignis.
  • Die folgende Beschreibung betrifft ein Verfahren zum Justieren eines Kraftstoff-Luft-Verhältnisses im Abgas eines Motors, um eine Abgaskatalysatorregenerierungsanforderung nach einem Magerbetrieb zu reduzieren. Der Magerbetrieb kann einen Leerlaufabschaltungsbetrieb beinhalten, wie etwa in dem Motorsystem der 1 und 3, oder eine Zylinderdeaktivierung in einem Motor mit variablem Hubraum, wie etwa in dem Motorsystem der 2A–B und 3. Noch andere Magerbetriebsformen können einen Schubabschaltungsbetrieb (DFSO – Deceleration Fuel Shut-Off Operation) beinhalten. Ein Motorcontroller kann konfiguriert sein, eine Steuerroutine wie etwa beispielhafte Routinen der 4A–B durchzuführen, um stöchiometrisches oder fettes Abgas über einen ersten Abgaskatalysator zu strömen und den Katalysator mit Ammoniak zu laden. Während eines nachfolgenden Motorneustarts aus der Leerlaufabschaltung heraus kann mit dem gespeicherten Ammoniak das NOx reduziert werden, während ein dritter, motornaher Katalysator vor dem ersten Katalysator regeneriert wird und möglicherweise ein zweiter Katalysator hinter dem ersten Katalysator regeneriert wird. Gleichermaßen kann der Controller eine Steuerroutine ausführen, wie etwa die beispielhaften Routinen der 5A–B, um den ersten Abgaskatalysator vor der selektiven Zylinderdeaktivierung mit Ammoniak zu laden, so dass mit dem gespeicherten Ammoniak das NOx während einer nachfolgenden Zylinderreaktivierung aus dem VDE-Modus reduziert werden kann, während der zweite und dritte Katalysator regeneriert werden. Das Ammoniak in dem ersten Katalysator kann (6) auf der Basis eines Vergleichs des erzeugten Ammoniaks mit dem während des Motorbetriebs einschließlich der Magerbetriebsformen verbrauchten (oder verlorengegangenen) Ammoniaks geschätzt werden. Beispielhafte Justierungen eines Kraftstoff-Luft-Verhältnisses im Abgas, die es ermöglichen, dass eine gewünschte Ammoniakmenge in dem ersten Katalysator vor einem Magerbetrieb des Motors gespeichert wird, sind in 7 gezeigt. Auf diese Weise können durch das Vorspeichern von Ammoniak in einem SCR-Abgaskatalysator die Regenerierungsanforderungen eines vorgeschalteten, motornahen Abgas-Dreiwegekatalysators reduziert werden, wodurch der während der Regenerierung hervorgerufene Kraftstoffmehrverbrauch gesenkt wird, ohne die Effizienz von VDE- oder Leerlaufabschaltungsbetriebsformen zu verschlechtern. Außerdem können die Regenerierungsanforderungen eines nachgeschalteten Unterboden-Abgas-Dreiwegekatalysators reduziert werden, wodurch weitere Kraftstoffökonomievorteile geliefert werden.
  • Unter Bezugnahme auf 1 wird ein Fahrzeugtriebstrang 100 gezeigt. Der Triebstrang enthält einen Verbrennungsmotor 10. In dem dargestellten Beispiel kann der Motor 10 als Reaktion auf Leerlaufabschaltungsbedingungen selektiv deaktiviert werden, wie unter besonderer Bezugnahme auf 2 und 4 hier weiter beschrieben wird. Der Motor 10 ist über eine Kurbelwelle 40 an einen Drehmomentwandler 11 gekoppelt gezeigt. Der Motor 10 kann ein Anlassersystem 9 zum Unterstützen des Drehens des Motors beim Motorneustart enthalten. Der Drehmomentwandler 11 ist auch über eine Turbinenwelle 17 an ein Getriebe 15 gekoppelt. Beispielsweise ist das Getriebe 15 ein abgestuftes Getriebe. Das Getriebe 15 kann weiterhin verschiedene Gänge und Getriebekupplungen enthalten, um ein von dem Getriebe zu den Rädern 19 ausgegebenes Drehmoment zu justieren. Der Drehmomentwandler 11 weist eine nichtgezeigte Überbrückungskupplung auf, die eingerückt, ausgerückt oder teilweise eingerückt sein kann. Wenn die Kupplung entweder ausgerückt ist oder ausgerückt wird, wird gesagt, dass sich der Drehmomentwandler in einem freigegebenen Zustand befindet. Die Turbinenwelle 17 ist auch als Getriebeeingangswelle bekannt. Bei einer Ausführungsform umfasst das Getriebe 15 ein elektronisch gesteuertes Getriebe mit mehreren wählbaren diskreten Untersetzungsverhältnissen. Das Getriebe 15 kann auch andere Gänge wie etwa beispielsweise eine nichtgezeigte Achsuntersetzung umfassen. Alternativ dazu kann es sich bei dem Getriebe 15 um ein stufenloses Getriebe (continuously variable transmission – CVT) handeln.
  • Das Getriebe 15 kann weiter über eine Achse 21 an das Rad 19 gekoppelt sein. Das Rad 19 koppelt das nichtgezeigte Fahrzeug mit der Straße 23. Man beachte, dass bei einem Ausführungsbeispiel dieser Antriebsstrang in einem Passagierfahrzeug befindet, das sich auf der Straße bewegt. Wenngleich verschiedene Fahrzeugkonfigurationen verwendet werden können, ist der Motor Beispielsweise die einzige Antriebsenergiequelle, und somit ist das Fahrzeug kein Hybridfahrzeug, kein Hybrid-Plug-In-Fahrzeug usw. Bei anderen Ausführungsformen kann das Verfahren in ein Hybridfahrzeug integriert sein.
  • Ein Motorcontroller 42 kann konfiguriert sein, Eingaben von Motor 10 zu empfangen und eine Drehmomentausgabe des Motors und/oder Betrieb des Drehmomentwandlers 11, des Getriebes 15 und verbundener Kupplungen entsprechend zu steuern. Beispielsweise kann eine Drehmomentabgabe gesteuert werden, indem eine Kombination aus Zündverstellung, Kraftstoffimpulsbreite, Kraftstoffimpulsverstellung und/oder Luftladung justiert werden, indem die Drosselöffnung und/oder die Ventilsteuerung, der Ventilhub und die Aufladung für turbogeladene Motoren gesteuert werden. Im Fall eines Dieselmotors kann der Controller 42 auch das ausgegebene Motordrehmoment steuern, indem eine Kombination aus Kraftstoffimpulsbreite, Kraftstoffimpulsverstellung und Luftladung gesteuert werden. In allen Fällen kann die Motorsteuerung auf einer Basis Zylinder für Zylinder durchgeführt werden, um die Motordrehmomentabgabe zu steuern.
  • Wenn Leerlaufabschaltungsbedingungen erfüllt sind, kann der Controller 42 den Motor selektiv deaktivieren, indem die Kraftstoffeinspritzung und die Fremdzündung zu den Motorzylindern abgeschaltet werden. Bei einigen Ausführungsformen kann der Controller auch eine Motordrossel justieren, um Krümmerluftdrücke (MAP – Manifold Air Pressures) zum barometrischen Druck (BP – Barometric Pressure) zu bringen, um das Herunterfahren des Motors zu unterstützen, während das Anlasssystem 9 an dem sich drehenden Motor in Eingriff gebracht wird, um ein Bremsdrehmoment auszuüben und/oder ein Motorherunterfahren mit reduzierter Motorumkehr bereitzustellen. Der Motor kann dann in der Leerlaufabschaltung gehalten werden, bis die Motorneustartbedingungen bestätigt sind. So kann Luft durch die Abgaskatalysatoren gepumpt werden, während der Motor (ohne Kraftstoff) zum Ruhestand herunterfährt. Gleichermaßen kann Luft während eines Motorneustarts aus der Leerlaufabschaltung heraus, während der Motor hochdreht und bevor die Kraftstoffzufuhr wieder aufgenommen wird, durch die Abgaskatalysatoren gepumpt werden. Diese Luft kann die Katalysatoren, insbesondere einen motornahen Dreiwegeabgaskatalysator, oxidieren, wodurch seine Fähigkeit abnimmt, NOx-Abgasspezies zu reduzieren, und die Abgasemissionen verschlechtert werden.
  • Wie in den 4A–B ausgeführt, kann der Motorcontroller auch mit computerlesbaren Anweisungen konfiguriert sein, um ein Kraftstoff-Luft-Verhältnis während des Motorbetriebs zu justieren, um wenigstens etwas Abgasammoniak in einem ersten Abgasreinigungseinrichtungs-Abgaskatalysator zu speichern. Während eines Motorneustarts aus der Leerlaufabschaltung heraus kann mit dem gespeicherten Ammoniak die NOx-Abgasspezies reduziert werden, während ein oder mehrere andere Abgaskatalysatoren wie etwa ein zweiter Abgasreinigungseinrichtungs-Abgaskatalysator und ein dritter, motornaher Abgaskatalysator regeneriert werden. Das Kraftstoff-Luft-Verhältnis kann während des Motorneustarts justiert werden, um die Regenerierung mindestens des dritten motornahen Katalysators (z. B. des zweiten und dritten Abgaskatalysators) auf der Basis des in dem Abgaskatalysator bei dem Motorneustart gespeicherten Ammoniakgehalts zu justieren. Beispielsweise kann mit zunehmendem, in dem ersten Abgasreinigungseinrichtungs-Abgaskatalysator gespeicherten Ammoniakgehalt ein Kraftstoff-Luft-Verhältnis der Verbrennung beim Motorneustart aus der Leerlaufabschaltung erhöht werden. Dies reduziert den durch die Regenerierung des zweiten und dritten Abgaskatalysators hervorgerufene Kraftstoffmehrverbrauch. Die Gesamtkraftstoffökonomie kann verbessert werden, während NOx-Emissionsanforderungen erfüllt werden.
  • Die 2A–B zeigen Ausführungsbeispiele 200 und 250 des Motors 210, wobei der Motor als ein Motor mit variablem Hubraum (VDE – Variable Displacement Engine) konfiguriert ist. Der Motor 210 mit variablem Hubraum enthält mehrere Brennkammern oder Zylinder 31. Die mehreren Zylinder 31 des Motors 210 sind als Gruppen von Zylindern auf eigenen Motorbänken angeordnet. Bei dem dargestellten Beispiel enthält der Motor 210 zwei Motorbänke 14A, 14B. Somit sind die Zylinder als eine erste Gruppe von Zylindern (in dem dargestellten Beispiel vier Zylinder), die auf einer ersten Motorbank 14A angeordnet sind, und eine zweite Gruppe von Zylindern (in dem dargestellten Beispiel vier Zylinder), die auf der zweiten Motorbank 14B angeordnet sind, angeordnet. Es versteht sich, dass die in 2A–B gezeigten Ausführungsformen zwar einen V-Motor mit auf verschiedenen Bänken angeordneten Zylindern zeigen, dies jedoch keine Beschränkung darstellen soll und bei alternativen Ausführungsformen der Motor ein Reihenmotor sein kann, mit allen Motorzylindern auf einer gemeinsamen Motorbank.
  • Der Motor 210 mit variablem Hubraum kann Ansaugluft über eine Ansaugpassage 142 empfangen, die mit einem verzweigten Ansaugkrümmer 44A, 44B kommuniziert. Insbesondere empfängt die erste Motorbank 14A Ansaugluft von der Ansaugpassage 142 über den ersten Ansaugkrümmer 44A, während die zweite Motorbank 14B Ansaugluft von der Ansaugpassage 142 über den zweiten Ansaugkrümmer 44B empfängt. Während die Motorbänke 14A, 14B mit unterschiedlichen Ansaugkrümmern gezeigt sind, versteht sich, dass sie sich bei alternativen Ausführungsformen einen gemeinsamen Ansaugkrümmer oder einen Abschnitt eines Ansaugkrümmers teilen können. Die den Zylindern des Motors zugeführte Luftmenge kann durch Justieren der Position der Drossel 62 gesteuert werden. Außerdem kann eine jeder Gruppe von Zylindern auf den spezifischen Bänken zugeführte Luftmenge durch Variieren einer Ansaugventilsteuerung eines oder mehrerer, an die Zylinder gekoppelten Ansaugventile justiert werden.
  • Unter Bezugnahme auf 2A werden in den Zylindern der ersten Motorbank 14A erzeugte Verbrennungsprodukte zu einem oder mehreren Abgaskatalysatoren im ersten Abgaskrümmer 48A gelenkt, wo die Verbrennungsprodukte behandelt werden, bevor sie zur Atmosphäre abgeleitet werden. Eine erste Abgasreinigungseinrichtung 70A ist an den ersten Abgaskrümmer 48A gekoppelt. Die erste Abgasreinigungseinrichtung 70A kann einen oder mehrere Abgaskatalysatoren wie etwa einen motornahen Katalysator enthalten. Beispielsweise kann der motornahe Katalysator in der Abgasreinigungseinrichtung 70A ein Dreiwegekatalysator sein. In der ersten Motorbank 14A erzeugtes Abgas wird in der Abgasreinigungseinrichtung 70A behandelt, bevor es zu der ersten Unterboden-Abgasreinigungseinrichtung 80A gelenkt wird. Die erste Unterboden-Abgasreinigungseinrichtung 80A kann einen ersten Unterboden-Abgaskatalysator 82A und einen zweiten Unterboden-Abgaskatalysator 84A enthalten. Insbesondere können der erste Unterbodenkatalysator 82A und der zweite Unterbodenkatalysator 84A in einem Kontakt mit gemeinsamen Flächen miteinander in die Unterboden-Abgasreinigungseinrichtung 80A integriert sein. Beispielsweise enthält der erste Unterboden-Abgaskatalysator 82A einen SCR-Katalysator, der für eine selektive katalytische Reduktion konfiguriert ist, wobei NOx-Spezies unter Einsatz von Ammoniak zu Stickstoff reduziert werden. Beispielsweise enthält der zweite Unterboden-Abgaskatalysator 84A einen Dreiwegekatalysator. Der erste Unterboden-Abgaskatalysator 82A ist (in Richtung des Abgasstroms) vor dem zweiten Unterboden-Abgaskatalysator 84A in der Unterboden-Abgasreinigungseinrichtung 80A positioniert, aber hinter einem (in der Abgasreinigungseinrichtung 70A enthaltenen) dritten, motornahen Abgaskatalysator.
  • Abgas, das bei Durchgang durch die erste Abgasreinigungseinrichtung 70A und die erste Unterboden-Abgasreinigungseinrichtung 80A behandelt wird, wird dann entlang des ersten Abgaskrümmers 48A zu einer Abgasverzweigung 55 gelenkt. Von dort kann das Abgas über die gemeinsame Abgaspassage 50 zur Atmosphäre gelenkt werden.
