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GEBIET DER ERFINDUNG
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Beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen Abgasbehandlungssysteme für Verbrennungsmotoren und insbesondere ein Abgasbehandlungssystem zum Steuern einer Entschwefelung von zumindest einer Nachbehandlungsvorrichtung.
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HINTERGRUND
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Abgas, das von einem Verbrennungsmotor, insbesondere einem Dieselmotor, ausgestoßen wird, stellt ein heterogenes Gemisch dar, das, ist jedoch nicht darauf beschränkt, gasförmige Emissionen, wie Kohlenmonoxid (”CO”), nicht verbrannte Kohlenwasserstoffe (”HC”) und Stickoxide (”NOx”) wie auch Materialien in kondensierter Phase (Flüssigkeiten und Feststoffe) enthält, die Partikelmaterial (”PM”) bilden. Katalysatorzusammensetzungen, die typischerweise an Katalysatorträgern oder -substraten angeordnet sind, sind in einem Motorabgassystem als teil eines Nachbehandlungssystems vorgesehen, um bestimmte oder alle dieser Abgasbestandteile in nicht regulierte Abgaskomponenten umzuwandeln.
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Ein Typ von Abgasbehandlungstechnologie zur Reduzierung von CO- und HC-Emissionen ist eine Oxidationskatalysator-(”OC”)-Vorrichtung. Die OC-Vorrichtung umfasst ein Durchströmsubstrat und eine auf das Substrat aufgetragene Katalysatorverbindung. Ein Typ von Abgasbehandlungstechnologie zur Reduzierung von NOx-Emissionen ist eine Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion (”SCR”), die stromabwärts der OC-Vorrichtung positioniert sein kann.
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Die SCR-Vorrichtung weist ein Durchströmsubstrat auf, das eine auf das Substrat aufgetragene SCR-Katalysatorverbindung besitzt.
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Während des Betriebes des Motors sind die Komponenten des Nachbehandlungssystems Schwefel aus dem Kraftstoff wie auch dem Motoröl, das von dem Motor verbraucht wird, ausgesetzt. Mit der Zeit, wenn sich der Schwefel ansammelt, beeinflusst dies das Leistungsvermögen des SCR-Katalysators wie auch des Oxidationskatalysators. Der Schwefel wird von den Katalysatoren der OC-Vorrichtung und der SCR-Vorrichtung bei relativ hohen Temperaturen (z. B. typischerweise etwa 500°C oder größer) freigesetzt, was in einer Entschwefelung resultiert. Dementsprechend ist es erwünscht, eine Entschwefelung verschiedener Abgasnachbehandlungsvorrichtungen zu steuern, um ein Leistungsvermögen des Nachbehandlungssystems beizubehalten.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist ein Abgasbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor vorgesehen, um eine Entschwefelung von zumindest einer Nachbehandlungsvorrichtung zu steuern. Das Abgasbehandlungssystem weist ein Entschwefelungsmodusauslösemodul, ein Entschwefelungssteuermodul und ein Unterbrechungsmodul auf. Das Entschwefelungsmodusauslösemodul ist derart konfiguriert, eine Entschwefelungsanforderung auf Grundlage einer oder mehrerer Auslösebedingungen zu setzen. Das Entschwefelungssteuermodul ist derart konfiguriert, eine Entschwefelung von zumindest einer Nachbehandlungsvorrichtung auf Grundlage der Entschwefelungsanforderung zu steuern. Das Unterbrechungsmodul ist derart konfiguriert, die Entschwefelung von zumindest einer Nachbehandlungsvorrichtung auf Grundlage einer Unterbrechungsbedingung zu unterbrechen.
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Bei einer anderen Ausführungsform ist ein Verfahren zum Steuern einer Entschwefelung von zumindest einer Nachbehandlungsvorrichtung in einem Abgasbehandlungssystem eines Verbrennungsmotors vorgesehen. Eine Entschwefelungsanforderung wird auf Grundlage einer oder mehrerer Auslösebedingungen ausgelöst. Die Entschwefelung von zumindest einer Nachbehandlungsvorrichtung wird auf Grundlage der Entschwefelungsanforderung gesteuert. Die Entschwefelung von zumindest einer Nachbehandlungsvorrichtung kann auf Grundlage einer Unterbrechungsbedingung unterbrochen werden.
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Die obigen Merkmale und Vorteile und andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der Erfindung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen leicht offensichtlich.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Andere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten kommen lediglich beispielhaft in der folgenden eingehenden Beschreibung der Ausführungsformen vor, wobei die detaillierte Beschreibung auf die Zeichnungen Bezug nimmt, bei denen:
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1 ein schematisches Diagramm eines Abgasbehandlungssystems gemäß beispielhafter Ausführungsformen ist;
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2 ein Datenflussdiagramm eines in 1 gezeigten Steuermoduls gemäß beispielhafter Ausführungsformen ist; und
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3 ein Flussdiagramm ist, das ein Steuerverfahren für eine Entschwefelung einer Abgasnachbehandlung zeigt, die in dem beispielhaften Abgasbehandlungssystem gemäß beispielhafter Ausführungsformen ausgeführt werden kann.
