DE102014111801B4

DE102014111801B4 - System zum Steigern der Leistungsfähigkeit einer Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion

Info

Publication number: DE102014111801B4
Application number: DE102014111801.4A
Authority: DE
Inventors: Rahul Mital; Jianwen Li; Justin Adam Shetney; Chang H. Kim; Matthew J. Myers
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2013-08-27
Filing date: 2014-08-19
Publication date: 2022-11-03
Anticipated expiration: 2034-08-20
Also published as: US20150059317A1; DE102014111801A1; US9140170B2

Abstract

Verfahren (100) zum Verbessern der Leistungsfähigkeit einer Vorrichtung (26) für selektive katalytische Reduktion (SCR) eines Fahrzeugs (10), das einen Motor (12) und ein Abgassystem (20) aufweist, wobei das Verfahren umfasst, dass:über einen Controller (50) eine anfängliche Einspritzrate und eine anfängliche Einspritztemperatur für ein Reduktionsmittel (52) gewählt werden, wobei die anfängliche Einspritztemperatur als die Temperatur des Abgassystems (20), wenn das Reduktionsmittel (52) eingespritzt wird, definiert ist;über den Controller (50) eine Einspritzung des Reduktionsmittels (52) in das Abgassystem (20) über eine Einspritzeinrichtung (54) ausgelöst wird, was umfasst, dass das Reduktionsmittel (52) bei der anfänglichen Einspritztemperatur und der anfänglichen Einspritzrate eingespritzt wird;über ein Reduktionsmittelablagerungsmodul (72) eine augenblickliche Menge an angesammelten Reduktionsmittelablagerungen, die in dem Abgassystem (20) vorhanden sind, auf Grundlage sowohl der anfänglichen Einspritzrate, der anfänglichen Einspritztemperatur als auch eines Abgasdurchflusses durch das Abgassystem (20) geschätzt wird;mit dem Controller (50) die Menge an gesammelten Reduktionsmittelablagerungen mit einer Schwellenmenge an Ablagerungen, die in dem Abgassystem (20) zulässig ist, verglichen wird; undüber den Controller (50) eine erste Steueraktion (201) ausgeführt wird, wenn die Menge an angesammelten Reduktionsmittelablagerungen kleiner als die Schwellenmenge an Ablagerungen, die in dem Abgassystem (20) zulässig ist, ist, und eine zweite Steueraktion (202) ausgeführt wird, wenn die Menge an angesammelte Reduktionsmittelablagerungen größer als die Schwellenmenge an Ablagerungen, die in dem Abgassystem (20) zulässig ist, ist;wobei die zweite Steueraktion (202) umfasst, dass:über den Controller (50) ein Bewertungselement (34) ausgewählt wird, wobei das Bewertungselement (34) ein gemessener Differenzdruck eines Partikelfilters (28), eine Zeit seit einem Regenerationsereignis des Partikelfilters (28), eine von dem Fahrzeug (10) seit einem Regenerationsereignis des Partikelfilters (28) gefahrene Distanz oder eine von dem Motor (12) seit einem Regenerationsereignis des Partikelfilters (28) verbrannte Kraftstoffmenge ist;über den Controller (50) eine Menge an Ruß, die in dem Partikelfilter (28) angesammelt ist, auf Grundlage des Bewertungselementes (34) geschätzt wird; undüber den Controller (50) die Menge an Ruß, die in dem Partikelfilter (28) angesammelt ist, mit einer Schwellenmenge an Ruß, die in dem Partikelfilter (28) zulässig ist, verglichen wird;über den Controller (50) eine dritte Steueraktion (501) ausgeführt wird,wenn die Menge an Ruß, die angesammelt ist, kleiner als die Schwellenmenge an Ruß, die in dem Partikelfilter (28) zulässig ist, ist, und eine vierte Steueraktion (502) ausgeführt wird, wenn die Menge an Ruß, die angesammelt ist, größer als die Schwellenmenge an Ruß ist, die in dem Partikelfilter (28) zulässig ist,wobei die dritte Steueraktion (501) die Schritte umfasst, dass:mit dem Controller (50) ein Abbrennmodus für Reduktionsmittelablagerungen in dem Abgassystem (20) ausgelöst wird, wobei der Abbrennmodus für Reduktionsmittelablagerungen so definiert ist, dass die Menge an angesammelten Reduktionsmittelablagerungen einer Reinigungstemperatur des Abgassystems (20) ausgesetzt wird, so dass die Abgasreinigungstemperatur eine Temperatur des Abgassystems (20) ist, die ausreichend ist, um die Menge an angesammelten Reduktionsmittelablagerungen abzubrennen, wobei die Abgasreinigungstemperatur proportional mit der Zunahme der anfänglichen Einspritztemperatur zunimmt.

Description

Die vorliegenden Lehren weisen allgemein ein Verfahren zum Verbessern der Leistungsfähigkeit einer Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion, insbesondere durch routinemäßiges Reduzieren der Menge an Reduktionsmittelablagerungen, die sich in einem Abgassystem angesammelt haben, wenn das Reduktionsmittel bei einer reduzierten Temperatur eingespritzt wird, auf.
Ein Abgasnachbehandlungssystem für ein modernes Dieselmotorabgassystem enthält typischerweise eine Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion (SCR). Die SCR-Vorrichtung wird dazu verwendet, um NOx-Gase zu reduzieren. Die SCR-Vorrichtung verwendet ein Reduktionsmittel, das in der Lage ist, mit NO_x-Gasen zu reagieren, um die NOx-Gase in inerte Nebenprodukte, d.h. Stickstoff und Wasser, umzuwandeln.
Beispielsweise kann das Reduktionsmittel eine wässrige Harnstofflösung sein, die in den Abgasstrom des Motors eingespritzt wird. Sobald sich das Reduktionsmittel in dem Abgasstrom befindet, wird das Reduktionsmittel in der SCR-Vorrichtung absorbiert, wobei die katalytische Wirkung der SCR-Vorrichtung schließlich NOx-Gase in die inerten Nebenprodukte umwandelt. Üblicherweise wird Harnstoff in den Abgasstrom bei Temperaturen über 250 ° C eingespritzt, um die Ansammlung von Harnstoffablagerungen in dem Abgassystem zu reduzieren.
