DE102014212741A1

DE102014212741A1 - Ammoniakvorratsmanagement für scr-katalysator

Info

Publication number: DE102014212741A1
Application number: DE102014212741.6A
Authority: DE
Inventors: Devesh Upadhyay; Michiel J. Van Nieuwstadt; Christine Kay Lambert; David Wynn Philion
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2013-07-11
Filing date: 2014-07-01
Publication date: 2015-01-15
Also published as: RU2651392C2; CN104279029A; RU2014127720A; CN104279029B; US9512764B2; US20150013309A1

Abstract

Es werden verschiedene Systeme und Verfahren zum Steuern des Ammoniakvorrats in einem SCR-Katalysator beschrieben. In einem beispielhaften Ansatz umfasst ein Verfahren als Reaktion auf ein Fahrzeug-Aus-Ereignis ein Einspritzen von Ammoniak während eines letzten Abgas-Vorauslasses, bis ein vorbestimmter Wert von Ammoniak im SCR-Katalysator bevorratet ist; und als Reaktion auf ein anschließendes Fahrzeug-Ein-Ereignis, wenn eine im SCR-Katalysator bevorratete Menge von Ammoniak niedriger als ein vorbestimmter Wert ist, ein Einspritzen von Ammoniak, bis der vorbestimmte Wert von Ammoniak im SCR-Katalysator bevorratet wird.

Description

Dieselmotoren können einen Katalysator für selektive katalytische Reduktion (SCR – selective catalytic reduction) in einem Abgasreinigungssystem zum Reduzieren von Emissionen von Stickstoffoxiden (NOx) während des Motorbetriebs umfassen. Ein Reduktionsmittel, wie beispielsweise Ammoniak in der Form von Harnstoff oder Dieselemissionsfluid (DEF), kann z. B. stromaufwärts des SCR-Katalysators in den Motorauspuff eingespritzt werden, so dass Ammoniak im SCR-Katalysator bevorratet wird, um NOx in Stickstoff und Wasser umzuwandeln.
In einigen Beispielen kann ein Abgasreinigungssystem zusätzlich zu einem SCR-Katalysator ein Dieselpartikelfilter (DPF) umfassen. Wenn ein DPF verwendet wird, kann thermische Regeneration eingesetzt werden, um das Filter zu reinigen, indem die Temperatur erhöht und Ruß, der sich im Filter angesammelt hat, verbrannt wird. Wenn die Temperatur des DPFs steigt, kann auch die Temperatur des SCR-Katalysators ansteigen. Ammoniak, das als Reduktionsmittel im Katalysator verwendet wird, kann aus dem SCR-Katalysator desorbiert werden, wenn die Temperatur ansteigt, was zu Ammoniakschlupf aus dem Katalysator führt. Das entwichene Ammoniak kann aus dem Auspuffendrohr austreten und in die Atmosphäre gelangen, und/oder das Ammoniak kann oxidiert werden, wenn es durch das DPF durchtritt, um NO_x zu bilden, wodurch Emissionen von Stickstoffoxid (NO_x) zunehmen.
Die betreffenden Erfinder haben festgestellt, dass die Leistung eines SCR-Katalysators von einer Menge von Reduktionsmittel, z. B. Ammoniak, abhängen kann, die im Katalysator bevorratet ist, und dass verschiedene SCR-Katalysatorbedingungen seine Fähigkeit beim Reduzieren von NOx beeinflussen können. Zum Beispiel kann die NOx-Umwandlungsfähigkeit mit der im Katalysator bevorrateten Menge von Ammoniak zunehmen, die NOx-Umwandlungsfähigkeit kann mit einer Temperatur bis zu einer bestimmten Schwellentemperatur, die typischerweise im Bereich von betrieblichem Interesse (z. B. ungefähr 400 °C) liegt, zunehmen und danach abnehmen, und der Ammoniakvorrat in einem SCR-Katalysator kann mit der Temperatur abnehmen.
Demnach haben die betreffenden Erfinder erkannt, dass der Ammoniakvorrat in SCR-Katalysatoren sorgfältig gesteuert werden muss, um eine optimale SCR-Leistung in Bezug auf den NOx-Umwandlungswirkungsgrad zu erreichen. Frühere Ansätze zum Steuern des Ammoniakvorrats in SCR-Katalysatoren verwenden Vorratsregelung im geschlossenen Kreis. Solche Regelkreisansätze können unter bestimmten Betriebsbedingungen, z. B. nach Kaltstarts oder thermischen Ereignissen, wie beispielsweise DPF-Filterregenerationsereignissen, zu einem ungenügenden Ammoniakvorrat und reduzierten NOx-Umwandlungswirkungsgraden führen.
Zum Beispiel können Fahrzeug-Aus(Motor-Aus)- Fahrzeug-Ein(Motor-Ein)-Übergänge Störungen bei der Regulierung des Ammoniakvorrats in einem SCR-Katalysator für einen gewünschten NOx-Umwandlungswirkungsgrad verursachen. Zum Beispiel kann während langer Haltezeiten (Zeiten zwischen Fahrzeug-Aus, Motor-Aus und einem anschließenden Fahrzeug-Ein-, Motor-Ein-Ereignis) ohne eingehendes Ammoniak die Katalysatortemperatur von Umgebungstemperaturen zu- oder abnehmen und, obwohl eine derartige Menge von Ammoniak im Katalysator bevorratet worden sein kann, dass der Katalysator in Bezug auf die NOx-Umwandlung unmittelbar vor dem Fahrzeug-Aus-Ereignis optimal funktioniert, kann Ammoniak nach dem Fahrzeug-Aus-Ereignis im Katalysator unterbevorratet sein, so dass er bei einem anschließenden Fahrzeug-Ein-Ereignis möglicherweise nicht optimal funktioniert. Da es ferner sein kann, dass aktive Ammoniakeinspritzung bei kalten Abgastemperaturen nach einem Kaltstartereignis (z. B. unter 190 °C) nicht möglich ist, kann eine Ammoniakvorratszunahme im SCR-Katalysator nach einem Kaltstartereignis derart verzögert werden, dass der Ammoniakvorrat im Katalysator nach dem Fahrzeug-Ein-Ereignis unterbevorratet bleibt.
Als ein anderes Beispiel können thermische Ereignisse, wobei ein SCR-Katalysator aktive und schnelle Erwärmung erfährt, wie beispielsweise während eines DPF-Regenerationsereignisses, zu einer erheblichen Verminderung des Ammoniakvorrats in einem SCR-Katalysator führen. Demnach kann es nach einem thermischen Ereignis wünschenswert sein, den Ammoniakvorrat mit einer Geschwindigkeit aufzufüllen, die schneller ist als jene, die durch eine Vorratsregelung im geschlossenen Kreis bereitgestellt wird, um nach einem thermischen Ereignis schnell wieder einen optimalen NOx-Umwandlungswirkungsgrad zu erlangen.
Um diese Probleme wenigstens teilweise zu beheben, umfasst ein Verfahren zum Betreiben eines Motors mit einem SCR-Katalysator als Reaktion auf ein Fahrzeug-Aus-Ereignis ein Einspritzen von Ammoniak während eines letzten Abgas-Vorauslasses, bis ein vorbestimmter Wert von Ammoniak im SCR-Katalysator bevorratet ist; und als Reaktion auf ein anschließendes Fahrzeug-Ein-Ereignis, wenn eine im SCR-Katalysator bevorratete Menge von Ammoniak niedriger als ein vorbestimmter Wert ist, ein Einspritzen von Ammoniak, bis der vorbestimmte Wert von Ammoniak im SCR-Katalysator bevorratet ist. Ferner kann das Verfahren in einigen Beispielen nach einem thermischen Ereignis, wenn eine Temperatur des SCR-Katalysators niedriger als eine obere Temperaturschwelle ist, ein Einspritzen von Ammoniak umfassen, bis ein Zielwert von Ammoniak im SCR-Katalysator bevorratet ist.
Auf diese Weise kann der Ammoniakvorrat in einem SCR-Katalysator unmittelbar nach einem Motor-Aus-, Fahrzeug-Aus-Ereignis präventiv erhöht werden, um einen voraussichtlichen Vorratsmangel bei einem anschließenden Fahrzeug-Ein-Ereignis, Motor-Ein-Ereignis zu minimieren, was zu einem erhöhten NOx-Umwandlungswirkungsgrad nach dem Fahrzeug-Ein-Ereignis führt. Ferner kann Ammoniakeinspritzung zur Bevorratung in einem SCR-Katalysator so angepasst werden, dass Verzögerungen beim Erreichen von Ammoniak-Zielvorratsmengen im Katalysator für einen optimalen NOx-Umwandlungswirkungsgrad nach Bedingungen, welche den Ammoniakvorrat im Katalysator vermindern, z. B. nach Kaltstarts oder thermischen Ereignissen, wie beispielsweise DPF-Regenerationsereignissen, verringert werden.
