DE102014115431A1

DE102014115431A1 - Steuerung einer Regeneration in einem Diesel-Nachbehandlungssystem

Info

Publication number: DE102014115431A1
Application number: DE201410115431
Authority: DE
Inventors: Igor Anilovich; David N. Belton; Vincent J. Tylutki; John F. Van Gilder
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2013-10-29
Filing date: 2014-10-23
Publication date: 2015-04-30
Also published as: CN104564272A; US20150113963A1

Abstract

Es ist ein Verfahren zum Steuern einer Regeneration in einem Nachbehandlungssystem eines Dieselmotors, das einen Dieseloxidationskatalysator (DOC) und einen Dieselpartikelfilter (DPF) aufweist, offenbart. Das Verfahren umfasst, dass eine Kraftstoffmenge in eine Abgasströmung stromaufwärts des DOC eingespritzt wird, um die Gasströmung zu überhitzen, und eine Rate der Erwärmung des DOC bewertet wird. Das Verfahren umfasst auch, dass in Ansprechen auf die bewertete Rate des Erwärmens des DOC eine Menge an Katalysatorsubstanz ermittelt wird, die in dem DOC zum Katalysieren der Abgasströmung verfügbar ist. Das Verfahren umfasst zusätzlich, dass die Menge an Kraftstoff, die in den DOC eingespritzt wird, so reduziert wird, dass die ermittelte verfügbare Menge an Katalysatorsubstanz in dem DOC zum Katalysieren der Abgasströmung verwendet wird und zugelassen wird, dass eine vorbestimmte Kraftstoffmenge durch den DOC entweichen kann, um eine Regenerationstemperatur in dem DPF beizubehalten. Es sind auch ein System und ein Fahrzeug offenbart.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung ist auf ein System und ein Verfahren zur Steuerung der Regeneration in einem Nachbehandlungs-(AT- von engl.: ”after treatment”) System eines Dieselmotors gerichtet.
HINTERGRUND
Es sind verschiedene Abgasnachbehandlungsvorrichtungen, wie Partikelfilter und andere Vorrichtungen, entwickelt worden, um Abgasemissionen von Verbrennungsmotoren effektiv zu begrenzen.
Ein Nachbehandlungssystem für ein Abgas eines modernen Dieselmotors enthält typischerweise einen Dieseloxidationskatalysator (DOC) als eine der Vorrichtungen für einen solchen Zweck. Ein DOC enthält im Allgemeinen eine diskrete Anzahl von Stellen, die Edelmetalle enthalten, wie Platin und/oder Palladium, die als Katalysatoren dienen, um Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid, die in der Abgasströmung vorhanden sind, zu Kohlendioxid und Wasser zu oxidieren, d. h. umzuwandeln. Im Laufe der Zeit können jedoch einige Edelmetallstellen in dem DOC inaktiv werden. Eine solche Verschlechterung des DOC kann durch erhöhte Temperaturen aufgrund dessen, dass einige der Kohlenwasserstoffemissionen des Motors direkt in dem DOC verbrennen, verursacht werden.
Ein Nachbehandlungssystem kann auch einen Dieselpartikelfilter (DPF) zum Sammeln und Beseitigen des Rußpartikelmaterials enthalten, das von dem Dieselmotor ausgestoßen wird, bevor das Abgas an die Atmosphäre ausgetragen wird. Ein typischer DPF wirkt als ein Feinstofffilter bzw. Fänger zum Entfernen des Partikelmaterials von dem Abgasstrom. Ähnlich dem DOC kann der DPF Edelmetalle, wie Platin und/oder Palladium enthalten, die als Katalysatoren dienen, um Ruß und Kohlenwasserstoffe, die in dem Abgasstrom vorhanden sind, weiter zu oxidieren. Der DPF kann unter Verwendung von überhitztem Abgas regeneriert oder gereinigt werden, um die angesammelten Partikel wegzubrennen.
ZUSAMMENFASSUNG
Es ist ein Verfahren zur Steuerung der Regeneration in einem Nachbehandlungs-(AT-)System eines Dieselmotors, das einen Dieseloxidationskatalysator (DOC) und einen Dieselpartikelfilter (DPF) aufweist, offenbart.
Das Verfahren umfasst, dass ein Regenerationszyklus ”n”, wobei ”n” eine positive ganze Zahl ist, des AT-Systems durch Einspritzen einer Kraftstoffmenge in eine Abgasströmung stromaufwärts des DOC begonnen wird, um die Abgasströmung zu überhitzen und ein Erwärmen des DOC zu bewirken oder zu verursachen. Das Verfahren umfasst auch, dass eine Rate des Erwärmens des DOC, das durch die überhitzte Abgasströmung verursacht wird, bewertet wird. Das Verfahren umfasst zusätzlich, dass in Ansprechen auf die bewertete Rate der Erwärmung des DOC eine Menge an Katalysator ermittelt wird, die in dem DOC zur Katalyse der Abgasströmung verfügbar oder aktiv ist. Ferner umfasst das Verfahren, dass die Menge an Kraftstoff, die in den DOC eingespritzt wird, reduziert wird, so dass die ermittelte verfügbare Menge an Katalysator in dem DOC zur Katalyse der Abgasströmung genutzt wird und zugelassen wird, dass eine vorbestimmte Kraftstoffmenge durch den DOC entweichen kann, um eine Regenerationstemperatur in dem DPF aufrechtzuerhalten.
