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Bezugnahme auf verwandte Anmeldung
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Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der
koreanischen Patentanmeldung mit der Nummer 10-2014-0123355 , eingereicht am 17. September 2014, deren gesamter Inhalt hierin durch diese Bezugnahme für alle Zwecke aufgenommen ist.
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Hintergrund der Erfindung
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Gebiet der Erfindung
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die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern der Ammoniakmenge, die in einem Selektive-katalytische-Reduktion-Katalysator absorbiert ist bzw. wird, sowie ein Abgassystem, welches dieses verwendet. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Steuern der Ammoniakmenge, die in einem Selektive-katalytische-Reduktion(SCR)-Katalysator absorbiert ist, und ein Abgassystem, welches dieses nutzt, die die Leistung des SCR-Katalysators verbessern, indem mehr Ammoniak (NH3, hierin auch als NH3 bezeichnet) in dem SCR-Katalysator absorbiert wird bzw. ist, während das Ausströmen von NH3 aus dem SCR-Katalysator (sog. Ammoniak-Schlupf) verhindert wird.
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Beschreibung der bezogenen Technik
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Im Allgemeinen wird Abgas, das durch einen Auslasskrümmer aus einem Verbrennungsmotor strömt, in einen Katalysator geführt, der an einer Abgasleitung montiert ist, und darin gereinigt. Danach wird das Geräusch des Abgases verringert, während es durch einen Schalldämpfer passiert, und das Abgas wird dann durch einen Endtopf in die Luft abgegeben. Der Katalysator reinigt Schmutzstoffe, die in dem Abgas enthalten sind. Ferner ist ein Partikelfilter zum Einfangen von Partikeln (PM), die in dem Abgas enthalten sind, an der Abgasleitung montiert.
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Ein Selektive-katalytische-Reduktion(SCR)-Katalysator ist ein Typ so eines Katalysators.
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Ein Reduktionsmittel, wie zum Beispiel Harnstoff, Ammoniak, Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoff (HC), reagiert in dem SCR-Katalysator besser mit Stickoxid als mit Sauerstoff.
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Ein Abgassystem eines Fahrzeugs, das mit dem SCR-Katalysator bereitgestellt ist, weist einen Harnstofftank und eine Dosiermodul auf. Das Dosiermodul bringt ein Reduktionsmittel, wie zum Beispiel Harnstoff, in das Abgas, das durch die Abgasleitung passiert, hinein ein, und der SCR-Katalysator reinigt dadurch effizient das Stickoxid.
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Das Reduktionsmittel, das von dem Dosiermodul eingebracht wird, wird in dem SCR-Katalysator absorbiert, wird freigesetzt, wenn das Abgas, das das Stickoxid enthält, durch den SCR-Katalysator passiert, und reagiert mit dem Stickoxid.
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Jedoch ist die Menge an Reduktionsmittel, die in dem SCR-Katalysator absorbiert wird bzw. ist, eng mit der Temperatur des SCR-Katalysators verknüpft. Daher, wenn die Menge des Reduktionsmittels größer ist als die maximale Menge des Reduktionsmittels, das bei der momentanen Temperatur des SCR-Katalysators in dem SCR-Katalysator absorbiert werden bzw. sein kann, strömt ein Teil des Reduktionsmittels aus dem SCR-Katalysator aus.
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Typischerweise wird Ammoniak als das Reduktionsmittel des SCR-Katalysators verwendet. Wenn das Ammoniak aus dem SCR-Katalysator ausströmt, kann das ausgeströmte Ammoniak Gestank verursachen, und Kunden können Beschwerden haben. Daher ist es sehr wichtig, zu verhindern, dass das Reduktionsmittel aus dem SCR-Katalysator herausströmt.
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Gemäß einem konventionellen Verfahren des Steuerns der NH3-Menge, die in dem SCR-Katalysator absorbiert wird, wird der SCR-Katalysator so gesteuert, dass er eine NH3-Menge absorbiert, die erhalten wird durch das Dividieren der maximalen NH3-Menge bei der momentanen Temperatur des SCR-Katalysators durch einen im Wesentlichen großen Sicherheitsfaktor. Das bedeutet, der SCR-Katalysator wird so gesteuert, dass er die NH3-Menge, die kleiner ist als die maximale NH3-Menge, absorbiert, um zu verhindern, dass das NH3 aus dem SCR-Katalysator ausströmt. Daher kann der SCR-Katalysator eine verringerte Leistung aufweisen.