Es versteht sich von selbst, dass die vorstehende Kurzdarstellung vorgesehen ist, um eine Auswahl von Konzepten, die in der ausführlichen Beschreibung eingehender beschrieben werden, in vereinfachter Form vorzustellen. Sie beabsichtigt nicht, wesentliche oder Hauptmerkmale des beanspruchten Gegenstands aufzuzeigen, dessen Schutzumfang ausschließlich durch die auf die ausführliche Beschreibung folgenden Ansprüche definiert wird. Außerdem ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Implementierungen beschränkt, die irgendwelche zuvor oder in einem anderen Teil dieser Offenbarung erwähnte Nachteile beheben.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Motors mit einem Katalysator für selektive katalytische Reduktion (SCR).
2 zeigt ein beispielhaftes Verfahren zum Steuern des Ammoniakvorrats in einem SCR-Katalysator gemäß der Offenbarung.
3 veranschaulicht ein beispielhaftes Verfahren zum Steuern des Ammoniakvorrats in einem SCR-Katalysator gemäß der Offenbarung.
Die folgende Beschreibung betrifft Systeme und Verfahren zum Steuern des Ammoniakvorrats in einem Katalysator für selektive katalytische Reduktion (SCR), der in einem Abgasreinigungssystem eines Motors, wie beispielsweise des in 1 dargestellten Motors, enthalten ist. Wie in 2 und 3 dargestellt, kann eine in einem SCR bevorratete Menge von Ammoniak unter verschiedenen Bedingungen so gesteuert und aufgefüllt werden, dass eine gewünschte NOx-Umwandlungsfähigkeit im Katalysator aufrechterhalten wird. Zum Beispiel kann eine zusätzliche Menge von Ammoniak z. B. in Form von Harnstoff oder Dieselemissionsfluid (DEF) nach einem Fahrzeug-Aus-Ereignis eingespritzt werden, so dass während eines anschließenden Fahrzeug-Ein-Ereignisses nach dem Abkühlen des Motors eine ausreichende Menge von Ammoniak im SCR-Katalysator bleiben kann. Ferner kann nach einem Kaltstartereignis oder nach einem thermischen Ereignis, wie beispielsweise einem Dieselpartikelfilter(DPF)-Regenerationsereignis, Ammoniakeinspritzung so angepasst werden, dass der SCR-Katalysator schnell aufgefüllt wird, damit eine gewünschte NOx-Umwandlungsfähigkeit aufrechterhalten wird.
Nunmehr unter Hinwendung zu den Figuren zeigt 1 eine schematische Darstellung, die einen Zylinder eines Mehrzylindermotors 10 veranschaulicht, der in einem Antriebssystem eines Kraftfahrzeugs enthalten sein kann. Der Motor 10 kann zumindest teilweise durch ein Steuersystem, das die Steuerung 12 umfasst, und durch eine Eingabe von einem Fahrzeugbetreiber 132 über eine Eingabevorrichtung 130 gesteuert werden. In diesem Beispiel umfasst die Eingabevorrichtung 130 ein Gaspedal und einen Pedalpositionssensor 134 zum Erzeugen eines proportionalen Pedalpositionssignals PP. Ein Brennraum (d. h. Zylinder) 30 des Motors 10 kann Brennraumwände 32 mit einem Kolben 36 darin positioniert umfassen. Der Kolben 36 kann mit einer Kurbelwelle 40 gekoppelt sein, sodass Auf- und Abbewegung des Kolbens in Drehbewegung der Kurbelwelle umgesetzt wird. Die Kurbelwelle 40 kann über ein Zwischengetriebesystem mit mindestens einem Antriebsrad eines Fahrzeugs gekoppelt sein. Ferner kann ein Startermotor über ein Schwungrad mit der Kurbelwelle 40 gekoppelt sein, um einen Startvorgang des Motors 10 zu ermöglichen.
Der Brennraum 30 kann Ansaugluft von einem Ansaugkrümmer 44 über einen Ansaugkanal 42 empfangen und Verbrennungsgase über einen Abgaskanal 48 ausstoßen. Der Ansaugkrümmer 44 und der Abgaskanal 48 können über jeweilige Einlassventile 52 und Auslassventile 54 selektiv mit dem Brennraum 30 kommunizieren. In einigen Ausführungsformen kann der Brennraum 30 zwei oder mehr Einlassventile und/oder zwei oder mehr Auslassventile umfassen.
In diesem Beispiel können das Einlassventil 52 und die Auslassventile 54 durch Nockenbetätigung über jeweilige Nockenbetätigungssysteme 51 und 53 gesteuert werden. Die Nockenbetätigungssysteme 51 und 53 können jeweils einen oder mehrere Nocken umfassen und ein oder mehr Systeme für Nockenprofilumschaltung (CPS – cam profile switching), variable Nockensteuerung (VCT – variable cam timing), variable Ventilsteuerung (VVT – variable valve timing) und/oder variablen Ventilhub (VVL – variable valve lift) umfassen, welche durch die Steuerung 12 betrieben werden können, um den Ventilbetrieb zu variieren. Die Position des Einlassventils 52 und des Auslassventils 54 kann durch Positionssensoren 55 bzw. 57 bestimmt werden. In alternativen Ausführungsformen können das Einlassventil 52 und/oder das Auslassventil 54 durch elektrische Ventilbetätigung gesteuert werden. Zum Beispiel kann der Zylinder 30 alternativ ein Einlassventil, das durch elektrische Ventilbetätigung gesteuert wird, und ein Auslassventil umfassen, das durch Nockenbetätigung gesteuert wird, die CPS- und/oder VCT-Systeme umfasst.
Die Kraftstoffeinspritzdüse 66 ist so dargestellt, dass sie mit dem Brennraum 30 zum direkten Einspritzen von Kraftstoff darin direkt gekoppelt ist. Die Kraftstoffeinspritzung kann über ein gemeinsames Verteilerrohrsystem oder ein anderes solches Dieselkraftstoffeinspritzsystem erfolgen. Der Kraftstoff kann der Kraftstoffeinspritzdüse 66 durch ein Hochdruck-Kraftstoffsystem (nicht dargestellt) zugeführt werden, das einen Kraftstoffbehälter, eine Kraftstoffpumpe und ein Kraftstoffverteilerrohr umfasst.
Der Ansaugkanal 42 kann eine Drosselklappe 62 mit einer Drosselklappenplatte 64 umfassen. In diesem konkreten Beispiel kann die Position der Drosselklappenplatte 64 durch die Steuerung 12 über ein Signal geändert werden, das an einen Elektromotor oder einen elektrischen Stellantrieb geliefert wird, der mit der Drosselklappe 62 enthalten ist, eine Konfiguration, die allgemein als elektronische Drosselklappensteuerung (ETC – electronic throttle control) bezeichnet wird. Auf diese Weise kann die Drosselklappe 62 so betrieben werden, dass sie die Ansaugluft variiert, die dem Brennraum 30 unter anderen Motorzylindern zugeführt wird. Die Position der Drosselklappenplatte 64 kann durch ein Drosselklappenpositionssignal TP an die Steuerung 12 übermittelt werden. Der Ansaugkanal 42 kann einen Luftmassensensor 120 und einen Krümmerluftdrucksensor 122 zum Liefern jeweiliger Signale MAF (mass air flow) und MAP (manifold air pressure) an die Steuerung 12 umfassen.
Ferner kann in einigen Beispielen ein System zur Abgasrückführung (EGR – exhaust gas recirculation) einen gewünschten Teil von Abgas vom Abgaskanal 48 über den EGR-Kanal 140 zum Ansaugkanal 44 leiten. Die dem Ansaugkanal 44 zugeführte EGR-Menge kann durch die Steuerung 12 über ein EGR-Ventil 142 variiert werden. Ferner kann ein EGR-Sensor 144 innerhalb des EGR-Kanals angeordnet sein und eine Anzeige von einem oder mehreren von Druck, Temperatur und Konzentration des Abgases bereitstellen. Alternativ kann die EGR durch einen berechneten Wert auf der Basis von Signalen vom MAF-Sensor (stromaufwärts), MAP-(Ansaugkrümmer), MAT-(Krümmergastemperatur) und dem Kurbelwellendrehzahlsensor gesteuert werden. Ferner kann die EGR basierend auf einem Abgas-O2-Sensor und/oder einem Ansaugsauerstoffsensor gesteuert werden. Unter einigen Bedingungen kann das EGR-System verwendet werden, um die Temperatur des Luft- und Kraftstoffgemisches innerhalb des Brennraums zu regeln. Obwohl 1 ein Hochdruck-EGR-System darstellt, kann zusätzlich oder alternativ ein Niederdruck-EGR-System verwendet werden, wobei EGR von stromabwärts einer Turbine eines Turboladers nach stromaufwärts eines Kompressors des Turboladers geleitet wird. In einigen Beispielen umfasst das Motorsystem jedoch möglicherweise kein EGR-System.
