DE102015100047A1

DE102015100047A1 - Verfahren zum Kontrollieren von Distickstoffmonoxid-Emissionen

Info

Publication number: DE102015100047A1
Application number: DE102015100047.4A
Authority: DE
Inventors: Christine Kay Lambert; William Charles Ruona
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2014-01-14
Filing date: 2015-01-06
Publication date: 2015-07-16
Also published as: MX2015000575A; CN104775879A; RU2015100903A3; US8883102B1; RU2665193C2; RU2015100903A; CN104775879B

Abstract

Es werden Systeme und Verfahren zum Kontrollieren von Distickstoffmonoxid-Emissionen beschrieben. In einem bestimmten Beispiel wird Distickstoffmonoxid, das im Abgassystem des Diesel-Hybridfahrzeugs gebildet wird, durch einen Oxidationskatalysator geleitet, der durch eine externe Quelle, wie beispielsweise eine elektrische Heizung, beheizt wird. Dann wird der Katalysator von der externen Quelle aufgeheizt, um Distickstoffmonoxid-Bildung innerhalb des Abgassystems durch Erhöhen der Katalysatortemperatur auf über einen mit der Distickstoffmonoxid-Erzeugung assoziierten Temperaurbereich zu reduzieren.

Description

Gebiet
Das Gebiet der Offenbarung betrifft die Kontrolle von Emissionen von Kraftmaschinen, insbesondere Hybrid-Diesel-Kraftübertragungen.
Hintergrund
Die Bundesverordnungen für HC, CO und NOx sind bereits seit einiger Zeit etabliert. Erst jüngst wurde eine Verordnung für die sogenannten Treibhausgase, insbesondere CO₂, vorgeschlagen. CO₂ ist direkt mit der Kraftstoffeinsparung und dem Kraftmaschinenwirkungsrad verbunden und erfordert keine zusätzlichen Emissionsvorrichtungen. Die Verordnung bezüglich N₂O, eines anderen angeblichen Treibhausgases, die kürzlich vorgeschlagen wurde, wirft neue Probleme auf.
Die Erfinder hierin haben erkannt, dass N₂O höchstwahrscheinlich in den Niedertemperatur-Abgasnachbehandlungssystemen von Dieselkraftmaschinen und insbesondere Hybrid-Dieselkraftmaschinen erzeugt wird. In solchen Nachbehandlungssystemen ist ein Oxidationskatalysator oder DOC (für engl. diesel oxidation catalytic converter) im Kraftmaschinenauspuff angeordnet, um HC und CO über einer katalytischen Oberfläche zu oxidieren, die typischerweise Edelmetalle, wie beispielsweise Platin und Palladium enthält. Ein Basismetallkatalysator für selektive Reduktion oder SCR ist stromabwärts des DOCs angeordnet und mit einem Ammoniakeinspritzsystem verbunden, welches ein ammoniakbasiertes Reduktionsmittel, wie beispielsweise wässrigen Harnstoff, verwendet, das unter bestimmten Kraftmaschinen-Betriebszuständen eingespritzt wird, um NOx mit Ammoniak chemisch zu reduzieren.
Genauer gesagt, haben die Erfinder erkannt, dass HC von der Kraftmaschine mit NOx im DOC reagieren kann, um N₂O zu erzeugen, wenn der DOC in einem Temperaturfenster funktioniert, das hoch genug ist, damit die Reaktion stattfindet, aber niedrig genug ist, damit nicht der ganze HC oxidiert wird. Wenn Dieselkraftstoff zum Beheizen des DOCs verwendet wird, dann wird mit dem zusätzlichen HC noch mehr N₂O produziert. Eine andere N₂O-Reaktion kann durch Umsetzung von Ammoniak mit NOx im SCR stattfinden.
In einem bestimmten Aspekt der Erfindung haben die Erfinder das Problem der N₂O-Erzeugung in einem Verfahren gelöst, wobei Abgase von der Kraftmaschine durch einen Oxidationskatalysator, der einen Washcoat mit Palladium oder Platin oder beidem umfasst, geleitet werden. Die N₂O-Bildung vom Oxidationskatalysator leitet sich von einem oder mehreren Faktoren ab, wie von einer Temperatur des Katalysators, einem Verhältnis von HC zu NOx oder einem Verhältnis von NO₂ zu NOx in den Kraftmaschinenabgasen und einem Reduzieren der N₂O-Bildung, wenn der Katalysator innerhalb eines Temperaturfensters funktioniert, das mit der N₂O-Bildung assoziiert ist. In einem weiteren Aspekt wird die N₂O-Bildung durch Aufheizen des Katalysators von einer externen Quelle reduziert. Auf diese Weise wird das technische Ergebnis erzielt, und der Katalysator wird vorzugsweise durch eine elektrische Heizung aufgeheizt, und das Aufheizen endet, wenn die Katalysatortemperatur über einen Temperaturbereich ansteigt, der mit der N₂O-Erzeugung assoziiert ist.
In noch einem anderen Aspekt umfasst das Reduzieren der N₂O-Bildung ein Erhöhen des effektiven Kompressionsverhältnisses der Kraftmaschine, um die HC-Bildung durch die Kraftmaschine zu reduzieren, wenn die abgeleitete N₂O-Bildung einen vorbestimmten Wert überschreitet. Die Erhöhung des Kraftmaschinenkompressionsverhältnisses umfasst mindestens eines von Folgendem: Ändern der Einlassventilzeiteinstellung der Kraftmaschine, Erhöhen des Drucks der Luft, die in die Kraftmaschine getrieben wird, oder Verringern des Volumens der Brennkammern der Kraftmaschine.
In einem anderen Aspekt der Erfindung umfasst das Verfahren ein Leiten von Abgasen von der Kraftmaschine durch einen Oxidationskatalysator, der einen Washcoat mit Palladium oder Platin oder beidem umfasst; Leiten von Abgasen vom Oxidationskatalysator in einen Katalysator für selektive Reduktion; Zugeben von Ammoniak zum Katalysator für selektive Reduktion unter vorbestimmten Bedingungen, um NOx zu reduzieren; Ableiten der N₂O-Bildung vom Oxidationskatalysator, von der Temperatur des Oxidationskatalysators, HC und NOx und NO₂ in den Kraftmaschinenabgasen; Ableiten von N₂O aus dem Katalysator für selektive Reduktion von der Temperatur des Katalysators für selektive Reduktion, der abgeleiteten N₂O-Bildung vom Oxidationskatalysator und dem Ammoniak; und Aufheizen des Oxidationskatalysators von einer externen Quelle, um das N₂O aus dem Katalysator für selektive Reduktion zu reduzieren, wenn die Oxidationskatalysatortemperatur unter einem vorbestimmten Bereich ist, und das N₂O aus dem Katalysator für selektive Reduktion eine vorausgewählte Menge überschreitet. Vorzugsweise wird das abgeleitete N₂O vom Oxidationskatalysator von der Temperatur des Oxidationskatalysators und dem Verhältnis von HC zu NOx und dem Verhältnis von NO₂ zu NOx in den Abgasen abgeleitet.
In noch einem anderen Aspekt wird die Erfindung auf einen Hybrid-Dieselmotor angewendet. In diesem Aspekt umfasst das praktizierte Verfahren: Leiten von Abgasen von der Kraftmaschine durch einen Oxidationskatalysator, der einen Washcoat mit Palladium oder Platin oder beidem umfasst; Leiten von Abgasen vom Oxidationskatalysator in einen Katalysator für selektive Reduktion; Zugeben von Ammoniak zum Katalysator für selektive Reduktion unter vorbestimmten Bedingungen, um NOx zu reduzieren; Ableiten der N₂O-Bildung vom Oxidationskatalysator von der Temperatur des Katalysators, dem Verhältnis von HC zu NOx und NO₂ in den Kraftmaschinenabgasen; Ableiten von N₂O aus dem Katalysator für selektive Reduktion von der Temperatur des Katalysators für selektive Reduktion, der abgeleiteten N₂O-Bildung vom Oxidationskatalysator, NOx von der Dieselkraftmaschine und dem Ammoniak; Aufheizen des Oxidationskatalysators mit einer elektrischen Heizung, um die N₂O-Bildung vom Oxidationskatalysator zu reduzieren, wenn die Oxidationskatalysatortemperatur unter einem vorbestimmten Bereich ist, und das abgeleitete N₂O aus dem Katalysator für selektive Reduktion eine vorausgewählte Menge überschreitet; und Unterbrechen des elektrischen Aufheizens, wenn die Oxidationskatalysatortemperatur den vorbestimmten Bereich überschreitet.
In einem spezifischeren Aspekt wird die Leistungsabgabe der Dieselkraftmaschine reduziert, wenn das abgeleitete N₂O aus dem Katalysator für selektive Reduktion über einem vorbestimmten Wert ist. Ferner wird der Elektromotor so gesteuert, dass er Leistung in Bezug auf die Leistungsreduktion von der Dieselkraftmaschine bereitstellt.
Die zuvor erwähnten Vorteile und andere Vorteile sowie Merkmale der vorliegenden Beschreibung sind aus der folgenden ausführlichen Beschreibung allein oder in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen leicht zu erkennen. 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 soll keine Schlüssel- oder wesentlichen Merkmale des beanspruchten Erfindungsgegenstands aufzeigen, dessen Schutzbereich einzig durch die der ausführlichen Beschreibung folgenden Ansprüche definiert wird. Des Weiteren ist der beanspruchte Erfindungsgegenstand nicht auf Implementierungen beschränkt, die irgendwelche oben oder in irgendeinem anderen Teil dieser Offenbarung angeführten Nachteile lösen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die hierin beschriebenen Vorteile sind durch die Lektüre eines hierin als „Ausführliche Beschreibung“ bezeichneten Beispiels einer Ausführungsform allein oder unter Bezugnahme auf die Zeichnungen besser zu verstehen, wobei:
1 ein beispielhaftes Hybridfahrzeugantriebssystem veranschaulicht;
2 eine schematische Darstellung eines Kraftmaschinensystems zeigt;
3 ein beispielhaftes Emissionskontrollsystem gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt;
4 ein beispielhaftes Flussdiagramm zum unabhängigen Überwachen von N₂O aus einem Oxidationskatalysator und Reduzieren der Erzeugung von N₂O daraus darstellt;
5 ein beispielhaftes Flussdiagramm zum Aufheizen eines Oxidationskatalysators ist, um N₂O-Bildung darin zu reduzieren;
6 ein beispielhaftes Flussdiagramm zum Anpassen eines oder mehrerer Kraftmaschinen-Betriebsvorgänge zum Reduzieren der N₂O-Bildung im Abgassystem darstellt;
7 ein beispielhaftes Flussdiagramm darstellt, das eine beispielhafte Modifikation von Kraftmaschinen-Betriebsvorgängen in Reaktion auf einen Kraftmaschinenzustand veranschaulicht;
8 ein beispielhaftes Flussdiagramm zum Reduzieren von N₂O-Emissionen basierend auf der N₂O-Erzeugung in Bezug auf eine vorgeschriebene Obergrenze darstellt;
9 ferner einen beispielhaften Graphen darstellt, der einen vorbestimmten Bereich veranschaulicht, wobei eine oder mehrere Kraftmaschinenmodifikationen vorgenommen werden, um eine N₂O -Bildung in Bezug auf die vorgeschriebene Obergrenze zu reduzieren; und
10 ein beispielhaftes Flussdiagramm zum Handhaben einer CO₂-Strafe während des Fahrzeugbetriebs basierend auf den abgeleiteten N₂O-Emissionen daraus darstellt.