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Ferner, weil der SCR-Katalysator eine verringerte Leistung auweist, sollte das Volumen des SCR-Katalysators vergrößert werden.
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Die Informationen, die in diesem Abschnitt Hintergrund der Erfindung offenbart werden, dienen nur zum Verbessern des Verständnisses des allgemeinen Hintergrunds der Erfindung und sollten nicht als eine Bestätigung oder irgendeine Form von Andeutung verstanden werden, dass diese Informationen den Stand der Technik, wie er einem Fachmann schon bekannt ist, bilden.
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Beschreibung der Erfindung
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Zahlreiche Aspekte der vorliegenden Erfindung zielen darauf ab, ein Verfahren zum Steuern der Ammoniakmenge, die in einem Selektive-katalytische-Reduktion-Katalysator absorbiert wird bzw. ist, und ein Abgassystem (z.B. ein Abgassystem für ein Fahrzeug, z.B. Kraftfahrzeug), welches dieses verwendet, bereitzustellen, die die Vorteile haben, dass die Leistung des SCR-Katalysators verbessert wird und ein Volumen des SCR-Katalysators verringert wird mittels des Absorbierens von mehr NH3 in dem SCR-Katalysator, während das Ausströmen des NH3 aus dem SCR-Katalysator verhindert wird.
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Gemäß zahlreichen Aspekten der vorliegenden Erfindung kann ein Verfahren zum Steuern einer Ammoniak(NH3)-Menge, die in einem Selektive-Katalytische-Reduktion(SCR)-Katalysator absorbiert (d.h. gespeichert, z.B. adsorbiert und/oder absorbiert wird, im Folgenden kurz „absorbiert“) wird, aufweisen Ermitteln einer Ziel-NH3-Absorptionsmenge unter Berücksichtigung eines Sicherheitsfaktors auf der Basis von NH3-Absorptionseigenschaften gemäß einer Temperatur des SCR-Katalysators, Ermitteln einer vorhergesagten (z.B. berechneten) NH3-Reaktionsmenge gemäß einem momentanen Fahrzustand, und Steuern des Einbringens von Harnstoff gemäß der Ziel-NH3-Absorptionsmenge und der vorhergesagten NH3-Reaktionsmenge.
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Die Ziel-NH3-Absorptionsmenge unter Berücksichtigung des Sicherheitsfaktors kann aus den NH3-Absorptionseigenschaften gemäß der Temperatur des SCR-Katalysators und dem Sicherheitsfaktor gemäß der Temperatur des SCR-Katalysators ermittelt werden.
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Die vorhergesagte NH3-Reaktionsmenge gemäß dem momentanen Fahrzustand kann ermittelt werden basierend auf einer Stickoxidmenge, die von einem Verbrennungsmotor unter dem momentanen Fahrzustand ausgelassen wird, und einer Stickoxid-Reinigungsrate bei einer momentanen Temperatur des SCR-Katalysators.
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Das Einbringen (z.B. Einspritzen) des Harnstoffs kann so gesteuert werden, dass eine NH3-Menge, die einer Summe aus Ziel-NH3-Absortionsmenge und vorhergesagter NH3-Reaktionsmenge entspricht (z.B. mit dieser korrespondiert), in dem SCR-Katalysator absorbiert wird (z.B. in das Abgas eingebracht wird).
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Das Ermitteln der Ziel-NH3-Absorptionsmenge unter Berücksichtigung eines Sicherheitsfaktors kann ausgeführt werden, wenn (z.B. nur dann, wenn) eine momentane Temperatur des SCR-Katalysators höher oder gleich einer Harnstoff-Umwandlungstemperatur ist.
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Die NH3-Absorptionseigenschaften gemäß der Temperatur des SCR-Katalysators, und/oder der Sicherheitsfaktor gemäß der Temperatur des SCR-Katalysators und/oder die Ziel-NH3-Absorptionsmenge unter Berücksichtigung des Sicherheitsfaktors und/oder die vorhergesagte NH3-Reaktionsmenge gemäß dem momentanen Fahrzustand können in einem nicht-flüchtigen Speicher eines Fahrzeugs gespeichert sein.
