DE102014112036B4

DE102014112036B4 - Überwachungssystem für einen in einem einzelnen Behälter angeordneten Oxidationskatalysator/Partikelfilter sowie Abgassystem

Info

Publication number: DE102014112036B4
Application number: DE102014112036.1A
Authority: DE
Inventors: Vincent J. Tylutki; David N. Belton; Janean E. Kowalkowski; Igor Anilovich
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2013-09-06
Filing date: 2014-08-22
Publication date: 2022-06-09
Anticipated expiration: 2034-08-23
Also published as: DE102014112036A1; US9624809B2; US20150071823A1

Abstract

Überwachungssystem für ein Einzelbehälterelement (8) mit Oxidationskatalysator (OC) / Partikelfilter (PF), umfassend:einen Controller (84), der einen ersten Temperatursensoreingang (90), der derart konfiguriert ist, eine erste Abgastemperatur stromaufwärts eines OC-Abschnitts (42) des Einzelbehälterelements (8) mit OC / PF aufzunehmen, und einen zweiten Temperatursensoreingang (92) aufweist, der derart konfiguriert ist, eine zweite Abgastemperatur stromabwärts der ersten Temperatur aufzunehmen,wobei der Controller (84) derart konfiguriert und angeordnet ist, eine exotherme Kapazität des OC-Abschnitts (42) zu berechnen und eine Verschlechterung des Washcoats eines PF-Abschnitts (44) des Einzelbehälterelements (8) mit OC / PF auf Grundlage der exothermen Kapazität des OC-Abschnitts (42) zu ermitteln,der Controller (84) einen Speicher (88) aufweist, in den darin zumindest ein vorbestimmter Schwellenwert (89) der exothermen Kapazität gespeichert ist, wobei der zumindest eine Schwellenwert (89) dem jeweiligen Einzelbehälter-OC / PF-Element (8) zugeordnet ist und eine Korrelation zwischen der exothermen Kapazität des OC-Abschnitts (42) und einer Verschlechterung des katalytischen Washcoats in dem PF-Abschnitt (44) vorsieht,wobei der Controller (84) derart konfiguriert und angeordnet ist, die exotherme Kapazität des OC-Abschnitts (42) mit dem vorbestimmten Schwellenwert (89) der exothermen Kapazität zu vergleichen, um die Verschlechterung des Washcoats des PF-Abschnitts (44) zu ermitteln, undder Controller (84) dazu ausgebildet ist, die exotherme Kapazität des OC-Abschnitts (42) auf der Grundlage der Temperaturdifferenz zwischen dem ersten Temperatursensoreingang (90) und dem zweiten Temperatursensoreingang (92) zu ermitteln.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft die Technik von Kraftfahrzeugen und insbesondere ein Überwachungssystem für einen in einem einzelnen Behälter angeordneten Oxidationskatalysator (OC) / Partikelfilter (PF) sowie ein Abgassystem für ein Kraftfahrzeug.
HINTERGRUND
Abgas, das von einem Verbrennungsmotor ausgestoßen wird, stellt ein heterogenes Gemisch dar, das gasförmige Emissionen, wie, ist jedoch nicht darauf beschränkt, 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.
Eine Art von Abgasbehandlungstechnologie zur Reduzierung von Emissionen ist ein Partikelfilter („PF“). Der PF ist so ausgelegt, dass er Dieselpartikelmaterial oder Ruß aus dem Abgas eines Motors entfernt. Das Partikelmaterial, das aus dem Abgas entfernt wird, wird durch den PF abgefangen und in diesen geladen. Wenn angesammelter Ruß ein vorgegebenes Niveau erreicht, wird der PF entweder ausgetauscht oder regeneriert. Ein Austausch oder eine Regeneration stellt sicher, dass eine Rußentfernung bei gewünschten Parametern anhält. Zusätzlich weisen viele Motoren einen Oxidationskatalysator („OC“) auf, der Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid zu Kohlendioxid und Wasser oxidiert. In einigen Fällen sind der PF und der OC in einer einzelnen Komponente angeordnet.