Ausführliche Beschreibung
Die Erfinder haben erkannt, dass N₂O höchstwahrscheinlich in den Niedertemperatur-Abgasnachbehandlungssystemen von Dieselkraftmaschinen und insbesondere Hybrid-Dieselkraftmaschinen erzeugt wird. Entsprechend werden hierin der Einfachheit halber Verfahren zur Kontrolle der N₂O-Erzeugung in einer beispielhaften Hybrid-Dieselkraftmaschine beschrieben. Konkret veranschaulichen 1 und 2 ein beispielhaftes Hybridfahrzeugantriebssystem bzw. eine schematische Darstellung einer Kraftmaschine. Anschließend stellt 3 ein beispielhaftes Emissionskontrollsystem gemäß der vorliegenden Offenbarung dar. In Bezug auf die Steuerung des Emissionssystems stellt 4 stellt ein beispielhaftes Flussdiagramm zum unabhängigen Überwachen von N₂O aus einem Oxidationskatalysator und Reduzieren der Erzeugung von N₂O daraus dar, während die beispielhaften Flussdiagramme von 5 bis 7 verschiedene Verfahren zur Anpassung eines oder mehrerer Kraftmaschinen-Betriebsvorgänge zum Reduzieren von N₂O-Emissionen innerhalb des Abgassystems darstellen. Da N₂O ein reglementiertes Treibhausgas ist, sind 8 bis 10 einbezogen, um beispielhafte Verfahren zur Reduktion von N₂O-Emissionen basierend auf der vorgeschriebenen Obergrenze zum Verhindern einer CO₂-Strafe zu veranschaulichen.
Unter Hinwendung zum Hybrid-Dieselmotor veranschaulicht 1 ein beispielhaftes Fahrzeugantriebssystem 100. Das Fahrzeugantriebssystem 100 umfasst eine Kraftstoffverbrennungsmaschine 110 und einen Motor 120. Als ein nichteinschränkendes Beispiel umfasst die Kraftmaschine 110 eine Kraftmaschine mit innerer Verbrennung, und der Motor 120 umfasst einen Elektromotor. Der Motor 120 kann so ausgelegt sein, dass er eine andere Energiequelle verwendet oder verbraucht als die Kraftmaschine 110. Zum Beispiel kann die Kraftmaschine 110 Dieselkraftstoff (z. B. Isooctan) verbrauchen, um eine Kraftmaschinenleistung zu erzeugen, während der Motor 120 elektrische Energie verbrauchen kann, um eine Motorleistung zu erzeugen. Entsprechend kann ein Fahrzeug mit dem Antriebssystem 100 als ein Hybridelektrofahrzeug (HEV für engl. hybrid electric vehicle) bezeichnet werden.
Das Fahrzeugantriebssystem 100 kann in Abhängigkeit von den Betriebszuständen, die vom Fahrzeugantriebssystem vorgefunden werden, eine Vielfalt von verschiedenen Betriebsmodi verwenden. Einige dieser Modi können die Kraftmaschine 110 befähigen, in einem Aus-Zustand gehalten (z. B. in einen deaktivierten Zustand versetzt) zu werden, wobei der Verbrauch von Kraftstoff an der Kraftmaschine unterbrochen wird. Zum Beispiel kann der Motor 120 unter ausgewählten Betriebszuständen das Fahrzeug über ein Antriebsrad 122 antreiben, wie durch Pfeil 124 angezeigt, während die Kraftmaschine 110 deaktiviert ist.
Bei anderen Betriebszuständen kann die Kraftmaschine 110 in einen deaktivierten Zustand versetzt werden (wie zuvor beschrieben), während der Motor 120 zum Aufladen der Energiespeichervorrichtung 150, wie beispielsweise einer Batterie, betrieben werden kann. Zum Beispiel kann der Motor 120 ein Raddrehmoment vom Antriebsrad 122 empfangen, wie durch Pfeil 124 angezeigt, wobei der Motor die kinetische Energie des Fahrzeugs in elektrische Energie zur Speicherung in der Energiespeichervorrichtung 150 umwandeln kann, wie durch Pfeil 126 angezeigt. Dieser Betrieb kann als Rekuperationsbremsung des Fahrzeugs bezeichnet werden. Demnach kann der Motor 120 in einigen Ausführungsformen eine Generatorfunktion bereitstellen. In anderen Ausführungsformen kann jedoch stattdessen ein Generator 160 ein Raddrehmoment vom Antriebsrad 122 empfangen, wobei der Generator die kinetische Energie des Fahrzeugs in elektrische Energie zur Speicherung in der Energiespeichervorrichtung 150 umwandeln kann, wie durch Pfeil 162 angezeigt.
Bei noch anderen Betriebszuständen kann die Kraftmaschine 110 durch Verbrennen von Kraftstoff betrieben werden, der von einem Kraftstoffsystem 140 empfangen wird, wie durch Pfeil 142 angezeigt. Zum Beispiel kann die Kraftmaschine 110 so betrieben werden, dass sie das Fahrzeug über das Antriebsrad 122 antreibt, wie durch Pfeil 112 angezeigt, während der Motor 120 deaktiviert ist. Bei anderen Betriebszuständen können sowohl die Kraftmaschine 110 als auch der Motor 120 betrieben werden, um das Fahrzeug über das Antriebsrad 122 anzutreiben, wie durch Pfeil 112 bzw. 124 angezeigt. Eine Konfiguration, bei welcher sowohl die Kraftmaschine als auch der Motor selektiv das Fahrzeug antreiben können, kann als Parallel-Fahrzeugantriebssystem bezeichnet werden. Es ist zu erwähnen, dass in einigen Ausführungsformen der Motor 120 das Fahrzeug über einen ersten Satz von Antriebsrädern antreiben kann, und die Kraftmaschine 110 das Fahrzeug über einen zweiten Satz von Antriebsrädern antreiben kann.
In anderen Ausführungsformen kann das Fahrzeugantriebssystem 100 als ein Reihen-Fahrzeugantriebssystem ausgelegt sein, wobei die Kraftmaschine die Antriebsräder nicht direkt antreibt. Stattdessen kann die Kraftmaschine 110 so betrieben werden, dass sie den Motor 120 antreibt, der wiederum das Fahrzeug über das Antriebsrad 122 antreiben kann, wie durch Pfeil 124 angezeigt. Zum Beispiel kann die Kraftmaschine 110 bei ausgewählten Betriebszuständen den Generator 160 antreiben, der wiederum elektrische Energie zu einem oder mehreren vom Motor 120, wie durch Pfeil 114 angezeigt, oder der Energiespeichervorrichtung 150 zuführen kann, wie durch Pfeil 162 angezeigt. Als ein anderes Beispiel kann die Kraftmaschine 110 so betrieben werden, dass sie den Motor 120 antreibt, der wiederum eine Generatorfunktion bereitstellen kann, um die Kraftmaschinenleistung in elektrische Energie umzuwandeln, wobei die elektrische Energie zur späteren Verwendung durch den Motor in einer Energiespeichervorrichtung 150 gespeichert werden kann.
Wie unter Bezugnahme auf den Prozessfluss von 6 und 7 beschrieben wird, kann das Fahrzeugantriebssystem so ausgelegt sein, dass es in Abhängigkeit von den Betriebszuständen zwischen zwei oder mehreren der zuvor beschriebenen Betriebsmodi umschaltet.
Das Kraftstoffsystem 140 kann einen oder mehrere Kraftstoffspeichertanks 144 zum Speichern von Kraftstoff an Bord des Fahrzeugs umfassen. Zum Beispiel kann der Kraftstofftank 144 einen oder mehrere flüssige Kraftstoffe speichern, welche Benzin, Diesel und Alkoholkraftstoffe umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein. In einigen Beispielen kann der Kraftstoff als eine Mischung von zwei oder mehreren verschiedenen Kraftstoffen an Bord des Fahrzeugs gespeichert werden. Zum Beispiel kann der Kraftstofftank 144 so ausgelegt sein, dass er eine Mischung von Benzin und Ethanol (z. B. E10, E85 usw.) oder eine Mischung von Benzin und Methanol (z. B. M10, M85, usw.) speichert, wobei diese Kraftstoffe oder Kraftstoffmischungen der Kraftmaschine 110 zugeführt werden können, wie durch Pfeil 142 angezeigt. Es können der Kraftmaschine 110 noch andere geeignete Kraftstoffe oder Kraftstoffmischungen zugeführt werden, wobei sie an der Kraftmaschine verbrannt werden können, um eine Kraftmaschinenleistung zu erzeugen. Die Kraftmaschinenleistung kann zum Antreiben des Fahrzeugs, wie durch Pfeil 112 angezeigt, oder zum Wiederaufladen der Energiespeichervorrichtung 150 über den Motor 120 oder den Generator 160 verwendet werden.
In einigen Ausführungsformen kann die Energiespeichervorrichtung 150 so ausgelegt sein, dass sie elektrische Energie speichert, die anderen elektrischen Lasten (abgesehen vom Motor) zugeführt werden kann, die sich an Bord des Fahrzeugs befinden und Fahrgastraumheizung und Klimaanlage, Kraftmaschinenanlass, Scheinwerfer, Audio- und Videosystem des Fahrgastraums usw. umfassen. Als ein nichteinschränkendes Beispiel kann die Energiespeichervorrichtung 140 eine oder mehreren Batterien und/oder Kondensatoren umfassen.