DE 10 2008 018 063 A1 offenbart ein System für ein Fahrzeug, das einen Verbrennungsmotor, einen Katalysator zur harnstoffbasierten selektiven Katalysatorreduktion (SCR), der stromabwärts des Verbrennungsmotors angeschlossen ist, und ein dafür ausgelegtes Steuergerät, das Betriebsparameter zum Regenerieren des SCR-Katalysators anpasst, aufweist. Das Steuergerät passt eine Temperatur, bei der der SCR-Katalysator bei einer an dem SCR-Katalysator abgelagerten Harnstoffmenge regeneriert wird, sowie eine Dauer an, über die der SCR-Katalysator abhängig von der abgelagerten Menge an Harnstoff regeneriert wird.
Weiterer Stand der Technik ist in der DE 11 2010 005 468 T5 beschrieben.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, mit dem eine regelmäßige Verbesserung der Leistungsfähigkeit einer Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion (SCR) möglich ist.
Die Aufgabe wird durch den Gegenstand von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

1 ist eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einem Motor und einem Abgassystem;
2 ist ein Flussdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren zur Verbesserung der Leistungsfähigkeit einer SCR-Vorrichtung durch routinemäßiges Verringern der Menge an Reduktionsmittelablagerungen, die sich in einem Abgassystem angesammelt haben, wenn das Reduktionsmittel bei einer reduzierten Temperatur eingespritzt wird, beschreibt;
3 ist ein Flussdiagramm, das eine erste Steueraktion des beispielhaften Verfahrens beschreibt; und
4 ist ein Flussdiagramm, das eine zweite Steueraktion des beispielhaften Verfahrens beschreibt.

1 zeigt schematisch ein Fahrzeug 10. Das Fahrzeug 10 weist einen Verbrennungsmotor 12 auf, der einen Abgasstrom 16 erzeugt. Das Fahrzeug 10 weist ferner einen Controller 50 auf, der derart konfiguriert, d. h. programmiert und als Hardware ausgestattet ist, die Funktionen der verschiedenen Komponenten des Fahrzeugs 10 zu regulieren und zu koordinieren. Während eine Dieselanwendung hier nachfolgend zu illustrativen Zwecken beschrieben ist, erkennt der Fachmann, dass eine ähnliche Vorgehensweise in Bezug auf andere Motorkonstruktionen genommen werden kann.
Das Fahrzeug 10 weist ein Abgassystem 20 zur Behandlung von Bestandteilen in dem Abgasstrom 16 auf. Mit anderen Worten behandelt das Abgassystem 20 den Abgasstrom 16.
Wie in 1 gezeigt ist, erzeugt an Bord des Fahrzeugs 10 eine Verbrennung von Kraftstoff, der von einem Kraftstoffspeichertank 18 gezogen wird, den Abgasstrom 16, der dann durch das Abgasbehandlungssystem 20 und einen Auspuff 22 verarbeitet wird. Der Abgasstrom 16 wird von dem Motor 12 als ein Nebenprodukt der Verbrennung ausgestoßen und durch das Abgassystem 20 an die Umgebung entfernt. Das Abgassystem 20 kann eine Reihe von Abgasnachbehandlungsvorrichtungen, die als ein Dieseloxidationskatalysator (DOC) 24, eine Vorrichtung 26 für selektive katalytische Reduktion (SCR) und ein Partikelfilter 28 gezeigt sind, aufweisen.
Demgemäß weist das Abgassystem 20 einen Durchgang zum Lenken des Abgasstromes 16 von dem Motor 12 durch die Reihe von Abgasnachbehandlungsvorrichtungen 24, 26, 28 auf. Abhängig von der Ausführungsform können die Nachbehandlungsvorrichtungen 24, 26, 28 des Abgassystems 20 in einer beliebigen gewünschten Reihenfolge angeordnet sein. Gemeinsam konditionieren der Oxidationskatalysator 24, die SCR-Vorrichtung 26 und der Partikelfilter 28 den Abgasstrom (Pfeil 16).
Die Abgasnachbehandlungsvorrichtungen 24, 26, 28 werden dazu verwendet, verschiedene Abgasemissionen des Motors 12 zu reduzieren. Insbesondere ist der Dieseloxidationskatalysator 24 derart angepasst, den Abgasstrom 16 von dem Motor 12 aufzunehmen, um Kohlenwasserstoffe, die in dem Abgasstrom 16 vorhanden sind, zu oxidieren und zu verbrennen. Die SCR-Vorrichtung 26 ist derart konfiguriert, um Stickoxid- (NO_x-) Gase, die in dem Abgasstrom 16 vorhanden sind, katalytisch in Wasser und Stickstoff umzuwandeln. Schließlich kann der Partikelfilter 28 so konfiguriert sein, um Partikelmaterial, d.h. Ruß, von dem Abgasstrom 16 des Motors 12 zu filtern. Der Partikelfilter 28 kann ein oder mehrere Substrate 30 aufweisen, die eine Mehrzahl von Durchbrechungen 32 darin definieren, durch die das Abgas 16 strömt. Wenn der Abgasstrom 16 durch den Partikelfilter 28 strömt, kann sich suspendiertes schwebendes Partikelmaterial an dem Substrat 30 ansammeln, wo es von dem Abgasstrom 16, d.h. der Rußbeladung, getrennt werden kann.
Der Partikelfilter 28 wird selektiv regeneriert, um das angesammelte Partikelmaterial zu entfernen. Eine Regeneration des Partikelfilters 28 erfolgt während eines festgelegten Regenerationsereignisses, das ein Erwärmen des Partikelfilters 28 auf eine Temperatur umfasst, die ausreichend ist, um das gesammelte Partikelmaterial oder Ruß zu verbrennen, was das Partikelmaterial in Kohlendioxid umwandelt. Ein Ereignis für Partikelfilterregeneration wird allgemein durch die Anwesenheit einer vorbestimmten Menge von Rußpartikelmaterial, das sich in dem Partikelfilter 28 angesammelt hat, oberhalb einer vorbestimmten Rußschwelle bestimmt.