  • In den Zylindern der zweiten Motorbank 14B erzeugte Verbrennungsprodukte werden über den zweiten Abgaskrümmer 48B zur Atmosphäre ausgestoßen. Eine zweite Abgasreinigungseinrichtung 70B ist an den zweiten Abgaskrümmer 48B gekoppelt. Die zweite Abgasreinigungseinrichtung 70B kann einen oder mehrere Abgaskatalysatoren enthalten, wie etwa einen motornahen Katalysator. Beispielsweise kann es sich bei dem motornahen Katalysator in der Abgasreinigungseinrichtung 70A um einen Dreiwegekatalysator handeln. In der zweiten Motorbank 14B erzeugtes Abgas wird in der Abgasreinigungseinrichtung 70B behandelt, bevor es zu der zweiten Unterboden-Abgasreinigungseinrichtung 80B gelenkt wird. Die zweite Unterboden-Abgasreinigungseinrichtung 80B kann auch einen ersten Unterboden-Abgaskatalysator 82B und einen zweiten Unterboden-Abgaskatalysator 84B enthalten. Insbesondere können der erste Unterbodenkatalysator 82B und der zweite Unterbodenkatalysator 84B in einem Kontakt mit gemeinsamen Flächen miteinander in die Unterboden-Abgasreinigungseinrichtung 80B integriert sein. Beispielsweise enthält der erste Unterboden-Abgaskatalysator 82 einen SCR-Katalysator, während der zweite Unterboden-Abgaskatalysator 84B einen Dreiwegekatalysator enthält. Der zweite Unterboden-Abgaskatalysator 82B ist (in Richtung des Abgasstroms) vor dem zweiten Unterboden-Abgaskatalysator 84B in der Unterboden-Abgasreinigungseinrichtung 80B positioniert, aber hinter einem (in der Abgasreinigungseinrichtung 70B) enthaltenen dritten motornahen Abgaskatalysator.
  • Während die Ausführungsform von 2A jede Motorbank an jeweilige Unterboden-Abgasreinigungseinrichtungen gekoppelt zeigt, ist bei alternativen Ausführungsformen, wie etwa bei 2B gezeigt, jede Motorbank an jeweilige Abgasreinigungseinrichtungen 70A, 70B gekoppelt, aber an eine gemeinsame Unterboden-Abgasreinigungseinrichtung 80. Bei der in 2B dargestellten Ausführungsform 250 ist die gemeinsame Unterboden-Abgasreinigungseinrichtung 80 hinter der Abgasverzweigung 55 und der gemeinsamen Abgaspassage 55 positioniert. Die gemeinsame Unterboden-Abgasreinigungseinrichtung 80 ist (in Richtung des Abgasstroms) mit dem vor dem zweiten Unterboden-Abgaskatalysator 84 positionierten und integrierbar damit gekoppelten ersten Unterboden-Abgaskatalysator 82 in der Unterboden-Abgasreinigungseinrichtung 80 gezeigt.
  • Verschiedene Kraftstoff-Luft-Verhältnis-Sensoren können an den Motor 210 gekoppelt sein. Beispielsweise kann ein erster Kraftstoff-Luft-Verhältnis-Sensor 72 hinter der ersten Abgasreinigungseinrichtung 70A an den ersten Abgaskrümmer 48A der ersten Motorbank 14A gekoppelt sein, während ein zweiter Kraftstoff-Luft-Verhältnis-Sensor 74 hinter der zweiten Abgasreinigungseinrichtung 70B an den zweiten Abgaskrümmer 48B der zweiten Motorbank 14B gekoppelt ist. Bei weiteren Ausführungsformen können zusätzliche Kraftstoff-Luft-Verhältnis-Sensoren vor den Abgasreinigungseinrichtungen gekoppelt sein, wie etwa ein vor der ersten Abgasreinigungseinrichtung 70A gekoppelter erster vorgeschalteter Kraftstoff-Luft-Verhältnis-Sensor 71A und ein vor der zweiten Abgasreinigungseinrichtung 70B gekoppelter zweiter vorgeschalteter Kraftstoff-Luft-Verhältnis-Sensor 71B. Noch weitere Kraftstoff-Luft-Verhältnis-Sensoren können enthalten sein, beispielsweise an die Unterboden-Abgasreinigungseinrichtung(en) gekoppelt. Wie in 3 ausgeführt, können die Kraftstoff-Luft-Verhältnis-Sensoren Sauerstoffsensoren wie etwa EGO-, HEGO- oder UEGO-Sensoren enthalten. Beispielsweise kann es sich bei den hinter den Abgasreinigungseinrichtungen 70A, 70B gekoppelten nachgeschalteten Kraftstoff-Luft-Verhältnis-Sensoren 72, 74 um HEGO-Sensoren handeln, die zur Katalysatorüberwachung verwendet werden, während die vor den Abgasreinigungseinrichtungen 70A, 70B gekoppelten vorgeschalteten Kraftstoff-Luft-Verhältnis-Sensoren 71A, 71B UEGO-Sensoren sind, die für die Motorsteuerung verwendet werden.
  • Ein oder mehrere Motorzylinder können während ausgewählter Motorbetriebsbedingungen selektiv deaktiviert werden. Beispielsweise können während niedriger Motorlasten ein oder mehrere Zylinder einer gewählten Motorbank selektiv deaktiviert werden. Dies kann das Deaktivieren von Kraftstoff und Zündung in der gewählten Motorbank beinhalten. Außerdem kann eine Ansaug- und/oder Abgasventilsteuerung justiert werden, so dass im Wesentlichen keine Luft durch die inaktive Motorbank gepumpt wird, während Luft weiterhin durch die aktive Motorbank strömt. Bei einigen Ausführungsformen können bei den deaktivierten Zylindern Zylinderventile während eines oder mehrerer Motorzyklen geschlossen gehalten werden, wobei die Zylinderventile über hydraulisch betätigte Stößel oder über einen Nockenprofilumschaltungsmechanismus (CPS – Cam Profile Switching) deaktiviert werden, wo eine Nockenerhebung ohne Hub für deaktivierte Ventile verwendet wird. Beispielsweise kann ein Motorcontroller alle Zylinder einer gegebenen Motorbank (entweder 14A oder 14B) während einer Verschiebung zu einem VDE-Modus selektiv deaktivieren und dann die Zylinder während einer Verschiebung zurück zu einem Nicht-VDE-Modus reaktivieren.
  • Durch das selektive Deaktivieren von Motorzylindern während niedriger Motorlastbedingungen werden Motorpumpverluste und Reibungsverluste reduziert und die Kraftstoffökonomie wird verbessert. Es ergeben sich jedoch eindeutige Emissionsherausforderungen. Beispielsweise wird während des Nicht-VDE- oder stöchiometrischen Motorbetriebs unter den geringfügig fetten Bedingungen (die in der Regel für eine Regelung verwendet werden,) durch den motornahen Dreiwegekatalysator Ammoniak erzeugt. Dabei wird die Einspritzung von Kraftstoff und Reduktionsmittel vor dem motornahen Katalysator auf der Basis eines hinter dem motornahen Katalysator geschätzten Kraftstoff-Luft-Verhältnisses im Abgas justiert, um das Kraftstoff-Luft-Verhältnis auf oder um stöchiometrisch (z. B. geringfügig unterstöchiometrisch) zu halten, während Ammoniak für das Reduzieren von NOx-Abgasspezies erzeugt wird. Bei Fehlen eines Unterboden-SCR-Katalysators kann dieses Ammoniak aufgrund der kühleren Abgastemperaturen an diesem Ort in dem Unterboden-Dreiwegekatalysator gespeichert werden. Während eines Einsetzens des VDE-Modus tritt reine Luft durch eine Bank des Motors hindurch und der Unterboden-Dreiwegekatalysator kann das Ammoniak zu NOx-Spezies und N2O oxidieren, wobei der Sauerstoff aus der frischen Luft verwendet wird. Außerdem wird während des Magerbetriebs (das heißt der VDE-Arbeitsmodus) der Dreiwegekatalysator oxidiert, was seine Fähigkeit zum Reduzieren von NOx-Spezies bei Rückkehr zu einem Nicht-VDE-/stöchiometrischen Motorbetrieb herabsetzt. Insbesondere kann der Dreiwegekatalysator die NOx-Spezies erst dann reduzieren, wenn der Dreiwegekatalysator ausreichend reduziert und regeneriert worden ist. Um die Dauer dieser verlorengegangenen Dreiwegekatalysatorfunktion zu minimieren, kann nach dem Verlassen eines VDE-Modus eine signifikante Anreicherung verwendet werden, um den Dreiwegekatalysator schnell zu reduzieren. Diese Anreicherung fügt nicht nur einen Kraftstoffmehrverbrauch hinzu, sondern generiert auch zusätzlichen Ammoniak. Das zusätzliche Ammoniak erfordert, dass der Wiedereintritt in einen VDE-Modus verzögert wird, um das Abführen des Ammoniaks zu gestatten, ansonsten würde das zurückbleibende Ammoniak zu NOx und N2O oxidiert werden.
  • Hierbei behandelt die spezifische Konfiguration eines vor dem Dreiwegekatalysator in der Unterboden-Abgasreinigungseinrichtung integrierten SCR-Katalysators mindestens einige dieser Probleme. Insbesondere ermöglicht die spezifische Position des SCR-Katalysators hinter dem motornahen Dreiwegekatalysator, aber vor dem Unterboden-Dreiwegekatalysator, dass der SCR-Katalysator das durch den motornahen Dreiwegekatalysator erzeugte Ammoniak speichert und die Speicherung von Ammoniak in dem Unterboden-Dreiwegekatalysator reduziert. Sie reduziert auch die Oxidation des Ammoniaks zu NOx und N2O durch den Unterboden-Dreiwegekatalysator bei Eintritt in den VDE-Modus (Magerbetrieb). Außerdem kann, wie bei den 5A– B ausgeführt, der SCR-Katalysator das gespeicherte Ammoniak zum Reduzieren von NOx bei Rückkehr zum Nicht-VDE-Modus/stöchiometrischen Motorbetrieb verwenden. Dies liefert ausreichend Zeit, damit stöchiometrisches Abgas (oder unterstöchiometrisches Abgas) den motornahen Dreiwegekatalysator reduziert. Wie auch in den 5A–5B ausgeführt, kann ein Motorcontroller ein Kraftstoff-Luft-Verhältnis im Verbrennungsabgas während der Zylinderreaktivierung auf der Basis einer zur Zeit der Reaktivierung in dem SCR-Katalysator gespeicherten Ammoniakmenge justieren. Das Kraftstoff-Luft-Verhältnis der Verbrennung kann auch auf einer Änderung bei der in dem SCR-Katalysator gespeicherten Ammoniakmenge basieren, die während einer selektiven Zylinderdeaktivierung unmittelbar vor der Zylinderreaktivierung auftritt. Ohne Ammoniak in dem SCR-Katalysator kann das Kraftstoff-Luft-Verhältnis der Verbrennung bei Zylinderreaktivierung stärker nach unterstöchiometrisch verschoben werden für eine Dauer mindestens bis zur vollständigen Regenerierung des motornahen Dreiwegekatalysators. Auf diese Weise können die Regenerierungsanforderungen für den motornahen Katalysator in Abhängigkeit davon reduziert werden, wie viel Ammoniak in dem SCR-Katalysator gespeichert ist. Durch Speichern von Ammoniak in dem vorgeschalteten Unterboden-SCR-Katalysator während der vorausgegangenen Zylinderdeaktivierung wird der durch die Regenerierung des motornahen Dreiwegekatalysators entstandene Kraftstoffmehrverbrauch reduziert, wodurch die Kraftstoffökonomie verbessert wird, während auch NOx-Emissionsanforderungen erfüllt werden.
  • 3 ist ein Schemadiagramm, das einen Zylinder eines Mehrzylindermotors 310 zeigt, der in einem Antriebssystem eines Kraftfahrzeugs enthalten sein kann. Der Motor 310 kann ein Motor mit variablem Hub sein, wie etwa der Motor 210 der 2A–B, und/oder kann so konfiguriert sein, dass er als Reaktion auf Leerlaufabschaltungsbedingungen selektiv aktiviert wird, wie etwa der Motor 10 von 1. Der Motor 10 kann mindestens teilweise durch ein Steuersystem, das den Controller 12 enthält, und durch Eingabe von einem Fahrzeugbetreiber 132 über eine Eingabeeinrichtung gesteuert werden. Beispielsweise beinhaltet die Eingabeeinrichtung ein Fahrpedal 130 und einen Pedalpositionssensor 134 zum Generieren eines proportionalen Pedalpositionssignals PP.
  • Die Brennkammer 30 des Motors 10 kann Zylinderwände 32 mit einem darin positionierten Kolben 36 enthalten. Der Kolben 36 kann an eine Kurbelwelle 40 gekoppelt sein, so dass eine Pendelbewegung des Kolbens in eine Drehbewegung der Kurbelwelle umgesetzt wird. Die Kurbelwelle 40 kann an mindestens ein Antriebsrad eines Fahrzeugs über ein dazwischengeschaltetes Getriebesystem gekoppelt sein. Weiterhin kann ein Anlassermotor über ein Schwungrad an die Kurbelwelle 40 gekoppelt sein, um einen Anlassbetrieb des Motors 10 zu ermöglichen.
  • Die Brennkammer 30 kann Ansaugluft vom Ansaugkrümmer 144 über eine Ansaugpassage 142 empfangen und kann Verbrennungsabgase über die Abgaspassage 148 ausstoßen. Der Ansaugkrümmer 144 und die Abgaspassage 148 können über ein jeweiliges Ansaugventil 52 und Abgasventil 54 selektiv mit der Brennkammer 30 kommunizieren. Bei einigen Ausführungsformen kann die Brennkammer 30 zwei oder mehr Ansaugventile und/oder zwei oder mehr Abgasventile enthalten. Die Auspuffnockenwelle 53 betätigt das Abgasventil 54 gemäß des Profils eines entlang der Länge der Auspuffnockenwelle angeordneten Nockens. Die Ansaugnockenwelle 51 betätigt das Ansaugventil 52 gemäß des Profils eines entlang der Länge der Nockenwelle angeordneten Nockens. Ein Auspuffnockenpositionssensor 57 und ein Ansaugnockenpositionssensor 155 übertragen jeweilige Nockenwellenpositionen an den Controller 12.