Das Steuersystem 180 kann mit einem oder mehreren von der Kraftmaschine 110, dem Motor 120, dem Kraftstoffsystem 140, der Energiespeichervorrichtung 150 und dem Generator 160 kommunizieren. Wie hierin beschrieben, kann das Steuersystem 180 Sensorrückmeldeinformationen von einem oder mehreren von der Kraftmaschine 110, dem Motor 120, dem Kraftstoffsystem 140, der Energiespeichervorrichtung 150 und dem Generator 160 empfangen. Ferner kann das Steuersystem 180 in Reaktion auf diese Sensorrückmeldung Steuersignale an eines oder mehrere von der Kraftmaschine 110, dem Motor 120, dem Kraftstoffsystem 140, der Energiespeichervorrichtung 150 und dem Generator 160 senden. Das Steuersystem 180 kann eine Anzeige einer vom Betreiber angeforderten Ausgabe des Fahrzeugantriebssystems von einem Fahrzeugbetreiber 132 empfangen. Zum Beispiel kann das Steuersystem 180 eine Sensorrückmeldung von einem Pedalpositionssensor 134 empfangen, der mit einer Eingabevorrichtung 130 kommuniziert. In diesem Beispiel umfasst die Eingabevorrichtung 130 ein Gaspedal und einen Pedalpositionssensor 134 zum Erzeugen eines proportionalen Pedalpositionssignals PP. Das Pedal 130 kann sich schematisch auf ein Gaspedal und/oder ein Bremspedal beziehen.
Die Energiespeichervorrichtung 150 kann periodisch elektrische Energie von einer Leistungsquelle 152 empfangen, die sich außerhalb des Fahrzeugs befindet (z. B. kein Teil des Fahrzeugs ist), wie durch Pfeil 156 angezeigt. Als ein nichteinschränkendes Beispiel kann das Fahrzeugantriebssystem 100 als ein Plug-in-Hybridelektrofahrzeug (HEV) ausgelegt sein, wobei der Energiespeichervorrichtung 150 elektrische Energie von einer Leistungsquelle 152 über ein elektrisches Energieübertragungskabel 154 zugeführt werden kann. Während eines Wiederaufladevorgangs der Energiespeichervorrichtung 150 von der Leistungsquelle 152 kann das elektrische Übertragungskabel 154 die Energiespeichervorrichtung 150 und die Leistungsquelle 152 elektrisch koppeln. Während das Fahrzeugantriebssystem zum Antreiben des Fahrzeugs betrieben wird, kann das elektrische Übertragungskabel 154 zwischen der Leistungsquelle 152 und der Energiespeichervorrichtung 150 getrennt sein. Das Steuersystem 180 kann die in der Energiespeichervorrichtung gespeicherte Menge von elektrischer Energie identifizieren und/oder steuern, was als der Ladezustand bezeichnet werden kann.
In anderen Ausführungsformen kann das elektrische Übertragungskabel 154 weggelassen sein, wobei elektrische Energie von der Leistungsquelle 152 drahtlos an der Energiespeichervorrichtung 150 empfangen werden kann. Zum Beispiel kann die Energiespeichervorrichtung 150 elektrische Energie von der Leistungsquelle 152 über eines oder mehrere von elektromagnetischer Induktion, Funkwellen und elektromagnetischer Resonanz empfangen. Entsprechend versteht es sich von selbst, dass jeder geeignete Ansatz zum Wiederaufladen der Energiespeichervorrichtung 150 von einer Leistungsquelle, die nicht zum Fahrzeug gehört, verwendet werden kann. Auf diese Weise kann der Motor 120 das Fahrzeug durch Verwenden einer anderen Energiequelle als dem von der Kraftmaschine 110 verwendeten Kraftstoff antreiben.
Das Kraftstoffsystem 140 kann periodisch Kraftstoff von einer Kraftstoffquelle empfangen, die sich außerhalb des Fahrzeugs befindet. Als ein nichteinschränkendes Beispiel kann das Fahrzeugantriebssystem 100 durch Empfangen von Kraftstoff über eine Kraftstoffabgabevorrichtung 170 aufgetankt werden, wie durch Pfeil 172 dargestellt. In einigen Ausführungsformen kann der Kraftstofftank 144 so ausgelegt sein, dass er den von der Kraftstoffabgabevorrichtung 170 empfangenen Kraftstoff speichert, bis er der Kraftmaschine 110 zur Verbrennung zugeführt wird.
Dieses Plug-in-Hybridelektrofahrzeug, wie unter Bezugnahme auf das Fahrzeugantriebssystem 100 beschrieben, kann so ausgelegt sein, dass es eine sekundäre Form von Energie (z. B. elektrische Energie) verwendet, die periodisch von einer Energiequelle empfangen wird, die sonst kein Teil des Fahrzeugs ist.
Das Fahrzeugantriebssystem 100 kann außerdem eine Meldungszentrale 190, einen Umgebungstemperatur-/Feuchtigkeitssensor 192 und einen Rollstabilitätssteuerungssensor, wie beispielsweise einen lateralen und/oder longitudinalen und/oder Giergeschwindigkeitssensor(en) 194, umfassen. Die Meldungszentrale kann eine oder mehrere Anzeigelampe(n) und/oder eine textbasierte Anzeige umfassen, auf welcher Meldungen für einen Betreiber angezeigt werden, wie beispielsweise eine Meldung, die eine Betreibereingabe zum Starten der Kraftmaschine anfordert. Die Meldungszentrale kann außerdem verschiedene Eingabeabschnitte zum Empfangen einer Betreibereingabe, wie beispielsweise Tasten, Berührungsbildschirme, Spracheingabe/-erkennung usw., umfassen. In einer alternativen Ausführungsform kann die Meldungszentrale Audiomeldungen ohne Anzeige an den Betreiber kommunizieren.
2 ist eine schematische Darstellung, die einen Zylinder einer Mehrzylinder-Kraftmaschine 110 veranschaulicht, die in einem Antriebssystem eines Kraftfahrzeugs enthalten sein kann. Die Kraftmaschine 110 kann zumindest teilweise durch ein Steuersystem 180 (auch als Steuerung bezeichnet) und durch Eingabe von einem Fahrzeugbetreiber 132 über eine Eingabevorrichtung 130 gesteuert werden. Ein Brennraum (z. B. ein Zylinder) 230 der Kraftmaschine 110 kann Brennraumwände 232 mit einem Kolben 236 darin positioniert umfassen. In einigen Ausführungsformen kann die Fläche des Kolbens 236 innerhalb des Zylinders 230 eine Wanne aufweisen. Der Kolben 236 kann mit einer Kurbelwelle 240 gekoppelt sein, sodass Auf- und Abbewegung des Kolbens in Drehbewegung der Kurbelwelle umgesetzt wird. Die Kurbelwelle 240 kann über ein Zwischengetriebesystem mit mindestens einem Antriebsrad eines Fahrzeugs gekoppelt sein. Ferner kann ein Startermotor über ein Schwungrad mit der Kurbelwelle 240 gekoppelt sein, um einen Startvorgang der Kraftmaschine 110 zu ermöglichen.
Der Brennraum 230 kann Ansaugluft von einem Ansaugkrümmer 244 über einen Ansaugkanal 242 empfangen und Verbrennungsgase über einen Abgaskanal 248 ausstoßen. Der Ansaugkrümmer 244 und der Abgaskanal 248 können über jeweilige Einlassventile 252 und Auslassventile 254 selektiv mit dem Brennraum 230 kommunizieren. In einigen Ausführungsformen kann der Brennraum 230 zwei oder mehr Einlassventile und/oder zwei oder mehr Auslassventile umfassen.
Das Einlassventil 252 kann durch die Steuerung 180 über einen elektrischen Ventil-Stellantrieb (EVA für engl. electrical valve actuator) 251 gesteuert werden. Ähnlich kann das Auslassventil 254 durch die Steuerung 180 über einen EVA 253 gesteuert werden. Unter einigen Bedingungen kann die Steuerung 180 die an die Stellantriebe 251 und 253 gelieferten Signale ändern, um das Öffnen und Schließen der jeweiligen Einlass- und Auslassventile zu steuern. Die Position des Einlassventils 252 und des Auslassventils 254 kann durch Ventilpositionssensoren 255 bzw. 257 bestimmt werden. In alternativen Ausführungsformen können ein oder mehrere der Einlass- und Auslassventile durch einen oder mehrere Nocken betätigt werden und eines oder mehrere von Nockenprofilumschaltung (CPS für engl. cam profile switching), variabler Nockensteuerung (VCT für engl. variable cam timing), variabler Ventilsteuerung (VVT für engl. variable valve timing) und/oder variablem Ventilhub (VVL für engl. variable valve lift) verwenden. Zum Beispiel kann der Zylinder 230 alternativ ein Einlassventil, das durch elektrische Ventilbetätigung gesteuert wird, und ein Auslassventil umfassen, das durch Nockenbetätigung gesteuert wird, welche CPS und/oder VCT umfasst.
Die Kraftstoffeinspritzdüse 266 ist so dargestellt, dass sie mit dem Brennraum 230 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 266 durch ein Hochdruck-Kraftstoffsystem (nicht dargestellt) zugeführt werden, das einen Kraftstoffbehälter, eine Kraftstoffpumpe und ein Kraftstoffverteilerrohr umfasst. In einigen Ausführungsformen kann der Zylinder 230 optional eine Zündkerze umfassen, die durch ein Zündsystem betätigt werden kann. Eine Kraftstoffeinspritzdüse 266 kann im Zylinder vorgesehen sein, um ihm direkt Kraftstoff zuzuführen. In anderen Ausführungsformen kann die Kraftstoffeinspritzdüse jedoch innerhalb eines Ansaugkrümmers 244 stromaufwärts des Einlassventils 252 angeordnet sein. Die Kraftstoffeinspritzdüse 266 kann durch einen Treiber 268 betätigt werden.
Der Ansaugkanal 242 kann eine Drosselklappe 290 mit einer Drosselklappenplatte 292 umfassen. In diesem konkreten Beispiel kann die Position der Drosselklappenplatte 292 durch die Steuerung 180 über ein Signal geändert werden, das an einen Elektromotor oder einen elektrischen Stellantrieb geliefert wird, der mit der Drosselklappe 290 enthalten ist, eine Konfiguration, die allgemein als elektronische Drosselklappensteuerung (ETC für engl. electronic throttle control) bezeichnet wird. Auf diese Weise kann die Drosselklappe 290 so betrieben werden, dass sie die Ansaugluft variiert, die dem Brennraum 230 unter anderen Kraftmaschinenzylindern zugeführt wird. Die Position der Drosselklappenplatte 292 kann durch ein Drosselklappenpositionssignal TP an die Steuerung 180 übermittelt werden. Der Ansaugkanal 242 kann einen Luftmassensensor 220 und einen Krümmerluftdrucksensor 222 zum Liefern jeweiliger Signale MAF (für engl. mass air flow) und MAP (für engl. manifold air pressure) an die Steuerung 180 umfassen.