Der DOC kann als ausgefallen festgestellt werden, wenn die Menge an Katalysatorsubstanz, die zur Katalyse der Abgasströmung verfügbar ist, unter einer vorbestimmten Menge liegt. Das Verfahren kann ebenfalls umfassen, dass die Menge an Kraftstoff, die in den DOC eingespritzt wird, auf Null reduziert wird, wenn der DOC ausgefallen ist.
Das Verfahren kann auch umfassen, dass ein Signal erzeugt wird, das angibt, dass der DOC ausgefallen ist, wenn die Menge an Katalysatorsubstanz, die zur Katalyse der Abgasströmung verfügbar ist, unter dem vorbestimmten Betrag liegt.
Jede der Aktionen des Beginns des Regenerationszyklus ”n” des AT-Systems, des Bewertens der Rate des Erwärmens des DOC, des Bestimmens der Menge an Katalysatorsubstanz, die in dem DOC zur Katalyse der Abgasströmung verfügbar ist, des Verringerns der Menge an Kraftstoff, der in den DOC eingespritzt wird, des Verringerns der Menge an Kraftstoff, die in den DOC eingespritzt wird, auf Null, und des Erzeugens des Signals, das angibt, dass der DOC ausgefallen ist, kann durch einen Controller erreicht werden.
Die Regeneration des AT-Systems kann von dem Controller als ein geschlossener Regelkreis bzw. Regelkreisbetrieb reguliert werden. Ein derartiger Regelkreisbetrieb kann umfassen, dass die reduzierte Menge an Kraftstoff gespeichert wird und über den Controller eine Einspritzung der reduzierten Menge an Kraftstoff in den DOC während eines Regenerationszyklus ”n + 1” des AT-Systems angewiesen wird.
Die Aktion des Beginns der Regeneration des AT-Systems kann durch den Controller als ein Steuerkettenbetrieb reguliert werden. Ein solcher Steuerkettenbetrieb kann ein Einspritzen der Kraftstoffmenge in den DOC während eines Regenerationszyklus ”n 1” des AT-Systems aufweisen.
Die Menge an Katalysatorsubstanz, die in dem DOC zur Katalyse der Abgasströmung verfügbar ist, kann als eine diskrete Anzahl von aktiven Edelmetall-(Platin und/oder Palladium zur Oxidation von Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid in Kohlendioxid und Wasser)Stellen innerhalb des DOC festgelegt sein.
Der DOC und der DPF können gemeinsam innerhalb eines einzelnen Behälters angeordnet sein.
Es sind auch ein System zur Steuerung einer Regeneration in einem AT-System eines Dieselmotors sowie ein Fahrzeug, das ein solches System verwendet, vorgesehen.
Die obigen Merkmale und Vorteile und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der Ausführungsform(en) und besten Art(en) zum Ausführen der beschriebenen Erfindung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen und den beigefügten Ansprüchen leicht deutlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Draufsicht auf ein Fahrzeug mit einem Dieselmotor, der mit einem Abgassystem verbunden ist, das ein System zur Nachbehandlung (AT) zur Reduzierung von Abgasemissionen aufweist.
2 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Steuerung einer Regeneration in dem AT-System von 1.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Bezug nehmend auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen in den verschiedenen Ansichten gleiche Komponenten betreffen, zeigt 1 schematisch ein Kraftfahrzeug 10. Das Fahrzeug 10 weist einen Kompressionszündungs- oder Dieselverbrennungsmotor 12 auf, der so konfiguriert ist, dass das Fahrzeug über Antriebsräder 14 anzutreiben. Eine Verbrennung in dem Dieselmotor 12 findet statt, wenn eine festgelegte Menge an Umgebungsluftströmung 16 mit einer dosierten Menge an Kraftstoff 18, der von einem Kraftstofftank 20 geliefert wird, gemischt wird und das sich ergebende Luft-Kraftstoff-Gemisch in den Zylindern (nicht gezeigt) des Motors komprimiert wird.