  • Eine Kraftstoffeinspritzdüse 66 ist direkt an die Brennkammer 30 gekoppelt gezeigt, um Kraftstoff proportional zu der Impulsbreite des über einen elektronischen Treiber 68 vom Controller 12 empfangenen Signals FPW direkt einzuspritzen. Auf diese Weise stellt die Kraftstoffeinspritzdüse 66 was als Direkteinspritzung von Kraftstoff in die Brennkammer 30 bekannt ist bereit. Die Kraftstoffeinspritzdüse kann beispielsweise in der Seite der Brennkammer oder in der Oberseite der Brennkammer montiert sein. Kraftstoff kann an die Kraftstoffeinspritzdüse 66 über ein nichtgezeigtes Kraftstoffsystem geliefert werden, das einen Kraftstofftank, eine Kraftstoffpumpe und eine Kraftstoffleitung enthält. Bei einigen Ausführungsformen kann die Brennkammer 30 alternativ oder zusätzlich eine Kraftstoffeinspritzdüse enthalten, die im Ansaugkrümmer 144 in einer Konfiguration angeordnet ist, die bereitstellt, was als Saugrohreinspritzung in den Einlasskanal vor der Brennkammer 30 bekannt ist.
  • Die Ansaugpassage 142 kann eine Drossel 62 mit einer Drosselplatte 64 enthalten. Bei diesem bestimmten Beispiel kann die Position der Drosselplatte 64 durch den Controller 12 über ein Signal variiert werden, das an einen mit der Drossel 62 enthaltenen Elektromotor oder Aktuator geliefert wird, eine Konfiguration, die üblicherweise als elektronische Drosselklappe (ETC – Electronic Throttle Control) bekannt ist. Auf diese Weise kann die Drossel 62 so betätigt werden, dass sie die an die Brennkammer 30 unter anderen Motorzylindern gelieferte Ansaugluft variiert. Die Position der Drosselplatte 64 kann durch ein Drosselpositionssignal TP an den Controller 12 geliefert werden. Die Ansaugpassage 142 kann einen Luftmassensensor 120 und einen Einlasskrümmerdrucksensor 122 zum Liefern entsprechender Signale MAF und MAP an den Controller 12 enthalten.
  • Das Zündsystem 88 kann unter gewählten Arbeitsmodi als Reaktion auf ein Zündverstellungssignal SA vom Controller 12 über eine Zündkerze 92 einen Zündfunken an die Brennkammer 30 liefern. Obwohl Fremdzündungskomponenten gezeigt sind, können die Brennkammer 30 oder eine oder mehrere andere Brennkammern des Motors 10 bei einigen Ausführungsformen in einem Verdichtungszündungsmodus mit oder ohne Zündfunken betrieben werden.
  • Ein Abgassensor 126 ist an eine Abgaspassage 48 vor der Abgasreinigungseinrichtung 70 gekoppelt gezeigt. Bei dem Sensor 126 kann es sich um einen beliebigen geeigneten Sensor zum Liefern einer Anzeige über das Kraftstoff-Luft-Verhältnis im Abgas handeln, wie etwa eine lineare Sauerstoffsonde oder eine UEGO-Sonde (Universal or Wide-Range Exhaust Gas Oxygen – Breitbandsonde für Sauerstoff), eine Zweizustand-Sauerstoffsonde oder eine EGO-Sonde (Exhaust Gas Oxygen – Abgassauerstoff), eine HEGO-Sonde (Heated EGO – beheizte EGO), eine NOx-, HC- oder CO-Sonde. Die Abgasreinigungseinrichtung 70 ist entlang der Abgaspassage 48 hinter dem Abgassensor 126 angeordnet gezeigt. Bei der Einrichtung 70 kann es sich um einen Dreiwegekatalysator (TWC – Three Way Catalyst) eine NOx-Falle, um verschiedene andere Abgasreinigungseinrichtungen oder Kombinationen davon handeln. Bei einigen Ausführungsformen kann die Abgasreinigungseinrichtung 70 während des Betriebs des Motors 10 periodisch zurückgesetzt werden, indem mindestens ein Zylinder des Motors mit einem bestimmten Kraftstoff-Luft-Verhältnis betrieben wird.
  • Der Controller 12 ist in 3 als ein Mikrocomputer gezeigt, der eine Mikroprozessoreinheit 102, Eingangs-/Ausgangsports 104, ein elektronisches Speichermedium für ausführbare Programme und Kalibrierungswerte, in diesem bestimmen Beispiel als ein Festwertspeicher 106 gezeigt, einen Direktzugriffsspeicher 108, einen Arbeitsspeicher 110 und einen Datenbus enthält. Der Controller 12 kann verschiedene Signale von an den Motor 10 gekoppelten Sensoren zusätzlich zu jenen bereits erörterten Signalen einschließlich Messung des angesaugten Luftmassenstroms (MAF – Mass Air Flow) von dem Luftmassenmesser 120; Motorkühlmitteltemperatur (ECT – Engine Coolant Temperature) von einem an eine Kühlmuffe 114 gekoppelten Temperatursensor 112; Fahrzeugbremse 121, ein Zündungsprofil-Aufnehmer-Signal (PIP – Profile Ignition Pickup) von einem an die Kurbelwelle 40 gekoppelten Hall-Effekt-Sensor 118 (oder einem anderen Typ); Drosselposition (TP – Throttle Position) von einem Drosselpositionssensor; und Krümmerabsolutdrucksignal, (MAP – Absolute Mannifold Pressur) vom Krümmerdrucksensor 122. Ein Motordrehzahlsignal, RPM, kann durch den Controller 12 aus dem Signal PIP generiert werden. Das Krümmerdrucksignal MAP von einem Krümmerdrucksensor kann zum Liefern einer Anzeige über Unterdruck oder Druck im Ansaugkrümmer verwendet werden. Man beachte, dass verschiedene Kombinationen der obigen Sensoren verwendet werden können, wie etwa ein MAF-Sensor ohne einen MAP-Sensor oder umgekehrt. Beispielsweise kann ein Sensor 118, der auch als Motordrehzahlsensor verwendet wird, bei jeder Umdrehung der Kurbelwelle eine vorbestimmte Anzahl von gleichmäßig beabstandeten Impulsen erzeugen.
  • Das Speichermedium Festwertspeicher 106 kann mit computerlesbaren Daten programmiert werden, die Anweisungen darstellen, die von der Mikroprozessoreinheit 102 ausgeführt werden können, um die unten beschriebenen Verfahren sowie andere Varianten auszuführen, die antizipiert werden, aber nicht spezifisch aufgeführt sind.
  • Der Controller 12 empfängt auch Signale von einem nichtgezeigten Getriebe und liefert Steuersignale dorthin. Getriebesignale können unter anderem Getriebeeingabe- und -ausgabedrehzahlen, Signale zum Regeln des Getriebeleitungsdrucks (z. B. an Getriebekupplungen gelieferter Fluiddruck) und Signale zum Steuern des an Kupplungen gelieferten Drucks zum Betätigen von Getriebegängen beinhalten.
  • Wie oben beschrieben, zeigt 3 nur einen Zylinder eines Mehrzylindermotors und dass jeder Zylinder analog seinen eigenen Satz an Ansaug-/Abgasventilen, Kraftstoffeinspritzdüse, Zündkerze usw. enthalten kann.
  • Nunmehr unter Bezugnahme auf die 4A–B zeigt das Verfahren 400 beispielhaft eine Routine zum Einstellen der Abgaskatalysatorregenerierung auf der Basis eines Motorleerlaufabschaltungsbetriebs. Das Verfahren ermöglicht insbesondere das Speichern von Ammoniak in einem ersten Abgaskatalysator, wenn der Motor läuft, so dass das gespeicherte Ammoniak während eines nachfolgenden Motorneustarts aus der Leerlaufabschaltung heraus verwendet werden kann und eine Regenerierungsanforderung eines dritten motornahen Abgaskatalysators beim Neustart reduziert werden kann. Außerdem kann die Regenerierungsanforderung des zweiten Abgaskatalysators beim Neustart reduziert werden.
  • Bei 402 beinhaltet das Verfahren das Schätzen und/oder Messen von Fahrzeug- und Motorbetriebsbedingungen. Zu diesen können beispielsweise Fahrzeuggeschwindigkeit, Motordrehzahl, Ladezustand einer Systembatterie, Umgebungstemperatur und -druck, Motortemperatur, Kurbelwellendrehzahl, Getriebedrehzahl, verfügbare Kraftstoffe, Kraftstoffalkoholgehalt usw. zählen. Bei 404 kann bestimmt werden, ob die Leerlaufabschaltbedingungen erfüllt worden sind. Zu den Leerlaufabschaltbedingungen können beispielsweise der Motor zählen, der arbeitet (z. B. eine Verbrennung ausführt), dass der Batterieladezustand über einem Schwellwert (z. B. über 30%) liegt, dass die Fahrzeuggeschwindigkeit unter einem Schwellwert liegt (z. B. höchstens 30 mph), dass keine Anforderung für eine Klimatisierung gestellt wird, dass die Motortemperatur (wie beispielsweise aus einer Motorkühlmitteltemperatur geschlossen) über einem Schwellwert liegt, dass von dem Fahrzeugfahrer kein Start angefordert wird, dass vom Fahrer angefordertes Drehmoment unter einem Schwellwert liegt, Bremspedale gedrückt werden usw.
  • Falls beliebige oder alle der Leerlaufabschaltungsbedingungen erfüllt sind, kann der Controller bei 406 dann eine automatische Motorleerlaufabschaltungsoperation ausführen und den Motor als Reaktion auf die Leerlaufabschaltung selektiv deaktivieren. Dies kann das Abschalten der Kraftstoffeinspritzung und/oder Fremdzündung für den Motor beinhalten. Beispielsweise können selektiv deaktivierbare Kraftstoffeinspritzdüsen eines gewählten Zylinders deaktiviert werden und die Fremdzündung zu den gewählten Zylindern kann unterbrochen werden. Nach der Deaktivierung kann der Motor mit dem Herunterdrehen zum Stillstand beginnen.
  • Falls die Leerlaufabschaltungsbedingungen nicht erfüllt sind, kann der Motor bei 405 weiter arbeiten und wird nicht abgestellt. Während der Motor weiterhin läuft, beinhaltet das Verfahren insbesondere das Strömen von Abgas durch einen ersten vorgeschalteten Abgaskatalysator und dann einen zweiten nachgeschalteten Abgaskatalysator einer Unterboden-Abgasreinigungseinrichtung, um mindestens einen Teil des Ammoniaks im ersten Katalysator zu speichern. So kann der erste Abgaskatalysator ein erster SCR-Katalysator sein, der (in Richtung des Abgasstroms) vor einem zweiten Dreiwege-Abgaskatalysator in der Unterboden-Abgasreinigungseinrichtung positioniert und darin integriert ist. Insbesondere kann der erste SCR-Katalysator in einer Brick-Anordnung mit gemeinsamen Flächen an den zweiten Katalysator derart gekoppelt sein, dass eine äußere Fläche des ersten Katalysatorbricks (d. h. eine Fläche des ersten Bricks, über die Abgas den ersten Katalysator verlässt) sich in einem Kontakt Fläche an Fläche mit einer inneren Fläche des zweiten Katalysatorbricks (d. h. einer Fläche des zweiten Bricks, über die Abgas den zweiten Katalysator verlässt) befindet.
  • Während die Routine das Deaktivieren des Motors als Reaktion auf die Motorleerlaufabschaltbedingungen darstellt, kann bei einer alternativen Ausführungsform bestimmt werden, ob von dem Fahrzeugbetreiber eine Abschaltanforderung empfangen worden ist. Beispielsweise kann eine Abschaltanforderung von dem Fahrzeugbetreiber als Reaktion darauf bestätigt werden, dass eine Fahrzeugzündung in eine Schlüssel-Aus-Position bewegt wird. Falls eine vom Betreiber angeforderte Abschaltung empfangen wird, kann der Motor analog deaktiviert werden, indem der Kraftstoff und/oder der Funken zu den Motorzylindern abgestellt werden, und der Motor kann langsam zum Stillstand herunterfahren.
  • Bei 408 kann eine in einem ersten Abgaskatalysator des Motorsystems gespeicherte Ammoniakmenge geschätzt werden. Wie unter Bezugnahme auf 6 ausgeführt, kann die in dem ersten Katalysator gespeicherte Ammoniakmenge von verschiedenen Faktoren abhängen, die dazu beitragen, dass Ammoniak erzeugt und in dem Katalysator gespeichert wird, sowie verschiedenen Faktoren, die dazu beitragen, dass Ammoniak von dem ersten Abgaskatalysator abgezogen wird (z. B. verbraucht oder abgeleitet). Zu diesen zählen zusätzlich zu der Temperatur, der Strömungsrate und dem Kraftstoff-Luft-Verhältnis des durch den ersten Katalysator strömenden Abgases Leerlaufabschaltungsparameter einschließlich einer Dauer der jüngsten oder unmittelbar vorausgegangenen Leerlaufabschaltung (oder erwarteten Dauer der Leerlaufabschaltung) und eine Häufigkeit der Leerlaufabschaltungsoperationen über einen Fahrzyklus (z. B. eine Anzahl von Leerlaufabschaltungsoperationen, die seit dem letzten Einschalten der Zündung durchgeführt wurden, oder eine Anzahl von Motorleerlaufabschaltungsereignissen, über eine Dauer des Fahrzeugbetriebs geschätzt).
  • Bei 410 kann der geschätzte Ammoniakgehalt in dem ersten Abgaskatalysator mit einem Schwellwert verglichen werden, und es kann bestimmt werden, ob der Ammoniakgehalt über dem Schwellwert liegt. Falls ja, kann der Controller bei 412 dann ein Fett-Regenerierungs-Flag aufheben. So muss der Controller während eines Motorneustarts aus der Leerlaufabschaltung möglicherweise den dritten motornahen Abgaskatalysator (mit einer höheren Priorität als der zweite Abgaskatalysator) regenerieren, so dass der Katalysator NOx-Abgasspezies reduzieren kann. Der Controller muss möglicherweise auch den zweiten Abgaskatalysator (mit einer niedrigeren Priorität als den dritten Dreiwegekatalysator) regenerieren. Ein erforderlicher Regenerierungsgrad kann jedoch durch die während des vorausgegangenen Magerbetriebs (hier die Leerlaufabschaltungsoperation) in dem ersten Abgaskatalysator gespeicherte Ammoniakmenge bestimmt werden. Je größer die Ammoniakmenge ist, die in dem ersten Katalysator gespeichert ist, umso geringer wird die Regenerierungsanforderung des motornahen Katalysators sein. Wie hier ausgeführt, kann der Controller die Regenerierung des dritten Katalysators (sowie des zweiten Katalysators) während eines Motorneustarts aus der Leerlaufabschaltung heraus auf der Basis des Ammoniakgehalts des ersten Abgaskatalysators justieren.