Ferner kann in den offenbarten Ausführungsformen ein System zur Abgasrückführung (EGR für engl. exhaust gas recirculation) einen gewünschten Teil von Abgas vom Abgaskanal 248 über den EGR-Kanal 260 zum Ansaugkanal 244 leiten. Die dem Ansaugkanal 244 zugeführte EGR-Menge kann durch die Steuerung 180 über ein EGR-Ventil 261 variiert werden. Ferner kann ein EGR-Sensor 263 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 Kurbelwellendrehzahlsensor gesteuert werden. Ferner kann die EGR basierend auf einem Abgas-O₂-Sensor und/oder einem Ansaugsauerstoffsensor gesteuert werden (Ansaugkrümmer). Unter einigen Bedingungen kann das EGR-System verwendet werden, um die Temperatur des Luft- und Kraftstoffgemisches innerhalb des Brennraums zu regeln. Obwohl 2 ein Hochdruck-EGR-System darstellt, kann alternativ ein Niederdruck-EGR-System verwendet werden, wobei EGR von stromabwärts einer Turbine eines Turboladers nach stromaufwärts eines Kompressors des Turboladers geleitet wird.
Entsprechend kann die Kraftmaschine 110 ferner eine Kompressionsvorrichtung, wie beispielsweise einen Turbolader oder einen Verdrängerlader, umfassen, die mindestens einen Kompressor 262 umfasst, der entlang des Ansaugkrümmers angeordnet ist. Für einen Turbolader kann der Kompressor 262 wenigstens teilweise durch eine Turbine 264 (z. B. über eine Welle) angetrieben werden, die entlang des Ansaugkanals 248 angeordnet ist. Für einen Verdrängerlader kann der Kompressor 262 wenigstens teilweise durch die Kraftmaschine und/oder eine Elektromaschine angetrieben werden und braucht keine Turbine zu umfassen. Demnach kann der Grad der Kompression, die für einen oder mehrere Zylinder der Kraftmaschine über einen Turbolader oder einen Verdrängerlader bereitgestellt wird, durch die Steuerung 180 variiert werden.
Ein Abgassensor 226 ist so dargestellt, dass er mit dem Abgaskanal 248 stromaufwärts eines Emissionskontrollsystems 270 gekoppelt ist. Der Sensor 226 kann jeder geeignete Sensor sein, der zum Bereitstellen einer Anzeige des Abgas-Abluft-/Kraftstoffverhältnisses geeignet ist, wie beispielsweise ein linearer Sauerstoffsensor oder UEGO (universeller oder Breitbandsensor für Sauerstoff nach engl. universal or wide-range exhaust gas oxygen), ein Sauerstoffsensor mit zwei Zuständen oder EGO, ein HEGO (beheizter EGO), ein NO_x-, HC- und/oder CO-Sensor.
Das Emissionskontrollsystem 270 ist so dargestellt, dass es entlang des Abgaskanals 248 stromabwärts des Abgassensors 226 angeordnet ist. Das System 270 kann einen Diesel-Oxidationskatalysator (DOC) 272, ein System für selektive katalytische Reduktion (SCR), einen Dreiwege-Katalysator (TWC für engl. three-way catalyst), einen NOx-Speicher, verschiedene andere Emissionskontrollvorrichtungen oder Kombinationen davon umfassen. Wie im Folgenden ausführlicher beschrieben, kann das Emissionssystem 270 zum Beispiel ein DOC-System umfassen, das einen SCR-Katalysator 274 und ein Dieselpartikelfilter (DPF) 276 umfasst. In einigen Ausführungsformen kann das DPF 276 stromabwärts der Katalysatoren angeordnet sein (wie in 2 und 3 dargestellt), während das DPF 276 in anderen Ausführungsformen stromaufwärts eines oder mehrerer von dem DOC- und dem SCR-Katalysator (nicht dargestellt) positioniert sein kann. Das Emissionskontrollsystem 270 kann ferner einen Abgassensor 280 umfassen. Der Sensor 280 kann jeder geeignete Sensor zum Bereitstellen einer Anzeige einer Konzentration von Abgasbestandteilen sein, wie beispielsweise ein NO_x-, NH₃- oder EGO-Sensor. Außerdem kann der Sensor 280 in einigen Fällen ein Temperatur- oder Drucksensor sein. Ferner kann die Emissionskontrollvorrichtung 270 in einigen Ausführungsformen während des Betriebs der Kraftmaschine 110 durch Betreiben mindestens eines Zylinders der Kraftmaschine innerhalb eines bestimmten Luft/Kraftstoff-Verhältnisses periodisch zurückgesetzt werden.
Die Steuerung 180 ist in 2 als ein Mikrocomputer dargestellt, der eine Mikroprozessoreinheit 202, Ein-/Ausgabeanschlüsse 204, ein elektronisches Speichermedium für ausführbare Programme und Kalibrierwerte, das in diesem konkreten Beispiel als ein Festwertspeicherchip 206 dargestellt ist, einen Direktzugriffsspeicher 208, einen Erhaltungsspeicher 210 und einen Datenbus umfasst. Neben den zuvor erörterten Signalen kann die Steuerung 180 von mit dem Motor 110 gekoppelten Sensoren verschiedene Signale empfangen, die Messung von induziertem Luftmassenstrom (MAF für engl. mass air flow) von einem Luftmassensensor 220; eine Motor-Kühlmitteltemperatur (ECT für engl. engine coolant temperature) von einem Temperatursensor 212, der mit einer Kühlhülse 214 gekoppelt ist; ein Zündungsimpulsgebersignal (PIP für engl. profile ignition pick-up) von einem Hall-Effekt-Sensor 218 (oder einem anderen Typ), der mit der Kurbelwelle 240 gekoppelt ist; die Drosselklappenposition (TP für engl. throttle position) von einem Drosselklappenpositionssensor, und ein Absolutkrümmerdrucksignal, MAP (für engl. manifold pressure), vom Drucksensor 222 umfassen. Ein Motordrehzahlsignal, RPM, kann durch die Steuerung 180 aus dem Signal PIP erzeugt werden. Das Krümmerdrucksignal MAP vom Krümmerdrucksensor kann verwendet werden, um eine Anzeige von Unterdruck oder Druck im Ansaugkrümmer bereitzustellen. Es ist zu erwähnen, dass verschiedene Kombinationen der zuvor erwähnten Sensoren verwendet werden können, wie beispielsweise ein MAF-Sensor ohne einen MAP-Sensor oder umgekehrt. Bei stöchiometrischem Betrieb kann der MAP-Sensor eine Anzeige eines Motordrehmoments anzeigen. Ferner kann dieser Sensor zusammen mit der erfassten Motordrehzahl eine Schätzung von in den Zylinder eingeführter Ladung (einschließlich Luft) bereitstellen. In einem Beispiel kann der Sensor 218, welcher auch als ein Motordrehzahlsensor verwendet wird, jede Umdrehung der Kurbelwelle eine vorbestimmte Anzahl von gleich beabstandeten Impulsen erzeugen.
Der Speichermedium-Festwertspeicher 206 kann mit computerlesbaren Daten programmiert sein, die durch einen Prozessor 202 ausführbare Anweisungen zum Durchführen der hierin im Folgenden beschriebenen Verfahren sowie anderer, vorweggenommener, aber nicht spezifisch aufgeführter Varianten darstellen.
Wie zuvor beschrieben, stellt 2 nur einen Zylinder einer Mehrzylinder-Kraftmaschine dar, und jeder Zylinder kann in ähnlicher Weise seinen eigenen Satz von Einlass-/Auslassventilen, seine eigene Kraftstoffeinspritzdüse, Zündkerze usw. umfassen.
Nunmehr unter Hinwendung zum Abgassystem gemäß der vorliegenden Offenbarung stellt 3 das Emissionskontrollsystem 270 genauer dar. Wie bereits erwähnt, ist das Emissionskontrollsystem 270 entlang des Abgaskanals 248 stromabwärts des Abgassensors 226 angeordnet. Ferner umfasst das Emissionskontrollsystem 270 einen DOC 272, einen SCR 274 und ein DPF 276 zusätzlich zum Abgassensor 280. Der Einfachheit halber ist eine Anordnung von Auspuffkomponenten hierin dargestellt, aber es sind auch andere Anordnungen möglich. In einer anderen Ausführungsform zum Beispiel kann das DPF 276 stromaufwärts des SCRs 274 statt wie dargestellt stromabwärts davon angeordnet sein. In noch einer anderen Ausführungsform kann der SCR 274 stromaufwärts des DOCs 272 angeordnet sein, der stromabwärts des SCR-Katalysators, aber stromaufwärts des DPFs 276 angeordnet sein kann, usw.
Die entlang des Abgaskanals 248 dargestellten Pfeile zeigen die Richtung des Luftstroms durch das Emissionskontrollsystem 270 an. Kurz gesagt, tritt der Luftstrom anfänglich in den DOC 272 ein, der die DOC-Heizung 302 zum elektrischen Beheizen des DOC-Katalysators umfasst. Wie im Folgenden ausführlicher beschrieben, kann das Steuersystem 180 einen Strom, welcher der DOC-Heizung 302 zugeführt wird, um die Menge von Wärme zu regeln, die dem DOC 272 zugeführt wird, und daher die Temperatur des DOC-Katalysators regeln. Dies kann zum Beispiel erfolgen, um die Temperatur des Oxidationskatalysators auf über einen Temperaturbereich zu erhöhen, der mit der N₂O-Erzeugung assoziiert ist. Eine potenzielle Quelle von N₂O im Abgassystem resultiert aus der Reaktion von Kohlenwasserstoffen (HC) und NOx innerhalb des DOCs 272 während des Anspringens von HC. Daher kann das Steuersystem 180 in Reaktion auf die Erkennung einer hohen HC- und/oder NOx-Konzentration stromaufwärts des DOCs 272 unter bestimmten Betriebszuständen einen Strom, welcher der DOC-Heizung 302 zugeführt wird, erhöhen, um die Temperatur des Katalysators aus dem mit der N₂O-Bildung assoziierten Temperaturbereich zu erhöhen, der als ein N₂O-Bildungsfenster bezeichnet werden kann. Diese intrusiven Maßnahmen können getroffen werden, um die Menge von im Abgassystem produziertem N₂O zu reduzieren, da N₂O in der Atmosphäre äußerst stabil ist, sobald es sich gebildet hat. Zum Beispiel hat N₂O, das ein Treibhausgas ist, in der Atmosphäre eine geschätzte Lebensdauer von 114 Jahren. Außerdem wurde das Treibhauspotenzial von N₂O auf Massebasis auf ungefähr das 298-fache von CO₂ geschätzt. Daher ist die Reduktion der Menge von N₂O, das an die Atmosphäre abgegeben wird, von besonderer Bedeutung.