Der Motor 10 kann ferner eine Verdichtungsvorrichtung, wie beispielsweise einen Turbolader oder einen Verdrängerlader, umfassen, die mindestens einen Kompressor 162 umfasst, der entlang des Ansaugkrümmers 44 angeordnet ist. Für einen Turbolader kann der Kompressor 162 wenigstens teilweise durch eine Turbine 164 (z. B. über eine Welle) angetrieben werden, die entlang des Abgaskanals 48 angeordnet ist. Für einen Verdrängerlader kann der Kompressor 162 wenigstens teilweise durch den Motor und/oder eine Elektromaschine angetrieben werden und braucht keine Turbine zu umfassen. Demnach kann der Grad der Verdichtung, die für einen oder mehrere Zylinder des Motors über einen Turbolader oder einen Verdrängerlader bereitgestellt wird, durch die Steuerung 12 variiert werden. In einigen Beispielen umfasst der Motor 10 jedoch möglicherweise keinen Turbolader, sondern kann stattdessen ein Saugmotor sein.
Ein Abgassensor 126 ist so dargestellt, dass er mit dem Abgaskanal 48 stromaufwärts eines Abgasreinigungssystems 70 gekoppelt ist. Der Sensor 126 kann jeder geeignete Sensor sein, der zum Bereitstellen einer Anzeige des Abgasluft/Kraftstoff-Verhältnisses geeignet ist, wie beispielsweise ein linearer Sauerstoffsensor oder UEGO (universeller oder Breitbandsensor für Sauerstoff-universal or wide-range exhaust gas oxygen), ein Sauerstoffsensor mit zwei Zuständen oder EGO, ein HEGO (beheizter EGO – heated EGO), ein NOx-, HC- oder CO-Sensor.
Das Abgasreinigungssystem 70 ist so dargestellt, dass es entlang des Abgaskanals 48 stromabwärts des Abgassensors 126 angeordnet ist. Das Abgasreinigungssystem 70 kann ein System für selektive katalytische Reduktion (SCR), einen Dreiwege-Katalysator (TWC – three way catalyst), einen NO_x-Speicher, verschiedene andere Abgasreinigungsvorrichtungen oder Kombinationen davon umfassen. Zum Beispiel kann das Abgasreinigungssystem 70 ein Abgasnachbehandlungssystem sein, das einen SCR-Katalysator 71 und ein Dieselpartikelfilter (DPF) 72 umfasst. In einigen Ausführungsformen kann das DPF 72 stromabwärts des Katalysator angeordnet sein (wie in 1 dargestellt), während das DPF 72 in anderen Ausführungsformen stromaufwärts des Katalysators angeordnet sein kann (in 1 nicht dargestellt). Das DPF kann während des Motorbetriebs periodisch thermisch regeneriert werden. Ferner kann das Abgasreinigungssystem 70 in einigen Ausführungsformen während des Betriebs des Motors 10 durch Betreiben mindestens eines Zylinders des Motors innerhalb eines bestimmten Luft/Kraftstoff-Verhältnisses periodisch zurückgesetzt werden.
Motorabgassysteme können verschiedene Einspritzungen eines Reduktionsmittels verwenden, um an der Reaktion von verschiedenen Abgasemissionen mitzuwirken. Zum Beispiel kann ein Reduktionsmitteleinspritzsystem zum Einspritzen eines geeigneten Reduktionsmittels, wie beispielsweise Ammoniak, in den SCR-Katalysator 71 vorgesehen sein. Es können jedoch verschiedene alternative Ansätze verwendet werden, wie beispielsweise feste Harnstoffpellets, die einen Ammoniakdampf erzeugen, der dann in den SCR-Katalysator 71 injiziert oder dosiert wird. In noch einem anderen Beispiel kann ein Mager-NOx-Speicher stromaufwärts des SCR-Katalysators 71 positioniert sein, um in Abhängigkeit vom Fettheitsgrad des dem Mager-NOx-Speicher zugeführten Luft-/Kraftstoff-Verhältnisses Ammoniak für den SCR-Katalysator zu erzeugen. Als noch ein anderes Beispiel kann ein Mager-NOx-Speicher stromaufwärts oder stromabwärts des SCR-Katalysators 71 positioniert sein, und es kann eine Harnstoffquelle verwendet werden, um Ammoniak für den SCR-Katalysator bereitzustellen. In noch einem weiteren Beispiel kann ein passiver NOx-Adsorber stromaufwärts oder stromabwärts des SCR-Katalysators 71 positioniert sein, und es kann eine Harnstoffquelle verwendet werden, um Ammoniak für den SCR-Katalysator bereitzustellen.
In einem Beispiel kann das Reduktionsmittel Dieselemissionsfluid (DEF) umfassen, das einen harnstoffbasierten chemischen Reaktanten umfassen kann, der bei der selektiven katalytischen Reduktion (SCR) verwendet wird, um Emissionen von Stickstoffoxiden im Abgas von Dieselfahrzeugen zu reduzieren. DEF kann in einem Vorratsbehälter, wie beispielsweise einem Tank, an Bord eines Fahrzeugs bevorratet werden. Der DEF-Tank kann über einen Nachfüllstutzen, der mit dem DEF-Tank gekoppelt ist, periodisch aufgefüllt werden, so dass DEF-Fluid während des Motorbetriebs verfügbar sein kann.
Das Abgassystem kann ferner ein Reduktionsmittelzufuhr- und -bevorratungssystem, wie beispielsweise ein DEF-System 121, umfassen. Wie bereits erwähnt, kann das DEF ein flüssiges Reduktionsmittel, wie beispielsweise Harnstoff, sein, das in einem Vorratsbehälter, wie beispielsweise einem Vorratstank, bevorratet wird. In einem Beispiel kann das DEF-System 121 einen DEF-Tank 111 zur bordinternen DEF-Bevorratung, eine DEF-Zuleitung 123 umfassen, die den DEF-Tank über eine Einspritzdüse am SCR 71 oder stromaufwärts davon mit dem Auspuff koppelt. Der DEF-Tank 111 kann verschiedene Formen aufweisen, und er kann einen Füllhals 113 und eine entsprechende Kappe und/oder Abdeckklappe in der Fahrzeugkarosserie umfassen. Der Füllhals 113 kann so ausgelegt sein, dass er eine Düse zum Nachfüllen von DEF aufnimmt.
Das DEF-System 121 kann außerdem eine DEF-Einspritzdüse 125 in einer Leitung 123 umfassen, die DEF in den Auspuff stromaufwärts des SCRs einspritzt. Die DEF-Einspritzdüse 125 kann verwendet werden, um die Zeitgabe und die Menge von DEF-Einspritzungen über das Steuersystem 12 zu steuern. Das DEF-System 121 kann ferner eine DEF-Pumpe 127 umfassen. Die DEF-Pumpe 127 kann verwendet werden, um DEF unter Druck zu setzen und in die Leitung 123 einzuführen. Das DEF-System 121 kann ferner eine DEF-Leitungsheizung 131 umfassen, welche die DEF-Leitung 123 heizt. Zum Beispiel kann die DEF-Leitungsheizung das DEF-Fluid auf dem Weg zur DEF-Pumpe auf niedrigen Temperaturen erwärmen, um eine DEF-Fluidviskosität aufrechtzuerhalten. Die Heizung kann eine Widerstandsheizung sein oder verschiedene andere Konfigurationen aufweisen. Die Heizung kann mit einer Leistungsversorgung 133, wie beispielsweise einem Batteriesystem, gekoppelt sein und über einen oder mehrere Schalter zum Beispiel durch das Steuersystem 12 aktiviert und gesteuert werden.
Ferner können ein oder mehrere Sensoren, z. B. Druck-, Temperatur- und/oder NOx-Sensoren, im Motorauspuff und/oder im Abgasreinigungssystem 70 enthalten sein, um Parameter zu überwachen, die mit Vorrichtungen assoziiert sind, die im Abgasreinigungssystem enthalten sind. Zum Beispiel können ein oder mehrere Sensoren verwendet werden, um basierend auf einer Temperatur des Katalysators, Abgassensormesswerten, einer in den SCR-Katalysator eingespritzten Menge von Ammoniak usw. eine im SCR-Katalysator 71 bevorratete Menge von Ammoniak zu bestimmen.