Wie gezeigt, weist der Motor 12 einen Abgaskrümmer 22 und einen Turbolader 24 auf. Der Turbolader 24 wird durch eine Abgasströmung 26 mit Energie beaufschlagt, die von einzelnen Zylindern des Motors 12 durch den Abgaskrümmer 22 nach jedem Verbrennungsereignis freigesetzt wird. Der Turbolader 24 ist mit einem Abgassystem 28 verbunden, das eine Abgasströmung 26 aufnimmt und schließlich die Gasströmung an die Umgebung, in der Regel auf einer Seite oder nach hinten des Fahrzeugs 10 freisetzt. Obwohl der Motor 12 mit einem an dem Motoraufbau befestigten Abgaskrümmer 22 gezeigt ist, kann der Motor Abgasdurchgänge (nicht gezeigt) aufweisen, wie sie im Allgemeinen in Abgaskrümmern geformt sind. In einem solchen Fall können die obigen Durchgänge in den Motoraufbau integriert sein, wie dem Zylinderkopf/den Zylinderköpfen des Motors. Obwohl der Turbolader 24 gezeigt ist, ist es ferner nicht ausgeschlossen, dass der Motor 12 ohne eine derartige Leistungsergänzungsvorrichtung konfiguriert und betrieben ist.
Das Fahrzeug 10 weist auch ein Nachbehandlungs-(AT-)System 30 für einen Dieselmotor auf. Das AT-System 30 weist eine Anzahl von Abgasnachbehandlungsvorrichtungen auf, die derart konfiguriert sind, methodisch weitgehend kohlenstoffhaltige Partikelnebenprodukte und Emissionsbestandteile der Motorverbrennung aus der Abgasströmung 26 zu entfernen. Wie gezeigt ist, arbeitet das AT-System 30 als Teil des Abgassystems 28 und weist einen Dieseloxidationskatalysator (DOC) 32 auf. Die primäre Funktion des DOC 32 ist die Verringerung von Kohlenmonoxiden (CO) und Nicht-Methan-Kohlenwasserstoffen (NMHC von engl.: ”non-methane hydrocarbons”). Zusätzlich ist der DOC 32 derart konfiguriert, Stickstoffdioxid (NO₂) zu erzeugen, das von einem Katalysator 34 für selektive katalytische Reduktion (SCR) benötigt wird, der stromabwärts des DOC 32 angeordnet ist. Der DOC 32 enthält typischerweise eine Katalysatorsubstanz, die aus Edelmetallen, wie Platin und/oder Palladium besteht und hier dazu dient, die oben bezeichneten Aufgaben zu erreichen. Allgemein wird mit Bezug auf die Erzeugung von NO₂ der DOC 32 aktiviert und erreicht bei erhöhten Temperaturen eine Betriebseffizienz. Daher kann, wie es in 1 gezeigt ist, der DOC 32 mit dem Turbolader 24 eng gekoppelt sein, um den Verlust von thermischer Energie von der Abgasströmung 26 zu reduzieren, bevor das Gas den DOC erreicht.
Der SCR-Katalysator 34 ist auf der anderen Seite so konfiguriert, dass NO_x in zweiatomigen Stickstoff (N₂) und Wasser (H₂O) mit Hilfe des von dem DOC 32 erzeugten NO₂ umgewandelt wird. Der SCR-Umwandlungsprozess erfordert zusätzlich eine gesteuerte oder dosierte Menge eines Reduktionsmittels, das den allgemeinem Namen ”Dieselabgasfluid” (DEF) 36 aufweist, wenn das Reduktionsmittel in Dieselmotoren verwendet wird. Das DEF 36 kann eine wässrige Lösung aus Harnstoff sein, die Wasser und Ammoniak (NH₃) enthält. Das DEF 36 wird in die Abgasströmung 26 von einem Reservoir 37 an einer Stelle in dem AT-System 30 eingespritzt, die sich stromabwärts des DOC 32 und stromaufwärts des SCR-Katalysators 34 befindet. Dementsprechend tritt das DEF 36 mit dem SCR-Katalysator 34 in Kontakt, wenn die Abgasströmung 26 durch den SCR-Katalysator strömt. Eine Innenfläche des SCR-Katalysators 34 weist einen Washcoat auf, der dazu dient, das DEF 36 anzuziehen, so dass das DEF mit der Abgasströmung 26 in der Anwesenheit von NO und NO₂ wechselwirken und eine chemische Reaktion erzeugen kann, um NOx-Emissionen von dem Motor 12 zu reduzieren.
Nach dem SCR-Katalysator 34 gelangt die Abgasströmung 26 zu einem zweiten Dieseloxidationskatalysator (DOC) 38, der gemeinsam und stromaufwärts eines Dieselpartikelfilters (DPF) 40 angeordnet ist. Der DOC 38 und der DPF 40 können in einem einzelnen Kanister 42 untergebracht sein, wie in 1 dargestellt ist. Der DOC 38 ist derart konfiguriert, dass er Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid, die in der Abgasströmung 26 vorhanden sind, in Kohlendioxid (CO₂) und Wasser oxidiert. Der DPF 40 ist derart konfiguriert, das Partikelmaterial, das von dem Motor 12 ausgestoßen wird, zu sammeln und zu entsorgen, bevor die Abgasströmung 26 an die Atmosphäre ausgetragen wird. Dementsprechend wirkt der DPF 40 als ein Fänger bzw. Feinstofffilter zum Entfernen des Partikelmaterials, insbesondere Ruß, aus der Abgasströmung. Ähnlich dem DOC 32, wie oben beschrieben ist, enthalten sowohl der DOC 38 als auch der DPF 40 typischerweise Edelmetalle, wie Platin und/oder Palladium, die als Katalysatoren in den betreffenden Vorrichtungen dienen, um ihre jeweiligen Aufgaben zu erreichen. Nach einem Durchgang durch den DOC 38 und den DPF 40 innerhalb des Kanisters 42 wird die Abgasströmung 26 als von dem schädlichen Partikelmaterial ausreichend gereinigt angenommen und darf dann das Abgassystem 28 an die Atmosphäre verlassen.