In Bezug auf das N₂O-Bildungsfenster hängt eine optimale Temperatur für die N₂O-Umwandlung innerhalb des Oxidationskatalysators von der im Katalysator vorhandenen Menge Platin und Palladium ab. Zum Beispiel kann ein Oxidationskatalysator einen Washcoat von Palladium oder Platin oder beidem umfassen. Die spezifische Zusammensetzung ermöglicht dann ein anpassbares N₂O-Bildungsfenster basierend auf der Katalysatorzusammensetzung. Als ein Beispiel verschiebt sich das N₂O-Bildungsfenster zu einem höheren Temperaturbereich, wenn die Menge von Platin im Oxidationskatalysator in Bezug auf die Menge des vorhandenen Palladiums herabgesetzt wird. Entsprechend kann der Katalysator, wenn mehr Palladium im Katalysator vorhanden ist, auf höhere Temperaturen aufgeheizt werden, um den Oxidationskatalysator aus der mit der N₂O-Erzeugung assoziierten Temperaturregion zu bewegen. Wenn dagegen weniger Palladium in Bezug auf die Menge Platin im Oxidationskatalysator vorhanden ist, kann sich das N₂O-Bildungsfenster in einem niedrigeren Temperaturbereich befinden. Auf diese Weise können die hierin beschriebenen Verfahren ein Anpassen eines N₂O-Bildungsfensters basierend auf der Katalysatorzusammensetzung umfassen. Außerdem kann ein Oxidationskatalysator alternativ als Washcoat auf ein Cordieritsubstrat zusammen mit einem Metall- oder Zeolithsubstrat aufgetragen sein. Das Metallsubstrat ermöglicht es dem Katalysator, elektrisch beheizt zu werden, da Metall gute Wärmeleiter sind. Die Zeolithsubstrate können hinzugefügt werden, um durch Absorbieren von HC bei niedrigen Temperaturen und anschließendes Freisetzen von HC nach Erreichen des Aktivitätsfensters für Oxidation bei der Kaltstartkontrolle von HC zu helfen.
Als ein Beispiel haben die Erfinder die Wirkung von Edelmetalltyp und Ladung im DOC untersucht. In einer Versuchsreihe fiel die Temperatur von N₂O-Spitzenproduktion auf ein enges Band im Bereich von etwa 200 bis 225 °C, der dem Temperaturfenster von HC-Verbrennung entspricht. Dann wies eine hochbeladene Pt-Probe die höchste N₂O-Produktion bei einer Spitze von 20 % des gesamten Feedgases NOx auf. Kombinationen von Pt und Pd wiesen einen N₂O-Bereich von 7 % bis 15 % auf, während die reine Pd-Probe die niedrigste Konzentration mit einer Spitze bei 5 % des gesamten Feedgases NOx aufwies. Die beobachtete Tendenz folgte ungefähr der Größenordnung der NO-Oxidationsaktivität jedes Katalysators, da bekannt ist, dass Pt NO₂ erzeugt, während Pd dazu nicht so in der Lage ist wie Pt. Außerdem lag das Temperaturfenster für die N₂O-Bildung durch HC + NOx zwischen 150 und 350 °C, dem typischen Bereich für den Beginn von katalytischer HC-Oxidation und dem während der Antriebszyklen erfahrenen Bereich, die zur Chassis-Fahrzeugemissionszertifizierung verwendet werden. Für Pt-Katalysatoren wurde eine bemerkenswerte Koinzidenz beobachtet, wenn Propen als das Reduktionsmittel verwendet wurde. Sobald das Propen die vollständige Oxidation erreichte, nahmen die NOx-Reduktion und die N₂O-Bildung infolge mangelnden Reduktionsmittels ab, bis nur die Nur-NOx-Reaktion NO-Oxidation war. Obwohl das Propen während des Anspringens teilweise oxidiert wurde, war es verfügbar, um einen Teil des Pt zu reduzieren und die Adsorption von NO zu ermöglichen, das sich dann in N₂ und O₂ aufspalten konnte. N₂O wurde dann gebildet, wenn N₂ mit einem anderen Molekül von adsorbiertem NO interagierte, was sich als ein potenzielles Problem bei Pt-Katalysatoren erwiesen hat.
Als ein anderes Beispiel untersuchten die Erfinder die N₂O-Bildung basierend auf Änderungen des Verhältnisses von HC zu NOx im Pulsator-Feedgas unter Verwendung einer gering beladenen, Pd-reichen (1 Teil Pt zu 4 Teilen Pd) DOC-Probe. Im Fahrzeug können HC/NOx-Verhältnisse zu bestimmten Zeiten, wie beispielsweise während aktiver Heizungsstrategien, zum schnellen Aufheizen des Katalysatorsystems bei Kaltstart und Filterregeneration, erhöht werden. In den Versuchen wurde das HC/NOx-Eingangsverhältnis auf 2:1 herabgesetzt, was zu einem Abfall der N₂O-Spitze auf einen Wert von etwa 6 % führte, und für eine N₂O-Spitze von 9 % um das Dreifache auf 18:1 erhöht. Das Verhältnis von 18:1 stellte ungefähr HC/NOx-Verhältnisse bei Kaltstart dar, wenn Strategien schneller Katalysatorbeheizung oder Filterregeneration unter Verwendung von übermäßiger Kraftstoffeinspritzung eingesetzt wurden. Es wurde beobachtet, dass sich die Temperatur des Spitzenwerts von N₂O vom niedrigsten bis zum höchsten HC/NOx-Verhältnis von 225 °C nach unten zu 200 °C verschob.
Als noch ein anderes Beispiel untersuchten die Erfinder die Wirkung von Zeolith innerhalb der DOC-Formulierung auf die N₂O-Bildung. Zeolithe können hinzugefügt werden, um durch Adsorbieren von HC bei niedrigen Temperaturen und anschließendes Freisetzen des HCs nach Erreichen des Aktivitätsfensters für Oxidation bei der Kaltstartkontrolle von HC zu helfen. Es wurden drei Zeolith-haltige Proben mit verschiedenen Edelmetallgehalten, z. B. nur Pt (1 Teil Pt zu 0 Teilen Pd), Pt-reich (2 Teile Pt zu 1 Teil Pd) und Pd-reich (1 Teil Pt zu 4 Teilen Pd), getestet. In einer Versuchsreihe wurde die Temperatur von einer niedrigen Stufe auf eine hohe Stufe erhöht, um Sättigung von HC innerhalb des Oxidationskatalysators zu gewährleisten, wie dies bei Zündung eines Fahrzeugs geschehen könnte. Die Ergebnisse zeigten, dass die Nur-Pt-Probe die höchste Menge von N₂O produzierte, gefolgt von der Pt-reichen Probe, und das wenigste N₂O wurde von der Pd-reichen Probe produziert. Außerdem war eine Spitzenverschiebung von einer höheren Temperatur zu einer niedrigeren Temperatur zu beobachten, wie zuvor in Bezug auf die Untersuchungen des HC/NOx-Feedgas-Verhältnisses beschrieben, aber die Zugabe von Zeolith bewirkte eine Verschiebung zu noch niedrigeren Temperaturen von 150 °C bei einem N₂O-Spitzenwert von 25 % des Feedgases NOx.
Die chemischen Reaktionen, die innerhalb eines Diesel-Katalysatorsystems eintreten, sind in erster Linie Oxidations- und Reduktionsreaktionen. Aus diesem Grund sind, wenn ein oder mehrere Katalysatoren in einem Dieselabgassystem vorhanden sind, die Funktionen jedes Katalysators abgestuft, um die Gesamtsystemleistung zu verbessern. Dadurch ist das Dieselabgassystem so konzipiert, dass es in einer Umgebung mit hohem Sauerstoffgehalt funktioniert, in welcher Dreiwege-Katalysatoren nicht funktionieren. Zum Beispiel kann der DOC 272 HC und Kohlenmonoxid (CO) gemäß den folgenden Reaktionen 1 und 2 oxidieren. Der DOC 272 kann außerdem eine exotherme Reaktion für Filterregeneration bereitstellen, wenn HC-Konzentrationen aus der Kraftmaschine erhöht werden. Ferner kann durch Reaktion 3 auch Oxidation von Stickstoffoxid (NO) Stickstoffdioxid (NO₂) im DOC 272 stattfinden. Aus diesem Grund ist der SCR-Katalysator 274 stromabwärts des DOCs 272 für die selektive Reduktion von NO und NO₂ mit Ammoniak gemäß Reaktion 5 bis 7 enthalten. Das FPF 276 ist zum Oxidieren von kohlenstoffhaltigem Ruß sowie Schlupf-HC von den stromaufwärts befindlichen Katalysatoren durch Reaktion 11 enthalten. Im Allgemeinen kann das Emissionskontrollsystem bei gleichmäßigen mageren Kraftmaschinen-Betriebsvorgängen verhindern, dass HC, CO, NOx und Ruß an die Atmosphäre austreten. Obwohl das System hierin drei Katalysatoren umfasst, können in einigen Ausführungsformen verschiedene Kombinationen von Katalysatoren zusammen mit dem elektrisch beheizten Diesel-Oxidationskatalysator vorhanden sein. Das hierin beschriebene System umfasst der Einfachheit halber alle drei Katalysatoren.
Potenzielle Quellen von N₂O innerhalb des Abgassystems sind Folgende: Reaktion von HC und NOx innerhalb des DOCs 272 bei HC-Anspringen (Reaktion 4), Nebenreaktionen von Ammoniak, NOx und Sauerstoff am SCR 274 (Reaktion 8 bis 10) und Oxidation von Schlupf-Ammoniak am DPF 276 (Reaktion 12). Daher können das System und die Verfahren, die hierin beschrieben werden, die Menge des innerhalb des Abgassystems gebildeten N₂O durch Anpassen einer oder mehrerer Kraftmaschinen-Betriebsvorgänge basierend auf einer abgeleiteten N₂O-Bildung darin weiter reduzieren. Zum Beispiel kann der Katalysator in Reaktion auf eine hohe N₂O-Bildung innerhalb des DOCs 272 elektrisch aufgeheizt werden, um den Katalysator aus einem N₂O-Bildungsfenster zu bewegen. Alternativ oder zusätzlich können ein oder mehrere Kraftmaschinen-Betriebsvorgänge so durchgeführt werden (z. B. durch Erhöhen eines Kompressionsverhältnisses der Kraftmaschine), dass die Menge des im Abgassystem gebildeten N₂O reduziert wird.