Die Steuerung 12 ist in 1 als ein Mikrocomputer dargestellt, der eine Mikroprozessoreinheit 102, Ein-/Ausgabeanschlüsse 104, ein elektronisches Speichermedium für ausführbare Programme und Kalibrierwerte, das in diesem konkreten Beispiel als ein Festwertspeicherchip 106 dargestellt ist, einen Direktzugriffsspeicher 108, einen Erhaltungsspeicher 110 und einen Datenbus umfasst. Neben den zuvor erörterten Signalen kann die Steuerung 12 von mit dem Motor 10 gekoppelten Sensoren verschiedene Signale empfangen, die Messung von induziertem Luftmassenstrom (MAF – mass air flow) von einem Luftmassensensor 120; eine Motor-Kühlmitteltemperatur (ECT – engine coolant temperature) von einem Temperatursensor 112, der mit einer Kühlhülse 114 gekoppelt ist; ein Zündungsimpulsgebersignal (PIP – profile ignition pick-up) von einem Hall-Effekt-Sensor 118 (oder einem anderen Typ), der mit der Kurbelwelle 40 gekoppelt ist; die Drosselklappenposition (TP – throttle position) von einem Drosselklappenpositionssensor, und ein Absolutkrümmerdrucksignal, MAP (manifold pressure), vom Sensor 122 umfassen. Ein Motordrehzahlsignal, RPM, kann durch die Steuerung 12 aus dem Signal PIP erzeugt werden. Das Krümmerdrucksignal MAP vom Krümmerdrucksensor kann verwendet werden, um eine Anzeige von Unterdruck oder Druck im Ansaugkrümmer bereitzustellen. In einem Beispiel kann der Sensor 118, welcher auch als ein Motordrehzahlsensor verwendet wird, jede Umdrehung der Kurbelwelle eine vorbestimmte Anzahl von gleich beabstandeten Impulsen erzeugen.
Der Speichermedium-Festwertspeicher 106 kann mit computerlesbaren Daten programmiert sein, die durch einen Prozessor 102 ausführbare Anweisungen zum Durchführen der hierin im Folgenden beschriebenen Verfahren sowie anderer, vorweggenommener, aber nicht spezifisch aufgeführter Varianten darstellen.
Wie zuvor beschrieben, stellt 1 nur einen Zylinder eines Mehrzylindermotors dar, und jeder Zylinder kann in ähnlicher Weise seinen eigenen Satz von Einlass-/Auslassventilen, seine eigene Kraftstoffeinspritzdüse, Zündkerze usw. umfassen.
2 stellt ein beispielhaftes Verfahren 200 zum Steuern des Ammoniakvorrats in einem SCR-Katalysator dar, der in einem Abgasreinigungssystem in einem Motor enthalten ist. Das Verfahren 200 kann zum Beispiel zum Aufrechterhalten einer gewünschten Ammoniakvorratsmenge in einem SCR-Katalysator verwendet werden, der in einem Dieselmotor, wie beispielsweise dem in 1 dargestellten Motor, enthalten ist. Ammoniak kann dem Katalysator in der Form von Harnstoff oder DEF in jeder geeigneten Art und Weise zugeführt werden. Zum Beispiel kann Ammoniak über ein Einspritzsystem in einem Abgasstrom stromaufwärts des SCR-Katalysators zur Bevorratung darin eingespritzt werden.
Bei 202 umfasst das Verfahren 200 ein Bestimmen, ob Eingangsbedingungen erfüllt werden. Eingangsbedingungen können auf verschiedenen Motorbetriebsbedingungen basieren, die umfassen, ob der Motor in Betrieb ist und ob eine Ammoniakquelle mit einer ausreichenden Menge Ammoniak an Bord des Fahrzeugs verfügbar ist, um Ammoniak im SCR-Katalysator nachzufüllen. Wenn die Eingangsbedingungen bei 202 erfüllt werden, geht das Verfahren 200 zu 204 über.
Bei 204 umfasst das Verfahren 200 ein Bestimmen, ob ein Fahrzeug-Aus-Ereignis eintritt. Zum Beispiel kann der Motor in Betrieb sein, und ein Fahrzeugbetreiber kann eine geeignete Eingabe bereitstellen, z. B. eine Aus-Taste betätigen oder ein Zündschlüssel-auf-Aus durchführen, um den Motorbetrieb abzustellen, z. B. durch Durchführen eines Zündschlüssel-auf-Aus, um den Motor abzuschalten. Wenn ein Fahrzeug-Aus-Ereignis eintritt, geht das Verfahren 200 zu 206 über.
Bei 206 umfasst das Verfahren 200 ein Bestimmen, ob eine Ammoniakvorratsmenge niedriger als eine Zielmenge ist. Zum Beispiel kann eine im SCR-Katalysator bevorratete Ammoniakmenge basierend auf einem oder mehreren Sensormesswerten und/oder einer dem SCR-Katalysator vorher zugeführten Menge Ammoniak zusammen mit Motorbetriebsüberwachungsparametern zum Bestimmen der gegenwärtig im SCR-Katalysator bevorrateten Menge Ammoniak bestimmt werden.
Die Ammoniak-Zielvorratsmenge kann größer als eine Menge von Ammoniak sein, die im Katalysator für eine gewünschte NOx-Umwandlungsfähigkeit bevorratet ist. Zum Beispiel kann die Zielmenge von bevorratetem Ammoniak eine Menge von Ammoniakvorratsverlust berücksichtigen, der beim nächsten Fahrzeug-Ein-Ereignis, z. B. dem nächsten Zündschlüssel-auf-Ein, nach dem Abschalten des Motors infolge von Kaltstartbedingungen auftreten kann. Ferner kann die Zielmenge von bevorratetem Ammoniak eine Menge von Ammoniakvorratsverlust berücksichtigen, der aus einer reduzierten Menge von Ammoniak-Teildruck infolge fehlender Gaseinströmung oder aus Anstiegen der Umgebungstemperatur (z. B. Tagestemperaturen) während des Motor-Aus-Zustands entstehen kann. Temperaturabfälle können bewirken, dass die Ammoniakvorratsmenge im Katalysator unter eine optimale Schwelle sinkt, so dass diese Ammoniak-Zielvorratsmenge bei Fahrzeug-Aus diesen Verlust kompensieren kann. In einigen Beispielen kann die zusätzliche Menge Ammoniak, die dem SCR-Katalysator bei Fahrzeug-Aus zugegeben wird, auf einer vorbestimmten mittleren Zeitdauer zwischen Fahrzeug-Aus-Ereignissen und anschließenden Fahrzeug-Ein-Ereignissen basieren, und demnach auf einem Fahrzeugnutzungsprofil für einen bestimmten Fahrzeugbetreiber basieren. Wenn zum Beispiel das Fahrzeug mit kurzen Intervallen zwischen Fahrzeug-Aus-Ereignissen und Fahrzeug-Ein-Ereignissen betrieben wird, dann kann die Menge von zusätzlichem Ammoniak, das dem Katalysator nach dem Fahrzeug-Aus-Ereignis zugegeben wird, gegenüber einem Fahrzeugbetrieb bei längeren Intervallen zwischen Fahrzeug-Aus-Ereignissen und Fahrzeug-Ein-Ereignissen reduziert sein. Ferner kann die Menge von zusätzlichem Ammoniak, das dem Katalysator nach dem Fahrzeug-Aus zugegeben wird, auf Umgebungstemperaturen basieren, wobei dem Katalysator unter Bedingungen niedriger Umgebungstemperatur eine erhöhte Menge von zusätzlichem Ammoniak und unter Bedingungen höherer Umgebungstemperatur eine reduzierte Menge von zusätzlichem Ammoniak zugegeben werden kann.
Wenn die Ammoniakvorratsmenge im Katalysator bei 206 nicht niedriger als die Zielmenge ist, geht das Verfahren 200 zu 216 über, wie im Folgenden beschrieben. Wenn jedoch die Ammoniakvorratsmenge bei 206 niedriger als das Ziel ist, geht das Verfahren 200 zu 208 über. Bei 208 umfasst das Verfahren 200 ein Einspritzen von Ammoniak während des Betreibens des Motors für eine Dauer nach dem Fahrzeug-Aus-Ereignis. Zum Beispiel kann als Reaktion auf das Fahrzeug-Aus-Ereignis Ammoniak während eines letzten Abgas-Vorauslasses eingespritzt werden, bis ein vorbestimmter Wert von Ammoniak im SCR-Katalysator bevorratet ist. In einigen Beispielen kann der letzte Vorauslass in einem vorbestimmten Zylinder des Motors stattfinden, wobei der vorbestimmte Zylinder basierend auf Motorbetriebsparametern, wie beispielsweise Zündreihenfolge der Zylinder des Motors, Motordrehzahl, Motorverzögerung usw., gewählt wird. Ferner kann der letzte Vorauslass ein vollständiger Abgas-Vorauslass und nicht ein teilweiser Vorauslass sein, so dass der Motor unmittelbar nach dem letzten Vorauslass abgeschaltet wird. In einigen Beispielen kann während des letzten Abgas-Vorauslasses eine Umkehr des Motors durchgeführt werden, um die Motorverzögerung zu unterstützen.