Die Rußansammlung oder die Rußbeladung können über den Controller 50 durch die Auswahl eines Bewertungselements 34 geschätzt werden. Das Bewertungselement 34 kann eines aus dem gemessenen Differenzdruck des Partikelfilters 28, einer Zeit seit einer Regeneration des Partikelfilters 28, einer von dem Fahrzeug 10 seit einem Regenerationsereignis des Partikelfilters 28 gefahrenen Distanz und einer Menge an Kraftstoff, die durch den Motor 12 seit einem Regenerationsereignis des Partikelfilters 28 verbrannt wurde, sein.
Wenn das Bewertungselement 34 der gemessene Differenzdruck des Partikelfilters 28 ist, ist der gemessene Differenzdruck der momentane Druckabfall über den Partikelfilter 28. Der momentane Druckabfall über den Partikelfilter 28 oder der Differenzdruck (ΔP) wird über mindestens einen Differenzdruck-Sensor 36, 38 bewertet. Demgemäß kann das Abgassystem 20 ferner einen ersten Drucksensor 36 und einen zweiten Drucksensor 38 aufweisen. Der erste Drucksensor 36 kann an einer Einlassseite 40 des Partikelfilters 28 zwischen dem Partikelfilter 28 und der SCR-Vorrichtung 26 angeordnet sein. Das Abgassystem 20 kann ferner einen zweiten Drucksensor 38 aufweisen, der an einer Auslassseite 42 des Partikelfilters 28 angeordnet ist.
Der erste Drucksensor 36 kann derart konfiguriert sein, eine erste Druckablesung (Pfeil 44) an ein Differenzdruckmodul 46 zu übertragen, und der zweite Sensor 38 kann derart konfiguriert sein, eine zweite Druckablesung (Pfeil 48) an das Differenzdruckmodul 46 zu übertragen.
Das Differenzdruckmodul 46 kann in Kommunikation mit dem ersten Drucksensor 36 und dem zweiten Drucksensor 38 stehen. Das Differenzdruckmodul 46 kann in einen konkreten, nicht flüchtigen Speicher des Controllers 50 geschrieben werden. Das Differenzdruckmodul 46 kann ferner derart konfiguriert sein, die Differenz zwischen der ersten Druckablesung 44 und der zweiten Druckablesung 48 zu ermitteln und einen Deltadruckausgang zu erzeugen, der einem Druckabfall über den Partikelfilter 28 zwischen dem ersten Drucksensor 36 und dem zweiten Drucksensor 38 entspricht.
Jeder von dem ersten Drucksensor 36 und dem zweiten Drucksensor 38 kann ein einheitlicher Sensor oder eine einheitliche Messeinrichtung sein, der/die mit dem Partikelfilter 28 verbunden ist. Der erste und zweite Drucksensor 36, 38 können als ein Paar von Druckabgriffseinrichtungen ausgeführt sein, die Einlass- und Auslassdrücke einzeln lesen und den Differenzdruck ΔP über den Partikelfilter 28 berechnen, wie gezeigt ist, oder können alternativ als ein Signalsensor ausgeführt sein, der in der Lage ist, eine resultierende ΔP-Messung an den Controller 50 rückzuführen.
Bei einem Beispiel, das in 1 gezeigt ist, wird nach dem DOC 24 der Abgasstrom 16 an die SCR-Vorrichtung 26 geführt. Mit anderen Worten ist die SCR-Vorrichtung 26 stromabwärts des DOC 24 angeordnet. Die SCR-Vorrichtung 26 wird dazu verwendet, um NOx-Gase in dem Abgasstrom 16 zu reduzieren.
Die SCR-Vorrichtung 26 weist eine aktive katalytische Komponente auf, die ein Oxid eines Unedelmetalls sein kann, wie eines aus Vanadium, Molybdän, Wolfram und Zeolith. Ein Reduktionsmittel 52 wird in den Abgasstrom 16 eingespritzt und dazu verwendet, um NOx-Gase in inerte Nebenprodukte innerhalb der SCR-Vorrichtung 26 umzuwandeln. Das Reduktionsmittel 52 wird in die SCR-Vorrichtung 26 innerhalb des Abgassystems 20 über ein Dosiermodul oder eine Einspritzeinrichtung 54 eingespritzt. Das Reduktionsmittel 52 wird mit dem Abgasstrom 16 unter Verwendung eines Mischers 56 zerstäubt. Somit wandelt die SCR-Vorrichtung 26 NO_x-Gase mithilfe des Reduktionsmittels 52 in inerte Nebenprodukte, d.h. zweiatomigen Stickstoff N₂ und Wasser H₂O, um.
Das Reduktionsmittel 52 kann anhydrides Ammoniak, wässriges Ammoniak, Ammoniakvorläufer, wässrige Harnstofflösung oder irgendein anderes geeignetes Reduktionsmittel 52 sein, das dem Abgasstrom 16 hinzugefügt und in der SCR-Vorrichtung 26 absorbiert wird. Demgemäß erreicht das Reduktionsmittel 52 die SCR-Vorrichtung 26, wenn der Abgasstrom 16 durch die SCR-Vorrichtung 26 strömt. Wenn der Abgasstrom 16 durch die SCR-Vorrichtung 26 gelangt, steht das Reduktionsmittel 52 mit dem Abgasstrom 16 über eine chemische Reaktion in Wechselwirkung, um NOx-Gase, die in dem Abgasstrom 16 vorhanden sind, zu reduzieren, wenn dieser durch das Abgasbehandlungssystem 20 gelangt.
Das Abgassystem 20 kann ferner eine Mehrzahl von NOx-Sensoren 58, 60, nämlich einen ersten NO_x-Sensor 58 und einen zweiten NO_x-Sensor 60, aufweisen, die derart konfiguriert sein können, die Menge an NOx-Gasen, die in dem Abgasstrom 16 vorhanden sind, an verschiedenen Punkten in dem Abgassystem 20 zu detektieren.
Ein erster NO_x-Sensor 58 kann stromaufwärts in Bezug auf die SCR-Vorrichtung 26 positioniert sein, wie an dem Auslass des Motors 12. Somit kann der NO_x-Sensor 58 nachfolgend als der stromaufwärtige NO_x-Sensor 58 bezeichnet werden. Der erste NO_x-Sensor 58 misst die Menge an NOx-Gasen, die in dem Abgasstrom 16 kurz nach Verbrennung vorhanden sind.