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Gemäß zahlreichen Aspekten der vorliegenden Erfindung kann ein Abgassystem aufweisen einen Verbrennungsmotor, der ein Antriebsdrehmoment erzeugt mittels des Verbrennens eines Gemisches aus Luft und Kraftstoff und der Abgas, das während der Verbrennung erzeugt wird, durch eine Abgasleitung (z.B. ein Auslassleitung, z.B. Abgasrohr) auslässt, eine Reduktionsmittel-Zuführeinrichtung, die stromabwärts von dem Verbrennungsmotor an der Abgasleitung montiert ist und die dazu eingerichtet ist, Harnstoff und/oder Ammoniak in das Abgas einzubringen (z.B. einzuspritzen), wobei der Harnstoff in das Ammoniak umgewandelt wird (z.B. dazu zerfällt), einen Selektive-Katalytische-Reduktion(SCR)-Katalysator, der stromabwärts von der Reduktionsmittel-Zuführeinrichtung an der Abgasleitung montiert ist und der dazu eingerichtet ist, das Ammoniak zu absorbieren und Stickoxid, das in dem Abgas enthalten ist, zu reduzieren mittels absorbierten, eingebrachten und/oder umgewandelten Ammoniaks (z.B. Ammoniak, der aus einem anderen Stoff entstanden ist), eine Steuereinrichtung, die dazu eingerichtet ist, Informationen über eine Temperatur des SCR-Katalysators und einen momentanen Fahrzustand zu empfangen (z.B. zu erhalten), eine Ziel-NH3-Absorptionsmenge unter Berücksichtigung eines Sicherheitsfaktors zu ermitteln, eine vorhergesagte (z.B. berechnete) NH3-Reaktionsmenge gemäß dem momentanen Fahrzustand zu ermitteln, und eine Menge an Harnstoff und/oder Ammoniak, die von der Reduktionsmittel-Zuführeinrichtung eingebracht wird/werden, zu steuern gemäß der Ziel-NH3-Absorptionsmenge und der vorhergesagten NH3-Reaktionsmenge.
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De Ziel-NH3-Absorptionsmenge unter Berücksichtigung des Sicherheitsfaktors kann aus den Ammoniak-Absorptionseigenschaften gemäß der Temperatur des SCR-Katalysators und dem Sicherheitsfaktor gemäß der Temperatur des SCR-Katalysators ermittelt werden.
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Die vorhergesagte NH3-Reaktionsmenge gemäß dem momentanen Fahrzustand kann ermittelt werden basierend auf einer Stickoxidmenge, die von dem Verbrennungsmotor unter dem momentanen Fahrzustand ausgelassen wird, und einer Stickoxid-Reinigungsrate bei einer momentanen Temperatur des SCR-Katalysators.
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Die Steuereinrichtung kann dazu eingerichtet sein, die Einbringmenge des Harnstoffs oder des Ammoniaks, die von der Reduktionsmittel-Zuführeinrichtung (34) eingebracht werden, so steuern, dass eine NH3-Menge, die einer Summe aus Ziel-NH3-Absortionsmenge und vorhergesagter NH3-Reaktionsmenge entspricht, in dem SCR-Katalysator absorbiert wird (z.B. in den SCR-Katalysator eingebracht wird).
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Die Steuereinrichtung kann dazu eingerichtet sein, die Ziel-NH3-Absorptionsmenge unter Berücksichtigung eines Sicherheitsfaktors nur dann zu ermitteln, wenn eine momentane Temperatur des SCR-Katalysators höher oder gleich einer Harnstoff-Umwandlungstemperatur ist.
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Die NH3-Absorptionseigenschaften gemäß der Temperatur des SCR-Katalysators und/oder der Sicherheitsfaktor gemäß der Temperatur des SCR-Katalysators und/oder die Ziel-NH3-Absorptionsmenge unter Berücksichtigung des Sicherheitsfaktors und/oder die vorhergesagte NH3-Reaktionsmenge gemäß dem momentanen Fahrzustand können in einem nicht-flüchtigen Datenspeicher eines Fahrzeugs gespeichert sein.
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Wie es oben beschrieben ist, können zahlreiche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die Leistung des Selektive-katalytische-Reduktion-Katalysators verbessern und das Volumen des Selektive-katalytische-Reduktion-Katalysators verringern mittels des Absorbierens von mehr NH3 in dem Selektive-katalytische-Reduktion-Katalysator, während das Ammoniak daran gehindert wird, aus dem Selektive-katalytische-Reduktion-Katalysator auszuströmen.