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BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur und nicht dazu gedacht, die vorliegende Offenbarung, ihre Anwendung oder Nutzungen zu beschränken. Es versteht sich, dass in den gesamten Zeichnungen entsprechende Bezugszeichen auch gleiche oder entsprechende Teile und Merkmale bezeichnen. So wie er hierin verwendet wird, bezieht sich der Ausdruck ”Modul” auf einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC), einen elektronischen Schaltkreis, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert oder eine Gruppe) und Speicher, der ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführt, einen kombinatorischen logischen Schaltkreis und/oder andere geeignete Komponenten, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen. Bei Softwareimplementierung kann ein Modul in dem Speicher als ein nichtflüchtiges, maschinenlesbares Speichermedium ausgeführt sein, das von einer Verarbeitungsschaltung lesbar ist und Anweisungen zur Ausführung durch die Verarbeitungsschaltung zur Ausführung eines Verfahrens speichert.
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Mit Bezug nun auf 1 ist eine beispielhafte Ausführungsform auf ein Abgasbehandlungssystem 10 für einen Verbrennungs-(IC-)Motor 12 gerichtet. Der Motor 12 ist derart konfiguriert, dass Ansaugluft 20 von einem Luftansaugdurchgang 22 aufgenommen wird. Der Ansaugluftdurchgang 22 weist einen Ansaugluftmassenstromsensor 24 zur Ermittlung der Ansaugluftmasse des Motors 12 auf. Bei einer Ausführungsform kann der Ansaugluftmassenstromsensor 24 entweder ein Flügelströmungsmesser oder ein Ansaugluftmassenstromsensor vom Heißdrahttyp sein, wobei jedoch zu verstehen sei, dass genauso andere Typen von Sensoren verwendet werden können. Eine Abgasleitung 14, die mehrere Segmente umfassen kann, transportiert Abgas 15 von dem Motor 12 an die verschiedenen Nachbehandlungsvorrichtungen des Abgasbehandlungssystems 10.
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Das Abgasbehandlungssystem 10, das hier beschrieben ist, kann in verschiedenen Motorsystemen implementiert sein, die Dieselmotorsysteme, Benzinmotorsysteme und Motorsysteme mit homogener Kompressionszündung aufweisen können, jedoch nicht darauf beschränkt sind. Bei der beispielhaften Ausführungsform, wie gezeigt ist, weisen die Nachbehandlungsvorrichtungen des Abgasbehandlungssystems 10 eine erste Oxidationskatalysator-(”OC”)-vorrichtung 30, eine Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion (”SCR”) 32, eine zweite OC-Vorrichtung 34 und eine Partikelfiltervorrichtung (”PF”) 36 auf. Wie angemerkt sei, kann das Abgasbehandlungssystem der vorliegenden Offenbarung verschiedene Kombinationen aus einer oder mehreren der in 1 gezeigten Nachbehandlungsvorrichtungen und/oder andere Nachbehandlungsvorrichtungen (z. B. Mager-NOx-Fänger) aufweisen und ist nicht auf das vorliegende Beispiel beschränkt.
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Die erste OC-Vorrichtung 30 und die zweite OC-Vorrichtung 34 können beide beispielsweise ein Durchström-Metall- oder -Keramik-Monolithsubstrat aufweisen, das in eine Schale oder einen Kanister aus rostfreiem Stahl mit einem Einlass und einem Auslass in Fluidkommunikation mit der Abgasleitung 14 gepackt ist. Das Substrat kann eine daran angeordnete Oxidationskatalysatorverbindung aufweisen. Die Oxidationskatalysatorverbindung kann als ein Washcoat aufgetragen werden und kann Platingruppenmetalle enthalten, wie Platin (”Pt”), Palladium (”Pd”), Rhodium (”Rh”) oder andere geeignete oxidierende Katalysatoren oder Kombinationen daraus. Die OC-Vorrichtungen 30 und 34 sind bei der Behandlung nicht verbrannter gasförmiger und nicht flüchtiger HC und CO verwendbar, die oxidiert werden, um Kohlendioxid und Wasser zu bilden.
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Die SCR-Vorrichtung 32 kann stromabwärts der ersten OC-Vorrichtung 30 und stromaufwärts der zweiten OC-Vorrichtung 34 angeordnet sein. Auf eine Weise ähnlich der OC-Vorrichtungen 30 und 34 kann die SCR-Vorrichtung 32 beispielsweise ein Durchström-Keramik- oder -Metall-Monolithsubstrat aufweisen, das in eine Schale oder einen Kanister aus rostfreiem Stahl mit einem Einlass und einem Auslass in Fluidkommunikation mit der Abgasleitung 14 gepackt sein kann. Das Substrat kann eine darauf aufgebrachte SCR-Katalysatorzusammensetzung umfassen. Die SCR-Katalysatorzusammensetzung kann einen Zeolith sowie eine oder mehrere Unedelmetallkomponenten aufweisen, wie Eisen (”Fe”), Kobalt (”Co”), Kupfer (”Cu”) oder Vanadium (”V”), die effizient dazu dienen können, NOx-Bestandteile in dem Abgas 15 in der Anwesenheit eines Reduktionsmittels, wie Ammoniak umzuwandeln.