In einigen Beispielen kann die Dauer, die der Motor nach dem Fahrzeug-Aus-Ereignis betrieben wird, eine vorbestimmte Dauer sein und auf einer Differenz zwischen einer im SCR-Katalysator bevorrateten Menge von Ammoniak und dem vorbestimmten oder Zielwert von Ammoniak beim Fahrzeug-Aus-Ereignis basieren. Zum Beispiel kann die Dauer des Motorbetriebs nach dem Fahrzeug-Aus-Ereignis verlängert werden, wenn eine größere Menge von Ammoniak in den SCR-Katalysator zur Bevorratung darin eingespritzt werden soll, um die Zielmenge zu erfüllen. In einigen Beispielen kann jedoch die Dauer des Motorbetriebs nach einem Fahrzeug-Aus-Ereignis einer zeitlichen Beschränkung unterworfen sein, so dass, selbst wenn die Ammoniak-Zielvorratsmenge nicht erreicht wird, obwohl Ammoniak während des Motorbetriebs nach dem Fahrzeug-Aus-Ereignis eingespritzt wird, der Motor noch immer abgeschaltet und die Ammoniakeinspritzung unterbrochen werden kann.
Bei 210 umfasst das Verfahren 200 ein Bestimmen, ob die Dauer abgelaufen ist, oder ob die Ammoniak-Zielvorratsmenge erreicht ist. Zum Beispiel kann die Menge Ammoniak, das während des Motorbetriebs nach dem Fahrzeug-Aus-Ereignis in den SCR-Katalysator eingespritzt wird, dosiert und überwacht werden, um zu bestimmen, ob und wann die im SCR-Katalysator bevorratete Zielmenge von Ammoniak erreicht wird. Wie bereits erwähnt, kann jedoch die Dauer des Motorbetriebs in einigen Beispielen einer Zeitschwelle unterworfen sein, so dass, wenn die Zeit, die der Motor nach dem Fahrzeug-Aus-Ereignis betrieben wird, die Schwelle erreicht oder überschreitet, dann ungeachtet dessen, ob die Zielvorratsmenge erreicht wurde oder nicht, der Motor abgeschaltet und die Ammoniakeinspritzung eingestellt wird.
Wenn bei 210 die Dauer nicht abgelaufen ist und das Ziel noch nicht erreicht ist, fährt das Verfahren 200 bei 208 mit dem Einspritzen von Ammoniak fort. In einigen Beispielen kann die Ammoniakeinspritzrate so angepasst werden, dass die im SCR-Katalysator bevorratete Zielmenge von Ammoniak vor Ablauf der vorbestimmten Motorbetriebsdauer nach dem Fahrzeug-Aus-Ereignis erreicht wird. Zum Beispiel kann die Ammoniakeinspritzrate erhöht werden, um die Zielvorratsmenge während der vorbestimmten Motorbetriebsdauer nach dem Fahrzeug-Aus-Ereignis zu erreichen. Wenn bei 210 die Dauer abgelaufen ist oder wenn die Zielmenge von bevorratetem Ammoniak erreicht ist, geht das Verfahren 200 zu 212 über. Bei 212 umfasst das Verfahren 200 ein Unterbrechen des Einspritzens von Ammoniak. Ferner kann der Motor als Reaktion auf das Fahrzeug-Aus-Ereignis nach der Ammoniakeinspritzung abgeschaltet werden.
In einigen Beispielen kann ein Ammoniakeinspritzsystem ein luftunterstütztes Einspritzsystem umfassen, das eine oder mehrere Luftpumpen verwendet, um Harnstoff aktiv zu zerstäuben und ihn in den Abgasstrom zu sprühen. Solche Systeme können nach einem Fahrzeug-Aus-Ereignis einen Leitungsreinigungszyklus durchführen, wobei das luftunterstützte Einspritzsystem nach dem Fahrzeug-Aus-Ereignis betrieben wird, um die Harnstoffleitungen von jeglichem flüssigen Harnstoff zu reinigen. Wenn solch ein System eingesetzt wird, kann dieser Leitungsreinigungszyklus bis nach der zusätzlichen Ammoniakeinspritzung während des Motorbetriebs nach dem Fahrzeug-Aus-Ereignis verzögert werden. Demnach kann das Verfahren 200 bei 214 ein Reinigen der Leitung oder Betreiben eines luftunterstützten Ammoniakeinspritzsystems für eine Dauer ohne Ammoniakeinspritzung nach dem Einspritzen von Ammoniak während des letzten Abgas-Vorauslasses umfassen.
Bei 216 umfasst das Verfahren 200 ein Bestimmen einer im SCR-Katalysator bevorrateten Menge von Ammoniak und Speichern der Menge in einer Speicherkomponente. Zum Beispiel können nach der Einspritzung von zusätzlichem Ammoniak während des Motorbetriebs nach dem Fahrzeug-Aus-Ereignis die Menge von eingespritztem Ammoniak und/oder die im SCR-Katalysator bevorratete Menge von Ammoniak bestimmt und in einer Speicherkomponente einer Steuerung, z. B. der Steuerung 12, die mit dem Motor gekoppelt ist, gespeichert werden, so dass die im Katalysator bevorratete Menge von Ammoniak für den anschließenden Motorbetrieb verfügbar ist.
Zurück zu 204 geht das Verfahren 200 bei Nichteintreten eines Fahrzeug-Aus-Ereignisses oder nach Schritt 216 zu 218 über. Zum Beispiel kann der Motor nach dem Fahrzeug-Aus-Ereignis für eine Zeitdauer abgeschaltet bleiben, während der Temperaturen im SCR-Katalysator sinken können, was potenziell zu einer Abnahme der darin bevorrateten Menge von Ammoniak führen kann. Wie bereits erwähnt, kann durch Einspritzen der zusätzlichen Menge Ammoniak in den Katalysator nach dem Fahrzeug-Aus-Ereignis eine ausreichende Menge von Ammoniak nach einem auf das Fahrzeug-Aus-Ereignis folgenden anschließenden Fahrzeug-Ein-Ereignis im Katalysator bevorratet bleiben, selbst wenn der Ammoniakvorrat abnimmt, während der Motor außer Betrieb ist.
Bei 218 umfasst das Verfahren 200 ein Bestimmen, ob ein Fahrzeug-Ein-Ereignis eintritt. Zum Beispiel kann das Fahrzeug-Ein-Ereignis jede geeignete Eingabe durch einen Fahrzeugbetreiber zum Starten des Motors, z. B. ein Zündschlüssel-auf-Ein oder eine Betätigung einer Taste, sein und auf das zuvor beschriebene Fahrzeug-Aus-Ereignis folgen, so dass kein anderes Fahrzeug-Ein-Ereignis zwischen dem Fahrzeug-Aus-Ereignis und dem anschließenden Fahrzeug-Ein-Ereignis eintritt. Zum Beispiel kann der Motor während der gesamten Dauer zwischen dem Fahrzeug-Aus-Ereignis und dem anschließenden Fahrzeug-Ein-Ereignis ohne andere Motorstarts dazwischen abgeschaltet sein. Das Fahrzeug-Ein-Ereignis kann durch einen Fahrzeugbetreiber zum Beispiel zum Starten aus dem Stillstand ausgelöst werden. Wenn bei 218 ein Fahrzeug-Ein-Ereignis eintritt, geht das Verfahren 200 zu 220 über.
Bei 220 umfasst das Verfahren 200 ein Bestimmen, ob eine Ammoniakvorratsmenge niedriger als eine Ammoniak-Zielvorratsmenge ist. Zum Beispiel können Temperaturen im Katalysator vor dem Fahrzeug-Ein-Ereignis gesunken sein, was zu einer Abnahme der im Katalysator bevorrateten Menge von Ammoniak führt. In einigen Beispielen kann die im Katalysator bevorratete Menge von Ammoniak während des Motor-Aus-Zustands unter eine gewünschte Zielvorratsmenge sinken, die einer gewünschten NOx-Umwandlungskapazität entspricht. Zum Beispiel kann diese Zielmenge eine mit einem optimalen Katalysatorbetreib assoziierte vorbestimmte Ammoniakvorratsmenge sein. Wenn die Ammoniakvorratsmenge bei 220 nicht niedriger als das Ziel ist, geht das Verfahren 200 zu 234 über, wie im Folgenden beschrieben. Wenn jedoch die Ammoniakvorratsmenge bei 220 niedriger als das Ziel ist, geht das Verfahren 200 zu 222 über.