  • Insbesondere kann der Controller durch Aufheben des Fett-Regenerierungs-Flag bei 412 anzeigen, dass in dem ersten Abgaskatalysator ausreichend Ammoniak gespeichert ist, das während eines nachfolgenden Motorneustarts zum Reduzieren von Abgas-NOx verwendet werden kann, ohne den motornahen dritten Abgaskatalysator zu reduzieren oder zu regenerieren. Folglich ist möglicherweise kein zusätzlicher Kraftstoff erforderlich, um den dritten Abgaskatalysator zu regenerieren. Falls im Vergleich der Ammoniakgehalt unter dem Schwellwert liegt, dann beinhaltet die Routine bei 414 das Setzen eines Fett-Regenerierungs-Flag. Hierbei zeigt das Flag an, dass in dem ersten Abgaskatalysator unzureichend Ammoniak gespeichert ist, so dass der motornahe Dreiwege-Abgaskatalysator mit fettem Abgas regeneriert werden muss, um NOx-Emissionen während des Neustarts zu vermeiden. Falls so in dem SCR-Katalysator unzureichend Ammoniak gespeichert ist, ist eine fette Regenerierung erforderlich, um den motornahen Dreiwegekatalysator schnell zu reduzieren, um herabgesetzte NOx-Abgasemissionen zu vermeiden.
  • Nach dem Setzen des Fett-Regenerierungs-Flag bei 414 oder dem Aufheben des Fett-Regenerierungs-Flag bei 412 geht das Verfahren weiter zu 416, wo bestimmt wird, ob die Motorneustartbedingungen erfüllt worden sind. So können die Motorneustartbedingungen beispielsweise beinhalten, dass sich der Motor in einer Leerlaufabschaltung befindet (z. B. keine Verbrennung ausführt), dass der Batterieladezustand unter einem Schwellwert liegt (z. B. unter 30%), dass die Fahrzeuggeschwindigkeit über einem Schwellwert liegt, eine Anforderung nach Klimatisierung gestellt wird, die Motortemperatur unter einem Schwellwert liegt, die Abgasreinigungseinrichtungstemperatur unter einem Schwellwert liegt (z. B. unter einer Anspringtemperatur), ein vom Fahrer angefordertes Drehmoment über einem Schwellwert liegt, die Fahrzeugstromlast über einem Schwellwert liegt, Bremspedale freigegeben sind, das Fahrpedal gedrückt wird usw. Falls die Neustartbedingungen nicht erfüllt sind, kann der Motor bei 418 in dem Leerlaufabschaltungszustand gehalten werden.
  • Falls im Vergleich beliebige oder alle der Neustartbedingungen erfüllt sind, ohne dass durch den Fahrzeugbetreiber irgendein Neustart angefordert wird, kann der Motor bei 420 automatisch neu gestartet werden. Dies kann das Reaktivieren und Durchdrehen des Motors beinhalten. Beispielsweise kann der Motor mit Anlassermotorunterstützung durchgedreht werden. Außerdem können die Kraftstoffeinspritzung und die Fremdzündung zu den Motorzylindern wieder aufgenommen werden. Als Reaktion auf die automatische Reaktivierung kann die Motordrehzahl langsam zu steigen beginnen.
  • Wie oben erläutert, muss während des Motorneustarts möglicherweise mindestens der dritte motornahe Abgaskatalysator regeneriert werden, um während des Laufens des Motors eine katalytische Funktion und die Aufrechterhaltung von Abgasemissionen sicherzustellen. So kann das Regenerieren des dritten Abgaskatalysators während des Motorneustarts das Justieren einer Kraftstoffeinspritzung zu dem Motor, um ein unterstöchiometrisches Kraftstoff-Luft-Verhältnis im Abgas bereitzustellen, beinhalten, wobei ein Fettheitsgrad der Kraftstoffeinspritzung mindestens auf der auf dem ersten Katalysator gespeicherten Ammoniakmenge relativ zu der Schwellwertmenge als Reaktion auf die Anzeige des Setzens eines Fett-Regenerierungs-Flag basiert.
  • Falls die Neustartbedingungen bestätigt werden, kann der Controller somit bei 420 dann bestimmen, ob ein Fett-Regenerierungs-Flag zuvor gesetzt wurde. Das heißt, der Controller kann bestimmen, ob ein Fett-Regenerierungs-Flag, das eine Notwendigkeit für eine fette Regenerierung beim Motorstart aus der Leerlaufabschaltung heraus anzeigt, während der vorausgegangenen Motorleerlaufabschaltungsoperation bestätigt wurde. Falls ein Fett-Regenerierungs-Flag zuvor gesetzt wurde, dann beinhaltet das Verfahren bei 422 das Neustarten des Motors aus den Leerlaufabschaltungsbedingungen. Das Neustarten kann das Wiederaufnehmen der Fremdzündung und das Reaktivieren der Zylinderkraftstoffeinspritzdüsen beinhalten. Außerdem kann die Kraftstoffversorgung zu den Zylindern so justiert werden, dass ein Kraftstoff-Luft-Verhältnis im Abgas eine höhere fette Voreinstellung aufweist. Dies gestattet das Regenerieren des dritten Abgaskatalysators mit einer relativ höheren fetten Voreinstellung. So kann die höhere fette Voreinstellung das Betreiben des Motors mit einem unterstöchiometrischen Kraftstoff-Luft-Verhältnis beinhalten.
  • Falls im Vergleich zuvor kein Fett-Regenerierungs-Flag gesetzt wurde, dann beinhaltet das Verfahren bei 424 das Neustarten des Motors aus Leerlaufabschaltungsbedingungen heraus durch Wiederaufnehmen der Fremdzündung und das Reaktivieren der Zylinderkraftstoffeinspritzdüsen. Außerdem kann die Kraftstoffzufuhr zu den Zylindern so justiert werden, dass das Kraftstoff-Luft-Verhältnis im Abgas eine niedrigere fette Voreinstellung aufweist. Dies gestattet das Regenerieren des dritten Abgaskatalysators mit einer relativ niedrigeren fetten Voreinstellung, einschließlich des Betreibens des Motors mit einem stöchiometrischen oder geringfügig unterstöchiometrischen Kraftstoff-Luft-Verhältnis.
  • Das Justieren der Regenerierung als Reaktion auf das Regenerierungs-Flag und auf der Basis des Ammoniakgehalts des ersten Katalysators kann bei Zunahme des Ammoniakgehalts des ersten Katalysators über einen Schwellwert das Reduzieren eines Fettheitgrads der regenerierenden Kraftstoffeinspritzung beinhalten und bei Abnehmen des Ammoniakgehalts des ersten Katalysators unter den Schwellwert das Erhöhen eines Fettheitgrads der regenerierenden Kraftstoffeinspritzung beinhalten. Bei einigen Ausführungsformen kann die Justierung auch das Justieren einer Dauer der Regenerierung beinhalten. Beispielsweise kann der Controller bei Ansteigen des Ammoniakgehalts des ersten Katalysators über den Schwellwert eine Dauer des Regenerierens des zweiten Katalysators mit der fetten Kraftstoffeinspritzung reduzieren.
  • Hierbei kann durch Aufheben eines Fett-Regenerierungs-Flag als Reaktion darauf, dass der Ammoniakgehalt des ersten Abgaskatalysators über einer Schwellwertmenge liegt, ein zum Regenerieren eines dritten motornahen Abgaskatalysators während des Motorstarts aus der Leerlaufabschaltung heraus hervorgerufener Kraftstoffmehrverbrauch reduziert werden. Gleichermaßen kann der zum Regenerieren eines zweiten Abgaskatalysators während des Motorneustarts hervorgerufene Kraftstoffmehrverbrauch reduziert werden. Außerdem kann das gespeicherte Ammoniak vorteilhafterweise von dem ersten Abgaskatalysator verwendet werden, um NOx-Spezies zu reduzieren, wodurch NOx-Emissionen gesteuert werden, während der zweite und dritte Katalysator regeneriert werden.
  • Wieder unter Bezugnahme auf die 4A–B wird bei 422 und 424 der Motor mit einer fetten Katalysatorregenerierung mit höherer oder niedrigerer fetter Voreinstellung auf der Basis des gespeicherten Ammoniakgehalts des SCR-Katalysators neu gestartet, um den (dritten) motornahen Dreiwegekatalysator zu regenerieren. Von 422 und 424 geht die Routine weiter zu 430, wo bestimmt wird, ob der motornahe Dreiwegekatalysator (TWC) ausreichend regeneriert worden ist. Nach Bestätigung, dass der motornahe TWC regeneriert ist und für die NOx-Umwandlung aktiv ist, kann bei 432 bestimmt werden, ob der Fahrzeugbetreiber einen hohen Lastbetrieb anfordert. Beispielsweise wird ein hoher Lastbetrieb als Reaktion auf eine harte Beschleunigung bestätigt. Beispielsweise kann der Betreiber hart auf das Fahrpedal treten, und die Fahrpedalposition kann um eine Schwellwertstrecke bewegt werden. Falls eine hohe Lastanforderung bestätigt wird, beinhaltet die Routine dann bei 434 das aktive Regenerieren des zweiten Unterboden-Dreiwegekatalysators (TWC) mit einem zusätzlichen fetten Motorbetrieb. Das heißt, das Kraftstoff-Luft-Verhältnis kann unterstöchiometrisch justiert werden, um den Unterboden-TWC schnell zu reduzieren und ihn für die NOx-Umwandlung zu aktivieren. Dies gestattet, dass der Unterboden-TWC die NOx-Umwandlung des motornahen TWC ergänzt, so dass während eines Motorbetriebs mit hoher Last generiertes zusätzliches Abgas-NOx besser behandelt werden kann. Als nächstes bestimmt die Routine bei 436, ob der zweite Unterboden-TWC ausreichend regeneriert worden ist. Bei einer Bestätigung geht die Routine weiter zu 440, wo der Motorbetrieb zu einem Kraftstoff-Luft-Verhältnis zurückgeführt wird, das geringfügig unterstöchiometrisch ist (das heißt, eine geringfügig fette Voreinstellung). Falls bei 432 keine hohe Lastanforderung bestätigt wird, geht die Routine weiter zu 438, wo der zweite Unterboden-TWC nicht aktiv regeneriert wird. Stattdessen kehrt die Routine zu der regelmäßigen Regelung mit einer geringfügig fetten Voreinstellung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses zurück. Hierbei gestattet das geringfügig fett voreingestellte Abgas, dass der zweite Unterboden-Dreiwegekatalysator über die Zeit hinweg langsamer reduziert wird, während der motornahe TWC, der nun regeneriert ist und für die NOx-Umwandlung aktiv ist, das Abgas-NOx behandelt. Bei 440 setzt die Routine dann den geringfügig fett voreingestellten Motorbetrieb fort.
  • Beispielsweise enthält ein Motorsystem einen ersten Katalysator und einen zweiten Katalysator, die in eine an einen Abgaskrümmer des Motors gekoppelte Abgasreinigungseinrichtung integriert. Die integrierte Abgasreinigungseinrichtung kann eine Unterboden-Abgasreinigungseinrichtung sein. Sowohl der erste als auch der zweite Katalysator kann hinter einem dritten motornahen Abgaskatalysator positioniert sein. Während eines ersten Motorneustarts aus der Leerlaufabschaltung heraus kann ein Controller, wenn der Ammoniakgehalt eines ersten, vorgeschalteten Abgaskatalysators über einem Schwellwert liegt, den Motor durch Einspritzen von Kraftstoff mit einer ersten, niedrigeren fetten Voreinstellung betreiben, um den dritten Abgaskatalysator vor dem ersten Katalysator und möglicherweise den zweiten Abgaskatalysator hinter dem ersten Katalysator zu regenerieren. Im Vergleich dazu kann der Controller während eines zweiten Motorneustarts aus der Leerlaufabschaltung heraus, wenn der Ammoniakgehalt des ersten Abgaskatalysators unter dem Schwellwert liegt, den Motor durch Einspritzen durch Kraftstoff mit einer zweiten, höheren fetten Voreinstellung betreiben, um den zweiten Abgaskatalysator und den dritten Abgaskatalysator zu regenerieren. Hierbei basiert der Ammoniakgehalt des ersten Katalysators während jedes Motorneustarts mindestens auf der Dauer einer unmittelbar vorausgegangenen Leerlaufabschaltung. Außerdem kann der Ammoniakgehalt des ersten Katalysators weiterhin auf einer oder mehreren Motorbetriebsbedingungen basieren, die während des Laufens des Motors vor der Leerlaufabschaltung geschätzt werden. Zu der einen oder den mehreren Bedingungen können beispielsweise eine Abgastemperatur, eine Abgasströmungsrate, eine Motordrehzahl, eine Motorlast und das Kraftstoff-Luft-Verhältnis im Abgas zählen. So strömt während jedes Motorneustarts Abgas durch den dritten Katalysator, gefolgt vom ersten Katalysator und dann dem zweiten Katalysator, vor dem Austragen zur Atmosphäre. Dadurch kann das in dem dritten Katalysator generierte Ammoniak in dem ersten Katalysator anstatt dem zweiten Katalysator gespeichert werden. Insbesondere kann das erzeugte Ammoniak, wenn der erste Katalysator ein SCR-Katalysator ist und der zweite und dritte Katalysator Dreiwegekatalysatoren sind, in dem SCR-Katalysator gespeichert werden und der motornahe Dreiwegekatalysator kann vor unerwünschter Oxidation während des Motormagerbetriebs (der Leerlaufabscheidungsperiode) geschützt werden.
  • Beispielsweise umfasst ein Motorsystem einen Motor, der als Reaktion auf die Leerlaufabschaltbedingungen selektiv deaktiviert werden kann, und eine an einen Motorabgaskrümmer gekoppelte Abgasreinigungseinrichtung. Die Einrichtung enthält einen ersten, vorgeschalteten Katalysator in Kontakt mit gemeinsamen Flächen mit einem zweiten, nachgeschalteten Katalysator. Jeder der ersten und zweiten Katalysatoren kann hinter einem dritten motornahen Abgaskatalysator positioniert sein. Das Motorsystem enthält weiterhin ein Steuersystem mit computerlesbaren Anweisungen, um während eines Motorneustarts aus der Leerlaufabschaltung heraus die Kraftstoffeinspritzung mehr unterstöchiometrisch zu justieren, um mindestens den dritten Katalysator zu regenerieren (z. B. den zweiten und dritten Katalysator zu regenerieren), wobei ein Fettheitsgrad auf der Basis eines Ammoniakgehalts des ersten Katalysators justiert wird. Der Ammoniakgehalt des ersten Katalysators beim Motorneustart wird auf der Basis der Leerlaufabschaltung geschätzt, wobei der Ammoniakgehalt des ersten Katalysators beim Motorneustart mit zunehmender Dauer der Leerlaufabschaltung justiert (z. B. erhöht oder verringert) wird. Das Justieren beinhaltet, wenn der Ammoniakgehalt des ersten Katalysators abnimmt, das Erhöhen eines Fettheitsgrads der Kraftstoffeinspritzung. Der Ammoniakgehalt des ersten Katalysators beim Motorneustart kann weiter auf der Basis der Temperatur der Abgasreinigungseinrichtung geschätzt werden, wobei der Ammoniakgehalt mit abnehmender Temperatur unter einen Schwellwert sinkt. So kann der erste Katalysator ein SCR-Katalysator sein und kann einen höheren Ammoniakspeichergehalt als der zweite Katalysator aufweisen. Der Motorcontroller kann weiterhin Anweisungen enthalten, um vor dem Initiieren einer Motorleerlaufabschaltung das Justieren der Kraftstoffeinspritzung zum Motor mehr unterstöchiometrisch zu justieren, wobei ein Fettheitsgrad als Reaktion auf den Ammoniakgehalt des ersten Katalysators justiert wird, um den Ammoniakgehalt des ersten Katalysators über einer Schwellwertmenge zu halten.