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Die Begriffe „Fahrzeug“ oder „Fahrzeug-“ oder andere ähnliche Begriffe, wie sie hierin benutzt werden, schließen Kraftfahrzeuge im Allgemeinen, wie zum Beispiel Personenkraftfahrzeuge inklusive Sport-Nutzfahrzeuge (SUV), Busse, Lastkraftwagen, zahlreiche Nutzfahrzeuge, Wasserfahrzeuge inklusive verschiedener Boote und Schiffe, Luftfahrzeuge und ähnliche mit ein, und schließen Hybridfahrzeuge, Elektrofahrzeuge, Plug-In-Hybridelektrofahrzeuge, wasserstoffbetriebene Fahrzeuge und Fahrzeuge, die mit anderen alternativen Kraftstoffen (zum Beispiel Kraftstoffe, die aus anderen Ressourcen als Erdöl gewonnen werden) betrieben werden, ein. Wie es hierin benutzt wird, ist ein Hybridfahrzeug ein Fahrzeug, das zwei oder mehrere Leistungsquellen hat, zum Beispiel Fahrzeuge, die sowohl kraftstoffbetrieben als auch elektrisch betrieben sind.
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Die Verfahren und Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung haben andere Merkmale und Vorteile, die aus den begleitenden Zeichnungen, die hierin aufgenommen sind, und der folgenden ausführlichen Beschreibung, die zusammen dazu dienen, bestimmte Prinzipien der vorliegenden Erfindung zu erklären, deutlicher werden oder in diesen im Detail beschrieben sind.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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Die 1 zeigt ein schematisches Diagramm eines exemplarischen Abgassystems gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Die 2 zeigt ein Blockdiagramm eines Abgassystems, das ein exemplarisches Verfahren des Steuerns einer Ammoniakmenge, die in einem Selektive-katalytische-Reduktion-Katalysator absorbiert wird, gemäß der vorliegenden Erfindung ausführt.
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Die 3 zeigt ein Flussdiagramm des exemplarischen Verfahrens des Steuerns der Ammoniakmenge, die in dem Selektive-katalytische-Reduktion-Katalysator absorbiert wird, gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Die 4 zeigt ein Graph, der eine Absorptionsmenge des NH3 gemäß einer Temperatur, einer Ziel-NH3-Absorptionsmenge unter Berücksichtigung eines Sicherheitsfaktors und einer vorhergesagten Reaktionsmenge zeigt.
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Die angehängten Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu und zeigen unter Umständen eine etwas vereinfachte Darstellung von zahlreichen Merkmalen, die die Grundprinzipien der Erfindung veranschaulichen. Die spezifischen Aufbaumerkmale der vorliegenden Erfindung, wie sie hierin offenbart wird, inklusive zum Beispiel spezifischer Abmessungen, Orientierungen, Positionen und Formen werden zum Teil durch die im Besonderen angedachte Anwendung und Nutzungsumgebung bestimmt.
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Ausführliche Beschreibung
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Es wird nun im Detail auf zahlreiche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Bezug genommen, von welchen Beispiele in den begleitenden Zeichnungen gezeigt sind und im Folgenden beschrieben werden. Obwohl die Erfindung in Verbindung mit exemplarischen Ausführungsformen beschrieben wird, wird deutlich werden, dass die vorliegende Beschreibung nicht dazu gedacht ist, die Erfindung auf diese exemplarischen Ausführungsformen einzuschränken. Im Gegenteil, die Erfindung ist dazu gedacht, nicht nur die exemplarischen Ausführungsformen abzudecken, sondern auch zahlreiche Alternativen, Modifikationen, Abwandlungen und andere Ausführungsformen, die im Sinn und Umfang der Erfindung, wie er durch die angehängten Ansprüche definiert ist, enthalten sind.
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Die 1 zeigt ein schematisches Diagramm eines Abgassystems gemäß zahlreichen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
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Wie es in der 1 gezeigt ist, wird Stickoxid in dem Abgas entfernt, während das Abgas, das in einem Verbrennungsmotor 10 erzeugt wird, durch einen Selektive-katalytische-Reduktion(SCR)-Katalysator 30 passiert. Falls notwendig, kann ein Partikelfilter zum Einfangen von Partikeln, die in dem Abgas enthalten sind, und/oder ein Oxidationskatalysator zum Oxidieren von Kohlenmonoxid oder Kohlenwasserstoff, die in dem Abgas enthalten sind, verwendet werden. Das Abgassystem, das in der 1 gezeigt ist, zeigt ein vereinfachtes Layout eines Abgassystems, mit welchem der Sinn der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann, aber es ist zu beachten, dass der Umfang der vorliegenden Erfindung nicht (nur) auf das Abgassystem, das in der 1 gezeigt ist, beschränkt ist.