Bei 222 umfasst das Verfahren 200 ein Bestimmen, ob eine Temperatur höher als eine Schwelle ist. Wie bereits erwähnt, kann es sein, dass aktive Ammoniakeinspritzung bei kalten Abgastemperaturen nach einem Kaltstartereignis (z. B. unter 190 °C) nicht möglich ist, weshalb die Temperatur im Katalysator oder die Temperaturen in einem Auspuff des Motors nach dem Fahrzeug-Ein-Ereignis überwacht werden können, um zu bestimmen, wann Ammoniak im SCR-Katalysator effizient nachgefüllt werden kann. Wenn die Temperatur bei 222 nicht höher als die Schwelle, z. B. unter der Schwelle, ist, geht das Verfahren 200 zu 224 über, um zu warten, bis die Temperatur über die Schwelle ansteigt. Zum Beispiel kann der Betrieb des Motors fortgesetzt werden, bis die Schwellentemperatur erreicht ist. Wenn die Temperatur bei 222 die Schwelle erreicht oder überschreitet, geht das Verfahren 200 zu 226 über.
Bei 226 umfasst das Verfahren 200 ein Einspritzen von Ammoniak. Zum Beispiel kann als Reaktion auf das anschließende Fahrzeug-Ein-Ereignis, wenn eine im SCR-Katalysator bevorratete Menge von Ammoniak niedriger als der vorbestimmte Wert ist, Ammoniak eingespritzt werden, bis der vorbestimmte Wert von Ammoniak im SCR-Katalysator bevorratet ist. Diese Menge Ammoniak, die nach dem Fahrzeug-Ein-Ereignis eingespritzt wird, kann auf einer Zeitdauer zwischen dem Fahrzeug-Aus-Ereignis und dem anschließenden Fahrzeug-Ein-Ereignis basieren, da die Zeitdauer mit einer Mengenreduktion des Ammoniakvorrats in Beziehung steht, während der Motor zwischen dem Fahrzeug-Aus-Ereignis und dem Fahrzeug-Ein-Ereignis abgeschaltet war. Ferner kann die Ammoniakeinspritzmenge auf einer Temperatur des Katalysators basieren, und sie kann ferner auf der Motordrehzahl und der Motorlast basieren.
Bei 228 kann das Verfahren 200 ein Anpassen einer Ammoniakeinspritzrate basierend auf einer Temperatur und/oder basierend auf einer Ammoniakvorratsmenge umfassen. Zum Beispiel kann die Ammoniakeinspritzrate basierend auf einer Temperatur des SCR-Katalysators und/oder basierend auf einer Differenz zwischen der im SCR-Katalysator bevorrateten Menge Ammoniak und dem vorbestimmten oder Zielwert von Ammoniakvorrat im Katalysator angepasst werden. Zum Beispiel kann eine Harnstoff-oder DEF-Einspritzrate als Reaktion auf eine Erhöhung der Ammoniakvorratsverminderung erhöht werden, so dass das Ammoniak im SCR-Katalysator nach dem Fahrzeug-Ein-Ereignis schnell nachgefüllt wird. Insbesondere kann die DEF- oder Harnstoffeinspritzung über Stöchiometrie nach dem Fahrzeug-Ein-Ereignis eingespritzt werden, falls die Fahrzeug-Aus-Nachfüllstrategie den Ammoniakzielvorrat nicht erreichte.
Bei 230 umfasst das Verfahren 200 ein Bestimmen, ob die Zielmenge von Ammoniakvorrat erreicht wurde. Zum Beispiel kann die Menge Ammoniak, die nach dem Fahrzeug-Ein-Ereignis in den SCR-Katalysator eingespritzt wird, dosiert und überwacht werden, um zu bestimmen, wann die im SCR-Katalysator bevorratete Zielmenge von Ammoniak erreicht wird. Wenn bei 230 die Zielmenge von Ammoniakvorrat nicht erreicht wurde, fährt das Verfahren 200 bei 226 mit dem Einspritzen von Ammoniak fort. Wenn jedoch die Zielmenge von Ammoniakvorrat bei 230 erreicht wurde, geht das Verfahren 200 zu 232 über, um die Ammoniakeinspritzung zu unterbrechen.
Zurück zu 218 geht das Verfahren 200 bei Nichteintreten eines Fahrzeug-Ein-Ereignisses oder nach Schritt 232 zu 234 über. Bei 234 umfasst das Verfahren 200 ein Bestimmen, ob ein thermisches Ereignis eintritt. Wie bereits erwähnt, können thermische Ereignisse, wobei ein SCR-Katalysator aktive und schnelle Erwärmung erfährt, wie beispielsweise während eines DPF-Regenerationsereignisses, zu einer erheblichen Verminderung des Ammoniakvorrats in einem SCR-Katalysator führen. Als ein anderes Beispiel kann ein thermisches Ereignis ein Desulfatierungs (deSOx)-Ereignis zum Reinigen eines Mager-NOx-Speichers und/oder eines passiven NOx-Adsorbers von Schwefel umfassen, das bei hoher Temperatur und Fettbedingungen erfolgt, was auch zur Reinigung des SCR-Katalysators von Ammoniak führen und eine Nachfüllung nach dem Wiederabkühlen des Systems erfordern würde. Demnach kann es nach einem thermischen Ereignis wünschenswert sein, den Ammoniakvorrat mit einer Geschwindigkeit aufzufüllen, die schneller ist als jene, die durch eine Vorratsregelung im geschlossenen Kreis bereitgestellt wird, um nach einem thermischen Ereignis schnell wieder einen optimalen NOx-Umwandlungswirkungsgrad zu erlangen. Das Bestimmen, ob ein thermisches Ereignis eintritt, kann auf Temperaturänderungen im Auspuff und/oder Katalysator basieren, wobei die Geschwindigkeit von Temperaturänderungen oder der Betrag der Temperaturänderung höher als ein Schwellenbetrag ist. Wenn bei 234 ein thermisches Ereignis eintritt, geht das Verfahren 200 zu 236 über.
Bei 236 umfasst das Verfahren 200 ein Bestimmen, ob eine Temperatur im SCR-Katalysator niedriger als eine Schwelle ist. Wie bereits erwähnt, kann die NOx-Umwandlungsfähigkeit mit der Temperatur bis zu einer bestimmten oberen Schwellentemperatur, welche typischerweise im Bereich von betrieblichem Interesse (z. B. ungefähr 400 °C) ist, zu- und danach abnehmen. Während eines thermischen Ereignisses kann die Temperatur über die Schwellentemperatur, z. B. über ungefähr 400 °C, steigen, so dass die NOx-Umwandlungsfähigkeit während des thermischen Ereignisses verringert wird. Daher können Temperaturen im Katalysator oder Auspuff überwacht werden, um zu bestimmen, wann die Temperatur unter diese Schwellentemperatur abfällt. Wenn eine Temperatur im SCR-Katalysator bei 236 nicht unter der Schwelle ist, geht das Verfahren 200 zu 238 über, um zu warten, bis eine Temperatur im SCR-Katalysator niedriger als die Schwelle ist. Wenn die Temperatur im SCR-Katalysator bei 236 unter der Schwelle ist, geht das Verfahren 200 zu 239 über.
Bei 239 umfasst das Verfahren 200 ein Bestimmen, ob eine Ammoniakvorratsmenge im Katalysator niedriger als eine Zielmenge ist. Zum Beispiel kann die im SCR-Katalysator bevorratete Menge von Ammoniak nach dem thermischen Ereignis bestimmt und mit einer Ammoniak-Zielvorratsmenge verglichen werden, die einem gewünschten NOx-Umwandlungswirkungsgrad entspricht. Diese Zielmenge kann zusammen mit anderen Motorbetriebsbedingungen, wie beispielsweise Motordrehzahl und Motorlast, auf einer im SCR-Katalysator bevorrateten Menge von Ammoniak und einer Temperatur im SCR-Katalysator nach dem thermischen Ereignis basieren.
Wenn die Ammoniakvorratsmenge bei 239 niedriger als die Zielmenge ist, geht das Verfahren 200 zu 240 über. Bei 240 umfasst das Verfahren 200 ein Einspritzen von Ammoniak. Zum Beispiel kann nach einem thermischen Ereignis, wenn eine Temperatur des SCR-Katalysators niedriger als eine obere Temperaturschwelle ist, Ammoniak eingespritzt werden, bis ein Zielwert von Ammoniak im SCR-Katalysator bevorratet ist.