  • So kann auf der Basis der Dauer der Leerlaufabschaltung ein Abkühlungsausmaß des ersten SCR-Katalysators variieren, was wiederum die Ammoniakspeicherkapazität des Katalysators beeinflusst. Beispielsweise kann das Abkühlen des SCR-Katalysators die Ammoniakspeicherkapazität des Katalysators erhöhen, bis eine Schwellwerttemperatur erreicht ist, die es gestattet, dass er mehr Ammoniak speichert. Falls Ammoniak in dem ersten Katalysator gespeichert wurde, kann somit bei fallender Temperatur des ersten Katalysators und Abstellen des Fahrzeugs gespeichertes Ammoniak in dem SCR-Katalysator verbleiben und bei dem nächsten Motorkaltstart zur Verfügung stehen. Wenn Abgas durch die Abgasreinigungseinrichtung strömt, führt es außerdem Wärme von den Katalysatoren ab, wodurch die Ammoniakspeicherkapazität des SCR-Katalysators erhöht werden kann. Wenn der Motor während der Leerlaufabschaltung abgestellt wird, kann die Temperatur des SCR-Katalysators dann vorübergehend ansteigen, was bewirkt, dass der SCR-Katalysator einen Teil des gespeicherten Ammoniaks zu Stickstoff oder NO oxidiert, wobei der in den 2 bis 3 Motorumdrehungen nach dem Abstellen des Kraftstoffs gepumpte Sauerstoff verwendet wird.
  • In Erwartung einer während eines Motorneustarts aus der Leerlaufabschaltung erforderlichen potentiellen Katalysatorregenerierung kann der Controller den ersten Abgaskatalysator vorladen, wobei Ammoniakverluste des ersten Katalysators berücksichtigt werden, die während der Leerlaufabschaltung aufgrund eines Luftstroms durch den Motor und aufgrund von Ammoniakoxidation und Ammoniakfreisetzung, durch Temperaturerhöhungen an der Abgasreinigungseinrichtung verursacht, auftreten können. Durch Vorladen des ersten Abgaskatalysators bei laufendem Motor und bevor mit einer Motorleerlaufabschaltung begonnen wird, kann der Controller möglicherweise nicht nur den zweiten Abgaskatalysator davor schützen, während der Leerlaufabschaltung mit Ammoniak geladen zu werden, sondern kann weiterhin die Regenerierungsanforderung des dritten motornahen Katalysators bei dem Neustart reduzieren, während die NOx-Emissionen unter Kontrolle gehalten werden.
  • Auf diese Weise können Probleme bezüglich der Abgaskatalysatorregenerierung und den Abgasemissionen, die während Leerlaufabschaltungsereignissen entstehen, besser behandelt werden. Durch Justieren eines Kraftstoff-Luft-Verhältnisses im Abgas, bevor eine Katalysatorregenerierung erforderlich ist, um einen Unterboden-SCR-Abgaskatalysator mit Ammoniak zu laden, kann die Ammoniakbeladung eines Unterboden-Dreiwegekatalysators reduziert werden. Durch Verwenden des gespeicherten Ammoniaks zum Reduzieren von NOx-Spezies während eines nachfolgenden Motorneustarts aus der Leerlaufabschaltung kann das Abgas-NOx durch den SCR-Katalysator behandelt werden, während ein vorgeschalteter motornaher Dreiwegekatalysator seine reduktive Fähigkeit wiederherstellt. Durch Verwenden des gespeicherten Ammoniaks während des nachfolgenden Motorneustarts aus der Leerlaufabschaltung heraus kann ein beim Regenerieren des motornahen Dreiwegekatalysators entstehender Kraftstoffmehrverbrauch reduziert werden.
  • Nunmehr unter Bezugnahme auf die 5A–B zeigt das Verfahren 500 beispielhaft eine Routine zum Justieren der Abgaskatalysatorregenerierung auf der Basis von selektiven Zylinderdeaktivierungsoperationen in einem VDE-Motor. Insbesondere ermöglicht das Verfahren das Speichern von Ammoniak in einem ersten Katalysator, wenn alle Motorzylinder aktiviert sind, so dass das gespeicherte Ammoniak während einer nachfolgenden Motorreaktivierung aus dem VDE-Modus verwendet werden kann und eine Regenerierungsanforderung eines dritten motornahen Abgaskatalysators vor dem ersten SCR-Katalysator und möglicherweise einem hinter dem SCR-Katalysator gekoppelten zweiten Unterboden-Abgaskatalysator bei dem Umschalten von dem VDE- in den Nicht-VDE-Modus reduziert werden kann.
  • Bei 502 beinhaltet das Verfahren das Schätzen und/oder Messen von Fahrzeug- und Motorbetriebsbedingungen. Zu diesen können beispielsweise Fahrzeuggeschwindigkeit, Motordrehzahl, Ladezustand einer Systembatterie, Umgebungstemperatur und -druck, Motortemperatur, Kurbelwellendrehzahl, Getriebedrehzahl, verfügbare Kraftstoffe, Kraftstoffalkoholgehalt usw. zählen.
  • Bei 504 kann der Motor so betrieben werden, dass alle Zylinder aktiviert sind und verbrennen. Wenngleich alle Motorzylinder laufen, kann verbranntes Abgas über eine Unterboden-Abgasreinigungseinrichtung strömen, bevor es zur Atmosphäre ausgetragen wird, um Ammoniak in einem ersten Abgaskatalysator der Abgasreinigungseinrichtung zu speichern. Der erste Abgaskatalysator kann vor einen zweiten Abgaskatalysator in der Abgasreinigungseinrichtung gekoppelt sein, wobei sich der zweite Katalysator in einem Kontakt mit gemeinsamen Flächen mit dem ersten Katalysator in der Unterboden-Abgasreinigungseinrichtung befindet und zusammen mit ihm integriert ist. Beispielsweise ist der erste Katalysator ein SCR-Katalysator, während der zweite Katalysator ein Dreiwegekatalysator ist. Außerdem kann jeder erste und zweite Katalysator in einem Motorabgaskrümmer hinter einem dritten motornahen Dreiwegekatalysator positioniert sein. Während alle Zylinder verbrennen, wird somit mindestens etwas Ammoniak in dem ersten Katalysator gespeichert. Durch Speichern des erzeugten Ammoniaks in dem ersten SCR-Katalysator kann die Ammoniakspeicherung in dem zweiten Katalysator reduziert werden. Wie unten erläutert, verhindert dies, dass der zweite Dreiwegekatalysator während des VDE-Modus Ammoniak zu NO oder N2O oxidiert und im Fall eines Verschiebens von dem VDE- zum Nicht-VDE-Modus oxidiert wird. Außerdem reduziert dies die NOx-Erzeugung in dem Dreiwegekatalysator während der Verschiebung (die durch Oxidation des in dem Dreiwegekatalysator gespeicherten Ammoniaks entstehen würde).
  • Bei einigen Ausführungsformen kann ein Controller, während der Motor läuft, wobei alle Zylinder aktiv sind, und vor einer etwaigen selektiven Deaktivierung von Motorzylindern, den Motor mit einem unterstöchiometrischen Kraftstoff-Luft-Verhältnis der Verbrennung für eine Dauer betreiben, um den Ammoniakgehalt in dem ersten Katalysator aktiv anzuheben. Beispielsweise kann die Zylinderverbrennung unterstöchiometrisch für eine Dauer erfolgen, bis der in dem ersten Abgaskatalysator gespeicherte Ammoniakgehalt über einer Schwellwertmenge liegt.
  • Bei 506 kann bestimmt werden, ob die Zylinderdeaktivierungsbedingungen erfüllt worden sind. Insbesondere kann die Routine auf der Basis der geschätzten Arbeitsbedingungen einen Motorarbeitsmodus (z. B. VDE oder Nicht-VDE) bestimmen. Beispielsweise können die Zylinderdeaktivierungsbedingungen bestätigt werden, wenn die Drehmomentnachfrage unter einem Schwellwert liegt. So kann die Routine enden, falls bei 506 die Zylinderdeaktivierungsbedingungen nicht erfüllt sind, wobei der Motor so arbeitet, dass alle Zylinder zünden.
  • Bei 508 kann eine im ersten Abgaskatalysator gespeicherte Ammoniakmenge geschätzt werden. So kann vor der Zylinderdeaktivierung, während alle Motorzylinder verbrennen, Ammoniak im ersten Abgaskatalysator gespeichert worden sein. Wie unter Bezugnahme auf 6 ausgeführt, kann die in dem ersten Katalysator gespeicherte Ammoniakmenge von verschiedenen Faktoren abhängen, die zu der Erzeugung und Speicherung von Ammoniak in dem Katalysator beitragen, sowie verschiedene Faktoren, die dazu beitragen, dass Ammoniak aus dem ersten Abgaskatalysator herausgezogen wird (z. B. verbraucht oder abgeleitet). Zu diesen zählen beispielsweise Temperatur, Strömungsrate und Kraftstoff-Luft-Verhältnis des durch den ersten Katalysator strömenden Abgases vor der Zylinderdeaktivierung.
  • Bei 510 kann der Controller eine durch die Zylinderdeaktivierung hervorgerufene geschätzte Kraftstoffökonomie mit einem durch die Regenerierung des zweiten Abgaskatalysators hervorgerufenen geschätzten Kraftstoffmehrverbrauch vergleichen. So reduziert eine Zylinderdeaktivierung bei niedrigen Motorlasten Motorpumpverluste und Reibungsverluste, was zu einer Reduktion beim Kraftstoffverbrauch führt. Der Controller kann eine Kraftstoffökonomie aus der VDE-Operation auf der Basis der erwarteten Reduktion bei den Pumpverlusten und Reibungsverlusten schätzen. Außerdem kann die Kraftstoffökonomieschätzung auf einer erwarteten Arbeitsdauer im VDE-Modus basieren. Der Motormagerbetrieb, der aus der Zylinderdeaktivierung resultiert, kann den dritten motornahen Abgaskatalysator oxidieren, der dann während der nachfolgenden Reaktivierung unter Verwendung einer fetten Kraftstoffeinspritzung regeneriert werden muss. Der Controller kann einen durch die fette Regenerierung hervorgerufenen Kraftstoffmehrverbrauch auf der Basis einer Dauer des VDE-Betriebs und einer Strömungsrate von Luft durch die deaktivierten Zylinder schätzen. Falls beispielsweise der Motor für eine kürzere Dauer in dem VDE-Modus betrieben wird, kann der bei der Regenerierung des motornahen Dreiwegekatalysators hervorgerufene Mehrverbrauch den während des VDE-Modus eingesparten Kraftstoff überwiegen. Zum Beispiel: Falls der Motor für eine längere Dauer im VDE-Modus betrieben wird, kann der während des VDE-Modus eingesparte Kraftstoff den bei der Regenerierung des motornahen Dreiwegekatalysators hervorgerufenen Mehrverbrauch überwiegen.
  • Bei 512 kann auf der Basis des Vergleichs bestimmt werden, ob ein Nettokraftstoffökonomievorteil vorliegt. Beispielsweise kann bestimmt werden, ob der Kraftstoff, von dem erwartet wird, dass er durch den Betrieb in dem VDE-Modus eingespart wird, mehr ist als der Kraftstoff, von dem erwartet wird, dass er verbraucht wird, wenn der motornahe Abgaskatalysator bei einem Wechsel zum Nicht-VDE-Modus regeneriert wird. Falls kein Nettokraftstoffökonomievorteil bestätigt wird, beinhaltet die Routine dann bei 514 das Nichtdurchführen einer Zylinderdeaktivierung (obwohl VDE-Bedingungen vorliegen). Hierbei kann bestimmt werden, dass beim Regenerieren des während eines VDE-Arbeitsmodus oxidierten motornahen Katalysators mehr Kraftstoff verbraucht würde, als Kraftstoff durch den Betrieb im VDE-Modus eingespart würde.
  • Falls ein Nettokraftstoffökonomievorteil bestätigt wird, beinhaltet die Routine bei 516 dann das reduktive Deaktivieren eines oder mehrerer gewählter Motorzylinder. Dies kann das selektive Deaktivieren von Kraftstoff zu dem einen oder mehreren gewählten Motorzylindern beinhalten, so dass in den Zylindern kein Kraftstoff verbrannt wird. Luft kann jedoch weiter durch die deaktivierten Zylinder strömen. Alternativ können auch die Ventile der Zylinder geschlossen werden, um die durch die deaktivierten Zylinder gelenkte Luftmenge zu reduzieren.
  • Bei 518 beinhaltet die Routine das Justieren des geschätzten gespeicherten Ammoniakgehalts des ersten Abgaskatalysators (wie zuvor bei 508 geschätzt) während der selektiven Deaktivierung auf der Basis selektiver Deaktivierungsparameter. Zu diesen können beispielsweise eine Dauer der selektiven Deaktivierung, eine Anzahl deaktivierter Zylinder (oder eine Anzahl verbleibender aktiver Zylinder und eine Änderung bei der Katalysatortemperatur aufgrund eines Luftstroms und mangels Verbrennung in den gewählten Zylindern während der Deaktivierung zählen. So kann eine Änderung des Ammoniakgehalts während der selektiven Deaktivierung auf der Basis mindestens einer Änderung der Temperatur des ersten Abgaskatalysators aufgrund der dort hindurch strömenden Luft auftreten. Insbesondere kann mit zunehmender Dauer und mit Anstieg der Abgasreinigungseinrichtung auf eine Temperatur von über 300°C (weil kein Abgas durch den Katalysator strömt, um Abgaswärme wegzuführen), der gespeicherte Ammoniakgehalt aufgrund der Oxidation des Ammoniaks und aufgrund der Freisetzung von gespeichertem Ammoniak aus dem Katalysator aufgrund eines Temperaturanstiegs an der Abgasreinigungseinrichtung abnehmen. Gleichermaßen wird während eines VDE-Betriebs weniger NH3 in dem SCR-Katalysator gespeichert, da keines erzeugt wird. Somit kann das Justieren des geschätzten gespeicherten Ammoniakgehalts das Abnehmen des in dem ersten Abgaskatalysator gespeicherten Ammoniakgehalts beinhalten, während die Temperatur des ersten Abgaskatalysators unter eine Schwellwerttemperatur sinkt. Falls die Temperatur des ersten Katalysators nach dem Abkühlen über die Leerlaufabschaltungsdauer über der Schwellwerttemperatur bleibt, kann der Katalysator eine vergrößerte Ammoniakspeicherkapazität aufweisen und es kann darauf mehr Ammoniak gespeichert werden. Außerdem kann der geschätzte Ammoniakgehalt abnehmen, um durch die Oxidation verursachte Ammoniakverluste zu kompensieren, falls die Temperatur des SCR-Katalysators über einer Temperatur liegt, bei der der Katalysator heiß genug ist, um gespeichertes Ammoniak zu NO und Stickstoff zu oxidieren.