Reaktionen innerhalb des DOCs:

HC + O₂ → CO₂, H₂O [1]
2CO + O₂ → 2CO₂ [2]
2NO + O₂ → 2NO₂ [3]
HC + NOx → N₂O, H₂O, CO₂ [4]

Reaktionen innerhalb des SCR-Systems:

4NH₃ + 4NO + O₂ → 4N₂, 6H₂O [5]
8NH₃ + 6NO₂ → 7N₂, 12H₂O [6]
2NH₃ + NO + NO₂ → 2N₂, 3H₂O [7]
NH₄NO₃ → N₂O, 2H₂O [8]
2NH₃ + 2NO₂ → N₂O, N₂, 3H₂O [9]
2NH₃ + 2O₂ → N₂O, 3H₂O [10]

Reaktionen innerhalb des katalysierten Filters:

C(Ruß), HC + O₂ → CO₂, H₂O [11]
2NH₃ + 2O₂ → N₂O, 3H₂O [12]

Zurück zum Emissionskontrollsystem 270, das in 3 dargestellt ist, strömt, sobald der Abgas-Luftstrom den DOC 272 verlässt, der Luftstrom in Richtung des SCRs 274 weiter. Wie dargestellt, ist ferner ein Reduktionsmitteleinspritzsystem zum Einspritzen eines flüssigen Reduktionsmittels in den SCR-Katalysator 274 vorgesehen. Zum Beispiel kann das eingespritzte Reduktionsmittel entweder Harnstoff oder Ammoniak sein. Das Reduktionsmitteleinspritzsystem umfasst eine Reduktionsmitteleinspritzdüse 310, welche so ausgelegt ist, dass sie ein flüssiges Reduktionsmittel, wie beispielsweise eine Harnstofflösung, in einen Abgasströmungsweg innerhalb des Abgaskanals 248 einspritzt. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Einspritzdüse 310 in Bezug auf den Abgaskanal 248 abgewinkelt. In alternativen Ausführungsformen kann die Einspritzdüse jedoch entweder parallel zum oder senkrecht auf den Abgaskanal sein. Ferner kann die Einspritzdüse entweder druckluftunterstützte oder hydraulische Einspritz-Hardware (nicht dargestellt) umfassen. In den Abgaskanal 248 eingespritzter Harnstoff kann unter bestimmten Bedingungen (z. B. in Gegenwart von ausreichender Hitze) in Ammoniak umgewandelt werden, das zum Reduzieren von NOx verwendet und/oder im SCR-Katalysator gespeichert werden kann.
Abgastemperaturen können über einen oder mehrere im Abgaskanal 248 befindliche Temperatursensoren, wie beispielsweise einen Abgastemperatursensor 320, gemessen werden. Alternativ kann die Abgastemperatur basierend auf Kraftmaschinen-Betriebszuständen, wie beispielsweise Drehzahl, Last, Luft-Kraftstoff-Verhältnis (AFR für engl. air-fuel ratio), Zündzeitpunktverstellung nach spät, usw. abgeleitet werden. Obwohl der Abgastemperatursensor 320 in einigen Ausführungsformen mit dem Abgaskanal 248 gekoppelt dargestellt ist, kann der Temperatursensor zum direkten Messen einer Katalysatortemperatur auch direkt mit einem oder mehreren von dem DOC 272 und dem SCR 274 gekoppelt sein. Der Abgaskanal 248 ist ferner so dargestellt, dass er eine Mischvorrichtung 322 zum Verbessern der Flussmischung stromabwärts der Reduktionsmitteleinspritzdüse 310 umfasst. Dies ist jedoch nicht einschränkend, und das Emissionskontrollsystem 270 kann in einigen Ausführungsformen auch ohne Mischvorrichtung 322 ausgelegt sein. Falls vorhanden, kann die Mischvorrichtung 322 in einem nichteinschränkenden Beispiel als eine kreisförmige Scheibe mit Rippenabschnitten ausgelegt sein. Ferner kann das durch die Einspritzdüse 310 bereitgestellte Spritzmuster jedes geeignete Muster zum Verbessern der Verdampfungsrate und Mischen des Reduktionsmittels mit Abgasen umfassen. Zum Beispiel kann eine Einspritzdüse Sprays bereitstellen, welche Blätter, gefüllte Kegel, Hohlkegel, Mehrfachkegel usw. bilden. Die Mischvorrichtung 322, die Reduktionsmitteleinspritzdüse 310 und der Abgastemperatursensor 320 können mit dem Steuersystem 180 kommunizieren, das ferner ein Verhältnis, bei welchem sich die Mischvorrichtung 322 dreht, und/oder eine Reduktionsmittelzufuhr über die Einspritzdüse 310 steuern kann (z. B. durch Anpassen einer Zeiteinstellung und/oder Menge von eingespritztem Reduktionsmittel).
Der SCR-Katalysator 274, der sich stromabwärts des DOCs 272 befindet, ist zum selektiven Reduzieren von NO und NO₂ mit Ammoniak gemäß Reaktion 5 bis 7 enthalten. Zum Beispiel kann NOx, das nicht durch den DOC 272 entfernt wird, mit Ammoniak im SCR 274 reagieren. Ferner können inerte chemische Produkte N₂ und H₂O resultieren, die an die Atmosphäre abgegeben werden. Wie jedoch hierin dargestellt, können die chemischen Reaktionen, die im SCR 274 stattfinden, gemäß Reaktion 9 und 10 auch N₂O produzieren. Daher kann auch der SCR 274 auf die gleiche Weise, wie zuvor für den DOC beschrieben, ein N₂O-Bildungsfenster umfassen. Aus diesem Grund kann der SCR 274 eine SCR-Heizung 304 zum elektrischen Beheizen des Reduktionskatalysators während des Antriebszyklus der Kraftmaschine umfassen. Das DPF 276 befindet sich stromabwärts des SCRs 274 zum Oxidieren von kohlenstoffhaltigem Ruß sowie Schlupf-HC von den stromaufwärts gelegenen Katalysatoren. Der Abgassensor 280, der sich am Auspuffauslass (oder einer beliebigen Stelle stromabwärts des DPFs 276) befindet, kann jeder geeignete Sensor zum Bereitstellen einer Anzeige einer Konzentration von Abgasbestandteilen sein, wie beispielsweise ein NO_x-, NH₃- oder EGO-Sensor. Außerdem kann der Sensor 280 in einigen Fällen ein Temperatur- und/oder Drucksensor sein. In einigen Ausführungsformen kann das Emissionskontrollsystem 270 während des Betriebs der Kraftmaschine 110 durch Betreiben mindestens eines Zylinders der Kraftmaschine innerhalb eines bestimmten Luft/Kraftstoff-Verhältnisses periodisch zurückgesetzt werden.
Wenn NO₂ unter normalen Fahrzeug-Betriebszuständen in das SCR-System gelangt, können durch Reaktion 8 und 9 N₂O-Emissionen erzeugt werden. Die Erfinder untersuchten diese Reaktionen ferner unter Verwendung eines Cu-/Zeolith-Katalysators. In den Untersuchungen wurde das NO₂/NOx-Eingangsverhältnis von eins in Schritten von 0,25 auf null geändert, und das Verschwinden von NOx war ein Maß. Die Erfinder stellten fest, dass die optimale NOx-Umwandlung bei einem Verhältnis von 0,5 stattfand, und die schlechteste Umwandlung stattfand, wenn das NOx im Wesentlichen ganz NO₂ war. Im Allgemeinen nahm die N₂O-Bildung durch SCR-Reaktionen bei abnehmendem NO₂ in der Feedgas-Leitung ab. Ferner wurde selbst bei NO allein in der Zufuhr etwas N₂O nachgewiesen, was darauf hinwies, dass eine gewisse NO-Oxidation am SCR-Katalysator selbst stattfand.
Die Erfinder haben ferner festgestellt, dass die Bildung von N₂O durch die Verwendung von gering beladenen, Pd-reichen DOCs und Cu-/Chabasit-SCR-Katalysatoren minimiert wurde. Das Abgas-Temperaturfenster war entweder niedrig (200 bis 300 °C) bei Stadt-/Autobahnfahrten oder hoch (600 °C) bei Filterregeneration. Diese Temperaturbereiche sind jedoch an den gegenüberliegenden Enden eines SCR-Betriebsfensters, wodurch ein Minimieren von N₂O-Emissionen durch die SCR-Katalysatoren ermöglicht wurde. Obwohl der niedrige Bereich von 200 bis 300°C in das N₂O-Bildungsfenster durch die DOCs fällt, kann die Verwendung von gering beladenen, Pd-reichen Formulierungen und eine sorgfältige Kontrolle von HC aus der Kraftmaschine, wie hierin beschrieben, zum Reduzieren der N₂O-Bildung verwendet werden.
Unter Hinwendung zur Steuerung des Emissionskontrollsystems bei Fahrzeugbetriebsvorgängen stellen 4 bis 10 beispielhafte Flussdiagramme dar, welche veranschaulichen, wie eine oder mehrere betriebliche Anpassungen vorgenommen werden können, um N₂O-Emissionen aus dem Kraftmaschinen-Abgassystem zu reduzieren.
4 stellt ein beispielhaftes Flussdiagramm eines Verfahrens 400 zum unabhängigen Überwachen jedes Katalysators und Reduzieren einer N₂O-Erzeugung davon dar. Zum Beispiel kann das zuvor beschriebene System Abgase von der Kraftmaschine durch einen Oxidationskatalysator (z. B. DOC 272), der einen Washcoat mit Palladium oder Platin oder beidem umfasst, und dann vom Oxidationskatalysator in einen Katalysator für selektive Reduktion (z. B. SCR 274) leiten, wobei unter vorbestimmten Bedingungen Ammoniak zugegeben werden kann, um NOx zu reduzieren. Da jedoch kein Sensor zum spezifischen Messen von N₂O-Bildung verfügbar ist, umfassen die beschriebenen Verfahren ein Ableiten der N₂O-Bildung vom Oxidationskatalysator von einer oder mehreren von der Temperatur des Katalysators und/oder der Menge von HC und NOx und NO₂ in den Kraftmaschinen-Abgasen; und Ableiten von N₂O aus dem Katalysator für selektive Reduktion von einer oder mehreren von der Temperatur des Katalysators für selektive Reduktion, der abgeleiteten N₂O-Bildung vom Oxidationskatalysator und der Menge von eingespritztem Ammoniak. Zum Reduzieren der Menge von erzeugtem N₂O umfasst das Verfahren 400 dann als ein Beispiel ein Aufheizen des Oxidationskatalysators unter Verwendung einer externen Quelle, um N₂O aus dem Katalysator für selektive Reduktion zu reduzieren, wenn die Temperatur des Oxidationskatalysators unter einem vorbestimmten Bereich ist, und N₂O aus dem Katalysator für selektive Reduktion eine vorausgewählte Menge überschreitet.