Viele Motoren weisen einen Controller auf, der eine Rußausgangsüberwachungseinrichtung besitzt, die eine Rußansammlung in dem PF vorhersagt. Die Rußausgangsüberwachungseinrichtung verwendet komplexe Algorithmen, die verschiedene Motorbetriebsparameter aufnehmen, um Rußansammlungsniveaus in dem PF vorherzusagen. Die Betriebsparameter umfassen eine Dauer und Anzahl der Beschleunigungen, eine Dauer des Betriebs bei konstanter Drehzahl über Leerlauf und eine Leerlaufzeit. Ungenaue Vorhersagen der Rußansammlung könnten zu einem vorzeitigen Austausch oder einer vorzeitigen Reinigung eines OC / PF führen. Zusätzlich können die verschiedenen Parameter, die von den komplexeren Algorithmen verwendet werden, die Verwendung von anwendungsspezifischen Sensoren erfordern, die zu den Produktionskosten beitragen, und können eine periodische Wartung und / oder einen Austausch erfordern. Dementsprechend ist es wünschenswert, ein weniger komplexes Überwachungssystem bereitzustellen, das eine genauere Darstellung der PF-Funktionsweise unter Verwendung existierender Sensoren bereitstellt.
DE 10 2009 014 459 A1 offenbart eine Abgasreinigungssteuervorrichtung für eine Brennkraftmaschine mit einem Abgasbrennstoffventil, einem Oxidationskatalysator und einer Abgasreinigungsvorrichtung in einer Abgasleitung. Das Abgasbrennstoffventil dient zur Zufuhr von zusätzlichem Brennstoff in die Abgasleitung und der Oxidationskatalysator ist stromaufwärts der Abgasreinigungsvorrichtung angeordnet, so dass der zusätzliche Brennstoff, der von dem Abgasbrennstoffventil zugeführt wird, die Abgastemperatur durch eine Oxidationsreaktion anhebt. Dabei weist die Abgasreinigungssteuervorrichtung ein Temperaturbestimmungsmittel, welches eine Katalysatorabgastemperatur in dem Oxidationskatalysator basierend auf einem Ausgangssignal eines Temperatursensors in der Abgasleitung bestimmt, ein Brennstoffsteuermittel, das eine erste Brennstoffzugabe von dem Abgasbrennstoffventil in die Abgasleitung und eine zweite Brennstoffzugabe von einem Motorbrennstoffventil als Nacheinspritzung des Motorbrennstoffventils steuert, und ein Anomalieprüfmittel auf, das basierend auf den Katalysatorabgastemperaturen, die bestimmt werden, wenn das Brennstoffsteuermittel die erste bzw. zweite Brennstoffzugabe angewiesen hat, überprüft, ob der Oxidationskatalysator oder das Abgasbrennstoffventil anormal ist.