  • Bei einigen Ausführungsformen kann sich der Ammoniakgehalt auch während der selektiven Deaktivierung auf der Basis der Verbrennungsbedingungen der aktiven Motorzylinder ändern. Beispielsweise können die aktiven Motorzylinder während der selektiven Deaktivierung, wenn sich der Motor in dem VDE-Modus befindet (mindestens für eine Dauer) unterstöchiometrisch betrieben werden, um die in dem ersten Abgaskatalysator gespeicherte Ammoniakmenge zu vergrößern. Hierbei kann der erste Katalysator in Erwartung der während des nachfolgenden Wechsels zurück zu einem Nicht-VDE-Modus erforderlichen Regenerierung des dritten (motornahen) Katalysators mit Ammoniak geladen werden. Außerdem kann der erste Katalysator in Erwartung von Regenerierungsanforderungen des zweiten Katalysators während hoher Lastbedingungen mit Ammoniak vorgeladen werden. Beispielsweise kann die Änderung beim Ammoniakgehalt eine Erhöhung bei der in dem ersten Abgaskatalysator gespeicherten Ammoniakmenge beinhalten, während das Kraftstoff-Luft-Verhältnis einer Zylinderverbrennung der aktiven Motorzylinder unterstöchiometrisch wird.
  • Es versteht sich, dass die Zunahme des Ammoniakgehalts, weil Nicht-VDE-Zylinder unterstöchiometrisch arbeiten, auf Ausführungsformen angewendet werden kann, bei denen die Motorbänke eine gemeinsame Unterboden-Abgasreinigungseinrichtung aufweisen, wie in 2B gezeigt, anstatt bei Ausführungsformen, bei denen die Motorbänke eigene Unterboden-Abgasreinigungseinrichtungen mit jeweiligen Unterboden-SCR-Katalysatoren aufweisen.
  • Als nächstes kann bei 520 bestimmt werden, ob die Zylinderreaktivierungsbedingungen erfüllt worden sind und ob der Motor in einen Nicht-VDE-Arbeitsmodus zurückwechseln kann/sollte. Die Zylinderreaktivierungsbedingungen können beispielsweise als Reaktion darauf bestätigt werden, dass eine Fahrerdrehmomentanfrage über einem Schwellwertpegel liegt (z. B. während eines Tip-In). Beispielsweise können die Zylinderreaktivierungsbedingungen bestätigt werden, nachdem der Motor für eine definierte Dauer mit Zylinderdeaktivierung (d. h. im VDE-Modus) betrieben worden ist. So kann der Motor in dem VDE-Modus weiter arbeiten, wobei ein oder mehrere Motorzylinder selektiv deaktiviert sind, bis die Motorreaktivierungsbedingungen erfüllt sind.
  • Bei Bestätigung der Reaktivierungsbedingungen kann bei 522 der justierte Ammoniakgehalt des ersten Katalysators abgerufen und mit einer Schwellwertmenge verglichen werden. So kann der Controller bei 524 und 526 die Motorzylinder reaktivieren und die Verbrennung in allen Zylindern mit einem auf der Basis des gespeicherten Ammoniakgehalts justierten Kraftstoff-Luft-Verhältnisses der Verbrennung wiederaufnehmen. Insbesondere kann bei 522 bestimmt werden, ob der justierte Ammoniakgehalt des ersten Abgaskatalysators über einer Schwellwertmenge liegt. Dies beinhaltet das bestimmen, ob der Ammoniakgehalt des ersten Abgaskatalysators, der anfänglich bei 508 geschätzt wurde und auf der Basis des VDE-Arbeitsmodus bei 518 weiter justiert wurde, über der Schwellwertmenge liegt. Falls ja, kann der Controller dann bei 524 den Motorzylinder reaktivieren, um den Motorbetrieb zurück zu dem Nicht-VDE-Modus zu schalten, wobei die Motorverbrennung auf ein Kraftstoff-Luft-Verhältnis mit einer niedrigeren fetten Voreinstellung justiert ist. Hierbei zeigt der höhere Ammoniakgehalt an, dass in dem ersten Abgaskatalysator ausreichend Ammoniak gespeichert ist, das während des Zurückschaltens zu dem Nicht-VDE-Modus verwendet werden kann, um das Abgas-NOx zu reduzieren. Bei der Rückkehr zu dem Nicht-VDE-Modus können der motornahe (dritte) TWC und der (zweite) Unterboden-TWC durch den Einsatz eines geringfügig fetten Abgases reduziert werden. Folglich ist möglicherweise kein zusätzlicher Kraftstoff erforderlich, um den dritten motornahen Abgaskatalysator zu regenerieren, und der Motor kann mit einer niedrigeren fetten Voreinstellung betrieben werden. Die niedrigere fette Voreinstellung kann das stöchiometrische oder geringfügig unterstöchiometrische Betreiben der Zylinder beinhalten.
  • Falls im Vergleich der justierte Ammoniakgehalt des ersten Abgaskatalysators unter dem Schwellwert liegt, kann der Controller bei 526 dann den Motorzylinder reaktivieren, um den Motorbetrieb zurück zu dem Nicht-VDE-Modus zu schalten, wobei die Motorverbrennung auf ein Kraftstoff-Luft-Verhältnis mit einer höheren fetten Voreinstellung justiert ist. Hierbei zeigt der niedrigere Ammoniakgehalt an, dass in dem ersten Abgaskatalysator unzureichend Ammoniak gespeichert ist, und zusätzlicher Kraftstoff ist während des Zurückschaltens zu dem Nicht-VDE-Modus erforderlich, um das Abgas-NOx zu reduzieren. Folglich ist zusätzlicher Kraftstoff erforderlich, um den dritten Abgaskatalysator zu regenerieren, und der Motor kann mit einer höheren fetten Voreinstellung betrieben werden. Die höhere fette Voreinstellung kann beinhalten, die Zylinder unterstöchiometrisch mit einem Fettheitsgrad zu betreiben, der auf der Basis eines Regenerierungszustands des dritten Katalysators und/oder auf der Basis der Differenz des Ammoniakgehalts des ersten Katalysators von der Schwellwertmenge justiert ist.
  • Somit werden die Motorzylinder bei 524 und 526 mit fetter Katalysatorregenerierung mit höherer oder niedrigerer fetter Voreinstellung auf der Basis des gespeicherten Ammoniakgehalts des SCR-Katalysators regeneriert, um den (dritten) motornahen Dreiwegekatalysator zu regenerieren. Von 524 und 526 geht die Routine weiter zu 530, wo bestimmt wird, ob der motornahe Dreiwegekatalysator (TWC) ausreichend regeneriert worden ist. Nach Bestätigung, dass der motornahe TWC regeneriert ist und für die NOx-Umwandlung aktiv ist, kann bei 532 bestimmt werden, ob der Fahrzeugbetreiber einen hohen Lastbetrieb anfordert. Beispielsweise wird ein hoher Lastbetrieb als Reaktion auf eine harte Beschleunigung bestätigt. Beispielsweise kann der Betreiber hart auf das Fahrpedal treten, und die Fahrpedalposition kann um eine Schwellwertstrecke bewegt werden. Falls eine hohe Lastanforderung bestätigt wird, beinhaltet die Routine dann bei 534 das aktive Regenerieren des zweiten Unterboden-Dreiwegekatalysators (TWC) mit einem zusätzlichen fetten Motorbetrieb. Das heißt, das Kraftstoff-Luft-Verhältnis kann unterstöchiometrisch justiert werden, um den Unterboden-TWC schnell zu reduzieren und ihn für die NOx-Umwandlung zu aktivieren. Dies gestattet, dass der Unterboden-TWC die NOx-Umwandlung des motornahen TWC ergänzt, so dass während eines Motorbetriebs mit hoher Last generiertes zusätzliches Abgas-NOx besser behandelt werden kann. Als nächstes bestimmt die Routine bei 536, ob der zweite Unterboden-TWC ausreichend regeneriert worden ist. Bei Bestätigung geht die Routine weiter zu 540, wo der Motorbetrieb zu einem Kraftstoff-Luft-Verhältnis zurückgeführt wird, das geringfügig unterstöchiometrisch ist (das heißt, eine geringfügig fette Voreinstellung). Falls bei 532 keine hohe Lastanforderung bestätigt wird, geht die Routine weiter zu 538, wo der zweite Unterboden-TWC nicht aktiv regeneriert wird. Stattdessen kehrt die Routine zu der regelmäßigen Regelung mit einer geringfügig fetten Voreinstellung des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses zurück. Hierbei gestattet das geringfügig fett voreingestellte Abgas, dass der zweite Unterboden-Dreiwegekatalysator über die Zeit hinweg langsamer reduziert wird, während der motornahe TWC, der nun regeneriert ist und für die NOx-Umwandlung aktiv ist, das Abgas-NOx behandelt. Bei 540 setzt die Routine dann den geringfügig fett voreingestellten Motorbetrieb fort.
  • Beispielsweise kann der Motorcontroller einen oder mehrere Motorzylinder selektiv deaktivieren, während Abgas durch jeden ersten und zweiten Abgaskatalysator strömt. Während einer ersten Reaktivierung der Zylinder, wenn ein Ammoniakgehalt des ersten Abgaskatalysators unter einem Schwellwert liegt, kann dann das Kraftstoff-Luft-Verhältnis einer Motorverbrennung überstöchiometrisch mit einer ersten, höheren fetten Voreinstellung justiert werden. Während einer zweiten Reaktivierung der Zylinder, wenn der Ammoniakgehalt des ersten Abgaskatalysators über einem Schwellwert liegt, kann der Controller dann das Kraftstoff-Luft-Verhältnis der Motorverbrennung unterstöchiometrisch mit einer zweiten, niedrigeren fetten Voreinstellung justieren. Auf diese Weise strömt während jeder der ersten und zweiten Reaktivierungen zurück zu einem Nicht-VDE-Modus Abgas durch den ersten Katalysator und dann durch den zweiten Katalysator vor dem Austragen zur Atmosphäre. Dies gestattet das Speichern des erzeugten Ammoniaks in dem ersten Katalysator anstatt dem zweiten Katalysator. Wenn insbesondere der erste Katalysator ein SCR-Katalysator und der zweite Katalysator ein Dreiwegekatalysator ist, kann das erzeugte Ammoniak in dem SCR-Katalysator gespeichert werden und die Oxidation von Ammoniak zu NO oder N2O in dem zweiten Katalysator während des Motormagerbetriebs (z. B. von VDE-Arbeitsmodus) kann reduziert werden.
  • Bei einigen Ausführungsformen kann der Controller beim selektiven Deaktivieren eines oder mehrerer Motorzylinder Abgas durch jeden ersten und zweiten Abgaskatalysator strömen lassen, während die Kraftstoffeinspritzung der aktiven Motorzylinder unterstöchiometrisch justiert wird. Dies geschieht, um den Ammoniakgehalt des ersten Katalysators (präventiv) über eine Schwellwertmenge anzuheben, während der Motor im VDE-Modus arbeitet und bevor der Motor zum Nicht-VDE-Modus zurückgeschaltet wird. Beispielsweise kann ein Motorcontroller Kraftstoff in einer ersten Gruppe von Zylindern auf einer ersten Motorbank mit einem ersten Kraftstoff-Luft-Verhältnis verbrennen, während die Kraftstoffeinspritzung zu einer zweiten Gruppe von Zylindern auf einer zweiten Motorbank deaktiviert ist. Hierbei wird das erste Kraftstoff-Luft-Verhältnis justiert, um den Ammoniakgehalt des ersten Abgaskatalysators über einen Schwellwert anzuheben, bevor die Kraftstoffeinspritzung zu der zweiten Gruppe von Zylindern reaktiviert wird. Der erste Abgaskatalysator kann vor einem zweiten Abgaskatalysator, und mit ihm integriert, in einer Unterboden-Motorabgasreinigungseinrichtung gekoppelt sein. Insbesondere kann der erste Abgaskatalysator ein SCR-Katalysator und der zweite Abgaskatalysator sein. Das erste Kraftstoff-Luft-Verhältnis kann unterstöchiometrisch sein, wobei ein Fettheitsgrad des ersten Kraftstoff-Luft-Verhältnisses auf der Basis einer Differenz zwischen dem Ammoniakgehalt des ersten Abgaskatalysators von dem Schwellwert justiert ist. Insbesondere kann der Fettheitsgrad des fetten Kraftstoff-Luft-Verhältnisses erhöht werden, wenn die Differenz zwischen dem Ammoniakgehalt des ersten Abgaskatalysators und dem Schwellwert steigt. Außerdem kann der Controller nach dem Reaktivieren der Kraftstoffeinspritzung zu der zweiten Gruppe von Zylindern Kraftstoff in jeder der ersten und zweiten Gruppe von Zylindern mit einem zweiten Kraftstoff-Luft-Verhältnis verbrennen, das auf dem Ammoniakgehalt des ersten Abgaskatalysators und einem Regenerierungszustand des zweiten Abgaskatalysators zum Zeitpunkt der Rückkehr zum Nicht-VDE-Modus basiert. Hierbei kann das Kraftstoff-Luft-Verhältnis stöchiometrisch oder unterstöchiometrisch sein und ein Fettheitsgrad des zweiten Kraftstoff-Luft-Verhältnisses kann auf einer Dauer der Deaktivierung der Kraftstoffeinspritzung und einem Regenerierungszustand des motornahen dritten Dreiwege-Abgaskatalysators bei der Reaktivierung der Kraftstoffeinspritzung basieren.
  • Hierbei kann in Erwartung einer potentiellen Katalysatorregenerierung, die während eines Motorbetriebswechsels vom VDE-Modus zurück zum Nicht-VDE-Modus erforderlich ist, der Controller den ersten Abgaskatalysator vorladen unter Berücksichtigung von Ammoniakverlusten aus dem ersten Katalysator, die während der Zylinderdeaktivierung (Betrieb im VDE-Modus) aufgrund eines Luftstroms durch den Motor und Temperaturänderung an der Abgasreinigungseinrichtung sowie Oxidation des gespeicherten Ammoniaks zu NO oder N2 auftreten können. Durch Vorladen des ersten Abgaskatalysators bei laufendem Motor und vor dem Beginn einer Motorreaktivierung zum Nicht-VDE-Modus schützt der Controller den zweiten Abgaskatalysator nicht nur vor dem Geladenwerden mit Ammoniak während des VDE-Modus, sondern kann auch weiterhin die Regenerierungsanforderung des motornahen Dreiwege-Abgaskatalysators zum Zeitpunkt des Zurückwechselns zu Nicht-VDE weiter reduzieren, während die NOx-Emissionen unter Kontrolle gehalten werden.