Ein zweiter NO_x-Sensor 60 kann stromabwärts in Bezug auf die SCR-Vorrichtung 26 positioniert sein; beispielsweise kurz vor dem DPF 28, wie in 1 gezeigt ist. Somit kann der NO_x-Sensor 60 nachfolgend als der stromabwärtige NO_x-Sensor 60 bezeichnet werden. Der zweite NO_x-Sensor 60 misst die Menge an NOx-Gasen, die in dem Abgasstrom 16 vorhanden sind, nachdem der Abgasstrom 16 mit dem Reduktionsmittel 52 behandelt ist und durch die SCR-Vorrichtung 26 gelangt ist, die so ausgelegt ist, NO_x-Gase mit Hilfe des Reduktionsmittels 52 in inerte Nebenprodukte, d.h. zweiatomigen Stickstoff N₂ und Wasser H₂O, umzuwandeln.
Strukturell und funktional können die NOx-Sensoren 58 und 60 anderweitig identisch sein. Jeder NO_x-Sensor 58, 60 führt eine Ausgangs-NOx-Niveaumessung (Pfeile 62, 64) an ein NO_x-Umwandlungseffizienzmodul 68 zurück. Das NOx-Umwandlungseffizienzmodul kann in den konkreten nichtflüchtigen Speicher des Controllers 50 geschrieben sein. Das NO_x-Umwandlungseffizienzmodul 68 ist derart konfiguriert, die NO_x-Umwandlungseffizienz des Abgassystems 20 auf Grundlage eines Vergleichs der NOx-Niveaumessungen von jedem der jeweiligen NOx-Sensoren 58, 60 zu ermitteln.
Herkömmlich wird das Reduktionsmittel 52 in den Abgasstrom 16 bei Temperaturen über 200°C eingespritzt, um die Ansammlung von Reduktionsmittelablagerungen in dem Abgassystem 20 zu reduzieren. Derartige Reduktionsmittelablagerungen sammeln sich üblicherweise innerhalb einer Ablagerungsansammlungszone an, wie in 1 bei 70 gezeigt ist, beispielsweise an der Einspritzeinrichtung 54, an dem Mischer 56 und/oder stromabwärts davon. Die Ansammlung von Reduktionsmittelablagerungen kann zunehmen, wenn das Reduktionsmittel 52 zeitlich näher zu dem Start des Motors 12 und bei reduzierten Temperaturen des Abgassystems 20 eingespritzt wird. Die Ansammlung der Reduktionsmittelablagerungen kann eine katalytische Langzeitleistungsfähigkeit der SCR-Vorrichtung 26 und des Gesamtabgassystems 20 reduzieren.
Jedoch kann ein Einspritzen des Reduktionsmittels 52 bei geringeren Temperaturen des Abgassystems 20 und Beladung der SCR-Vorrichtung 26 mit einer höheren Dosierung an Reduktionsmittel 52 nützlich sein und die NOx-Umwandlungseffizienz des Abgassystems 20 ohne die Ansammlung von Reduktionsmittelablagerungen verbessern.
Die Ansammlung derartiger Reduktionsmittelablagerungen kann über ein Reduktionsmittelablagerungsmodul 72 geschätzt werden. Das Reduktionsmittelablagerungsmodul 72 kann eine dreidimensionale Nachschlagetabelle sein, die die Ansammlung von Reduktionsmittelablagerungen auf Grundlage von sowohl der anfänglichen Einspritztemperatur, der anfänglichen Einspritzrate und eines Abgasdurchflusses durch das Abgassystem ausdrückt. Das Reduktionsmittelablagerungsmodul 72 kann in den konkreten nichtflüchtigen Speicher des Controllers 50 geschrieben sein.
Zurück Bezug nehmend auf den Controller 50, der hier oben beschrieben ist, kann der Controller 50 eine alleinstehende Einheit oder Teil eines elektronischen Controllers sein, der den Betrieb des Motors 12 reguliert. Der Controller 50 kann als eine Server/Host-Maschine oder ein verteiltes System, z.B. ein Digitalcomputer oder Mikrocomputer, der als ein Fahrzeugsteuermodul wirkt, und/oder als eine Proportional-Integral-Differential- (PID-) Reglervorrichtung mit einem Prozessor sowie einem konkreten nichtflüchtigen Speicher, wie einem Nurlesespeicher (ROM) oder Flashspeicher, ausgeführt sein. Der Controller 50 kann auch einen Direktzugriffsspeicher (RAM), einen elektrisch löschbaren programmierbaren Nurlesespeicher (EEPROM), einen Hochgeschwindigkeitstakt, eine Analog/Digital-(A/D-) und/oder Digital/Analog- (D/A-) Schaltung sowie jegliche erforderliche Eingabe/Ausgabeschaltung und zugeordnete Vorrichtungen wie auch jegliche erforderliche Signalkonditionierungs- und/oder Signalpufferschaltungen aufweisen.
Daher kann der Controller 50 die gesamte Software, Hardware, Speicher, Algorithmen, Verbindungen, Sensoren, etc. aufweisen, die notwendig sind, um das Abgassystem 20 und den Motor 12 zu überwachen und zu steuern. Wie hier in Betracht gezogen wird, kann der Controller 50 eine elektronische Steuereinheit (ECU) sein, die konfiguriert, d.h. programmiert und in Hardware ausgeführt ist, um die Funktionen der verschiedenen Komponenten des Fahrzeugs 10 zu regulieren und zu koordinieren wie auch Eingangssignale auf Grundlage einer Mehrzahl von Auswahlen eines Nutzers, wie eines Kalibrierers oder Programmierers des Fahrzeugs 10, zu empfangen. Der Controller 50 steht in elektrischer Kommunikation mit verschiedenen Komponenten des Fahrzeugs 10, wie dem ersten und zweiten NO_x-Sensor 58, 60, der SCR-Vorrichtung 26 und dem Partikelfilter 28. Der Controller 50 kann auch den Motor 12 und den Regenerationszyklus des Partikelfilters 28 auf Grundlage des Bewertungselementes 34 sowie Ausgängen von dem Reduktionsmittelablagerungsmodul 72, dem NO_x-Umwandlungseffizienzmodul 68 und verschiedener anderer erfasster Information steuern.