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Die PF-Vorrichtung 36 kann stromabwärts der SCR-Vorrichtung 32 und der zweiten OC-Vorrichtung 34 angeordnet sein. Die PF-Vorrichtung 36 dient dazu, das Abgas 15 von Kohlenstoff und anderen Partikeln zu filtern. Bei verschiedenen Ausführungsformen kann die PF-Vorrichtung 36 unter Verwendung eines keramischen Wandströmungsmonolithfilters 40 aufgebaut sein, der in eine Schale oder einen Kanister gepackt sein kannt, die/der beispielsweise aus rostfreiem Stahl aufgebaut ist und die/der einen Einlass und einen Auslass in Fluidkommunikation mit der Abgasleitung 14 besitzt. Der keramische Wandströmungsmonolithfilter 40 kann eine Mehrzahl sich längs erstreckender Durchgänge besitzen, die durch sich längs erstreckende Wände definiert sind. Die Durchgänge umfassen einen Untersatz von Einlassdurchgängen, die ein offenes Einlassende und ein geschlossenes Auslassende besitzen, sowie einen Untersatz von Auslassdurchgängen, die ein geschlossenes Einlassende und ein offenes Auslassende besitzen. Abgas 15, das in den Filter 40 durch die Einlassenden der Einlassdurchgänge eintritt, wird durch benachbarte, sich längs erstreckende Wände zu den Auslassdurchgängen getrieben. Durch diesen Wandströmungsmechanismus wird das Abgas 15 von Kohlenstoff und anderen Partikeln gefiltert. Die gefilterten Partikel werden an den sich in Längsrichtung erstreckenden Wänden der Einlassdurchgänge abgelagert, und besitzen mit der Zeit die Wirkung der Erhöhung des Abgasgegendrucks, dem der Motor 12 ausgesetzt ist. Es sei angemerkt, dass der keramische Wandströmungsmonolithfilter lediglich beispielhafter Natur ist und dass die PF-Vorrichtung 36 andere Filtervorrichtungen aufweisen kann, wie gewickelte oder gepackte Faserfilter, offenzellige Schäume, gesinterte Metallfasern, etc. Die Zunahme des Abgasgegendrucks, der durch die Ansammlung von Partikelmaterial in dem Monolithfilter 40 bewirkt wird, erfordert typischerweise, dass die PF-Vorrichtung 36 periodisch gereinigt oder regeneriert wird. Die Regeneration betrifft die Oxidation oder das Verbrennen des angesammelten Kohlenstoffs und anderer Partikel typischerweise in einer Hochtemperaturumgebung (> 600°).
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Ein Steuermodul 50 ist funktional mit dem Motor 12 und dem Abgasbehandlungssystem 10 verbunden und überwacht den Motor 12 und das Abgasbehandlungssystem 10 durch eine Anzahl von Sensoren. 1 zeigt das Steuermodul 50 in Kommunikation mit dem Motor 12, dem Ansaugluftmassenstromsensor 24, dem ersten und zweiten Temperatursensor 62 und 64 zur Ermittlung des Temperaturprofils der ersten OC-Vorrichtung 30, dem dritten und vierten Temperatursensor 66 und 68 zur Ermittlung des Temperaturprofils der SCR-Vorrichtung 32, dem fünften und sechsten Temperatursensor 69 und 70 zur Ermittlung des Temperaturprofils der zweiten OC-Vorrichtung 34 und dem siebten und achten Temperatursensor 72 und 74 zur Ermittlung des Temperaturprofils der PF-Vorrichtung 36.
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Das Steuermodul 50 ermittelt eine Schwefelmenge, die an zumindest einer Nachbehandlungsvorrichtung (z. B. der ersten OC-Vorrichtung 34, der SCR-Vorrichtung 32 und der zweiten OC-Vorrichtung) seit einem vorhergehenden oder letzten Entschwefelungszyklus gespeichert ist. Der Entschwefelungszyklus kann von dem Steuermodul 50 auf Grundlage einer Vielzahl von Auslösebedingungen ausgelöst werden, wie hier weiter beschrieben ist. Während des Entschwefelungszyklus sind die erste OC-Vorrichtung 30, die SCR-Vorrichtung 32 und die zweite OC-Vorrichtung 34 erhöhten Temperaturen (allgemein über etwa 500°C) ausgesetzt, um an dem Katalysator gespeicherten Schwefel freizusetzen. Bei der beispielhaften Ausführungsform, wie gezeigt ist, weist das Steuermodul 50 eine Steuerlogik zur Ermittlung der Schwefelmenge, die an der ersten OC-Vorrichtung 30, der SCR-Vorrichtung 32 und der zweiten OC-Vorrichtung 34 gespeichert ist, wie auch zur Überwachung einer Anzahl von Auslösebedingungen zur Entschwefelung auf. Es sei zu verstehen, dass verschiedene Kombinationen und Anordnungen der Nachbehandlungsvorrichtungen (z. B. OC-Vorrichtungen und/oder SCR-Vorrichtungen) genauso abhängig von der Konfiguration des Abgasbehandlungssystems 10 verwendet werden können.