  • Nunmehr unter Bezugnahme auf 6 zeigt diese ein Blockdiagramm 600 zum Schätzen des Ammoniakgehalts des ersten (SCR-) Abgaskatalysators. Ein Motorcontroller kann konfiguriert sein, ein Modell wie etwa das bei 600 dargestellte Modell zu verwenden, um den Ammoniakgehalt des SCR-Katalysators während mageren Motorereignissen ständig zu schätzen und zu aktualisieren, wie etwa während einer Motorleerlaufabschaltung oder beim Betreiben des Motors in einem VDE-Modus, sowie Nicht-Mager-Ereignissen (wie etwa während eines stöchiometrischen oder geringfügig unterstöchiometrischen Motorbetriebs).
  • Ein kumulativer Ammoniakgehalt des ersten SCR-Katalysators 602 kann auf der Basis eines Vergleichs des während stöchiometrischer oder geringfügig unterstöchiometrischer Motoroperationen gespeicherten 604 (oder erzeugten) Ammoniaks relativ zu dem verbrauchten 605 Ammoniak unter den gegebenen Arbeitsbedingungen des Magerereignisses geschätzt werden. So kann das erzeugte Ammoniak auf verschiedenen Faktoren basieren, die durch die Natur des mageren Ereignisses bestimmt werden. Beispielsweise kann der Controller konfiguriert sein, auf der Basis dessen ein anderes Flag zu setzen, welche Art von magerem Ereignis auftritt, und die bei der Schätzung des Verhältnisses von erzeugtem Ammoniak zu verbrauchtem Ammoniak beurteilten Faktoren entsprechend zu justieren. Beispielsweise kann der Controller ein erstes Flag setzen, wenn das magere Ereignis ein Motorleerlaufabschaltungsereignis ist, und kann das erzeugte Ammoniak vor der Leerlaufabschaltung und das während der Leerlaufabschaltung verbrauchte Ammoniak auf der Basis von Leerlaufabschaltungsparametern schätzen. Beispielsweise kann der Controller ein zweites, anderes Flag setzen, wenn das magere Ereignis ein Motor-VDE-Arbeitsmodus ist, und kann das erzeugte Ammoniak (indem die Nicht-VDE-Bank bei einem geringfügig fetten Kraftstoff-Luft-Verhältnis arbeitet) und das verbrauchte Ammoniak auf der Basis von VDE-Modusparametern schätzen.
  • Das gespeicherte Ammoniak 604 und das verbrauchte Ammoniak 605 können auf einer Länge seit dem letzten mageren Ereignis 606 sowie einer Dauer des jüngsten mageren Ereignisses basieren. Wenn beispielsweise das magere Ereignis ein VDE-Arbeitsmodus ist, kann bestimmt werden, wie lange der jüngste (oder aktueller) VDE-Modus läuft, sowie die Dauer seit der letzten Umschaltung von VDE-Modus zum Nicht-VDE-Modus. So kann die Dauer seit einer letzten Umschaltung vom VDE-Modus zum Nicht-VDE-Modus auch auf einer Dauer des jüngsten Nicht-VDE-Arbeitsmodus geschätzt werden. Mit zunehmender Dauer zwischen den VDE-Arbeitsmodi kann die erzeugte Ammoniakmenge steigen und die verbrauchte Ammoniakmenge abnehmen. Insbesondere ist die gespeicherte Ammoniakmenge 604 umso größer und die verwendete Ammoniakmenge 605 umso kleiner, je länger die Dauer des stöchiometrischen Motorbetriebs ist (oder unterstöchiometrisch).
  • Alternativ, wenn das magere Ereignis ein Motorleerlaufabschaltungsereignis ist, kann bestimmt werden, wie lange die jüngste (oder aktuelle) Motorleerlaufabschaltung lief, sowie die Dauer seit dem letzten Neustart aus den Leerlaufabschaltungsbedingungen. Bei einigen Ausführungsformen, wenn der Motor mehrere Leerlaufabschaltungen in einer kurzen Zeitdauer durchgeführt haben kann (z. B. bei starkem Verkehr) kann der Controller eine Häufigkeit der Leerlaufabschaltungen oder eine Anzahl von Leerlaufabschaltungsereignissen bestimmen, die in einer Schwellwertdauer (oder seit dem letzten Einschalten der Zündung) vorgekommen sind. Beispielsweise kann der Controller eine Anzahl von Leerlaufabschaltungen sowie eine kumulative Dauer der Leerlaufabschaltungen über einen Fahrzyklus einschließlich vom Einschalten der Zündung bis zum Ausschalten der Zündung bestimmen. Mit zunehmender Dauer zwischen aufeinanderfolgenden Leerlaufabschaltungsereignissen kann auch die erzeugte Ammoniakmenge zunehmen und die verbrauchte Ammoniakmenge abnehmen. Insbesondere ist die gespeicherte Ammoniakmenge 604 umso größer und die verbrauchte Ammoniakmenge 605 umso kleiner, je länger die Dauer des Motorbetriebs zwischen den Leerlaufabschaltungen ist, wenn der Motor stöchiometrisch (oder unterstöchiometrisch) arbeitet.
  • Gespeichertes Ammoniak 604 und verbrauchtes Ammoniak 605 wird durch die Speisegas-(FG – Feed Gas)-NOx-Masse 607 beeinflusst. So wird das in dem SCR-Katalysator gespeicherte Ammoniak von dem SCR-Katalysator zum Reduzieren von NOx-Abgasspezies verwendet, doch wird das Ammoniak in dem motornahen Dreiwegekatalysator erzeugt. Somit steigt mit der Speisegas-NOx-Masse 607 die Ammoniakmenge, die von dem motornahen Dreiwegekatalysator erzeugt werden kann, und die in dem SCR-Katalysator gespeicherte Ammoniakmenge 604 kann entsprechend steigen und die verbrauchte Ammoniakmenge 605 kann abnehmen. Jedoch steigt auch die bei einem Wiedereintritt in einen Nicht-VDE-Modus verbrauchte Ammoniakmenge ebenfalls. Beispielsweise kann der Controller die FG-NOx-Massenrate aus einer Nachschlagetabelle auf der Basis von Motordrehzahl, Last, AGR-Prozentsatz, Umgebungstemperatur usw. bestimmen. Beispielsweise können Nachschlagetabellen zum Schätzen der Speisegas-NOx-Konzentration auf der Basis der aufgeführten Parameter verwendet werden, indem die NOx-Konzentration von dem Motor bei unterschiedlichen Motordrehzahlen, Lasten, AGR-Prozentsätzen usw. abgebildet wird. Alternativ kann ein NOx-Sensor zum Messen des NOx in dem Speisegas verwendet werden, wenngleich sie teurer sein können. Auf der Basis der geschätzten Konzentration und Strömungsrate (z. B. von einem Massenstrommesser) können die auf dem SCR-Katalysator gespeicherten Gramm an Ammoniak bestimmt werden.
  • Das gespeicherte Ammoniak 604 wird auch durch die Bedingungen des durch die Abgasreinigungseinrichtung fließenden Abgases beeinflusst. Zu diesen zählen das Kraftstoff-Luft-Verhältnis 608 im Abgas, die Abgasströmungsrate 609 und die Abgastemperatur 610. So wird das Kraftstoff-Luft-Verhältnis der Verbrennung angereichert, und mit zunehmender Abgasströmungsrate wird mehr Ammoniak durch den vorgeschalteten motornahen Dreiwegekatalysator erzeugt und in dem nachgeschalteten SCR-Katalysator gespeichert. Nachdem der motornahe Dreiwegekatalysator reduziert ist, kann er bei einem nur geringfügig fetten Kraftstoff-Luft-Verhältnis viel von dem Speisegas-NOx in Ammoniak umwandeln. Der Hauptvorteil des fetteren Kraftstoff-Luft-Verhältnisses besteht darin, dass es den Dreiwegekatalysator schneller reduziert, so dass Ammoniak früher erzeugt werden kann. Wenn das Kraftstoff-Luft-Verhältnis unterstöchiometrisch wird, kann somit die auf dem SCR-Katalysator gespeicherte Ammoniakmenge zunehmen. Gleichermaßen wird bei steigender Abgasströmungsrate mehr Ammoniak in dem SCR-Katalysator gespeichert. Im Vergleich wird bei steigender Abgastemperatur Ammoniak von dem SCR-Katalysator desorbiert. Beispielsweise absorbiert und speichert der SCR-Katalysator Ammoniak bei Abgastemperaturen bei oder unter 350–400°C, während das gespeicherte Ammoniak bei höheren Abgastemperaturen desorbiert wird. Insbesondere fällt die Ammoniakspeicherkapazität des SCR-Katalysators über 400°C, und insbesondere über 450°C, auf sehr niedrige Konzentrationen ab. Somit wird das meiste in dem SCR-Katalysator gespeicherte Ammoniak freigesetzt, falls die Temperatur 400°C übersteigt.
  • Die Abgastemperatur beeinflusst auch die verbrauchte Ammoniakmenge 605 aufgrund der thermischen Freisetzung von Ammoniak aus dem Katalysator 620 bei höheren Abgastemperaturen sowie der Oxidation von gespeichertem Ammoniak 622 in dem Katalysator zu Stickstoff (oder NO) aufgrund der Anstiege der Abgastemperatur. Die von dem Abgas gespeicherte Ammoniakmenge wird jedoch ebenfalls durch die Selektivität 612 des NOx zu Ammoniak (NH3) des motornahen Dreiwegekatalysators beeinflusst. Die Selektivität wiederum wird auf der Basis von Katalysatorbedingungen bestimmt. Zu diesen zählen beispielsweise das Kraftstoff-Luft-Verhältnis, die Strömungsrate und die Abgastemperatur.
  • Ein Controller kann Faktoren 606–622 auf der Basis von Motorbetriebsbedingungen (z. B. Motordrehzahl, Last, AGR-Prozentsatz, Umgebungstemperatur usw.) ständig aktualisieren, um das erzeugte Ammoniak und das in dem ersten Abgaskatalysator verbrauchte Ammoniak zu vergleichen und einen Nettoammoniakgehalt in dem Abgaskatalysator zu bestimmen. Falls die in dem SCR-Katalysator gespeicherte Ammoniakmenge ausreichend hoch ist, kann ein Controller während einer Rückkehr zum Motorbetrieb von einem mageren Ereignis (z. B. während eines Wechsels zurück zu dem Nicht-VDE-Modus von dem VDE-Arbeitsmodus oder während eines Motorneustarts aus einer Leerlaufabschaltung) die fette Voreinstellung einer Kraftstoffeinspritzung reduzieren, mit der der vor dem SCR-Katalysator positionierte motornahe Dreiwegekatalysator regeneriert wird. Während Operationen mit großer Motorlast, bei denen möglicherweise die NOx-Umwandlung im zweiten Katalysator erforderlich ist, kann darüber hinaus die fette Voreinstellung der Kraftstoffeinspritzung auch zum Regenerieren des hinter dem SCR-Katalysator positionierten zweiten Katalysators verwendet werden.
  • Nun wird unter Bezugnahme auf 7 beispielhaft eine Motorregenerierungsoperation nach einem mageren Motorereignis näher ausgeführt. Insbesondere zeigt das Kennfeld 700 beispielhaft Kraftstoff-Luft-Verhältnis-Justierungen, die durchgeführt werden, um Ammoniak in einem vorgeschalteten Unterboden-SCR-Abgaskatalysator zu speichern, um den beim Regenerieren eines vorgeschalteten Dreiwegekatalysators und/oder eines nachgeschalteten Unterboden-Dreiwege-Abgaskatalysators hervorgerufenen Kraftstoffmehrverbrauch zu reduzieren. Das Kennfeld 750 zeigt einen Wechsel zwischen VDE- und Nicht-VDE-Modus in Kurve 702 an und ändert sich in einem Kraftstoff-Luft-Verhältnis (AFR – Air-to-Fuel Ratio) der Verbrennung in den Kurven 703, 704 relativ zu Stöchiometrie 705. Änderungen bei dem Ammoniakgehalt des SCR-Katalysators sind in den Kurven 706, 707 gezeigt, während entsprechende Änderungen bei dem Regenerierungszustand des motornahen Dreiwegekatalysators (TWC) in den Kurven 709, 710 gezeigt sind. Änderungen bei einer NOx-Abgaskonzentration sind in den Kurven 712, 713 gezeigt. Alle Änderungen sind im Verlauf der Zeit (entlang der x-Achse) gezeigt.
  • Vor t1 kann der Motor im Nicht-VDE-Modus (Kurve 702) betrieben werden, wobei alle Motorzylinder aktiv sind und im Wesentlichen stöchiometrisch verbrennen 705 (Kurve 704, durchgezogene Linie). Da der Motor stöchiometrisch arbeitet, kann der Ammoniakgehalt des SCR-Katalysators langsam steigen (Kurve 706, durchgezogene Linie), doch ist der Ammoniakgehalt möglicherweise immer noch niedriger als eine Schwellwertmenge 708. Vor t1 kann der Ammoniakgehalt des SCR-Katalysators unter dem Schwellwert sein, und der Dreiwegekatalysator (TWC) kann sich in einem höheren Regenerierungszustand befinden, das heißt, er erfordert möglicherweise keine weitere Regenerierung.
  • Bei t1 kann der Motor aufgrund einer Änderung der Motorarbeitsbedingungen (z. B. während eines längeren Tip-Out) zu einem VDE-Arbeitsmodus wechseln (Kurve 702), wobei ein oder mehrere Motorzylinder (z. B. auf einer gewählten Bank) selektiv deaktiviert sind. Außerdem kann das Kraftstoff-Luft-Verhältnis der Verbrennung der aktiven Motorzylinder so justiert werden, dass es geringfügig stärker unterstöchiometrisch ist (Kurve 703, durchgezogene Linie), bis der Ammoniakspeichergehalt (Kurve 706) des SCR-Katalysators über die Schwellwertmenge 708 angestiegen ist. Nachdem der SCR-Katalysator mit Ammoniak geladen worden ist, können die aktiven Motorzylinder zum stöchiometrischen Betrieb zurückkehren (Kurve 703). Hierbei kann durch Vorladen des SCR-Katalysators mit Ammoniak Abgas-NOx reduziert werden, während der Unterboden-Dreiwegekatalysator bei Rückkehr zum Nicht-VDE-Modus reduziert wird. Bei Motoren mit doppelten Abgasströmen (wie bei 2A gezeigt) sowie Reihenmotoren muss der SCR-Katalysator möglicherweise vor dem Wechsel in den VDE-Modus mit Ammoniak geladen werden. Bei Motoren mit einem gemeinsamen Abgasstrom (wie etwa bei 2B gezeigt) wird Ammoniak hergestellt, indem die Zylinder gezündet werden, während Zylinder an der anderen Bank sich im VDE-Modus befinden.