Allgemein können Berechnungssysteme und/oder -vorrichtungen, wie der Controller 50, eine beliebige Anzahl von Computerbetriebssystemen verwenden und allgemein computerausführbare Anweisungen aufweisen, wobei die Anweisungen durch eine oder mehrere Berechnungsvorrichtungen, wie diejenigen, die oben aufgelistet sind, ausführbar sein können. Die computerausführbaren Anweisungen können von Computerprogrammen kompiliert oder interpretiert werden, die unter Verwendung einer Vielzahl gut bekannter Programmiersprachen und/oder - technologien erzeugt werden, einschließlich, ohne Beschränkung, und entweder allein oder in Kombination JavaTM, C, C++, Visual Basic, Java Script, Perl, etc. Allgemein empfängt ein Prozessor (z.B. ein Mikroprozessor) Anweisungen z.B. von einem Speicher, einem computerlesbaren Medium, etc. und führt diese Anweisungen aus, wodurch ein oder mehrere Prozesse durchgeführt werden, die einen oder mehrere der hier beschriebenen Prozesse aufweisen. Derartige Anweisungen und andere Daten können unter Verwendung einer Vielzahl bekannter computerlesbarer Medien gespeichert und übertragen werden.
Der Controller 50 kann derart konfiguriert sein, das vorliegende Verfahren 100 auszuführen, um die Leistungsfähigkeit der SCR-Vorrichtung 26 insbesondere durch routinemäßiges Reduzieren der Menge an Reduktionsmittelablagerungen, die sich in dem Abgassystem 20 angesammelt haben, wenn das Reduktionsmittel 52 bei einer reduzierten Temperatur des Abgassystems 20 eingespritzt wird, zu steigern. Die vorher aufgezeichneten, computerausführbaren Anweisungen, die das vorliegende Verfahren 100 definieren, können in einen konkreten, nichtflüchtigen Speicher des Controllers 50 geschrieben sein.
Wie in 2 gezeigt ist, kann das vorliegende Verfahren 100 zum Verbessern der Leistungsfähigkeit einer SCR-Vorrichtung 26 drei Schritte aufweisen. Einfach gesagt verbessert das vorliegende Verfahren 100 die Leistungsfähigkeit der SCR-Vorrichtung 26 durch routinemäßiges Reduzieren der Menge an Reduktionsmittelablagerungen, die sich in einem Abgassystem 20 angesammelt haben, wenn das Reduktionsmittel 52 bei einer reduzierten Temperatur des Abgassystems 20 eingespritzt wird. Bei Schritt 101 wählt der Controller 50 eine anfängliche Einspritzrate und eine anfängliche Einspritztemperatur für das Reduktionsmittel 52. Die anfängliche Einspritztemperatur ist als die Temperatur des Abgassystems 20 definiert, wenn eine Reduktionsmitteleinspritzung oder Harnstoffdosierung ausgelöst wird. Jedes der anfänglichen Einspritzrate und der anfänglichen Einspritztemperatur können ein vorbestimmter und kalibrierter Parameter sein, der durch einen Programmierer oder Kalibrierer in den Controller 50 eingegeben wird. Beispielsweise ist es beabsichtigt, die anfängliche Einspritztemperatur zu reduzieren, wie es durch die Ausstattung zulässig ist, um die Leistungsfähigkeit der SCR-Vorrichtung 26 zu steigern und die Beladung des Reduktionsmittels an der SCR-Vorrichtung 26 zu erhöhen. Die anfängliche Einspritztemperatur kann im Bereich von etwa 150°C bis etwa 250°C liegen.
Bei Schritt 102 löst der Controller 50 die Einspritzung des Reduktionsmittels 52 bei der gewählten anfänglichen Einspritzrate aus, wenn die anfängliche Einspritztemperatur erreicht ist. Das Reduktionsmittel 52 wird in den Abgasstrom 16 mit dem Dosiermodul oder der Einspritzeinrichtung 54 eingespritzt oder dosiert (in 1 gezeigt). Das Reduktionsmittel 52 wird dann mit dem Abgasstrom 16 unter Verwendung des Mischers 56 zerstäubt.
Bei Schritt 103 wird die Menge an angesammelten Reduktionsmittelablagerungen durch ein Reduktionsmittelablagerungsmodul 72 geschätzt, das in den konkreten nichtflüchtigen Speicher des Controllers 50 geschrieben ist. Das Reduktionsmittelablagerungsmodul 72 schätzt die augenblickliche Menge an angesammelten Reduktionsmittelablagerungen, die in dem Abgassystem 20 vorhanden sind, aufgrund der anfänglichen Einspritzrate, der anfänglichen Einspritztemperatur und des Abgasdurchflusses durch das Abgassystem 20.
Bei Schritt 104 vergleicht der Controller 50 die Menge an angesammelten Reduktionsmittelablagerungen, die von dem Reduktionsmittelablagerungsmodul 72 geschätzt ist, mit einer vorbestimmten Schwellenmenge an Ablagerungen, die in dem Abgassystem 20 zulässig ist. Die Schwellenmenge von Ablagerungen, die in dem Abgassystem 20 zulässig ist, ist ein vorbestimmter und kalibrierter Schwellenparameter, der durch einen Programmierer oder Kalibrierer in den Controller 50 eingegeben und in den konkreten nichtflüchtigen Speicher des Controllers 50 geschrieben ist. Die Schwellenmenge von Ablagerungen, die in dem Abgassystem 20 zulässig ist, ist von der Auslegung des Abgassystems sowie einer Ziel-NO_x-Umwandlungseffizienz abhängig. Es ist beabsichtigt, dass die Schwellenmenge von Ablagerungen, die in dem Abgassystem 20 zulässig ist, kleiner als 5 % ist und auf weniger als 1 % der Menge an Reduktionsmittel 52, die in das Abgassystem 20 eingespritzt wird, d.h. die Reduktionsmitteldosiermenge, gerichtet ist.