Weiterer Stand der Technik ist aus der US 2008/0264037 A1 , der DE 10 2010 022 940 A1 , der DE 10 2005 051 261 A1 , der DE 11 2005 003 105 T5 , der DE 10 2005 042 843 A1 , der DE 10 2008 054 341 A1 , der DE 102 23 629 A1 und der FR 2 919 667 A3 bekannt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine weniger komplexe Möglichkeit zur Überwachung eines Einzelbehälterelements mit Oxidationskatalysator/ Partikelfilter bereitzustellen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Aufgabe wird durch ein Überwachungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. durch ein Abgassystem mit den Merkmalen des Anspruchs 4 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung werden in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Figurenliste
Andere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten werden nur beispielhaft in der folgenden detaillierten Beschreibung von Ausführungsformen deutlich, wobei die detaillierte Beschreibung Bezug auf die Zeichnungen nimmt, in welchen:

1 eine perspektivische Ansicht eines Anteils eines Abgassystems für ein Kraftfahrzeug, das ein Einzelbehälterelement mit Oxidationskatalysator (OC) / Partikelfilter (PF) und ein Überwachungssystem aufweist, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ist;
2 ein Blockdiagramm ist, das Das Überwachungssystem von 1 zeigt; und
3 ein Flussdiagramm ist, das ein Verfahren zur Überwachung eines Einzelbehälterelementes mit OC / PF gemäß einer beispielhaften Ausführungsform zeigt.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ein Abgassystem ist gemäß einer beispielhaften Ausführungsform allgemein mit 2 dargestellt. Das Abgassystem 2 ist mit einer Mehrzahl von Emissionsreduktionsvorrichtungen verbunden, einschließlich einem Metalloxidationskatalysator-(MOC)- Element 4, das fluidtechnisch mit einer Vorrichtung 6 für selektive katalytische Reduktion (SCR) verbunden ist, und einem Einzelbehälterelement 8 mit Oxidationskatalysator (OC) / Partikelfilter (PF) Element. Genauer weist das MOC-Element 4 einen Einlass 12 auf, der mit einem Abgaskrümmer eines Kraftfahrzeugs (nicht gezeigt) und einem Auslass 13 verbunden sein kann. Der Auslas 13 ist fluidtechnisch mit einem Einlass 16 der SCR-Vorrichtung 6 durch ein erstes Abgasrohr 18 verbunden. Eine Harnstoffeinspritzeinrichtung 20 kann zwischen dem MOC-Element 4 und der SCR-Vorrichtung 6 angeordnet sein. Die SCR-Vorrichtung 6 enthält einen Auslass 23, der fluidtechnisch mit einem Einlass 27 des Einzelbehälterelements 8 mit OC / PF durch ein zweites Abgasrohr 30 verbunden ist. Eine Kohlenwasserstoff-Einspritzeinrichtung (HCl) 34 kann zwischen der SCR-Vorrichtung 6 und dem Einzelbehälterelement 8 mit OC / PF angeordnet sein. Einzelbehälterelement 8 mit OC / PF weist einen Auslass 37 auf, der fluidtechnisch mit der Umgebung verbunden ist.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform weist ein Einzelbehälterelement 8 mit OC/PF ein Gehäuse 40 auf, das einen Oxidationskatalysator-(OC)-Abschnitt 42 und einen Partikelfilter-(PF)-Abschnitt 44 umgibt. Ein erster Temperatursensor 50 ist an einem zweiten Abgasrohr 30 benachbart einem Einlass 27 montiert, und ein zweiter Temperatursensor 54 ist an dem Gehäuse 40 an einer Schnittstelle (nicht separat bezeichnet) zwischen dem OC-Abschnitt 42 und dem PF-Abschnitt 44 montiert. Ein Einzelbehälterelement 8 mit OC/PF kann auch einen dritten Temperatursensor 56 aufweisen, der an dem Gehäuse 40 benachbart des Auslasses 37 montiert ist. Der PF-Abschnitt 44 weist einen katalytischen Washcoat auf, der zu einer Reduzierung von durch das Abgassystem 2 gelangenden Emissionen beiträgt. Mit der Zeit verschlechtert sich der Washcoat, wobei die Gesamteffizienz des PF-Abschnitts 44 reduziert wird. Um vorherzusagen, wann der Washcoat keinen positiven Beitrag zur Emissionsreduktion mehr liefern kann, weist das Abgassystem 2 ein Überwachungssystem 80 auf. Wie nachfolgend detaillierter erläutert ist, sieht das Überwachungssystem 80 eine Teilvolumenüberwachung (PVM von engl.: „partial volume monitoring“) einer Betriebseffizienz des OC-Abschnitts 42 vor. Genauer ermittelt das Überwachungssystem 80 eine Kohlenwasserstoffumwandlungseffizienz eines PF-Abschnitts 44 auf Grundlage dessen, ob der OC-Abschnitt 42 eine Umwandlung von Kohlenwasserstoffen bei erwünschten Niveaus fortsetzt.