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Bei einer Ausführungsform ist das Steuermodul 50 derart konfiguriert, Wirkungen erhöhter Temperatur einer Regeneration der PF-Vorrichtung 36 beim Treffen von Steuerentscheidungen für die Entschwefelung einer Nachbehandlungsvorrichtung zu berücksichtigen. Beispielsweise können Temperatursollwerte sowie Dauer für eine Entschwefelung einer über Nacheinspritzung gesteuerten Nachbehandlungsvorrichtung in Bezug auf einen Einfluss einer PF-Vorrichtungsregeneration auf die Entschwefelung korrigieren, insbesondere, wenn Nachbehandlungsvorrichtungen (z. B. die OC-Vorrichtungen und die SCR-Vorrichtungen) nahe der PF-Vorrichtung 36 angeordnet sind, so dass die Nachbehandlungsvorrichtungen allgemein erhöhten Temperaturen ausgesetzt sind, die während der Regeneration der PF-Vorrichtung 36 erzeugt werden. Dies ist so, da zumindest ein Anteil des Schwefels, der in allen Nachbehandlungsvorrichtungen (z. B. der OC-Vorrichtung und der SCR-Vorrichtung) gespeichert ist, während der Regeneration der PF-Vorrichtung 36 freigesetzt werden kann. Infolgedessen braucht eine Ermittlung der Schwefelmenge, die an den Nachbehandlungsvorrichtungen gespeichert ist, nicht notwendig zu sein.
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Bei einer Ausführungsform weist das Steuermodul 50 eine Steuerlogik zur Berechnung eines Abgasmassenstroms auf, der sich in der Abgasleitung 14 befindet. Der Abgasmassenstrom basiert auf der Ansaugluftmasse des Motors 12, die durch den Ansaugluftmassenstromsensor 24 gemessen ist, wie auch einem Kraftstoffmassenstrom des Motors 12. Genauer wird der Abgasmassenstrom durch Addieren der Ansaugluftmasse des Motors 12 und des Kraftstoffmassenstroms des Motors 12 berechnet. Der Kraftstoffmassenstrom wird durch Summieren der Gesamtmenge von Kraftstoff, die in den Motor 12 über eine gegebene Zeitperiode (z. B. seit dem letzten Entschwefelungszyklus) eingespritzt wird, gemessen. Der Kraftstoffmassenstrom wird zu dem Luftmassendurchfluss addiert, um den Abgasmassenstrom des Motors 12 zu berechnen.
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2 ist eine Darstellung eines Datenflussdiagramms, das verschiedene Elemente veranschaulicht, die in dem Steuermodul 50 eingebettet sein können. Verschiedene Ausführungsformen des Abgasbehandlungssystems 10 von 1 nach der vorliegenden Offenbarung können eine beliebige Anzahl an Submodulen umfassen, die in dem Steuermodul 50 eingebettet sind. Wie sich versteht können die in 2 gezeigten Submodule kombiniert oder auch weiter unterteilt werden. Eingaben zu dem Steuermodul 50 können von dem Abgasbehandlungssystem 10 erfasst, von anderen (nicht gezeigten) Steuermodulen empfangen oder von anderen Submodulen oder Modulen ermittelt werden. Bei der Ausführungsform, wie in 2 gezeigt ist, weist das Steuermodul 50 einen Speicher 102, ein Regenerationssteuermodul 104, ein Entschwefelungsmodusauslösemodul 106, ein Modell 108 für gespeicherten Schwefel, ein Entschwefelungssteuermodul 110, ein Unterbrechungsmodul 112 und ein Kraftstoffeinspritzsteuermodul 114 auf.
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Bei einer Ausführungsform speichert der Speicher 102 des Steuermoduls 50 eine Anzahl konfigurierbarer Grenzen, Kennfelder und Variablen, die dazu verwendet werden, eine Entschwefelung von Nachbehandlungsvorrichtungen, wie der ersten OC-Vorrichtung 30, der SCR-Vorrichtung 32 und der zweiten OC-Vorrichtung 34 von 1 wie auch eine Regeneration der PF-Vorrichtung 36 von 1 zu steuern. Jedes der Module 104 bis 114 koppelt über Schnittstellen mit dem Speicher 102, um nach Bedarf gespeicherte Werte abzurufen und zu aktualisieren. Beispielsweise kann der Speicher 102 Werte für das Regenerationssteuermodul 104 zur Unterstützung einer Ermittlung einer Rußbeladung 116 und Schwellen zur Ermittlung eines Regenerationsmodus 118 auf Grundlage von Fahrzeugbetriebsbedingungen 120 und Abgasbedingungen 122 bereitstellen. Der Speicher 102 kann auch eine Anzahl von Regenerationen der PF-Vorrichtung speichern, die von dem Regenerationssteuermodul 104 ausgelöst werden.