Bei Schritt 105 führt der Controller 50 eine von einer ersten Steueraktion 201 und einer zweiten Steueraktion 202 aus. Der Controller 50 führt eine erste Steueraktion 201 aus, wenn die Menge an angesammelten Reduktionsmittelablagerungen kleiner als die Schwellenmenge an Ablagerungen ist, die in dem Abgassystem 20 zulässig ist. Der Controller 50 führt eine zweite Steueraktion 202 aus, wenn die Menge an gesammelten Reduktionsmittelablagerungen größer als die Schwellenmenge von Ablagerungen ist, die in dem Abgassystem 20 zulässig ist.
Wie in 3 gezeigt ist, kann die erste Steueraktion 201 zwei Schritte aufweisen. Bei Schritt 301 vergleicht der Controller 50 kontinuierlich, d.h. vergleicht einmal pro Regelungsschleife, die augenblickliche Menge an angesammelten Reduktionsmittelablagerungen, die von dem Reduktionsmittelablagerungsmodul 72 geschätzt ist, mit der Schwellenmenge an Ablagerungen, die in dem Abgassystem 20 zulässig ist, bis die Menge an angesammelten Reduktionsmittelablagerungen gleich oder größer als die Schwellenmenge von Ablagerungen ist, die in dem Abgassystem 20 zulässig ist.
Einfach gesagt führt der Controller 50 eine Schleifenfunktion aus, während der der Controller 50 Schätzungen aus dem Reduktionsmittelablagerungsmodul 72 mit der Schwellenmenge von Ablagerungen, die in dem Abgassystem 20 zulässig ist, kontinuierlich vergleicht, bis die Menge an Ablagerungen, die angesammelt sind, die Schwellenmenge von Ablagerungen, die in dem Abgassystem 20 zulässig ist, erfüllt und/oder überschreitet.
Bei Schritt 302 löst der Controller 50 die zweite Steueraktion 202 aus. Die zweite Steueraktion 202 wird aufgelöst, wenn die Menge an angesammelten Reduktionsmittelablagerungen gleich oder größer als die Schwellenmenge von Ablagerungen ist, die in dem Abgassystem 20 zulässig ist, d.h. wenn die Reduktionsmittelablagerungen eine Beseitigung und/oder Reduktion erfordern.
Wie in 4 gezeigt ist, kann die zweite Steueraktion 202 vier Schritte aufweisen. Die zweite Steueraktion 202 stellt ein Verfahren zum Entfernen oder Wegbrennen von angesammelten Reduktionsmittelablagerungen dar, die die Schwellenmenge von Ablagerungen überschreiten, die in dem Abgassystem 20 zulässig ist. Ablagerungen können von dem Abgassystem 20 über einen unabhängigen Verbrennungsmodus oder in Verbindung mit einem Partikelfilterregenerationsereignis entfernt werden.
Bei Schritt 401 wählt der Controller 50 ein Bewertungselement 34, wobei das Bewertungselement 34 die maximale Variable des gemessenen Differenzdruckes des Partikelfilters 28, einer Zeit seit einer Regeneration des Partikelfilters 28, eine von dem Fahrzeug 10 seit einem Regenerationsereignis des Partikelfilters 28 gefahrene Distanz oder eine Menge an Kraftstoff, die von dem Motor 12 seit einem Regenerationsereignis des Partikelfilters 28 verbrannt ist, ist.
Bei Schritt 402 schätzt der Controller 50 eine Rußmenge, die in dem Partikelfilter 28 angesammelt ist, auf Grundlage des Bewertungselementes 34.
Bei Schritt 403 vergleicht der Controller 50 die Rußmenge, die angesammelt ist, wie bei Schritt 402 geschätzt ist, mit einer vorbestimmten Schwellenmenge von Ruß, die in dem Partikelfilter 28 zulässig ist. Die Schwellenmenge von Ruß, die in dem Partikelfilter 28 zulässig ist, kann ein vorbestimmter und kalibrierter Parameter sein, der in den Controller 50 durch einen Programmierer oder Kalibrierer eingegeben und anschließend in den konkreten nichtflüchtigen Speicher des Controllers 50 geschrieben ist. Die Schwellenmenge an Ruß, die in dem Partikelfilter 28 zulässig ist, kann als ein Prozentsatz des maximalen Rußniveaus des Partikelfilters und/oder ein Prozentsatz einer Gesamtrußbeladung definiert sein. Bei einem Beispiel kann die Schwellenmenge an Ruß, die in dem Partikelfilter 28 zulässig ist, als größer als 50 % des maximalen Rußniveaus definiert sein. Bei einem anderen Beispiel kann die Schwellenmenge an Ruß, die in dem Partikelfilter 28 zulässig ist, als größer als 90 % des maximalen Rußniveaus definiert sein.
Bei Schritt 404 führt der Controller 50 eines aus einer dritten Steueraktion 501 und einer vierten Steueraktion 502 aus. Der Controller 50 führt die dritte Steueraktion 501 aus, wenn die Menge an Ruß, die angesammelt ist, kleiner als die Schwellenmenge an Ruß ist, die in dem Partikelfilter 28 zulässig ist. Der Controller 50 führt die vierte Steueraktion 502 aus, wenn die Menge an Ruß, die angesammelt ist, gleich und/oder größer als die Schwellenmenge an Ruß ist, die in dem Partikelfilter 28 zulässig ist. Jede von der dritten Steueraktion 501 und der vierten Steueraktion 502 weist ein mit dem Controller 50 erfolgendes Auslösen eines Abbrennmodus der Reduktionsmittelablagerungen auf, um Reduktionsmittelablagerungen, die in dem Abgassystem 20 vorhanden sind, zu reduzieren oder zu beseitigen. Der Abbrennmodus für Reduktionsmittelablagerungen umfasst, dass die angesammelten Reduktionsmittelablagerungen einer Reinigungstemperatur des Abgassystems ausgesetzt werden, wobei die Abgasreinigungstemperatur eine Temperatur des Abgassystems 20 ist, die ausreichend ist, um die angesammelten Reduktionsmittelablagerungen, die bei der anfänglichen Einspritztemperatur eingespritzt sind, zu reduzieren.