Wie in 2 gezeigt ist, weist das Überwachungssystem 80 einen Controller 84 auf, der eine Zentralverarbeitungseinheit (CPU) 86 und einen Speicher 88 besitzt. Wie nachfolgend detaillierter erläutert ist, speichert der Speicher 88 zumindest einen Schwellenwert 89 der exothermen Kapazität für das Einzelbehälterelement 8 mit OC/PF. Erfindungsgemäß ist der zumindest eine Schwellenwert dem jeweiligen Einzelbehälter-OC / PF-Element 8 zugeordnet und sieht eine Korrelation zwischen der exothermen Kapazität des OC-Abschnitts 42 und einer Verschlechterung des katalytischen Washcoats in dem PF-Abschnitt 44 vor. Der Controller 84 weist auch einen ersten Temperatursensoreingang 90 auf, der funktional mit dem ersten Temperatursensor 50 verbunden ist. Der Controller 84 weist auch einen zweiten Temperatursensoreingang 92 auf, der funktional mit dem zweiten Temperatursensor 54 verbunden ist. Wie ebenfalls nachfolgend detaillierter erläutert ist, ermittelt nach einer Einspritzung von Kohlenwasserstoff aus der HCl 34 der Controller 84 eine exotherme Kapazität des OC-Abschnitts 42 auf Grundlage einer Temperaturdifferenz, die zwischen dem ersten und zweiten Temperatursensor 50 und 54 erfasst ist. Die exotherme Kapazität des OC-Abschnitts 42 sieht eine Angabe der Kohlenwasserstoffumwandlungseffizienz des PF-Abschnitts 44 vor. Wenn die exotherme Kapazität des OC-Abschnitts 42 unter einem vorbestimmten konfigurierbaren Schwellenwert 89 für exotherme Kapazität, der in dem Speicher 88 gespeichert ist, liegt, liefert der Controller 84 ein Signal durch einen Ausgang 94. Das Signal kann von dem Ausgang 94 zu einem an Bord befindlichen Display 96 geführt werden, um einen Bediener dahingehend zu warnen, dass ein Einzelbehälterelement 8 mit OC/PF ausgetauscht werden muss.
Nun wird Bezug auf 3 bei der Beschreibung eines Verfahrens 200 zur Überwachung eines Einzelbehälterelements mit OC / PF 8 genommen. Bei Block 210 wird eine Überwachung ausgelöst. Der Controller 84 empfängt einen Abgastemperatureingang von dem ersten Temperatursensor 50, wie durch Block 212 angegeben ist. Der Controller 84 empfängt auch einen zweiten Abgastemperatureingang von dem zweiten Temperatursensor 54, wie bei Block 214 angegeben ist. Der Controller 84 ermittelt dann eine Temperaturdifferenz zwischen dem ersten und zweiten Abgastemperatureingang, um bei Block 216 eine exotherme Kapazität des OC-Abschnitts 42 zu berechnen. Bei Block 220 vergleicht der Controller 84 die exotherme Kapazität des OC-Abschnitts 42 mit einem vorbestimmten Schwellenwert 89 für exotherme Kapazität, der in dem Speicher 88 gespeichert ist. Wenn die exotherme Kapazität des OC-Abschnitts 42 auf einem gewünschten Niveau liegt, z.B. über oder größer als ein vorbestimmter Schwellenwert 89 für exotherme Kapazität, liefert der Controller 84 ein Ausgangssignal, das einen Wert für „bestandenen Test“ angibt, an dem Block 224. Wenn jedoch die Temperatur der exothermen Kapazität des OC-Abschnitts 42 unterhalb des gewünschten Niveaus liegt, z.B. unterhalb oder kleiner als der vorbestimmte Schwellenwert 89 für exotherme Kapazität, liefert der Controller 84 ein Ausgangssignal, das einen Wert für „durchgefallenen Test“ angibt, zu Block 224. Die Überwachung kann bei Block 226 enden. Der Wert für durchgefallenen Test informiert Fahrer, Wartungspersonal oder dergleichen, dass ein Einzelbehälter-OC / PF-Element 8 repariert und / oder ersetzt werden muss.