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Das Regenerationssteuermodul 104 kann Algorithmen, die in der Technik bekannt sind, anwenden, um zu ermitteln, wann der Regenerationsmodus 118 einzustellen ist. Beispielsweise kann der Regenerationsmodus 118 eingestellt werden, wenn die Rußbeladung 116 eine in dem Speicher 102 definierte Schwelle überschreitet. Eine Regeneration der PF-Vorrichtung 36 von 1 kann auf Fahrzeugbetriebsbedingungen 120 und Abgasbedingungen 122 basieren oder gemäß Fahrzeugbetriebsbedingungen 120 und Abgasbedingungen 122 beschränkt sein. Die Fahrzeugbetriebsbedingungen 120 und die Abgasbedingungen 122 können durch Sensoren oder andere Module bereitgestellt sein. Beispielsweise senden der siebte und achte Temperatursensor 72, 74 (in 1 gezeigt) elektrische Signale an das Steuermodul 50, um ein Temperaturprofil der PF-Vorrichtung 36 anzuzeigen. Faktoren, wie Motordrehzahl, Abgastemperatur, Zeit, die seit einer letzten Regeneration verstrichen ist, Distanz, die seit einer letzten Regeneration gefahren ist, sowie ein modelliertes Rußniveau können ebenfalls dazu verwendet werden, um zu ermitteln, wann der Regenerationsmodus 118 eingestellt werden sollte.
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Das Entschwefelungsmodusauslösemodul 106 ist derart konfiguriert, eine Entschwefelungsanforderung 124 auf Grundlage einer oder mehrerer Auslösebedingungen zu setzen. Die Auslösebedingungen können relativ zu einer Anzahl von Parametern und Schwellenwerten definiert sein. Das Entschwefelungsmodusauslösemodul 106 kann die Rußbeladung 116, den Regenerationsmodus 118, eine Motorbetriebszeit 126, eine gefahrene Distanz 128, einen anhängigen Fehler 130 im SCR-Leistungsvermögen, eine verstrichene Regenerationszeit 132, eine verbrauchte Kraftstoffmenge 134 sowie eine Gesamtmenge an gespeichertem Schwefel 136 empfangen. Die Motorbetriebszeit 126, die gefahrene Distanz 128 und die verbrauchte Kraftstoffmenge 134 können durch Überwachen des Motors 12 von 1 ermittelt werden. Der anhängige Fehler 130 im SCR-Leistungsvermögen kann von einer separaten SCR-Diagnose (nicht gezeigt) als Teil einer Gesamtdiagnose für das Abgasbehandlungssystem 10 empfangen werden. Die verstrichene Regenerationszeit 132 kann durch ein zeitliches Steuern von Wechseln des Regenerationsmodus 118 ermittelt werden oder kann als ein Wert von dem Speicher 102 oder dem Regenerationssteuermodul 104 empfangen werden. Die Gesamtmenge an gespeichertem Schwefel 136 wird von dem Modell 108 für gespeicherten Schwefel empfangen. Das Entschwefelungsmodusauslösemodul 106 ruft auch Werte von dem Speicher 102 ab, um Auslösebedingungen zu ermitteln, wie: eine obere Schwefelschwelle, eine Motorbetriebszeitschwelle, eine Kraftstoffverbrauchsschwelle, eine Schwelle einer gefahrenen Distanz, eine Regenerationszeitschwelle, eine Rußbeladungsschwelle und die Anzahl von Regenerationen der PF-Vorrichtung.
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Das Modell 108 für gespeicherten Schwefel ermittelt die Gesamtmenge an gespeichertem Schwefel 136 auf Grundlage der verbrauchten Kraftstoffmenge 134, einer verbrauchten Ölmenge 138, einem Abgastemperaturwert 140, einem Wert 142 der adsorbierten Masse, einem Abgasmassenstrom 144 und Parametern von dem Speicher 102. Die Parameter von dem Speicher 102 können einen Wert einer Schwefelexposition aus Kraftstoff, einen Wert einer Schwefelexposition aus Öl und einen Abfangratenwert aufweisen. Der Wert der Schwefelexposition aus Kraftstoff ist ein kalibrierbarer skalarer Wert, der auf dem Nennwert einer Schwefelmenge basiert, die allgemein in dem Kraftstoff des Motors 12 von 1 zu finden ist. Der Wert der Schwefelexposition aus Öl ist ebenfalls ein kalibrierbarer skalarer Wert, der auf dem Nennwert der Schwefelmenge basiert, die allgemein in dem Öl des Motors 12 von 1 zu finden ist. Der Wert der Schwefelexposition aus Kraftstoff und der Wert der Schwefelexposition aus Öl können von spezifischen Regulierungen abhängen und sind in Einheiten einer Massekonzentration ausgedrückt, wie beispielsweise Milligramm pro Liter.
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Der Abfangratenwert ist ein Wert, der eine Schwefelmenge repräsentiert, die tatsächlich an die Abgasleitung 14 (in 1 gezeigt) überfragen und an einer Nachbehandlungsvorrichtung gespeichert wird. Dies bedeutet, das Abgasnachbehandlungssystem 10 ist einem Anteil des Schwefels ausgesetzt, der sich in dem Kraftstoff und Öl befindet, das der Motor 12 während des Betriebs verbraucht hat, was der Abfangratenwert ist. Bei einer Ausführungsform kann der Abfangratenwert durch Test des Katalysator-Washcoats der ersten OC-Vorrichtung 30, der SCR-Vorrichtung 32 und der zweiten OC-Vorrichtung 34 (z. B. chemische Analyse des Abgases, das in die erste OC-Vorrichtung 30 und die SCR-Vorrichtung 32 eintritt und diese verlässt) ermittelt werden.