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Der Verbrennungsmotor 10 verbrennt ein Luft/Kraftstoffgemisch, in welchem Kraftstoff und Luft gemischt sind, um chemische Energie in mechanische Energie umzuwandeln. Der Verbrennungsmotor 10 ist mit einem Einlasskrümmer 16 verbunden, um Luft in eine Verbrennungskammer 12 einzubringen, und ist mit einem Auslasskrümmer 18 verbunden, so dass das Abgas, das in dem Verbrennungsprozess erzeugt wird, in dem Auslasskrümmer 18 gesammelt wird und zur Umgebung ausgelassen wird. Ein Injektor 14 (z.B. Einspritzer) ist in der Verbrennungskammer 12 montiert, um den Kraftstoff in die Verbrennungskammer 12 einzubringen.
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Einer Abgasleitung 20 ist mit dem Auslasskrümmer 18 verbunden und dazu eingerichtet, das Abgas zur Umgebung eines Fahrzeugs auszulassen.
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Der SCR-Katalysator 30 ist an der Abgasleitung 20 montiert und ist dazu eingerichtet, die Stickoxide, die in dem Abgas enthalten sind, unter Benutzung eines Reduktionsmittels zu Stickstoffgas zu reduzieren.
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Dazu weist das Abgassystem ferner einen Harnstofftank, eine Harnstoffpumpe und ein Dosiermodul 34 auf. In der vorliegenden Erfindung wird mittels des Dosiermoduls 34 Harnstoff eingebracht, aber die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt, dass das Dosiermodul 34 nur den Harnstoff einbringt. Das heißt, das Dosiermodul 34 kann Ammoniak einbringen. Ferner können andere Reduktionsmittel als Ammoniak zusammen mit dem Ammoniak oder für sich selbst (alleine) eingebracht werden.
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Das Dosiermodul 34 bringt den Harnstoff, der mittels der Harnstoffpumpe gepumpt wird, in die Abgasleitung 20 hinein ein. Das Dosiermodul zur 34 ist zwischen dem Verbrennungsmotor 10 und dem SCR-Katalysator 30 an der Abgasleitung 20 montiert und bringt den Harnstoff in das Abgas hinein ein, bevor es in den SCR-Katalysator 30 eintritt bzw. einströmt. Der Harnstoff, der in das Abgas eingebracht ist, wird zu Ammoniak zersetzt, und das zersetzte Ammoniak wird als das Reduktionsmittel für das Stickoxid verwendet.
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Der Harnstofftank, die Harnstoffpumpe und das Dosiermodul, die in dieser Beschreibung beschrieben sind, sind Beispiele für Reduktionsmittel-Zuführeinrichtungen, und der Umfang der vorliegenden Erfindung ist nicht auf diese Beispiele von Reduktionsmittel-Zuführeinrichtungen beschränkt. Das heißt es können andere Arten von Reduktionsmittel-Zuführeinrichtungen in zahlreichen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung benutzt werden.
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Das Abgassystem weist ferner auf eine Mehrzahl von Sensoren aufweisend einen ersten Stickoxid(NOx)-Sensor 32, einen Temperatursensor 36 und einen zweiten Stickoxid(NOx)-Sensor 38.
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Der erste Stickoxid-Sensor 32 ist stromaufwärts von dem SCR-Katalysator 30 an der Abgasleitung 20 montiert und detektiert die Stickoxid(NOx)menge, die stromaufwärts von dem SCR-Katalysator in dem Abgas enthalten ist.
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Der Temperatursensor 36 ist stromaufwärts von dem SCR-Katalysator an der Abgasleitung oder in dem SCR-Katalysator 30 montiert und detektiert die Temperatur des Abgases stromaufwärts von dem SCR-Katalysator 30 bzw. in dem SCR-Katalysator 30. Zum besseren Verständnis und zur Vereinfachung der Beschreibung kann die Temperatur des SCR-Katalysators 30, die in der vorliegenden Erfindung beschrieben wird, die Temperatur des Abgases stromaufwärts von dem SCR-Katalysator 30 oder die Temperatur des Abgases in dem SCR-Katalysator 30 sein.
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Der zweite Stickoxid-Sensor 38 ist stromabwärts von dem SCR-Katalysator 30 an der Abgasleitung 20 montiert und detektiert die Stickoxidmenge, die stromabwärts von dem SCR-Katalysator 30 in dem Abgas enthalten ist. Gemäß zahlreichen Ausführungsformen kann die Stickoxidmenge stromaufwärts und/oder stromabwärts von dem SCR-Katalysator 30 berechnet werden basierend auf der Abgas-Strömungsrate, der Betriebsgeschichte des Verbrennungsmotors, der Temperatur des SCR-Katalysators 30, der Einbringmenge des Reduktionsmittels und/oder der Menge des Reduktionsmittels, die in dem SCR-Katalysator 30 absorbiert ist bzw. wird, anstatt den zweiten Stickoxid-Sensor 38 zu benutzen.