An diesem Punkt sei zu verstehen, dass das gemäß einer beispielhaften Ausführungsform beschriebene Überwachungssystem eine Kohlenwasserstoffumwandlungseffizienz eines Partikelfilter-(PF)-Abschnitts eines Einzelbehälterelements mit OC / PF durch Vergleich der exothermen Kapazität des Oxidationskatalysatorabschnitts mit einem bekannten Schwellenwert ermittelt. Es sei auch zu verstehen, dass die beispielhaften Ausführungsformen in sowohl benzinbasierten als auch dieselbasierten Motorsystemen verwendet werden können. Ferner sei zu verstehen, dass die vorliegende Erfindung eine Kohlenwasserstoffumwandlungseffizienz des Partikelfilter-(PF)-Abschnitts unter Verwendung existierender Temperatursensoren ermittelt, und dass der Controller in existierende Steuerungen durch Bereitstellung einer geeigneten Programmierung integriert werden kann.

Claims

Überwachungssystem für ein Einzelbehälterelement (8) mit Oxidationskatalysator (OC) / Partikelfilter (PF), umfassend: einen Controller (84), der einen ersten Temperatursensoreingang (90), der derart konfiguriert ist, eine erste Abgastemperatur stromaufwärts eines OC-Abschnitts (42) des Einzelbehälterelements (8) mit OC / PF aufzunehmen, und einen zweiten Temperatursensoreingang (92) aufweist, der derart konfiguriert ist, eine zweite Abgastemperatur stromabwärts der ersten Temperatur aufzunehmen, wobei der Controller (84) derart konfiguriert und angeordnet ist, eine exotherme Kapazität des OC-Abschnitts (42) zu berechnen und eine Verschlechterung des Washcoats eines PF-Abschnitts (44) des Einzelbehälterelements (8) mit OC / PF auf Grundlage der exothermen Kapazität des OC-Abschnitts (42) zu ermitteln, der Controller (84) einen Speicher (88) aufweist, in den darin zumindest ein vorbestimmter Schwellenwert (89) der exothermen Kapazität gespeichert ist, wobei der zumindest eine Schwellenwert (89) dem jeweiligen Einzelbehälter-OC / PF-Element (8) zugeordnet ist und eine Korrelation zwischen der exothermen Kapazität des OC-Abschnitts (42) und einer Verschlechterung des katalytischen Washcoats in dem PF-Abschnitt (44) vorsieht, wobei der Controller (84) derart konfiguriert und angeordnet ist, die exotherme Kapazität des OC-Abschnitts (42) mit dem vorbestimmten Schwellenwert (89) der exothermen Kapazität zu vergleichen, um die Verschlechterung des Washcoats des PF-Abschnitts (44) zu ermitteln, und der Controller (84) dazu ausgebildet ist, die exotherme Kapazität des OC-Abschnitts (42) auf der Grundlage der Temperaturdifferenz zwischen dem ersten Temperatursensoreingang (90) und dem zweiten Temperatursensoreingang (92) zu ermitteln.
Überwachungssystem nach Anspruch 1, ferner umfassend: einen ersten Temperatursensor (50), der funktional mit dem ersten Temperatursensoreingang (90) verbunden ist, wobei der erste Temperatursensor (50) benachbart einem Einlass (27) des OC-Abschnitts (42) angeordnet ist.
Überwachungssystem nach Anspruch 2, ferner umfassend: einen zweiten Temperatursensor (54), der funktional mit dem zweiten Temperatursensoreingang (92) verbunden ist, wobei der zweite Temperatursensor (54) an einer Schnittstelle des OC-Abschnitts (42) und des PF-Abschnitts (44) angeordnet ist.