Das AT-System 30 weist auch einen ersten Temperaturfühler 44, der derart konfiguriert ist, um eine Einlasstemperatur des DOC 38 zu erfassen, und einen zweiten Temperaturfühler 46 auf, der derart konfiguriert ist, eine Austrittstemperatur des DOC 38 zu erfassen. Zusätzlich weist das AT-System 30 einen dritten Temperaturfühler 48 auf, der derart konfiguriert ist, eine Austrittstemperatur des DPF 40 zu erfassen. Ferner kann das AT-System 30 einen Temperaturfühler 45, der so konfiguriert ist, dass eine Einlasstemperatur an dem DOC 32 erfasst wird, und einen Temperaturfühler 47 aufweisen, der so konfiguriert ist, dass eine Austrittstemperatur des DOC 32 und eine Eintrittstemperatur an dem SCR 34 erfasst werden.
Das AT-System 30 umfasst auch einen Controller 50. Der Controller 50 kann eine alleinstehende Einheit oder Teil eines elektronischen Controllers sein, der den Betrieb des Motors 12 reguliert. Zusätzlich ist der Controller 50 so programmiert, um den Betrieb des Motors 12 sowie auch den Betrieb der Abgasnachbehandlungsvorrichtungen, nämlich des DOC 32, des SCR-Katalysators 34, des DOC 38 und des DPF 40 zu regulieren. Jeder des ersten, zweiten und dritten Temperaturfühlers 44, 46, 48, als auch die Fühler 45 und 47 stehen in elektrischer Kommunikation mit dem Controller 50, um eine Regulierung des AT-Systems 30 durch den Controller zu erleichtern.
Während des Betriebs des Motors 12 werden manchmal Kohlenwasserstoffe, die vom dem Motor 12 ausgestoßen werden, an dem DPF 40 abgeschieden und beeinflussen folglich die Betriebseffizienz des AT-Systems 30. Demgemäß muss der DPF 40 regeneriert oder gereinigt werden, nachdem eine gewisse Menge an kohlenstoffbasiertem Ruß daran angesammelt ist, um die gesammelten Partikel abzubrennen. Die Regeneration einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung kann beispielsweise begonnen werden, nachdem eine festgelegte Luftmassenströmung von dem Motor zur Verbrennung über eine Zeitperiode verbraucht worden ist. Allgemein kann eine derartige Regeneration unter Verwendung einer Abgasströmung bei hoher Temperatur erreicht werden, um die angesammelten Partikel abzubrennen. Der DPF 40 kann dadurch regeneriert werden, dass Kraftstoff direkt in die Abgasströmung stromaufwärts des DPF eingespritzt wird und dann der eingespritzte Kraftstoff zu einem geeigneten Zeitpunkt gezündet wird.
Das Fahrzeug 10 weist auch ein System 52 auf, das derart konfiguriert ist, den Zustand der NMHC-Umwandlungseffizienz in dem DOC 38 zu bewerten und zu diagnostizieren. Das System 52 weist den DOC 38, den DPF 40, den ersten und zweiten Temperaturfühler 44 und 46 wie auch den Controller 50 auf. Das System 52 weist auch einen Durchgang 54 auf, der Teil des Abgassystems 28 ist und derart konfiguriert ist, die Abgasströmung 26 von dem SCR-Katalysator 34 an den Kanister 42 zu führen. Der Durchgang 54 weist eine spezifische Vorrichtung auf, wie eine HC-Einspritzeinrichtung 56, die derart konfiguriert ist, eine vorbestimmte Menge an Dieselkraftstoff selektiv in den Durchgang 54 stromaufwärts des DOC 38 einzuspritzen, um die Abgasströmung 26 zu überhitzen und eine Regeneration des AT-Systems 30, insbesondere des DPF 40 auszuführen. Der Controller 50 kann einen Betrieb der HC-Einspritzeinrichtung 56 regulieren, um eine Regeneration des AT-Systems 30 zu beginnen oder auszulösen, wenn es als geeignet erachtet wird.