  • So kann der VDE-Modus fortgesetzt werden, bis die Zylinderreaktivierungsbedingungen bei t2 erfüllt sind. Zwischen t1 und t2 kann aufgrund der durch die inaktive Bank strömenden Luft ein Regenerierungszustand des motornahen TWC abnehmen (Kurve 709). Das heißt, bis zu dem Zeitpunkt, zu dem ein Wechsel zum Nicht-VDE-Modus angefordert wird, muss der motornahe TWC möglicherweise regeneriert werden. Aufgrund der Anwesenheit des nachgeschalteten SCR-Katalysators jedoch wird möglicherweise das meiste des generierten Ammoniaks in dem SCR-Katalysator gespeichert und möglicherweise wird sehr wenig Ammoniak in dem nachgeschalteten Unterboden-TWC zurückgehalten und oxidiert.
  • Bei t2 kann als Reaktion auf das Erfüllen von Zylinderreaktivierungsbedingungen (Kurve 702) der Motorbetrieb zurück zum Nicht-VDE-Modus gewechselt werden. Zum Regenerieren des TWC kann außerdem das Kraftstoff-Luft-Verhältnis der Verbrennung (Kurve 703) für eine erste, kürzere Dauer d1 angereichert werden, um den Regenerierungszustand des TWC (Kurve 709) über einen Schwellwertzustand 711 zu bringen. Der Fettheitsgrad der fetten Kraftstoffeinspritzung wird auf der Basis des Ammoniakspeichergehalts (Kurve 706) des SCR-Katalysators justiert. Da der Ammoniakgehalt zum Zeitpunkt des Wechsels vom VDE- zum Nicht-VDE-Modus relativ höher ist, wird hier eine fette Kraftstoffeinspritzung mit einer niedrigeren fetten Voreinstellung und mit einer kürzeren Dauer d1 zum Regenerieren des TWC verwendet. Das heißt, es entsteht ein relativ geringerer Kraftstoffmehrverbrauch. Während der TWC regeneriert wird, kann das in dem SCR-Katalysator gespeicherte Ammoniak verbraucht werden, um NOx-Spezies im Abgas zu reduzieren, so dass eine Abgas-NOx-Konzentration zum Zeitpunkt des Wechsels vom VDE-Modus zum Nicht-VDE-Modus im Wesentlichen beibehalten wird (Kurve 712, durchgezogene Linie).
  • Eine alternative Regenerierung wird in den Kurven 704, 707, 710, 713 (gestrichelte Linien) gezeigt, bei denen ein Abgasverbrennungsverhältnis während des VDE-Modus (für die Motorabgaskonfiguration von 2B) oder vor dem VDE-Modus (für die Motorabgaskonfiguration von 2A oder Reihenmotoren) nicht justiert wird, um den SCRC-Katalysator vorzuladen. Hierbei wird das Verbrennungs-AFR während des VDE-Modus stöchiometrisch 705 gehalten (Kurve 704). Der Ammoniakgehalt (Kurve 707) des SCR-Katalysators fällt während des VDE-Modus ab, da das Ammoniak zum Reduzieren des Abgas-NOx des SCR-Katalysators anstatt des TWCs verwendet wird. Folglich kann bei t2, wenn der Motor zu dem Nicht-VDE-Modus wechselt, ein Controller zusätzlich zu dem Reaktivieren von Motorzylindern den TWC durch Anreichern des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses der Verbrennung (Kurve 704) für eine zweite, längere Dauer d2 und/oder einer höheren fetten Voreinstellung anreichern, um den Regenerierungszustand des TWC (Kurve 710) über den Schwellwertzustand 711 zu bringen. Der Fettheitsgrad der fetten Kraftstoffeinspritzung wird auf der Basis des Ammoniakspeichergehalts (Kurve 707) des SCR-Katalysators justiert. Da der Ammoniakgehalt zum Zeitpunkt des Wechsels vom VDE- zum Nicht-VDE-Modus relativ niedriger ist, wird hier zum Regenerieren des TWC eine fette Kraftstoffeinspritzung mit einer höheren fetten Voreinstellung und einer größeren Dauer d2 verwendet. Das heißt, es entsteht ein relativ höherer Kraftstoffmehrverbrauch. Während der TWC regeneriert wird, bewirkt außerdem der niedrigere Ammoniakgehalt des SCR-Katalysators eine NOx-Spitze zum Zeitpunkt des Wechsels vom VDE-Modus zum Nicht-VDE-Modus wird im Wesentlichen aufrechterhalten (Kurve 713).
  • Es versteht sich, dass, während der niedrigere Ammoniakgehalt des SCR-Katalysators zu einem höheren Kraftstoffmehrverbrauch führt, dieser Mehrverbrauch immer noch niedriger sein kann als ein Kraftstoffmehrverbrauch, der entstehen würde, falls kein vorgeschalteter Abgaskatalysator in der Abgasreinigungseinrichtung enthalten wäre. Insbesondere würde bei Fehlen des SCR-Katalysators während eines stöchiometrischen Motorbetriebs erzeugtes Ammoniak in dem Dreiwegekatalysator gespeichert werden. Die nachfolgende Oxidation des Ammoniaks zu NOx aufgrund von frischer Luft von den inaktiven Zylindern würde nicht nur zu einer höheren NOx-Spitze führen, sondern würde auch zu einer Oxidation des TWCs führen, was dann einen viel größeren Kraftstoffmehrverbrauch zum Regenerieren erfordern würde.
  • Es versteht sich, dass, während das Beispiel von 7 unter Bezugnahme auf ein VDE-Ereignis als das magere Motorereignis erläutert wird, das magere Ereignis bei einem alternativen Beispiel eine Motorleerlaufabschaltung sein kann. Dabei würden die gleichen Trends während eines Neustarts von der Motorleerlaufabschaltung zu sehen sein, wie hier während des Wechsels vom VDE- zum Nicht-VDE-Modus dargestellt.
  • Auf diese Weise kann ein Kraftstoff-Luft-Verhältnis während oder vor einem mageren Motorereignis justiert werden (wie etwa während/vor dem Deaktivieren von Zylindern, einer DFSO-Operation oder einer Motorleerlaufabschaltung), um einen vorgeschalteten Unterboden-SCR-Abgaskatalysator mit Ammoniak zu laden und einen nachgeschalteten Unterboden-Dreiwegekatalysator davor zu schützen, mit dem Ammoniak geladen zu werden. Durch Verwenden des gespeicherten Ammoniaks während eines nachfolgenden Wechsels weg von dem mageren Ereignis (wie etwa wenn von der Leerlaufabschaltung neu gestartet wird oder Motorzylinder reaktiviert werden), kann die Kraftstoffmenge, die erforderlich ist, um den motornahen Dreiwegekatalysator sowie den Unterboden-Dreiwegekatalysator zu regenerieren, reduziert werden, wodurch man Kraftstoffökonomievorzüge erhält. Außerdem können durch Verwendung des gespeicherten Ammoniaks zum Reduzieren von Abgas-NOx in dem SCR-Katalysator, während der Dreiwegekatalysator regeneriert wird, NOx-Spitzen während des Wechsels reduziert und Abgasemissionen gesteuert werden. Dies gestattet, Kraftstoffökonomievorzüge aus Motorleerlaufabschaltungsoperationen und/oder VDE-Operationen ohne eine Verschlechterung von Abgasemissionen zu erzielen.
  • Man beachte, dass die hierin enthaltenen beispielhaften Steuer- und Schätzroutinen mit verschiedenen Motor- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Die hierin beschriebenen spezifischen Routinen können eine oder mehrere einer beliebigen Anzahl von Verarbeitungsstrategien wie etwa ereignisgetrieben, Interrupt-getrieben, Multitasking, Multithreading und dergleichen darstellen. So können verschiedene Handlungen, Operationen oder Funktionen, die dargestellt sind, in der dargestellten Sequenz oder parallel durchgeführt werden oder in einigen Fällen entfallen. Gleichermaßen ist die Reihenfolge der Verarbeitung nicht notwendigerweise erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele zu erreichen, wird aber zur Vereinfachung der Darstellung und Beschreibung vorgelegt. Eine oder mehrere der dargestellten Handlungen oder Funktionen können je nach der jeweiligen verwendeten Strategie wiederholt durchgeführt werden. Weiterhin können die beschriebenen Handlungen einen Code grafisch darstellen, der in das computerlesbare Speichermedium in dem Motorsteuersystem programmiert werden soll.
  • Es versteht sich, dass die hierin offenbarten Konfigurationen und Routinen von beispielhafter Natur sind und dass diese spezifischen Ausführungsformen nicht in einem beschränkenden Sinne anzusehen sind, da zahlreiche Variationen möglich sind. Beispielsweise kann die obige Technologie auf V-6-, I-4-, I-6-, V-12-, 4-Takt-Boxer- und andere Motorarten angewendet werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung beinhaltet alle neuartigen und nichtoffensichtlichen Kombinationen und Teilkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen und anderer hierin offenbarter Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften.
  • Die folgenden Ansprüche heben bestimmte Kombinationen und Teilkombinationen besonders hervor, die als neuartig und nichtoffensichtlich angesehen werden. Diese Ansprüche können sich auf „ein“ Element oder „ein erstes“ Element oder das Äquivalent davon beziehen. Solche Ansprüche sind so zu verstehen, dass sie die Aufnahme eines oder mehrerer derartiger Elemente beinhalten, wobei zwei oder mehr derartige Elemente weder erforderlich sind noch ausgeschlossen sind. Andere Kombinationen und Teilkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Abänderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Vorlage neuer Ansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Solche Ansprüche, seien sie vom Schutzbereich her breiter, enger, gleich oder unterschiedlich zu den ursprünglichen Ansprüchen, werden ebenfalls als in dem Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthalten angesehen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 6969492 [0003]
    • WO 2009/080152 [0003]

Claims (15)

  1. Motorverfahren, das Folgendes umfasst: während des Motorlaufens, Strömen von Abgas durch jeden ersten, zweiten und dritten Katalysators zum Speichern von mindestens etwas Abgasammoniak in dem ersten Katalysator, dem hinter dem ersten Katalysator angeordneten zweiten Katalysator und dem vor dem ersten Katalysator angeordneten dritten Katalysator; Selektives Deaktivieren des Motors während einer Leerlaufabschaltung; und während eines Motorneustarts aus der Leerlaufabschaltung heraus das Justieren der Regenerierung des dritten Katalysators auf der Basis des Ammoniakgehalts des ersten Katalysators.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste Katalysator ein SCR-Katalysator ist und der zweite und dritte Katalysator Dreiwegekatalysatoren sind, wobei das Verfahren weiterhin nach dem Regenerieren des dritten Katalysators als Reaktion auf einen Motorbetrieb mit hoher Last das Justieren der Regenerierung des zweiten Katalysators umfasst.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste Katalysator und der zweite Katalysator in einem Kontakt mit gemeinsamen Flächen in einer an einen Motorabgaskrümmer gekoppelten Abgasreinigungseinrichtung integriert sind.
  4. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Regenerieren des dritten Katalysators während des Motorneustarts das Justieren der Kraftstoffeinspritzung in den Motor beinhaltet, um ein Kraftstoff-Luft-Verhältnis im Abgas bereitzustellen, das unterstöchiometrisch ist, um den dritten Katalysator zu regenerieren.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Justieren der Regenerierung beim Ansteigen des Ammoniakgehalts in dem ersten Katalysator über einen Schwellwert das Reduzieren eines Fettheitsgrads der regenerierenden Kraftstoffeinspritzung beinhaltet.
  6. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Justieren weiterhin bei steigendem Ammoniakgehalt des ersten Katalysators über einen Schwellwert das Reduzieren einer Dauer des Regenerierens des dritten Katalysators mit der fetten Kraftstoffeinspritzung beinhaltet.
  7. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Justieren der Regenerierung bei abnehmendem Ammoniakgehalt des ersten Katalysators unter einen Schwellwert das Erhöhen eines Fettheitsgrads der regenerierenden Kraftstoffeinspritzung beinhaltet.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein Ammoniakgehalt des ersten Katalysators mindestens auf einer Dauer der unmittelbar vorausgehenden Leerlaufabschaltung basiert.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Motor an ein Fahrzeug gekoppelt ist und wobei ein Ammoniakgehalt des ersten Katalysators mindestens auf einer über eine Dauer des Fahrzeugbetriebs geschätzten Anzahl von Motorleerlaufabschaltungsereignissen basiert.
  10. Motorsystem, das Folgendes umfasst: einen Motor, der als Reaktion auf Leerlaufabschaltbedingungen selektiv deaktiviert werden kann; eine an einen Motorabgaskrümmer gekoppelte Abgasreinigungseinrichtung, wobei die Einrichtung einen ersten, vorgeschalteten Katalysator in einem Kontakt mit gemeinsamen Flächen mit einem zweiten, nachgeschalteten Katalysator enthält; einen dritten Abgaskatalysator, der vor der Abgasreinigungseinrichtung positioniert ist; und ein Steuersystem mit computerlesbaren Anweisungen zum: Justieren, während eines Motorneustarts aus der Leerlaufabschaltung, der Kraftstoffeinspritzung als unterstöchiometrisch zum Regenerieren des dritten Katalysators, wobei ein Fettheitsgrad auf der Basis eines Ammoniakgehalts des ersten Katalysators justiert wird.
  11. System nach Anspruch 10, wobei der Ammoniakgehalt des ersten Katalysators beim Motorneustart auf der Leerlaufabschaltung basiert, wobei der Ammoniakgehalt des ersten Katalysators beim Motorneustart mit zunehmender Dauer der Leerlaufabschaltung abnimmt.
  12. System nach Anspruch 11, wobei das Justieren das Erhöhen eines Fettheitsgrads der Kraftstoffeinspritzung bei abnehmendem Ammoniakgehalt des ersten Katalysators beinhaltet.
  13. System nach Anspruch 11, wobei der Ammoniakgehalt des ersten Katalysators beim Motorneustart weiterhin auf einer Temperatur der Abgasreinigungseinrichtung basiert.
  14. System nach Anspruch 10, wobei der erste Katalysator einen höheren Ammoniakspeichergehalt als der zweite Katalysator aufweist.
  15. System nach Anspruch 10, wobei der Controller weiterhin Anweisungen enthält zum: Justieren, vor der Leerlaufabschaltung, der Kraftstoffeinspritzung zu dem Motor als unterstöchiometrisch, wobei ein Fettheitsgrad als Reaktion auf einen Ammoniakgehalt des ersten Katalysators justiert wird, um den Ammoniakgehalt des ersten Katalysators über einer Schwellwertmenge zu halten.
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