Abgassystem für ein Kraftfahrzeug, umfassend: ein Metalloxidationskatalysator-(MOC)-Element (4), das zur fluidtechnischen Verbindung mit einem Abgaskrümmer des Kraftfahrzeugs konfiguriert und angeordnet ist; eine Vorrichtung (6) für selektive katalytische Reduktion (SCR), die fluidtechnisch mit dem Abgassystem stromabwärts des MOC-Elements (4) verbunden ist; und ein Einzelbehälterelement (8) mit Oxidationskatalysator (OC) / Partikelfilter (PF), das ein Gehäuse (40) aufweist, das einen OC-Abschnitt (42) und einen PF-Abschnitt (44) umgibt, wobei der PF-Abschnitt (44) stromabwärts des OC-Abschnitts (42) angeordnet ist, wobei ein Überwachungssystem (80) für das Einzelbehälterelement (8) mit Oxidationskatalysator (OC) / Partikelfilter (PF) vorgesehen ist, wobei das Überwachungssystem (80) umfasst: einen Controller (84), der einen ersten Temperatursensoreingang (90), der derart konfiguriert ist, eine erste Abgastemperatur stromaufwärts eines OC-Abschnitts (42) des Einzelbehälterelements (8) mit OC / PF aufzunehmen, und einen zweiten Temperatursensoreingang (92) aufweist, der derart konfiguriert ist, eine zweite Abgastemperatur stromabwärts der ersten Temperatur aufzunehmen, wobei der Controller (84) derart konfiguriert und angeordnet ist, eine exotherme Kapazität des OC-Abschnitts (42) zu berechnen und eine Verschlechterung des Washcoats eines PF-Abschnitts (44) des Einzelbehälterelements (8) mit OC / PF auf Grundlage der exothermen Kapazität des OC-Abschnitts (42) zu ermitteln, wobei der Controller (84) einen Speicher (88) aufweist, in den darin zumindest ein vorbestimmter Schwellenwert (89) der exothermen Kapazität gespeichert ist, wobei der zumindest eine Schwellenwert (89) dem jeweiligen Einzelbehälter-OC / PF-Element (8) zugeordnet ist und eine Korrelation zwischen der exothermen Kapazität des OC-Abschnitts (42) und einer Verschlechterung des katalytischen Washcoats in dem PF-Abschnitt (44) vorsieht, wobei der Controller (84) derart konfiguriert und angeordnet ist, die exotherme Kapazität des OC-Abschnitts (42) mit dem vorbestimmten Schwellenwert (89) der exothermen Kapazität zu vergleichen, um die Verschlechterung des Washcoats des PF-Abschnitts (44) zu ermitteln, und wobei der Controller (84) dazu ausgebildet ist, die exotherme Kapazität des OC-Abschnitts (42) auf der Grundlage der Temperaturdifferenz zwischen dem ersten Temperatursensoreingang (90) und dem zweiten Temperatursensoreingang (92) zu ermitteln.
Abgassystem nach Anspruch 4, ferner umfassend: einen ersten Temperatursensor (50), der funktional mit dem ersten Temperatursensoreingang (90) verbunden ist, wobei der erste Temperatursensor (50) benachbart einem Einlass (27) des OC-Abschnitts (42) angeordnet ist.
Abgassystem nach Anspruch 5, ferner umfassend: einen zweiten Temperatursensor (54), der funktional mit dem zweiten Temperatursensoreingang (92) verbunden ist, wobei der zweite Temperatursensor (54) an einer Schnittstelle des OC-Abschnitts (42) und des PF-Abschnitts (44) angeordnet ist.
Abgassystem nach Anspruch 4, ferner umfassend: eine Harnstoffeinspritzeinrichtung (20), die zwischen dem MOC-Element (4) und der SCR-Vorrichtung (6) angeordnet ist, und eine Kohlenwasserstoffeinspritzeinrichtung (HCI) (34), die zwischen der SCR-Vorrichtung (6) und dem OC / PF-Element (8) angeordnet ist.