Jede Regenerationsiteration oder jeder Regenerationszyklus ”n”, wobei ”n” eine positive ganze Zahl ist, beginnt damit, dass der Controller 50 die HC-Einspritzeinrichtung 56 anweist, eine Kraftstoffmenge in eine Abgasströmung 26 stromaufwärts des DOC 38 einzuspritzen, um die Abgasströmung zu überhitzen und ein Erwärmen des DOC zu bewirken. Der Controller 50 kann einen Regenerationszyklus ”n” und einen nachfolgenden Zyklus ”n + 1” gemäß einem Plan, der in den Controller programmiert ist, oder auf Grundlage eines bewerteten Betriebs des Motors 12 und des AT-Systems 30 beginnen. Der Controller 50 ist auch derart programmiert, eine Diagnoseprozedur auszuführen, die derart konfiguriert ist, einen Betriebszustand des DOC 38 zu überwachen. Während der Diagnoseprozedur überwacht der Controller 50 Einlass- und Austrittstemperaturen des DOC 38 während des Regenerationsprozesses über den ersten bzw. zweiten Temperaturfühler 44, 46.
Der Controller 50 bewertet auch eine Erwärmungsrate des DOC 38, die durch die überhitzte Abgasströmung 26 während anfänglicher Stufen des Regenerationsprozesses bewirkt wird. Um die Erwärmungsrate des DOC 38 zu bewerten, verwendet der Controller 50 Temperaturdaten von dem ersten und zweiten Temperaturfühler 44, 46, um zu ermitteln, wie sich die Differenz zwischen den beiden Fühlerablesungen während eines festgelegten Zeitrahmens ändert. Der Controller 50 vergleicht auch die bewertete Erwärmungsrate des DOC 38 mit gespeicherten Referenzerwärmungsraten des DOC. Die gespeicherten Referenzerwärmungsraten des DOC 38 können empirisch berechnet und mit einer Menge der Katalysatorsubstanz, die in dem DOC zum Oxidieren von Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxid in Kohlendioxid und Wasser verfügbar oder aktiv ist, wie auch einer Zunahme der Eintrittstemperatur an dem DPF 40 korreliert werden, die für die effiziente Regeneration des DPF erforderlich ist.
Die Schwellendifferenz der Eintritts-/Austrittstemperatur des DOC 38 wie auch die begleitende Erwärmungsrate können ebenfalls empirisch durch Testen eines Proben-DOC hergestellt werden, der eine variable aktive Anzahl von Platin- und/oder Palladiumstellen aufweist. Ferner können die erzeugten Referenzergebnisse in den Controller 50 als eine Nachschlagetabelle 58 programmiert sein, die die Erwärmungs- und Umwandlungseffizienz des DOC 38 mit der Anzahl aktiver Platin- und/oder Palladiumstellen, die in dem betreffenden DOC verfügbar sind, korreliert. Anschließend kann während eines Betriebs des AT-Systems 30 in Ansprechen auf die bewertete Erwärmungsrate des DOC 38 und über Vergleich mit den Referenzerwärmungsraten des DOC der Controller 50 eine Menge an Katalysatorsubstanz, die in dem DOC zum Katalysieren der Abgasströmung 26 verfügbar ist, und die entsprechende DOC-Umwandlungseffizienz ermitteln.
Eine Schwellenerwärmungsrate 60 für den DOC 38, die einen Wert festlegt, unterhalb dem die Menge an Katalysatorsubstanz, die in dem DOC verbleibt, als nicht mehr ausreichend betrachtet wird, um in der Lage zu sein, die erforderliche exotherme chemische Reaktion zu unterstützen, kann ebenfalls in dem Controller 50 gespeichert sein. Wenn die bewertete Erwärmungsrate des DOC 38 bei oder über der Schwellen-DOC-Erwärmungsrate 60 liegt, wird der DOC 38 als funktional angenommen, und es besteht kein Bedarf nach einem Austausch. Die Menge an Katalysatorsubstanz, die in dem DOC 38 verfügbar ist, kann als eine diskrete Anzahl von Platin- und/oder Palladiumzellen oder -stellen festgelegt sein, die in dem DOC zum Katalysieren der Abgasströmung 26 aktiv verbleiben.
Der Controller 50 ist auch derart programmiert, die Menge an Dieselkraftstoff, die von der HC-Einspritzeinrichtung 56 in den Durchgang 54 eingespritzt wird, in Ansprechen auf den bewerteten Betriebsstatus des DOC 38 einzustellen. Die so eingestellte Kraftstoffmenge, die in den DOC 38 eingespritzt wird, ist derart, dass die ermittelte verfügbare Menge an Katalysatorsubstanz effizient in dem DOC zum Katalysieren der Abgasströmung 26 verwendet ist. Ferner wird die Menge an Kraftstoff, die in den DOC 38 eingespritzt wird, eingestellt, um zu ermöglichen, dass eine vorbestimmte Kraftstoffmenge durch den DOC in den Durchgang 54 entweicht. Eine derartige vorbestimmte Kraftstoffmenge, die durch den DOC 38 entwichen ist, ist bei der Beibehaltung einer geeigneten Reaktionstemperatur in dem DPF 40 nützlich, die über den dritten Temperaturfühler 48 während der letzten Stufen des Regenerationszyklus überwacht werden kann.