Bei 242 kann das Verfahren 200 ein Anpassen einer Ammoniakeinspritzrate basierend auf einer Temperatur und/oder einer Ammoniakvorratsmenge umfassen. Zum Beispiel kann die Ammoniakeinspritzrate basierend auf einer Temperatur des SCR-Katalysators und/oder basierend auf einer Differenz zwischen der im SCR-Katalysator bevorrateten Menge von Ammoniak und dem vorbestimmten oder Zielwert von Ammoniakvorrat im Katalysator angepasst werden. Zum Beispiel kann eine Ammoniakbevorratungsrate als Reaktion auf eine Erhöhung der Ammoniakvorratsverminderung zunehmen, so dass das Ammoniak im SCR-Katalysator nach dem thermischen Ereignis schnell nachgefüllt wird.
Bei 244 umfasst das Verfahren 200 ein Bestimmen, ob die Ammoniak-Zielvorratsmenge erreicht ist. Zum Beispiel kann die Menge Ammoniak, die nach dem thermischen Ereignis in den SCR-Katalysator eingespritzt wird, dosiert und überwacht werden, um zu bestimmen, wann die im SCR-Katalysator bevorratete Zielmenge von Ammoniak erreicht wird. Wenn das Ziel bei 244 nicht erreicht wird, fährt das Verfahren 200 bei 240 mit dem Einspritzen von Ammoniak fort. Wenn jedoch das Ziel bei 244 erreicht wird, geht das Verfahren 200 zu 246 über, um die Ammoniakeinspritzung zu unterbrechen.
3 veranschaulicht ein beispielhaftes Verfahren, z. B. das zuvor beschriebene Verfahren 200, zum Steuern und Auffüllen des Ammoniakvorrats in einem SCR-Katalysator unter verschiedenen Betriebsbedingungen. Der Graph 302 in 3 zeigt die Ammoniakvorratsmenge in einem SCR-Katalysator gegenüber der Zeit, der Graph 304 zeigt die Ammoniakeinspritzung gegenüber der Zeit, der Graph 306 zeigt die Temperatur des SCR-Katalysators gegenüber der Zeit, und der Graph 308 zeigt den Motorbetrieb gegenüber der Zeit.
Zum Zeitpunkt t1 in 3 tritt ein Fahrzeug-Aus-Ereignis ein. Vor dem Fahrzeug-Aus-Ereignis zum Zeitpunkt t1 ist der Motor in Betrieb, und die im Katalysator bevorratete Menge von Ammoniak ist im Wesentlichen gleich einer gewünschten Menge 322 von bevorratetem Ammoniak im Katalysator, die einem gewünschten NOx-Umwandlungswirkungsgrad entspricht. Nach dem Fahrzeug-Aus-Ereignis zum Zeitpunkt t1 wird der Motor in Betrieb gehalten, und es erfolgt eine Einspritzung 316 von Ammoniak, so dass die im Katalysator bevorratete Menge von Ammoniak auf eine Menge 310 erhöht wird, die größer als die gewünschte Vorratsmenge 322 ist. Nachdem die Ammoniakeinspritzung 316 den Ammoniakvorrat nach dem Fahrzeug-Aus-Ereignis auf den erhöhten Stand 310 hinaufgesetzt hat, wird der Motor zum Zeitpunkt t2 abgeschaltet.
Nach dem Abschalten des Motors zum Zeitpunkt t2 sinken die Temperaturen im SCR-Katalysator, was zu einer Abnahme der im Katalysator bevorrateten Menge von Ammoniak führt. Da jedoch nach dem Fahrzeug-Aus-Ereignis zum Zeitpunkt t1 eine zusätzliche Menge 310 von Ammoniak im Katalysator bevorratet wurde, kann die Vorratsverminderung beim anschließenden Fahrzeug-Ein-Ereignis zum Zeitpunkt t3 reduziert werden.
Zum Zeitpunkt t3 erfolgt das anschließende Fahrzeug-Ein-Ereignis, und die Temperatur im Katalysator beginnt aufgrund des Motorbetriebs zu steigen. Nach dem Fahrzeug-Ein-Ereignis zum Zeitpunkt t3, bei dem es sich um einen Kaltstart handeln kann, können die Temperaturen im Katalysator jedoch unter einer unteren Temperaturschwelle 314 für den Katalysator liegen, so dass die Zugabe von Ammoniak zur Bevorratung im Katalysator möglicherweise nicht effektiv ist. Sobald jedoch die Temperatur im Katalysator über die untere Temperaturschwelle 314 steigt, kann Ammoniak im Katalysator nachgefüllt werden, um die Ziel- oder Wunschmenge 322 von Vorrat im Katalysator zu erreichen. Demnach erfolgt zum Zeitpunkt t4 eine Einspritzung 318 von Ammoniak, so dass der Ammoniakvorrat im Katalysator auf die gewünschte Menge 322 zunimmt. Die Menge und die Zeitgabe der Ammoniakeinspritzung 318 können auf einer Differenz zwischen der im Katalysator bevorrateten Menge von Ammoniak und der gewünschten Vorratsmenge 322, der Katalysatortemperatur und Motorbetriebsbedingungen, wie beispielsweise Motorlast und Motordrehzahl, basieren.
Zum Zeitpunkt t5 während des Motorbetriebs beginnt ein thermisches Ereignis. Zum Beispiel kann zum Zeitpunkt t5 ein DPF-Regenerationsereignis ausgelöst werden, um das DPF zu reinigen. Während des thermischen Ereignisses zwischen Zeitpunkt t5 und t6 steigen die Temperaturen im Katalysator über eine obere Katalysator-Schwellentemperatur 312, was zu einer Verminderung des Ammoniakvorrats im Katalysator führt. Nach dem Ende des thermischen Ereignisses zum Zeitpunkt t6 können die Temperaturen im Katalysator über der oberen Schwelle 312 bleiben, bei welcher die NOx-Umwandlungsfähigkeit eingeschränkt ist. Zum Zeitpunkt t7 jedoch fallen die Temperaturen im Katalysator unter die obere Schwelle 312 ab, so dass eine Ammoniakeinspritzung 320 durchgeführt werden kann, um den Ammoniakvorrat im Katalysator nach dem thermischen Ereignis aufzufüllen. Die Menge und die Zeitgabe der Ammoniakeinspritzung 320 können auf einer Differenz zwischen der im Katalysator bevorrateten Menge von Ammoniak und der gewünschten Vorratsmenge 322, der Katalysatortemperatur und Motorbetriebsbedingungen, wie beispielsweise Motorlast und Motordrehzahl, basieren.
Es ist zu erwähnen, dass die hierin enthaltenen beispielhaften Steuer- und Schätzroutinen bei verschiedenen Motor- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Die hierin beschriebenen spezifischen Routinen können eine oder mehrere von einer beliebigen Anzahl von Verarbeitungsstrategien, wie beispielsweise ereignisgesteuert, interruptgesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen, darstellen. Entsprechend können verschiedene veranschaulichte Aktionen, Vorgänge und/oder Funktionen in der veranschaulichten Reihenfolge oder parallel ausgeführt oder in einigen Fällen weggelassen werden. Gleichermaßen ist die Reihenfolge der Verarbeitung nicht unbedingt erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hierin beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen zu erreichen, sondern lediglich zur Vereinfachung der Darstellung und Beschreibung vorgesehen. Eine oder mehrere der veranschaulichten Aktionen, Operationen und/oder Funktionen können je nach der konkreten Strategie, die verwendet wird, wiederholt ausgeführt werden. Ferner können die beschriebenen Aktionen, Operationen und/oder Funktionen Code grafisch darstellen, der in den nicht-transitorischen Speicher des computerlesbaren Speichermediums im Motorsteuersystem zu programmieren ist.
Es versteht sich von selbst, dass die hierin beschriebenen Konfigurationen und Routinen beispielhafter Natur sind, und dass diese spezifischen Ausführungsformen nicht in einem einschränkenden Sinne auszulegen sind, da zahlreiche Varianten möglich sind. Zum Beispiel kann die zuvor beschriebene Technologie auf V-6, I-4, I-6, V-12, Vierzylinder-Boxer- und andere Motortypen angewendet werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung umfasst alle neuartigen und nicht naheliegenden Kombinationen und Teilkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen sowie anderer Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften, die hierin beschrieben werden.
Die folgenden Ansprüche legen insbesondere bestimmte Kombinationen und Teilkombinationen dar, die als neuartig und nicht naheliegend betrachtet werden. Diese Ansprüche können sich auf „ein“ Element oder „ein erstes“ Element oder die Entsprechung davon beziehen. Solche Ansprüche sind so zu verstehen, dass sie die Aufnahme eines oder mehrerer solcher Elemente umfassen, aber zwei oder mehr solcher Elemente weder erfordern noch ausschließen. Andere Kombinationen und Teilkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Änderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Einreichung neuer Ansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Solche Ansprüche werden ebenfalls als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthalten betrachtet, einerlei ob sie einen weiteren, engeren, gleichen oder anderen Schutzumfang aufweisen.