Bei 402 umfasst das Verfahren 400 ein Überwachen eines oder mehrerer Kraftmaschinen-Betriebszustände, um zu bestimmen, ob möglicherweise ein Zustand hoher N₂O-Bildung innerhalb des Abgassystems vorliegt. Bei 410 umfasst das Verfahren 400 ferner ein Schätzen und/oder Ableiten der N₂O-Bildung vom Katalysator für selektive Reduktion, z. B. dem SCR 274, und Vergleichen der N₂O-Bildung mit einer vorausgewählten Menge, um zu bestimmen, ob die N₂O-Bildung innerhalb des SCRs 274 in übermäßigen Mengen erzeugt wird. Wenn die N₂O-Bildung innerhalb des SCRs 274 die vorausgewählte Menge überschreitet, geht das Verfahren 400 zu 412 weiter und reduziert eine Ammoniak- oder Harnstoffeinspritzung, um die Menge von N₂O aus dem Katalysator für selektive Reduktion zu reduzieren. Reaktion 9 und 10 zeigen zum Beispiel, dass Ammoniak mit NO₂ und O₂ reagieren kann, um N₂O im SCR 274 zu erzeugen. Daher kann eine Reduktion der Ammoniakeinspritzung die Menge des innerhalb des Katalysators für selektive Reduktion erzeugten N₂O reduzieren. Die Reduktion des Ammoniaks kann jedoch auch eine vorübergehende Erhöhung der NOx-Konzentrationen verursachen. Obwohl in 4 nicht dargestellt, kann daher die Menge, um welche NOx vorübergehend erhöht wird, durch eine On-Board-Diagnoseschwelle (oder OBD-Schwelle) bestimmt werden, die bei Erkennung von übermäßigen Mengen von NOx eine Fehlfunktionsanzeigelampe innerhalb des Fahrzeugs aufleuchten lässt. Zum Beispiel können NO₂/NOx-Konzentrationen, die etwa 0,25 überschreiten, Probleme in Bezug auf die N₂O-Bildung darstellen, da die SCR-Katalysatoren erhöhtes N₂O erzeugen, wenn erhöhte Konzentrationen von NO₂ in der Abgaszufuhr stromabwärts des DOCs vorhanden sind. Alternativ geht das Verfahren 400, wenn die N₂O-Bildung innerhalb des SCR 274 die vorausgewählte Menge nicht überschreitet, zu 414 über, was ein Einspritzen von Ammoniak basierend auf den NOx-Konzentrationen umfasst, die im Abgassystem vorhanden sind.
Danach schätzt das Verfahren 400 ungeachtet des abgeleiteten N₂O aus dem Katalysator für selektive Reduktion in Bezug auf die vorausgewählte Menge bei 420 außerdem eine N₂O-Konzentration innerhalb des Oxidationskatalysators, z. B. des DOCs 272, oder leitet diese ab, um zu bestimmen, ob eine N₂O-Bildung innerhalb des DOCs innerhalb eines vorbestimmten Bereich ist. Wenn die abgeleitete Konzentration von N₂O im DOC 272 nicht in den vorbestimmten Bereich fällt, geht das Verfahren 400 dazu über, eine oder mehrere betriebliche Anpassungen vorzunehmen, um die Menge von erzeugtem N₂O zu reduzieren. Der Einfachheit halber umfasst das Verfahren 400 bei 422 ein Regeln des Stroms zur DOC-Heizung 302 basierend darauf, dass die abgeleitete N₂O-Bildung außerhalb des vorbestimmten Bereichs ist. Als ein Beispiel könnte, wenn ein elektrisch beheizter Katalysator in einem Hybridfahrzeug mit einem 300-V-Elektrosystem verwendet wird, die Katalysatortemperatur alternativ erhöht werden, wenn das Fahrzeug bei niedriger Leistung betrieben wird (z. B. die Leistungsabgabe unter eine Leistungsschwelle fällt), um sich aus dem N₂O-Bildungsfenster zu bewegen. Wenn andernfalls die N₂O-Bildung innerhalb des vorbestimmten Bereichs ist, kann das Fahrzeug fortfahren, basierend auf einer gewünschten Kraftmaschinenleistung oder -last zu funktionieren, solange die abgeleiteten N₂O-Konzentrationen niedrig bleiben.
Unter Hinwendung zur Handhabung des elektrisch beheizten Diesel-Oxidationskatalysators stellt 5 ein beispielhaftes Flussdiagramm eines Verfahrens 500 zum Aufheizen eines Oxidationskatalysators zum Reduzieren der N₂O-Bildung darin dar. Wie bereits erwähnt, kann der DOC 272 eine DOC-Heizung 302 zum Aufheizen des Katalysators unter Verwendung einer externen Quelle zum Reduzieren der N₂O-Bildung umfassen. Daher kann das Steuersystem 180 so programmiert sein, dass es die Beheizung des Oxidationskatalysators regelt, wenn die N₂O-Bildung einen vorbestimmten Wert überschreitet (z. B. eine Schwelle überschreitet). Das Verfahren 500 umfasst ferner ein Beenden des Aufheizens, wenn die Katalysatortemperatur über einen mit der N₂O-Erzeugung assoziierten Temperaturbereich ansteigt.
Bei 502 umfasst das Verfahren 500 ein Überwachen von Kraftmaschinenzuständen. Dann kann das Steuersystem 180 in Reaktion auf einen oder mehrere mit der N₂O-Bildung assoziierte Kraftmaschinenzustände den DOC 272 unter Verwendung einer externen Quelle aufheizen, um die Menge des darin gebildeten N₂O zu reduzieren. Zum Beispiel kann das Steuersystem 180, wenn eine Fahrzeuglast so hoch ist, dass erhöhte Konzentrationen von HC in Reaktion auf die erhöhte Kraftstoffeinspritzung gebildet werden, den Strom, welcher der DOC-Heizung 302 zugeführt wird, so regeln, dass die Katalysatortemperatur auf außerhalb eines mit der N₂O-Bildung assoziierten Bereichs erhöht wird.
Bei 504 umfasst das Verfahren 500 ferner ein Schätzen und/oder Ableiten der Menge von N₂O, das innerhalb des Katalysators gebildet wird. Obwohl das Emissionskontrollsystem 270 einen oder mehrere Abgassensoren (z. B. den Sensor 280) zum Bereitstellen einer Anzeige einer Konzentration von Abgasbestandteilen, wie beispielsweise NO_x, innerhalb des Abgassystems umfassen kann, können diese Sensoren kreuzempfindlich für ähnliche chemische Spezies wie NO und NO₂sein. Entsprechend stellen diese Sensoren möglicherweise keine genaue Anzeige des im Abgassystem vorhandenen N₂O bereit. Aus diesem Grund kann die Menge des vom Katalysator gebildeten N₂O unter Verwendung von einem oder mehreren von einer Katalysatortemperatur 510, einem Verhältnis von HC zu NOx (z. B. dem HC/NOx-Verhältnis 512) und einem Verhältnis von NO₂ zu NOx (z. B. dem NO₂/NOx-Verhältnis 514) geschätzt oder abgeleitet werden. Auf diese Weise kann die Steuerung 180 so programmiert sein, dass sie eine Konzentration von N₂O-Bildung innerhalb eines Katalysators basierend auf einem oder mehreren Sensoren im Abgassystem bestimmt. Das Steuersystem 180 kann so programmiert sein, dass es dann bei 520 die abgeleitete N₂O-Bildung im DOC 272 mit einer Schwelle vergleicht, um betriebliche Anpassungen zum Reduzieren der Menge von darin erzeugtem N₂O vorzunehmen. Obwohl verschiedene betriebliche Anpassungen möglich sind und im Folgenden ausführlicher beschrieben werden, umfasst 5 der Einfachheit halber ein Aufheizen des DOCs 272, um die Katalysatortemperatur auf außerhalb eines mit der N₂O-Bildung assoziierten Bereichs zu erhöhen.
Wenn die abgeleitete N₂O-Bildung im Oxidationskatalysator eine Schwelle überschreitet, weil zum Beispiel die abgeleitete Menge von N₂O außerhalb des vorbestimmten Bereichs ist, geht das Verfahren 500 zu 522 über und heizt den Oxidationskatalysator unter Verwendung einer externen Quelle auf, um die N₂O-Bildung darin zu reduzieren. In den bereitgestellten Beispielen umfasst die externe Wärmequelle eine elektrische Heizung (z. B. die DOC-Heizung 302), dies ist jedoch nicht einschränkend, und in einer alternativen Ausführungsform kann die externe Wärmequelle eine Wärmepumpe zusätzlich zu oder anstelle der elektrischen Heizung umfassen. Die externe Wärmequelle wird verwendet, um die Temperatur des Katalysators auf über einen Temperaturbereich zu erhöhen, der mit der N₂O-Erzeugung assoziiert ist. Wenn daher die N₂O-Bildung unter die N₂O-Schwelle abfällt, fällt die N₂O-Bildung in den vorbestimmten Bereich, und das Verfahren 500 geht durch Fortsetzen von Fahrzeugbetriebsvorgängen basierend auf der Kraftmaschinenlast ohne Vornahme zusätzlicher Anpassungen zu Feld 524 weiter. In einigen Ausführungsformen kann die N₂O-Schwelle einem von der US-Umweltschutzbehörde (U.S. E.P.A.) vorgeschriebenen Bereich entsprechen.
Da die dem Oxidationskatalysator zugeführte Wärme der Kontrolle des Steuersystems 180 unterliegt, umfasst das Verfahren 500 ferner bei 530 ferner ein Überwachen der Temperatur des Katalysators in Bezug auf eine Temperaturschwelle, die mit dem N₂O-Bildungsfenster assoziiert ist. Sobald die Katalysatortemperatur die Temperaturschwelle überschreitet, kann die Steuerung 180 die Beheizung von der externen Quelle dann beenden, wie bei 532 angegeben. Alternativ kann das Steuersystem 180 die Menge der von der externen Wärmequelle gelieferten Wärme basierend auf der abgeleiteten N₂O-Bildung regeln, während die Temperatur unter der Schwelle ist. Zum Beispiel kann im Temperaturbereich unter der Schwelle bei einer Zunahme der Menge von N₂O-Bildung der der elektrischen Heizung 302 zugeführte Strom erhöht werden, um den Katalysator schneller aufzuheizen. Umgekehrt kann der der elektrischen Heizung 302 zugeführte Strom basierend auf der herabgesetzten abgeleiteten N₂O-Bildung verringert werden, wenn die Menge von N₂O-Bildung abnimmt, weil zum Beispiel eine Last auf die Kraftmaschine 110 abnimmt. Wie hierin beschrieben, kann, sobald eine hohe N₂O-Bildung für den Katalysator abgeleitet wurde, Wärme zugeführt werden, um die Temperatur auf über den mit der N₂O-Erzeugung assoziierten Temperaturbereich zu erhöhen, bei welchem Punkt die Beheizung enden kann, wie bei 532 angegeben.