Allgemein besteht in Bezug auf die zulässige Menge an Kraftstoffschlupf durch den DOC 38 die Aufgabe darin, die Menge an Kraftstoffschlupf zu reduzieren, um den Einfluss auf die Abgasemissionen zu minimieren, während eine ausreichende Menge an Kraftstoff beibehalten wird, um eine steuerbare Rußverbrennung innerhalb des DPF 40 zu unterstützen. Die vorbestimmte Kraftstoffmenge, deren Schlupf durch den DOC 38 zulässig wäre, ist allgemein eine Funktion von solchen Faktoren, wie Abgasströmung, Zieleintrittstemperatur an dem DPF 40, Rußniveau in dem DPF und physikalischer Charakteristiken des betreffenden DPF. Daher wird die festgelegte Kraftstoffmenge, deren Schlupf durch den DOC 38 zulässig wäre, typischerweise empirisch während geeigneter Tests und Validierung des AT-Systems 30 ermittelt.
Der Controller 50 ist zusätzlich derart konfiguriert, zu ermitteln oder zu identifizieren, wann die verfügbare Menge an Katalysatorsubstanz, die in den Edelmetallstellen angeordnet ist, d. h. in dem DOC 38 zur Katalysierung der Abgasströmung 26 aktiv bleibt, unter eine Schwellenmenge fällt. Die Bewertung der Anzahl aktiver Edelmetallstellen, die in dem DOC 38 aktiv bleiben, kann auf den Referenzerwärmungsraten des DOC, die in der Nachschlagetabelle 58 zusammengestellt und in dem Controller 50 gespeichert sind, und darauf basieren, dass eine bestimmte oder gegenwärtige Erwärmungsrate unterhalb der Schwellenerwärmungsrate 60 für den DOC liegt. Eine derartige Reduzierung unter die Schwellenanzahl aktiver Edelmetallstellen in dem DOC 38 verdeutlicht, dass der Katalysator ausgefallen ist. In Ansprechen auf den erfassten Abfall der verfügbaren Menge an Katalysatorsubstanz unter die Schwellenmenge kann der Controller 50 die Kraftstoffmenge, die in den DOC 38 eingespritzt wird, auf Null reduzieren. In dem Fall, dass die detektierte Anzahl von aktiven Edelmetallstellen abgefallen ist, jedoch dennoch über der Schwellenmenge bleibt, kann die Menge an eingespritztem Kraftstoff von dem Controller 50 geeignet reduziert werden, wie im Verhältnis zu der Anzahl von Edelmetallstellen, die nicht mehr aktiv sind.
Allgemein müsste der DOC 38 sich signifikant verschlechtern, wobei die aktiven Edelmetallstellen unter die Schwellenanzahl gefallen sind, bevor eine Kraftstoffeinspritzung vollständig unterbrochen werden müsste. Zusätzlich kann, obwohl ein Alarm oder Signal 62 von dem Controller 50 für einen DOC 38, der eine reduzierte Anzahl aktiver Edelmetallstellen aufweist, ausgelöst werden kann, der/das die reduzierte Menge an eingespritztem Kraftstoff erfordert, ein derartiger DOC immer noch zur Regeneration des DPF 40 verwendet werden. Wenn sich jedoch der DOC 38 noch weiter auf das Niveau verschlechtert, an dem die Anzahl aktiver Edelmetallstellen unter die Schwellenanzahl gefallen ist und der DOC keine Austrittstemperatur mehr erzeugen kann, die ausreichend hoch für die Regeneration des DPF 40 ist, dann wird die Kraftstoffeinspritzung vollständig unterbrochen, d. h. auf Null reduziert.
Wie oben erwähnt ist, kann der Controller 50 derart konfiguriert sein, das Signal 62, das angibt, dass der DOC 38 ausgefallen ist, in dem Fall zu erzeugen, dass die Menge an Katalysatorsubstanz, die in dem DOC verfügbar ist, unter die Schwellenmenge gefallen ist. Das Signal 62, das von dem Controller 50 erzeugt wird, kann so ausgelegt sein, Wartungspersonal und/oder den Fahrer des Fahrzeugs 10 bezüglich des Zustandes der Betriebseffizienz des DOC 38 zu informieren. Ferner kann das Signal 62 ein vorbestimmter numerischer Diagnosecode oder eine visuelle oder hörbare Anzeige für Wartungspersonal und/oder den Fahrer des Fahrzeugs 10 sein, der/die angibt, dass der DOC 38 ausgefallen ist.