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Das Abgassystem weist ferner eine Steuereinrichtung 40 auf. Die Steuereinrichtung 42 steuert den Betrieb des Injektors 14 und des Dosiermoduls 34 basierend auf der Detektion (zum Beispiel den Messwerten) des ersten und/oder des zweiten Stickoxid-Sensors 32 bzw. 38 sowie des Temperatursensors 36.
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Die 2 zeigt ein Blockdiagramm eines Abgassystems, das ein Verfahren zum Steuern einer Ammoniakmenge, die in einem Selektive-katalytische-Reduktion-Katalysator absorbiert wird, gemäß zahlreichen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ausführt.
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Der Temperatursensor 36 detektiert die Temperatur des SCR-Katalysators 30 und überträgt ein Signal, das mit dieser korrespondiert, zu der Steuereinrichtung 40.
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Der erste Stickoxid-Sensor 32 detektiert die Stickoxidmenge, die stromaufwärts von dem SCR-Katalysator 30 in dem Abgas enthalten ist, und überträgt ein Signal, das mit dieser korrespondiert, zu der Steuereinrichtung 40.
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Der zweite Stickoxid-Sensor 38 detektiert die Stickoxidmenge, die stromabwärts von dem SCR-Katalysator 30 in dem Abgas enthalten ist, und überträgt ein Signal, das mit dieser korrespondiert, zu der Steuereinrichtung 40.
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Das Abgassystem weist ferner zahlreiche Sensoren aufweisend einen Gaspedal-Positionssensor 44 und einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 46 zum Detektieren eines momentanen Fahrzustandes auf.
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Der Gaspedal-Positionssensor 44 detektiert eine Position eines Gaspedals und überträgt ein Signal, das mit dieser korrespondiert, zu der Steuereinrichtung 40.
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Der Fahrzeuggeschwindigkeitssensor 46 detektiert eine momentane Fahrzeuggeschwindigkeit überträgt ein Signal, das mit dieser korrespondiert, zu der Steuereinrichtung 40.
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Die Steuereinrichtung 40 ermittelt eine Ziel-NH3-Absorptionsmenge unter Berücksichtigung eines Sicherheitsfaktors basierend auf der Temperatur des SCR-Katalysators 30, die mittels des Temperatursensors 36 detektiert ist, ermittelt eine berechnete (z.B. vorhersgesagte) NH3-Reaktionsmenge gemäß dem momentanen Fahrzustand basierend auf den detektierten Werten des Gaspedal-Positionssensors 44, des Fahrzeuggeschwindigkeitssensors 46, des ersten und des zweiten Stickoxid-Sensors 32 und 38 sowie des Temperatursensors 36, und steuert eine Harnstoffmenge, die mittels des Dosiermoduls 34 eingebracht wird, basierend auf der Ziel-NH3-Absorptionsmenge und der berechneten NH3-Reaktionsmenge.
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Ferner kann die Steuereinrichtung 40 die Leistung des SCR-Katalysators 30 basierend auf dem Stickoxid, das stromabwärts von dem SCR-Katalysator 30 in dem Abgas enthalten ist und das mittels des zweiten Stickoxid-Sensors 38 detektiert ist, evaluieren.
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Ferner kann die Steuereinrichtung 40 die Kraftstoffmenge, die mittels des Injektors 14 eingebracht wird, und das Einspritztiming basierend auf Fahrtzuständen des Fahrzeugs steuern.
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Die Steuereinrichtung 42 kann mittels eines oder mehrerer Prozessoren realisiert sein, die mittels eines vorbestimmten Programms aktiviert werden, und das vorbestimmte Programm kann dazu programmiert sein, jeden Schritt eines Verfahrens des Steuerns der Ammoniakmenge, die in einem Selektive-katalytische-Reduktion-Katalysator absorbiert ist bzw. wird, gemäß den zahlreichen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auszuführen.
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Die Steuerung zur 40 kann einen Datenspeicher 42 aufweisen. Beispielsweise kann in der vorliegenden Erfindung der Datenspeicher 42 in der Steuereinrichtung 40 bereitgestellt sein, aber die Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Der Datenspeicher zur 42 kann ein nicht-flüchtiger Speicher sein.