Die dritte Steueraktion 501 wird von dem Controller 50 ausgelöst, wenn die Rußmenge, die angesammelt ist, kleiner als die Schwellenmenge von Ruß ist, die in dem Partikelfilter 28 zulässig ist, d.h. kein Partikelfilterregenerationsereignis gewünscht ist. Die dritte Steueraktion 501 löst infolgedessen den Abbrennmodus für Reduktionsmittelablagerungen als einen unabhängigen Zyklus aus, wobei die einzig gewünschte Funktion des Zyklus darin besteht, angesammelte Reduktionsmittelablagerungen in dem Abgassystem 20 zu reduzieren oder zu beseitigen.
Die vierte Steueraktion 502 wird von dem Controller 50 ausgelöst, wenn die Rußmenge, die angesammelt ist, gleich und/oder größer als die Schwellenmenge an Ruß ist, die in dem Partikelfilter 28 zulässig ist, d.h. ein Partikelfilterregenerationsereignis in dem Abgassystem 20 gewünscht ist, um das gesammelte Partikelmaterial oder Ruß von dem Inneren des Partikelfilters 28 zu entfernen oder abzubrennen. Wenn ein Partikelfilterregenerationsereignis gewünscht ist, kann der Abbrennmodus für Reduktionsmittelablagerungen in Verbindung mit dem Partikelfilterregenerationsereignis ausgelöst werden. Somit weist die vierte Steueraktion 502 ein mit dem Controller 50 erfolgendes Auslösen des Abbrennmodus für Reduktionsmittelablagerungen in dem Abgassystem 20 in Verbindung mit einem geplanten Partikelfilterregenerationsereignis auf. Ein Auslösen des Abbrennmodus für Reduktionsmittelablagerungen in Verbindung mit dem Partikelfilterregenerationsereignis sieht einen Kraftstoffwirtschaftlichkeitsvorteil für das Fahrzeug 10 vor.
Der Abbrennmodus für Reduktionsmittelablagerungen umfasst, dass die angesammelten Reduktionsmittelablagerungen einer Reinigungstemperatur des Abgassystems ausgesetzt werden, die der anfänglichen Einspritztemperatur entspricht. Die Reinigungstemperatur des Abgassystems 20 ist eine Temperatur des Abgassystems 20, die ausreichend ist, um die angesammelten Reduktionsmittelablagerungen, die infolge dessen gebildet sind, dass Reduktionsmittel 52 bei der anfänglichen Einspritztemperatur eingespritzt wird, zu reduzieren. Die vorbestimmte Reinigungstemperatur des Abgassystems ist allgemein kleiner als 700°C, da Temperaturen oberhalb derselben die Effizienz und die Wirkung der SCR-Vorrichtung 26 reduzieren können.
Erfindungsgemäß steigt die Reinigungstemperatur des Abgassystems proportional mit der anfänglichen Einspritztemperatur. Wenn beispielsweise das Reduktionsmittel 52 bei einer anfänglichen Einspritztemperatur von etwa 150°C eingespritzt wird und eine Reduktionsmittelablagerung anschließend als Folge dessen gebildet wird, kann die Reinigungstemperatur des Abgassystems im Bereich von etwa 400°C bis etwa 700°C liegen. Bei einem anderen Beispiel kann, wenn das Reduktionsmittel 52 bei etwa 200°C eingespritzt wird und eine Reduktionsmittelablagerung anschließend als Folge davon gebildet wird, die Reinigungstemperatur des Abgassystems im Bereich von etwa 500°C bis etwa 700°C liegen. Bei einem noch weiteren Beispiel kann, wenn das Reduktionsmittel 52 bei etwa 250°C eingespritzt wird und anschließend eine Reduktionsmittelablagerung als Folge davon gebildet wird, die Reinigungstemperatur des Abgassystems im Bereich von etwa 600°C bis etwa 700°C liegen. Ablagerungen werden schneller gereinigt und/oder entfernt, wenn sie Reinigungstemperaturen an dem oberen Ende von jedem der jeweiligen Bereiche ausgesetzt werden.
Ferner können Reduktionsmittelablagerungen, die bei hohen anfänglichen Einspritztemperaturen gebildet werden, dennoch dadurch reduziert werden, dass sie dem Reduktionsmittel 52 ausgesetzt werden, das anschließend bei einer sekundären Einspritztemperatur eingespritzt wird, wenn die sekundäre Einspritztemperatur geringer als die anfängliche Einspritztemperatur der anfänglich gebildeten angesammelten Reduktionsmittelablagerungen ist. Das Reduktionsmittel 52, das bei der sekundären Einspritztemperatur eingespritzt wird, bildet einen Film über die Menge von angesammelten Reduktionsmittelablagerungen, die bei der anfänglichen Einspritztemperatur gebildet sind. Die angesammelten Reduktionsmittelablagerungen, die den daran gebildeten Film aufweisen, definieren einen Aggregat-Keimbildungsort für Reduktionsmittelablagerung. Ein derartiger Aggregat-Keimbildungsort für Reduktionsmittelablagerungen kann von dem Abgassystem 20 durch das Auslösen des Abbrennmodus für Reduktionsmittelablagerungen reduziert und/oder entfernt werden, was eine Reinigungstemperatur des Abgassystems so beibehält, dass sie ausreichend ist, den Film, der infolge der Einspritzung des Reduktionsmittels 52 bei der sekundären Einspritztemperatur gebildet ist, abzubrennen.
Die Fähigkeit, angesammelte Reduktionsmittelablagerungen von dem Abgassystem 20 routinemäßig zu reduzieren und/oder zu entfernen, erlaubt eine Reduktionsmitteleinspritzung und -dosierung bei geringeren anfänglichen Temperaturen des Abgassystems. Eine Einspritzung bei geringeren anfänglichen Temperaturen des Abgassystems steigert die Leistungsfähigkeit der SCR-Vorrichtung 26 und die NOx-Umwandlungseffizienz des Systems, da eine NOx-Reduktion zeitlich näher beim Start des Motors 12 beginnen kann.