Der Controller 50 kann derart konfiguriert sein, eine Regeneration des AT-Systems 30 als einen Regelkreis- oder Rückkopplungsbetrieb zu regulieren. Während eines derartigen Regelkreisbetriebs speichert der Controller 50 die eingestellte Kraftstoffmenge und weist eine Einspritzung der eingestellten Kraftstoffmenge in den DOC 38 während des DOC-Erwärmungsabschnitts des Regenerationszyklus ”n + 1” des AT-Systems 30 an. Demgemäß ist während des Regelkreisbetriebs die Kraftstoffmenge, die in die Abgasströmung 26 stromaufwärts des DOC 38 zur Bewertung der Erwärmungsrate des DOC während des gegenwärtigen Regenerationszyklus eingespritzt wird, der Wert für die Kraftstoffmenge, der während des vorhergehenden Zyklus ”n” modifiziert und verwendet wurde. In einer separaten Ausführungsform kann der Controller 50 derart konfiguriert sein, eine Regeneration des AT-Systems 30 als einen Steuerkettenbetrieb zu regulieren. Während eines derartigen Steuerkettenbetriebs weist der Controller 50 eine Einspritzung derselben Kraftstoffmenge in den DOC 38 während des DOC-Erwärmungsabschnitts des Regenerationszyklus ”n + 1” an, wie während des DOC-Erwärmungsabschnitts des vorhergehenden Regenerationszyklus ”n” verwendet wurde.
2 zeigt ein Verfahren 70 zum Steuern der Regeneration in dem AT-System 30 des Dieselmotors, wie oben mit Bezug auf 1 beschrieben ist. Das Verfahren beginnt bei Kästchen 72, wo es umfasst, dass ein Regenerationszyklus ”n” des AT-Systems 30 dadurch begonnen wird, dass eine Kraftstoffmenge in die Abgasströmung 26 stromaufwärts des DOC 38 eingespritzt wird. Wie oben beschrieben ist, ist der eingespritzte Kraftstoff dazu bestimmt, die Abgasströmung 26 zu überhitzen und ein Erwärmen des DOC 38 zu bewirken. Nach dem Kästchen 72 fährt das Verfahren mit Kästchen 74 fort, wo es umfasst, dass eine Erwärmungsrate des DOC 38, die durch die überhitzte Abgasströmung 26 bewirkt wird, bewertet und überwacht wird.
Nach Kästchen 74 fährt das Verfahren mit Kästchen 76 fort. Bei Kästchen 76 umfasst das Verfahren, dass in Ansprechen auf die bewertete Erwärmungsrate des DOC 38 eine Menge an Katalysatorsubstanz, die in dem DOC zum Katalysieren der Abgasströmung 26 verfügbar ist, ermittelt wird. Nach Kästchen 76 fährt das Verfahren mit Kästchen 78 fort, wo das Verfahren umfasst, dass die Kraftstoffmenge, die in den DOC 38 eingespritzt wird, reduziert wird, so dass die ermittelte verfügbare Menge an Katalysatorsubstanz in dem DOC zum Katalysieren der Abgasströmung 26 verwendet ist. Ferner wird, wie oben mit Bezug auf 1 beschrieben ist, das Einstellen der Menge an Kraftstoff, die in den DOC 38 eingespritzt wird, so erreicht, dass eine vorbestimmte Kraftstoffmenge durch den DOC entweichen darf, um eine Regenerationstemperatur in dem DPF 40 beizubehalten.
Die Regenerationstemperatur des DPF 40 kann über den dritten Temperaturfühler 48 überwacht werden. Der Controller kann zusätzlich ermitteln, ob bei Kästchen 78 die Kraftstoffmenge, die in den DOC 38 eingespritzt wird, reduziert werden muss, da die Menge der Katalysatorsubstanz, die in dem DOC 38 verfügbar ist, unter eine erste Schwelle gefallen ist. Wenn die Menge an Katalysatorsubstanz, die in dem DOC 38 verfügbar ist, als unterhalb der ersten Schwelle befindlich ermittelt wurde, kann der Controller 50 ein Signal oder einen Diagnosecode erzeugen, der angibt, dass sich das Emissionsleistungsvermögen des DOC 38 verschlechtert hat.
Nach Kästchen 78 kann das Verfahren mit Kästchen 80 fortfahren, wo der Controller 50 bewertet, ob der DOC 38 ausgefallen ist, falls die Menge an Katalysatorsubstanz, die zum Katalysieren der Abgasströmung 26 verfügbar ist, unter einer zweiten Schwellenmenge liegt. Wenn bei Kästchen 80 der Controller 50 festgestellt hat, dass der DOC 38 ausgefallen ist, d. h. die Anzahl aktiver Edelmetallstellen unter die zweite Schwellenmenge gefallen ist, so dass der DOC keine ausreichende Austrittstemperatur zur Regeneration des DPF 40 erzeugen kann, kann das Verfahren mit Kästchen 82 fortfahren. Bei Kästchen 82 reduziert der Controller 50 die Kraftstoffmenge, die in den DOC 38 eingespritzt wird, hinunter auf Null.
Nach entweder Kästchen 78 oder 82 kann das Verfahren zurück zu Kästchen 72 laufen. Sobald das Verfahren zu Kästchen 72 zurückkehrt, kann der Controller entweder den Regelkreis- oder Steuerkettenbetrieb verwenden, um den anschließenden Regenerationszyklus Zyklus ”n + 1” zu regulieren, wie oben detailliert mit Bezug auf das AT-System 30, das in 1 gezeigt ist, beschrieben ist. Demgemäß kann der Controller 50 so programmiert sein, den Betrieb des Motors 12 und des AT-Systems 30 kontinuierlich zu überwachen, um den anschließenden Regenerationszyklus ”n + 1” auszulösen.