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Das Modell 108 für gespeicherten Schwefel ist derart konfiguriert, eine Gesamtschwefelmenge in zumindest einer Nachbehandlungsvorrichtung als einen kombinierten Schwefeladsorptions- und -desorptionswert zu ermitteln. Wie in der US-Patentanmeldung Nr. 13/423,617, Anwaltsaktenzeichen P016812-PTUS-RRM, eingereicht am 19.03.2012 von Funk, et al., mit dem Titel ”SYSTEM FOR DETERMINING SULFUR STORAGE OF AFTERTREATMENT DEVICES”, die hier in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme eingeschlossen ist, beschrieben ist, kann die Gesamtschwefelmenge 136 als eine Rate einer Schwefeladsorption der ersten OC-Vorrichtung 30, der SCR-Vorrichtung 32 und der zweiten OC-Vorrichtung 34 (in 1) während eines Schwefeladsorptionszyklus und einer Rate einer Schwefeldesorption, wenn erhöhten Temperaturen (allgemein über etwa 95°C) ausgesetzt, ermittelt werden. Die Schwefeladsorption erfolgt zu beliebiger Zeit während des Betriebs des Motors 12, wenn die Nachbehandlungsvorrichtungen keinen Schwefel während eines Entschwefelungszyklus freisetzen.
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Die verbrauchte Kraftstoffmenge 134 und die verbrauchte Ölmenge 138 können durch Überwachen eines Betriebs des Motors 12 seit dem letzten Entschwefelungszyklus ermittelt werden. Dies bedeutet, die verbrauchte Kraftstoffmenge 134 repräsentiert die kumulative Summe von durch den Motor 12 verbrauchtem Kraftstoff seit dem letzten Entschwefelungszyklus. Gleichermaßen repräsentiert die verbrauchte Ölmenge 138 die kumulative Summe von durch den Motor 12 verbrauchtem Öl seit dem letzten Entschwefelungszyklus. Sowohl die verbrauchte Kraftstoffmenge 134 als auch die verbrauchte Ölmenge 138 werden nach jedem Entschwefelungszyklus rückgesetzt.
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Der Abgastemperaturwert 140 kann die Temperaturprofile von Nachbehandlungsvorrichtungen aufweisen, wie der ersten OC-Vorrichtung 30, der SCR-Vorrichtung 32 und der zweiten OC-Vorrichtung 34. Genauer senden bei einer Ausführungsform der erste und zweite Temperatursensor 62, 64 (in 1 gezeigt) elektrische Signale an das Steuermodul 50, die das Temperaturprofil der OC-Vorrichtung 30 angeben, der dritte und vierte Temperatursensor 66, 68 (in 1 gezeigt) senden elektrische Signale an das Steuermodul 50, die das Temperaturprofil der SCR-Vorrichtung 32 angeben, und der fünfte und sechste Temperatursensor 69, 70 (in 1 gezeigt) senden elektrische Signale an das Steuermodul 50, die das Temperaturprofil der zweiten OC-Vorrichtung 34 angeben. Alternativ dazu kann bei einer anderen Ausführungsform das Steuermodul 50 eine Steuerlogik zur Ermittlung der Temperaturprofile der ersten OC-Vorrichtung 30, der SCR-Vorrichtung 32 und der zweiten OC-Vorrichtung 34 auf Grundlage von Betriebsparametern des Motors 12 (in 1 gezeigt) aufweisen.
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Der Wert 142 der adsorbierten Masse ist ein Wert, der von dem Steuermodul 50 berechnet wird, und repräsentiert die Schwefelmenge, die bereits an der ersten OC-Vorrichtung 30, der SCR-Vorrichtung 32 und der zweiten OC-Vorrichtung 34 (in 1 gezeigt) adsorbiert ist. Der Wert 142 der adsorbierten Masse ist ein zeitintegrierter Wert der adsorbierten Schwefelmenge (z. B. beispielsweise bei Zeit = 0 Sekunden ist allgemein kein Schwefel adsorbiert, wenn jedoch 10 g/s Schwefel in den Katalysator eintreten, sind bei Zeit = 1 Sekunde 10 g Schwefel nun von dem Katalysator adsorbiert). Der Wert der Schwefelexposition aus dem Kraftstoff, der Wert der Schwefelexposition aus Öl, der Abfangratenwert, der Wert 134 der verbrauchten Kraftstoffmenge, die verbrauchte Ölmenge 138, der Abgastemperaturwert 140 und der Wert 142 der adsorbierten Masse werden berechnet, um die Rate der Schwefeladsorption zu berechnen.
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Der Abgasmassenstrom 144 basiert auf der Ansaugluftmasse des Motors 12 (gemessen von dem Ansaugluftmassenstromsensor 24, wie in 1 gezeigt ist), und dem Kraftstoffmassenstrom des Motors 12. Alternativ dazu kann der Eingang 144 in das Modell 108 für gespeicherten Schwefel die Abgasraumgeschwindigkeit sein, die in Einheiten einer inversen Zeit (z. B. allgemein 1/Stunde) gemessen ist. Die Abgasraumgeschwindigkeit ist der Volumendurchfluss des Abgases 15 geteilt durch das Volumen des Katalysators.