Claims

Verfahren (100) zum Verbessern der Leistungsfähigkeit einer Vorrichtung (26) für selektive katalytische Reduktion (SCR) eines Fahrzeugs (10), das einen Motor (12) und ein Abgassystem (20) aufweist, wobei das Verfahren umfasst, dass: über einen Controller (50) eine anfängliche Einspritzrate und eine anfängliche Einspritztemperatur für ein Reduktionsmittel (52) gewählt werden, wobei die anfängliche Einspritztemperatur als die Temperatur des Abgassystems (20), wenn das Reduktionsmittel (52) eingespritzt wird, definiert ist; über den Controller (50) eine Einspritzung des Reduktionsmittels (52) in das Abgassystem (20) über eine Einspritzeinrichtung (54) ausgelöst wird, was umfasst, dass das Reduktionsmittel (52) bei der anfänglichen Einspritztemperatur und der anfänglichen Einspritzrate eingespritzt wird; über ein Reduktionsmittelablagerungsmodul (72) eine augenblickliche Menge an angesammelten Reduktionsmittelablagerungen, die in dem Abgassystem (20) vorhanden sind, auf Grundlage sowohl der anfänglichen Einspritzrate, der anfänglichen Einspritztemperatur als auch eines Abgasdurchflusses durch das Abgassystem (20) geschätzt wird; mit dem Controller (50) die Menge an gesammelten Reduktionsmittelablagerungen mit einer Schwellenmenge an Ablagerungen, die in dem Abgassystem (20) zulässig ist, verglichen wird; und über den Controller (50) eine erste Steueraktion (201) ausgeführt wird, wenn die Menge an angesammelten Reduktionsmittelablagerungen kleiner als die Schwellenmenge an Ablagerungen, die in dem Abgassystem (20) zulässig ist, ist, und eine zweite Steueraktion (202) ausgeführt wird, wenn die Menge an angesammelte Reduktionsmittelablagerungen größer als die Schwellenmenge an Ablagerungen, die in dem Abgassystem (20) zulässig ist, ist; wobei die zweite Steueraktion (202) umfasst, dass: über den Controller (50) ein Bewertungselement (34) ausgewählt wird, wobei das Bewertungselement (34) ein gemessener Differenzdruck eines Partikelfilters (28), eine Zeit seit einem Regenerationsereignis des Partikelfilters (28), eine von dem Fahrzeug (10) seit einem Regenerationsereignis des Partikelfilters (28) gefahrene Distanz oder eine von dem Motor (12) seit einem Regenerationsereignis des Partikelfilters (28) verbrannte Kraftstoffmenge ist; über den Controller (50) eine Menge an Ruß, die in dem Partikelfilter (28) angesammelt ist, auf Grundlage des Bewertungselementes (34) geschätzt wird; und über den Controller (50) die Menge an Ruß, die in dem Partikelfilter (28) angesammelt ist, mit einer Schwellenmenge an Ruß, die in dem Partikelfilter (28) zulässig ist, verglichen wird; über den Controller (50) eine dritte Steueraktion (501) ausgeführt wird, wenn die Menge an Ruß, die angesammelt ist, kleiner als die Schwellenmenge an Ruß, die in dem Partikelfilter (28) zulässig ist, ist, und eine vierte Steueraktion (502) ausgeführt wird, wenn die Menge an Ruß, die angesammelt ist, größer als die Schwellenmenge an Ruß ist, die in dem Partikelfilter (28) zulässig ist, wobei die dritte Steueraktion (501) die Schritte umfasst, dass: mit dem Controller (50) ein Abbrennmodus für Reduktionsmittelablagerungen in dem Abgassystem (20) ausgelöst wird, wobei der Abbrennmodus für Reduktionsmittelablagerungen so definiert ist, dass die Menge an angesammelten Reduktionsmittelablagerungen einer Reinigungstemperatur des Abgassystems (20) ausgesetzt wird, so dass die Abgasreinigungstemperatur eine Temperatur des Abgassystems (20) ist, die ausreichend ist, um die Menge an angesammelten Reduktionsmittelablagerungen abzubrennen, wobei die Abgasreinigungstemperatur proportional mit der Zunahme der anfänglichen Einspritztemperatur zunimmt.
Verfahren (100) nach Anspruch 1, wobei die erste Steueraktion (201) umfasst, dass: über den Controller (50) die Menge an angesammelten Reduktionsmittelablagerungen kontinuierlich mit der Schwellenmenge an Ablagerungen, die in dem Abgassystem (20) zulässig ist, verglichen wird, bis die Menge an angesammelten Reduktionsmittelablagerungen gleich der Schwellenmenge an Ablagerungen, die in dem Abgassystem (20) zulässig ist, ist; und die zweite Steueraktion (202) ausgelöst wird, wenn die Menge an angesammelten Reduktionsmittelablagerungen gleich der Schwellenmenge an Ablagerungen, die in dem Abgassystem (20) zulässig ist, ist.
Verfahren (100) nach Anspruch 1, wobei der Partikelfilter (28) ein vorbestimmtes maximales Rußniveau aufweist; und wobei die Schwellenmenge an Ruß, die in dem Partikelfilter (28) zulässig ist, 90 % des vorbestimmten maximalen Rußniveaus beträgt.
Verfahren (100) nach Anspruch 1, wobei die vierte Steueraktion (502) die Schritte umfasst, dass: mit dem Controller (50) ein Abbrennmodus für Reduktionsmittelablagerungen in dem Abgassystem (20) in Verbindung mit einem geplanten Partikelfilterregenerationsereignis ausgelöst wird, so dass der Abbrennmodus für Reduktionsmittelablagerungen so definiert ist, dass die angesammelten Reduktionsmittelablagerungen einer Reinigungstemperatur des Abgassystems (20) ausgesetzt werden, so dass die Abgasreinigungstemperatur eine Temperatur des Abgassystems (20) ist, die ausreichend ist, um die Menge an angesammelten Reduktionsmittelablagerungen abzubrennen.
Verfahren (100) nach Anspruch 4, wobei die Abgasreinigungstemperatur proportional mit der Zunahme der anfänglichen Einspritztemperatur zunimmt.
Verfahren (100) nach Anspruch 1, wobei die anfängliche Einspritztemperatur zwischen etwa 150°C und etwa 250°C liegt.
Verfahren (100) nach Anspruch 6, wobei die anfängliche Einspritztemperatur zwischen etwa 150°C und etwa 180°C beträgt.