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Wie es in der 4 gezeigt ist, können die NH3-Absorptionseigenschaften gemäß der Temperatur des SCR-Katalysators 30 und der Sicherheitsfaktor gemäß der Temperatur des SCR-Katalysators oder die Ziel-NH3-Absorptionsmenge unter Berücksichtigung des Sicherheitsfaktors sowie die berechnete NH3-Reaktionsmenge gemäß dem momentanen Fahrzustand in dem Datenspeicher 42 gespeichert sein bzw. werden.
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Die 3 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Steuern der Ammoniakmenge, die in einem Selektive-katalytische-Reduktion-Katalysator absorbiert wird, gemäß zahlreichen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
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Wie es in der 3 gezeigt ist beginnt ein Verfahren zum Steuern der Ammoniakmenge, die in einem Selektive-katalytische-Reduktion-Katalysator absorbiert wird, gemäß zahlreichen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wenn ein Zündschlüssel bzw. Zündschalter im Schritt S100 eingeschaltet wird.
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Wenn der Zündschlüssel im Schritt S100 eingeschaltet ist bzw. wird, detektiert der Temperatursensor 36 die momentane Temperatur des SCR-Katalysators 30 im Schritt S110 und überträgt das Signal, das mit dieser korrespondiert, zu der Steuereinrichtung 40.
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Wenn die Steuereinrichtung 40 das Signal, das mit der momentanen Temperatur des SCR-Katalysators 30 korrespondiert, empfängt, ermittelt die Steuereinrichtung 40 im Schritt S120, ob die momentane Temperatur des SCR-Katalysators 30 höher oder gleich einer Harnstoff-Umwandlungstemperatur ist. Hierin ist die Harnstoff-Umwandlungstemperatur die Temperatur, bei welcher Harnstoff, der mittels des Dosiermoduls 34 eingebracht wird, in Ammoniak umgewandelt werden kann (z.B. zerfallen kann) und das umgewandelte (z.B. zerfallene) Ammoniak in dem SCR-Katalysator 30 absorbiert werden kann. Wenn der Harnstoff bei einer Temperatur, die kleiner ist als die Harnstoff-Umwandlungstemperatur, eingebracht wird, kann der Harnstoff weder in das Ammoniak umgewandelt werden noch in dem SCR-Katalysator 30 absorbiert werden und wird aus dem SCR-Katalysator 30 ausströmen, (selbst) wenn es umgewandelt wird. Daher kann das Verfahren gemäß zahlreichen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung normal durchgeführt werden bei einer Temperatur, die höher oder gleich der Harnstoff-Umwandlungstemperatur ist.
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Wenn die momentane Temperatur des SCR-Katalysators 30 im Schritt S120 geringer ist als die Harnstoff-Umwandlungstemperatur, kehrt das Verfahren zum Schritt S100 zurück. Wenn die momentane Temperatur des SCR-Katalysators 30 im Schritt S120 höher oder gleich der Harnstoff-Umwandlungstemperatur ist, ermittelt die Steuereinrichtung 40 im Schritt S130 die Ziel-NH3-Absorptionsmenge unter Berücksichtigung des Sicherheitsfaktors. Wie es in der 4 gezeigt ist, können die NH3-Absorptionseigenschaften gemäß der Temperatur des SCR-Katalysators 30 und der Sicherheitsfaktor gemäß der Temperatur des SCR-Katalysators 30 und/oder die Ziel-NH3-Absorptionsmenge unter Berücksichtigung des Sicherheitsfaktors sowie die berechnete NH3-Reaktionsmenge gemäß dem momentanen Fahrzustand in dem Datenspeicher 42 der Steuereinrichtung 40 gesteuert sein. Daher kann die Steuereinrichtung 40 die Ziel-NH3-Absorptionsmenge unter Berücksichtigung des Sicherheitsfaktors bei der momentanen Temperatur des SCR-Katalysators aus dem Datenspeicher 42 auslesen. Da der Datenspeicher 42 ein nicht-flüchtiger Datenspeicher ist, wird die Ziel-NH3-Absorptionsmenge unter Berücksichtigung des Sicherheitsfaktors nicht aus dem Datenspeicher 42 gelöscht.
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Die Ziel-NH3-Adoptionsmenge unter Berücksichtigung des Sicherheitsfaktors kann erhalten werden mittels des Multiplizierens der NH3-Absorptionseigenschaften gemäß der Temperatur des SCR-Katalysators 30 mit dem Sicherheitsfaktor gemäß der Temperatur des SCR-Katalysators 30. In diesem Fall, da die Reinigungseigenschaften des Stickoxids gemäß der Temperatur des SCR-Katalysators 30 geändert werden, wird auch der Sicherheitsfaktor gemäß der Temperatur des SCR-Katalysators 30 geändert.