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Das Entschwefelungssteuermodul 110 ist derart konfiguriert, eine Entschwefelung von zumindest einer Nachbehandlungsvorrichtung von 1 auf Grundlage der Entschwefelungsanforderung 124 zu steuern, die von dem Entschwefelungsmodusauslösemodul 106 empfangen wird. Das Entschwefelungssteuermodul 110 gibt einen Entschwefelungsmodus 146 an das Kraftstoffeinspritzsteuermodul 114 zum Steuern einer Entschwefelung aus. Das Entschwefelungssteuermodul 110 empfängt den Regenerationsmodus 118 von dem Regenerationssteuermodul 104, die Gesamtschwefelmenge 136 von dem Modell 108 für gespeicherten Schwefel und Parameter von dem Speicher 102. Das Entschwefelungssteuermodul 110 kann auch eine Unterbrechung von dem Unterbrechungsmodul 112 empfangen. Unter Verwendung des Regenerationsmodus 118 kann das Entschwefelungssteuermodul 110 eine Entschwefelung gleichzeitig mit oder unmittelbar folgend auf eine Regeneration der PF-Vorrichtung 36 in dem Abgasbehandlungssystem 10 von 1 auslösen.
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Der Entschwefelungsmodus 146 kann eingestellt werden, bis das Unterbrechungsmodul 112 die Entschwefelung unterbricht, die Gesamtschwefelmenge 136 kleiner als eine untere Schwefelschwelle ist, die aus dem Speicher 102 gelesen wird, oder eine Entschwefelungsdauer verstreicht. Auf Grundlage einer Unterbrechungsbedingung 148 wird die Entschwefelung angehalten und eine Wiederaufnahme behindert, bis eine nächste Regeneration der PF-Vorrichtung 36 oder eine nächste Entschwefelungsanforderung 124 empfangen ist. Unterbrechungsbedingungen 148 können temperaturbasiert sein und können einen oder mehrere der Temperatursensoren 62–74 verwenden, die relativ zu einer oder mehreren Temperaturschwellenwerten, die in dem Speicher 102 gespeichert sind, verglichen werden. Beispielsweise kann eine erfasste Temperatur über etwa 800°C eine Unterbrechung bewirken. Andere Temperaturwerte, wie eine Kühlmitteltemperatur des Motors 12 von 1, können ebenfalls durch das Unterbrechungsmodul 112 überwacht werden. Die von dem Unterbrechungsmodul 112 erzeugte Unterbrechung kann an eines oder beide des Regenerationssteuermoduls 104 und des Entschwefelungssteuermoduls 110 gesendet werden.
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Das Kraftstoffeinspritzsteuermodul 114 gibt ein Kraftstoffeinspritzsteuersignal 150 aus, um eine Zylindernacheinspritzung in dem Motor 12 von 1 zu steuern. Die Zylindernacheinspritzung erzeugt Abgastemperaturen, um gespeicherten Schwefel von einer oder mehreren Nachbehandlungsvorrichtungen und/oder zur Regeneration der PF-Vorrichtung 36 von 1 zu entfernen. Das Kraftstoffeinspritzsteuermodul 114 kann auf Werte in dem Speicher 102 zugreifen, um das Kraftstoffeinspritzsteuersignal 150 auf Grundlage des Regenerationsmodus 118 und des Entschwefelungsmodus 146 festzusetzen. Der Speicher 102 kann ein separates Sollwertkennfeld für die Entschwefelungstemperatur sowie ein Korrekturkennfeld für eine Menge für im Zylinder erfolgende Nacheinspritzung zur Regeneration der PF-Vorrichtung 36 aufweisen. Der Entschwefelungsmodus 146 kann existierende Verbrennungssteuersoftware für eine DPF-Regeneration mit im Zylinder erfolgender Nacheinspritzung verwenden. Die Verwendung existierender Verbrennungssteuersoftware in Kombination mit separaten Temperatursollwerten und einem Korrekturkennfeld reduziert eine Größe des Speichers 102, die erforderlich ist, um den Entschwefelungsmodus 146 in Bezug auf existierende Verbrennungssteuersoftware für den Regenerationsmodus 118 zu implementieren.
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Bezug nehmend auf 3 und mit fortgesetztem Bezug auf die 1 und 2 zeigt ein Flussdiagramm ein Verfahren zum Steuern einer Entschwefelung von zumindest einer Nachbehandlungsvorrichtung in einem Abgasbehandlungssystem eines Verbrennungsmotors, das von dem Steuermodul 50 von 1 gemäß der vorliegenden Offenbarung ausgeführt werden kann. Die Nachbehandlungsvorrichtungen können eine oder mehrere aus der ersten OC-Vorrichtung 30, der SCR-Vorrichtung 32 und der zweiten OC-Vorrichtung 34 aufweisen, wie in 1 gezeigt ist. Wie angesichts der Offenbarung angemerkt sei, ist die Reihenfolge des Betriebs innerhalb des Verfahrens nicht auf die sequentielle Ausführung, wie in 3 gezeigt ist, beschränkt, sondern kann in einer oder mehreren variierenden Reihenfolgen, wie anwendbar, und gemäß der vorliegenden Offenbarung ausgeführt werden.