Bezugszeichenliste
Fig. 2

: N = N(EIN)
: Y = J(A)
: START
202: EINGANGSBEDINGUNGEN ERFÜLLT?
204: FAHRZEUG-AUS-EREIGNIS?
206: AMMONIAKVORRATSMENGE NIEDRIGER ALS ZIEL?
208: EINSPRITZEN VON AMMONIAK WÄHREND DES BETREIBENS DES MOTORS FÜR EINE DAUER NACH ZÜNDSCHLÜSSEL-AUF-AUS
210: DAUER ABGELAUFEN ODER ZIEL ERREICHT?
212: UNTERBRECHEN VON AMMONIAKEINSPRITZUNG
214: REINIGEN VON LEITUNG
216: BESTIMMEN VON IM SCR BEVORRATETER MENGE VON AMMONIAK UND SPEICHERN IN SPEICHER
218: FAHRZEUG-EIN-EREIGNIS
220: AMMONIAKVORRATSMENGE NIEDRIGER ALS ZIEL?
222: TEMP. HÖHER ALS SCHWELLE?
224: WARTEN
226: EINSPRITZEN VON AMMONIAK
228: ANPASSEN VON AMMONIAKEINSPRITZRATE BASIEREND AUF TEMPERATUR UND AMMONIAKVORRATSMENGE
230: ZIEL ERREICHT?
232: UNTERBRECHEN VON AMMONIAKEINSPRITZUNG
234: THERMISCHES EREIGNIS
236: TEMP. IN SCR < SCHWELLE?
238: WARTEN
239: AMMONIAKVORRATSMENGE NIEDRIGER ALS ZIEL?
240: EINSPRITZEN VON AMMONIAK
242: ANPASSEN VON AMMONIAKEINSPRITZRATE BASIEREND AUF TEMPERATUR UND AMMONIAKVORRATSMENGE
244: ZIEL ERREICHT?
246: UNTERBRECHEN VON AMMONIAKEINSPRITZUNG ENDE

Claims

Verfahren für einen Motor mit einem SCR-Katalysator, umfassend: Einspritzen als Reaktion auf ein Fahrzeug-Aus-Ereignis von Ammoniak während eines letzten Abgas-Vorauslasses, bis ein vorbestimmter Wert von Ammoniak im SCR-Katalysator bevorratet ist; und Einspritzen als Reaktion auf ein anschließendes Fahrzeug-Ein-Ereignis, wenn eine im SCR-Katalysator bevorratete Menge von Ammoniak niedriger als der vorbestimmte Wert ist, von Ammoniak, bis der vorbestimmte Wert von Ammoniak im SCR-Katalysator bevorratet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Einspritzen von Ammoniak als Reaktion auf das Fahrzeug-Ein-Ereignis ein Einspritzen von Ammoniak in einer Menge umfasst, die auf einer Temperatur des SCR-Katalysators basiert.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend ein Anpassen einer Ammoniakeinspritzrate basierend auf einer Differenz zwischen der im SCR-Katalysator bevorrateten Menge von Ammoniak und dem vorbestimmten Wert von Ammoniak.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der letzte Abgas-Vorauslass ein Betreiben des Motors für eine vorbestimmte Dauer nach dem Fahrzeug-Aus-Ereignis umfasst.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die vorbestimmte Dauer auf einer Differenz zwischen einer im SCR-Katalysator bevorrateten Menge von Ammoniak und dem vorbestimmten Wert von Ammoniak beim Fahrzeug-Aus-Ereignis basiert.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend nach einem thermischen Ereignis, wenn eine Temperatur des SCR-Katalysators niedriger als eine obere Temperaturschwelle ist, ein Einspritzen von Ammoniak, bis ein Zielwert von Ammoniak im SCR-Katalysator bevorratet ist.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei es sich bei dem thermischen Ereignis um ein Dieselpartikelfilter-Regenerationsereignis oder ein Desulfatierungsereignis handelt.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Zielwert von Ammoniak auf einer im SCR-Katalysator bevorrateten Menge von Ammoniak und einer Temperatur im SCR-Katalysator nach dem thermischen Ereignis basiert.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Einspritzen von Ammoniak als Reaktion auf das Fahrzeug-Ein-Ereignis ein Einspritzen von Ammoniak in einer Menge umfasst, die auf einer Zeitdauer zwischen dem Fahrzeug-Aus-Ereignis und dem anschließenden Fahrzeug-Ein-Ereignis basiert.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend ein Betreiben eines luftunterstützten Ammoniakeinspritzsystems für eine Dauer ohne Ammoniakeinspritzung nach dem Einspritzen von Ammoniak während des letzten Abgas-Vorauslasses.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Einspritzen von Ammoniak als Reaktion auf das anschließende Fahrzeug-Ein-Ereignis als Reaktion auf eine Motorabgastemperatur erfolgt, die höher als eine Schwellentemperatur ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Ammoniak Harnstoff oder Dieselemissionsfluid umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend ein Bestimmen einer im SCR-Katalysator bevorrateten Menge von Ammoniak nach dem Fahrzeug-Aus-Ereignis und Speichern der Menge von Ammoniak in einer Speicherkomponente einer mit dem Motor gekoppelten Steuerung.
Verfahren für einen Dieselmotor mit einem SCR-Katalysator, umfassend: Betreiben des Motors als Reaktion auf ein Fahrzeug-Aus-Ereignis für eine vorbestimmte Dauer, während Ammoniak eingespritzt wird, bis ein vorbestimmter Wert von Ammoniak im SCR-Katalysator bevorratet ist; und Einspritzen als Reaktion auf ein anschließendes Fahrzeug-Ein-Ereignis, wenn eine im SCR-Katalysator bevorratete Menge von Ammoniak niedriger als der vorbestimmte Wert ist, von Ammoniak, bis der vorbestimmte Wert von Ammoniak im SCR-Katalysator bevorratet ist.
Verfahren nach Anspruch 14, ferner umfassend ein Anpassen einer Ammoniakeinspritzrate basierend auf einer Differenz zwischen der im SCR-Katalysator bevorrateten Menge von Ammoniak und dem vorbestimmten Wert von Ammoniak.
Verfahren nach Anspruch 14, ferner umfassend nach einem Dieselpartikelfilter-Regenerationsereignis, wenn eine Temperatur des SCR-Katalysators niedriger als eine obere Temperaturschwelle ist, ein Einspritzen von Ammoniak, bis ein Zielwert von Ammoniak im SCR-Katalysator bevorratet ist, wobei der Zielwert von Ammoniak auf einer im SCR-Katalysator bevorrateten Menge von Ammoniak und einer Temperatur im SCR-Katalysator nach dem thermischen Ereignis basiert.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Einspritzen von Ammoniak als Reaktion auf das Fahrzeug-Ein-Ereignis ein Einspritzen von Ammoniak in einer Menge umfasst, die auf einer Zeitdauer zwischen dem Fahrzeug-Aus-Ereignis und dem anschließenden Fahrzeug-Ein-Ereignis basiert.
Verfahren für einen Dieselmotor mit einem SCR-Katalysator, umfassend: Betreiben des Motors als Reaktion auf ein Fahrzeug-Aus-Ereignis für eine vorbestimmte Dauer, während Ammoniak eingespritzt wird, bis ein vorbestimmter Wert von Ammoniak im SCR-Katalysator bevorratet ist; und Einspritzen als Reaktion auf ein anschließendes Fahrzeug-Ein-Ereignis, wenn eine im SCR-Katalysator bevorratete Menge von Ammoniak niedriger als der vorbestimmte Wert ist und wenn eine Temperatur des SCR-Katalysators höher als eine Schwellentemperatur ist, von Ammoniak, bis der vorbestimmte Wert von Ammoniak im SCR-Katalysator bevorratet ist.
Verfahren nach Anspruch 18, ferner umfassend ein Erhöhen einer Ammoniakeinspritzrate als Reaktion auf eine abfallende Temperatur im SCR-Katalysator.
Verfahren nach Anspruch 18, ferner umfassend nach einem Dieselpartikelfilter-Regenerationsereignis, wenn eine Temperatur des SCR-Katalysators niedriger als eine obere Temperaturschwelle ist, ein Einspritzen von Ammoniak, bis ein Zielwert von Ammoniak im SCR-Katalysator bevorratet ist, wobei der Zielwert von Ammoniak auf einer im SCR-Katalysator bevorrateten Menge von Ammoniak und einer Temperatur im SCR-Katalysator nach dem thermischen Ereignis basiert.