Die detaillierte Beschreibung und die Zeichnungen oder Figuren unterstützen und beschreiben die Erfindung, jedoch ist der Schutzumfang der Erfindung ausschließlich durch die Ansprüche definiert. Während einige der besten Moden und anderen Ausführungsformen zur Ausführung der beanspruchten Erfindung detailliert beschrieben worden sind, sind verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen zur Ausführung der Erfindung, wie in den angefügten Ansprüchen definiert ist, vorhanden. Ferner sind die Ausführungsformen, die in den Zeichnungen oder den Charakteristiken verschiedener Ausführungsformen, die in der vorliegenden Beschreibung erwähnt sind, gezeigt sind, nicht unbedingt als Ausführungsformen, die unabhängig voneinander sind, zu verstehen. Vielmehr ist es möglich, dass jede der Eigenschaften, die in einem der Beispiele einer Ausführungsform beschrieben ist, mit einer oder einer Mehrzahl anderer gewünschter Charakteristiken von anderen Ausführungsformen kombiniert werden kann, was in anderen Ausführungsformen resultiert, die nicht im Wortlaut oder durch Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben sind. Demgemäß fallen solche anderen Ausführungsformen in den Schutzumfang der angefügten Ansprüche.

Claims

Verfahren zum Steuern einer Regeneration in einem Nachbehandlungs-(AT-)System eines Dieselmotors, das einen Dieseloxidationskatalysator (DOC) und einen Dieselpartikelfilter (DPF) besitzt, wobei das Verfahren umfasst, dass: ein Regenerationszyklus ”n”, wobei ”n” eine positive ganze Zahl ist, des AT-Systems dadurch begonnen wird, dass eine Kraftstoffmenge in eine Abgasströmung stromaufwärts des DOC eingespritzt wird, um die Abgasströmung zu überhitzen und ein Erwärmen des DOC zu bewirken; eine Rate des Erwärmens des DOC, die durch die überhitzte Abgasströmung bewirkt wird, bewertet wird; in Ansprechen auf die bewertete Rate der Erwärmung des DOC eine Menge an Katalysatorsubstanz, die in dem DOC zum Katalysieren der Abgasströmung verfügbar ist, ermittelt wird; und die Kraftstoffmenge, die in den DOC eingespritzt wird, reduziert wird, so dass die ermittelte verfügbare Menge an Katalysatorsubstanz in dem DOC zum Katalysieren der Abgasströmung verwendet wird und zugelassen wird, dass eine vorbestimmte Kraftstoffmenge durch den DOC entweichen kann, um eine Regenerationstemperatur in dem DPF beizubehalten.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der DOC als ausgefallen identifiziert wird, wenn die Menge an Katalysatorsubstanz, die zum Katalysieren der Abgasströmung verfügbar ist, unter einer Schwellenmenge liegt, ferner umfassend, dass die Kraftstoffmenge, die in den DOC eingespritzt wird, auf Null reduziert wird, wenn der DOC ausgefallen ist.
Verfahren nach Anspruch 2, ferner umfassend, dass ein Signal, das angibt, dass der DOC ausgefallen ist, erzeugt wird, wenn die Menge an Katalysatorsubstanz, die in dem DOC zum Katalysieren der Abgasströmung verfügbar ist, unter der Schwellenmenge liegt.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei jedes von dem Beginnen des Regenerationszyklus ”n” des AT-Systems, dem Bewerten der Rate der Erwärmung des DOC, dem Ermitteln der Menge an Katalysatorsubstanz, die in dem DOC zum Katalysieren der Abgasströmung verfügbar ist, dem Reduzieren der Kraftstoffmenge, die in den DOC eingespritzt wird, dem Reduzieren der Kraftstoffmenge, die in den DOC eingespritzt wird, auf Null, und dem Erzeugen des Signals, das angibt, dass der DOC ausgefallen ist, über einen Controller erreicht wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Regeneration des AT-Systems von dem Controller als ein Regelkreisbetrieb reguliert wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei der Regelkreisbetrieb umfasst, dass die reduzierte Kraftstoffmenge gespeichert wird und über den Controller eine Einspritzung der reduzierten Kraftstoffmenge in den DOC während eines Regenerationszyklus ”n + 1” des AT-Systems angewiesen wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Regeneration des AT-Systems von dem Controller als ein Steuerkettenbetrieb reguliert wird.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Steuerkettenbetrieb ein Einspritzen der Kraftstoffmenge in den DOC während eines Regenerationszyklus ”n + 1” des AT-Systems umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Menge an Katalysatorsubstanz, die in dem DOC zum Katalysieren der Abgasströmung verfügbar ist, als eine diskrete Anzahl aktiver Edelmetallstellen in dem DOC identifiziert wird.