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Bei verschiedenen Ausführungsformen kann das Verfahren so geplant sein, dass es auf Grundlage vorbestimmter Ereignisse läuft und/oder während des Betriebs des Motors 12 kontinuierlich läuft.
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Bei einem Beispiel kann das Verfahren mit Block 200 beginnen. Bei Block 210 prüft das Entschwefelungsmodusauslösemodul 106 Auslösebedingungen, um zu ermitteln, ob die Entschwefelungsanforderung 124 zu setzen ist. Das Entschwefelungsmodusauslösemodul 106 setzt die Entschwefelungsanforderung 124 auf Grundlage einer Ermittlung aus einem oder mehreren, ob: die Motorbetriebszeit 126 eine Motorbetriebszeitschwelle überschreitet, die gefahrene Distanz 128 eine Schwelle für gefahrene Distanz überschreitet; ein anhängiger Fehler 130 im SCR-Leistungsvermögen detektiert ist; die verbrauchte Kraftstoffmenge 134 eine Kraftstoffverbrauchsschwelle überschreitet; die Gesamtschwefelmenge 136 eine obere Schwefelschwelle überschreitet; oder eine Anzahl von Regenerationen der PF-Vorrichtung 36 eine Regenerationsschwelle überschreitet. Wenn der Regenerationsmodus 118 festgesetzt ist, kann die Entschwefelungsanforderung 124 auf Grundlage von einem oder mehreren, das die verstrichene Regenerationszeit 132 eine Regenerationszeitschwelle überschreitet und die Rußbeladung 116 der PF-Vorrichtung 36 eine Rußbeladungsschwelle überschreitet, als Auslösebedingungen festgesetzt werden. Wenn eine Auslösebedingung nicht detektiert wird, endet das Verfahren bei Block 220; ansonsten fährt das Verfahren mit Block 230 fort.
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Bei Block 230 steuert das Entschwefelungssteuermodul 110 eine Entschwefelung von zumindest einer Nachbehandlungsvorrichtung auf Grundlage der Entschwefelungsanforderung 124. Das Entschwefelungssteuermodul 110 setzt den Entschwefelungsmodus 146 und kann die Entschwefelung gleichzeitig mit oder unmittelbar folgend auf eine Regeneration der PF-Vorrichtung 36 auslösen, wie von dem Regenerationsmodus 118 detektiert ist. Das Entschwefelungssteuermodul 110 kann planen, dass die Entschwefelung auf Grundlage einer anschließenden Regeneration der PF-Vorrichtung 36 nach der Entschwefelungsanforderung 124 stattfindet. Der Entschwefelungsmodus 146 wird von dem Kraftstoffeinspritzsteuermodul 114 verwendet, um ein zugeordnetes Sollwertkennfeld für die Entschwefelungstemperatur und ein Korrekturkennfeld von dem Speicher 102 für eine Menge für im Zylinder erfolgende Nacheinspritzung zu wählen und das Kraftstoffeinspritzsteuersignal 150 zu setzen.
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Bei Block 240 prüft das Entschwefelungssteuermodul 110, ob die Gesamtschwefelmenge 136 kleiner als eine untere Schwefelschwelle ist und ob eine Entschwefelungsdauer verstrichen ist. Wenn die Gesamtschwefelmenge 136 kleiner als die untere Schwefelschwelle ist oder die Entschwefelungsdauer verstrichen ist, endet das Verfahren bei Block 220; ansonsten fährt das Verfahren mit Block 250 fort.
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Bei Block 250 ermittelt das Entschwefelungssteuermodul 110, ob eine Unterbrechung von dem Unterbrechungsmodul 112 empfangen worden ist, auf Grundlage einer Unterbrechungsbedingung 148. Wenn keine Unterbrechung detektiert ist, fährt das Verfahren dann mit Block 230 fort; ansonsten wird die Unterbrechung verarbeitet und das Verfahren endet bei Block 220. Auf Grundlage der Unterbrechungsbedingung 148 wird die Entschwefelung bis zu einem oder mehreren aus: einer nächsten Regeneration der PF-Vorrichtung 36 und einer nächsten Entschwefelungsanforderung 124 angehalten und an einer Wiederaufnahme gehindert.
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Während die Erfindung unter Bezugnahme auf beispielhafte Ausführungsformen beschrieben wurde, versteht sich für den Fachmann, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können und Äquivalente an Stelle von Elementen derselben treten können, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Zusätzlich können viele Modifikationen durchgeführt werden, um eine bestimmte Situation und ein bestimmtes Material an die Lehren der Erfindung anzupassen, ohne von dem wesentlichen Schutzumfang davon abzuweichen. Daher soll die Erfindung nicht auf die offenbarten bestimmten Ausführungsformen beschränkt sein, sondern die Erfindung umfasst alle in den Schutzumfang der Anmeldung fallenden Ausführungsformen.