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Danach ermittelt die Steuereinrichtung 40 im Schritt S140 die berechnete NH3-Reaktionsmenge gemäß dem momentanen Fahrzustand. Das heißt die Steuereinrichtung 42 berechnet den momentanen Fahrzustand basierend auf der Position des Gaspedals, der momentanen Fahrzeuggeschwindigkeit, der Kraftstoff-Einbringmenge (zum Beispiel Kraftstoff-Einspritzmenge) und dem Kraftstoff-Einbringtiming, berechnet die Stickoxidmenge, die von dem Verbrennungsmotor ausgelassen wird, basierend auf dem berechneten Fahrzustand, und berechnet die Stickoxid-Reinigungsrate basierend auf der momentanen Temperatur des SCR-Katalysators 30. Daher ermittelt die Steuereinrichtung 40 die berechnete NH3-Reaktionsmenge gemäß dem momentanen Fahrzustand basierend auf der Stickoxidmenge, die von dem Verbrennungsmotor ausgelassen wird, und der Stickoxid-Reinigungsrate. Die berechnete NH3-Reaktionsmenge gemäß dem momentanen Fahrzustand ist eine berechnete Menge an NH3, die mittels einer Reaktion mit dem Stickoxid bei dem (z.B. in dem) SCR-Katalysator 30 entfernt werden wird (z.B. verbraucht wird). Auch wenn der SCR-Katalysator 30 mehr NH3 absorbiert als die berechnete NH3-Reaktionsmenge, wird die berechnete NH3-Reaktionsmenge durch die Reaktion mit dem Stickoxid entfernt. Daher strömt das NH3 nicht aus dem SCR-Katalysator 30 aus. Das bedeutet, es wird mehr NH3 absorbiert, aber das NH3 strömt nicht aus.
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Danach steuert die Steuereinrichtung 40 das Dosiermodul 34 gemäß der Ziel-NH3-Absorptionsmenge und der berechneten NH3-Reaktionsmenge, um die Einbringmenge des Harnstoffs in das Abgas zu steuern. Wie es in der 4 gezeigt ist, steuert die Steuereinrichtung 40 das Harnstoffeinbringen in das Abgas so, dass die NH3-Menge, die mit einer Summe der Ziel-NH3-Absorptionsmenge unter Berücksichtigung des Sicherheitsfaktors und der berechneten NH3-Reaktionsmenge bei der momentanen Temperatur des SCR-Katalysators korrespondiert (zum Beispiel dieser Summe entspricht ggf. unter Berücksichtigung der Stöchiometrie des verwendeten Reduktionsmittels), in dem SCR-Katalysator 30 absorbiert wird.
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Danach kehrt die Steuereinrichtung 40 zu dem Schritt S100 zurück und wiederholt die Schritte S100 bis S150 während der Zündschalter eingeschalten ist bzw. der Zündschlüssel auf EIN ist.
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Wie es in der 4 gezeigt ist, absorbiert der SCR-Katalysator 30 bei der gleichen Temperatur des SCR-Katalysators 30 gemäß den zahlreichen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mehr NH3 im Vergleich zu einem konventionellen Verfahren, das nur den Sicherheitsfaktor berücksichtigt. Daher kann die volle Leistung des SCR-Katalysators 30 benutzt werden, und das Volumen des SCR-Katalysators 30 kann verringert sein.
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Die obenstehende Beschreibung von spezifischen exemplarischen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurde zum Zwecke der Veranschaulichung und Beschreibung gemacht. Sie ist nicht dazu gedacht, erschöpfend zu sein oder um die Erfindung auf genau die offenbarten Formen einzuschränken, und es sind offensichtlich zahlreiche Modifikationen und Variationen im Lichte der obigen Lehre möglich. Die exemplarischen Ausführungsformen wurden ausgewählt und beschrieben, um bestimmte Prinzipien der Erfindung und ihre praktische Anwendung zu beschreiben, um es so dem Fachmann zu ermöglichen, zahlreiche exemplarische Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sowie zahlreiche Alternativen und Modifikationen dieser herzustellen und zu benutzen. Es ist beabsichtigt, dass der Umfang der Erfindung durch die hier angehängten Ansprüche und deren Äquivalente definiert ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- KR 10-2014-0123355 [0001]