6 stellt ein beispielhaftes Flussdiagramm eines Verfahrens 600 zum Anpassen eines oder mehrerer Kraftmaschinen-Betriebsvorgänge zum Reduzieren der N₂O-Bildung dar. Obwohl 5 die Reduktion von N₂O-Bildung durch Aufheizen des Katalysators unter Verwendung einer externen Quelle beschrieb, sind auch andere betriebliche Anpassungen möglich. Daher ist das Verfahren 600 enthalten, um zu veranschaulichen, wie zusätzlich oder alternativ andere Maßnahmen getroffen werden können, um die N₂O-Bildung im Abgassystem zu reduzieren. Der Einfachheit halber umfasst das Verfahren 600 im Allgemeinen ein Modifizieren eines oder mehrerer Kraftmaschinen-Betriebsvorgänge, um die N₂O-Bildung zu reduzieren, wenn die N₂O-Bildung eine Schwelle überschreitet. Sobald die N₂O-Bildungskonzentration in den vorbestimmten Bereich gebracht ist, umfasst das Verfahren 600 dann ferner ein Betreiben des Fahrzeugs unter den modifizierten Betriebszuständen. Alternativ kann das Verfahren 600 ferner ein Vornehmen von zusätzlichen Anpassungen umfassen, während die Menge von N₂O überwacht wird, das innerhalb des Abgassystems während des Kraftmaschinen-Antriebszyklus erzeugt wird. Obwohl nicht dargestellt, können die beschriebenen Kraftmaschinenanpassungen zusätzlich zu oder anstelle der in Bezug auf 5 beschriebenen elektrischen Katalysatorbeheizung vorgenommen werden. Außerdem können eine oder mehrere der beschriebenen Anpassungen durch das Steuersystem 180 vorgenommen werden, um die N₂O-Bildung auf den vorbestimmten Bereich zu reduzieren.
Bei 602 umfasst das Verfahren 600 ein Vergleichen der abgeleiteten N₂O-Bildung mit der N₂O-Schwelle. In Reaktion auf eine N₂O-Bildung über der N₂O-Schwelle umfasst das Verfahren 600 dann bei 604 ein Modifizieren der Kraftmaschinen-Betriebszustände, um die N₂O-Bildung zu reduzieren.
Als ein Beispiel umfasst das Verfahren 600 ein Anpassen der Leistung der Hybridkraftmaschine bei 610 zum Reduzieren der Menge der N₂O-Bildung innerhalb des Abgassystems. Zum Beispiel kann das Steuersystem 180 in Reaktion auf eine hohe N₂O-Bildung eine Leistungsabgabe von der Kraftmaschine 110 reduzieren, während sie eine Leistungsabgabe vom Motor 120 erhöht. Wie außerdem hierin beschrieben, kann der Motor 120 so gesteuert werden, dass er im Wesentlichen die verringerte Leistung von der Kraftmaschine 110 bereitstellt. Danach kann die Leistung der Hybridkraftmaschine basierend auf einer Menge von N₂O-Bildung angepasst werden, bis die N₂O-Bildung in den vorbestimmten Bereich fällt.
Als ein anderes Beispiel umfasst das Verfahren 600 ein Anpassen der Kraftstoffeinspritzung 612. Daher kann eine Kraftstoffeinspritzung oder -verbrennung im Kraftmaschinensystem basierend auf der erhöhten N₂O-Konzentration modifiziert werden. Wie bereits erwähnt, kann die Bildung von N₂O im DOC 272 aus der Reaktion von HC mit NOx gemäß Reaktion 4 resultieren. Daher kann eine reduzierte Kraftstoffeinspritzung die Menge des im Abgas vorhandenen HCs reduzieren, was die Menge von N₂O weiter reduziert, da weniger HC im Abgas vorhanden ist, um gemäß Reaktion 4 mit NOx zu reagieren.
Als noch ein anderes Beispiel kann eine Abgasrückführung (EGR für engl. exhaust gas recirculation) erhöht werden, um die Menge von N₂O-Bildung zu reduzieren. Daher kann die Kraftmaschinenmodifikation bei 614 ein Erhöhen der Abgasrückführung in die Brennkammern der Kraftmaschine umfassen, um eine Verbrennungstemperatur zu senken und dadurch die NOx-Bildung daraus zu reduzieren.
Als noch ein anderes Beispiel umfasst das Verfahren 600 bei 616 ein Umstellen einer Kraftstoffzufuhr (z. B. Dieselkraftstoff) auf einen zweiten Kraftstoff (z. B. Methan oder CNG) mit weniger Kohlenstoffgehalt. Wenn daher ein Teil eines ersten Kraftstoffs, welcher der Kraftmaschine zugeführt wird, verringert wird, kann der zweite Kraftstoff mit weniger Kohlenstoffgehalt als der erste Kraftstoff der Kraftmaschine zugegeben werden, um bei gleichzeitiger Verringerung des Kohlenwasserstoffgehalts im Abgassystem den Leistungsverlust auszugleichen, was zu einer Reduktion der N₂O-Bildung durch Reaktion 4 führt.
Darüber hinaus umfasst das Verfahren 600 bei 618 ein Erhöhen eines effektiven Kompressionsverhältnisses der Kraftmaschine, um HC- und N₂O-Bildung darin zu reduzieren. Zum Beispiel kann ein Erhöhen des Kraftmaschinenkompressionsverhältnisses ein Vornehmen mindestens einer der folgenden Anpassungen umfassen: Ändern der Einlassventilzeiteinstellung der Kraftmaschine, Erhöhen des Drucks der Luft, die in die Kraftmaschine getrieben wird, oder Verringern des Volumens der Brennkammern der Kraftmaschine. Entsprechend kann die Steuerung 180 so ausgelegt sein, dass sie eine oder mehrere dieser Anpassungen vornimmt, um ein Kompressionsverhältnis in der Kraftmaschine zu erhöhen. Das Verfahren 600 umfasst ferner ein Vornehmen einer oder mehrerer der zuvor beschriebenen Anpassungen, um Kraftmaschinen-Betriebsvorgänge zu modifizieren und die Menge von darin erzeugtem N₂O zu reduzieren. Ferner können eine oder mehrere dieser Anpassungen vorgenommen werden, wenn der DOC 272 innerhalb des N₂O-Bildungsfensters (e.g., ~175–350 °C) ist, um die Menge von erzeugtem N₂O zu reduzieren.
Zur Veranschaulichung der Modifikation von Kraftmaschinen-Betriebsvorgängen gemäß dem Verfahren 600 stellt 7 ein beispielhaftes Flussdiagramm eines Verfahrens 700 zum Modifizieren von Kraftmaschinen-Betriebsvorgängen in Reaktion auf ein beispielhaftes hohes HC/NOx-Verhältnis dar. Bei 702 umfasst das Verfahren 700 ein Überwachen der Abgasbedingungen, um zu bestimmen, wann Bedingungen für die N₂O-Bildung günstig sind. Wie zum Beispiel zuvor beschrieben, kann der Sensor 226 verwendet werden, um die Abgaszusammensetzung innerhalb des Abgaskanals 248 stromaufwärts des Emissionskontrollsystems 270 zu überwachen.
Bei 704 umfasst das Verfahren 700 ein Vergleichen eines HC/NOx-Verhältnisses mit einer Verhältnisschwelle, die verwendet wird, um eine hohe N₂O-Bildung anzuzeigen. Wenn dann das Verhältnis die Verhältnisschwelle überschreitet, weil zum Beispiel eine Kraftstoffeinspritzung oder ein Kohlenwasserstoffgehalt des Abgases hoch ist, umfasst das Verfahren 700 bei 710 ein Überwachen der Temperatur des Katalysators, z. B. des DOCs 272, um zu bestimmen, ob der Katalysator in einem N₂O-Bildungsfenster ist, das anzeigt, ob N₂O darin erzeugt werden kann. Das Steuersystem 180 kann so programmiert sein, dass es, wenn andernfalls das HC/NOx-Verhältnis unter die Verhältnisschwelle fällt, bei 706 bestimmt, dass N₂O-Bildung innerhalb des Abgassystems in den vorbestimmten Bereich fällt, und daher mit den Fahrzeugbetriebsvorgängen ohne Vornehmen wesentlicher Modifikationen fortfährt.
Zurück zu 710 können die Bedingungen im DOC 272 für die N₂O-Erzeugung günstig sein, wenn die Katalysatortemperatur unter eine Temperarturschwelle fällt, während das HC/NOx-Verhältnis über der Verhältnisschwelle ist. Als eine erste Maßnahme kann das Verfahren 700 ein Aufheizen des DOCs 272 umfassen, um die Katalysatortemperatur auf über einen mit der N₂O-Bildung assoziierten Temperaturbereich zu erhöhen. Entsprechend geht das Verfahren zu 712 weiter und führt der DOC-Heizung 302 Strom zu, um die Temperatur des Katalysators aus dem N₂O-Bildungsfenster heraus zu erhöhen. Bei 714 kann das Steuersystem 180 dann die Menge von Wärme, die der elektrischen Heizung zugeführt wird, basierend auf dem festgestellten HC/NOx-Verhältnis regeln, das die Menge des innerhalb des DOCs 272 erzeugten N₂O anzeigt.
Wenn andernfalls die Katalysatortemperatur die Temperaturschwelle überschreitet, während das HC/NOx-Verhältnis hoch ist, kann noch immer N₂O innerhalb des Abgassystems erzeugt werden, selbst wenn der Katalysator über einem mit der N₂O-Erzeugung assoziierten Temperaturbereich ist. Entsprechend können andere betriebliche Anpassungen vorgenommen werden, wie in Bezug auf 6 beschrieben. 7 veranschaulicht das Verfahren für ein Hybridfahrzeug durch Anpassen der Hybrid-Kraftmaschinenleistung, um N₂O-Bildung innerhalb des Abgassystems zu verhindern. Bei 720 umfasst das Verfahren 700 zum Beispiel ein Verhindern, dass Strom zum DOC 272 zugeführt wird, da die Katalysatortemperatur bereits die Temperaturschwelle überschreitet und daher außerhalb des N₂O-Bildungsfensters ist. Obwohl das Verfahren 700 verhindert, dass dem DOC 272 Strom zugeführt wird, kann die dem DOC 272 zugeführte Menge Strom in anderen Ausführungsformen stattdessen zum Beispiel so geregelt werden, dass eine Katalysatortemperatur basierend auf Kraftmaschinen-Betriebszuständen aufrechterhalten wird. Bei Schritt 722 umfasst das Verfahren 700 dann ein Verringern von Leistung von der Kraftmaschine 110 und Erhöhen der Leistung für den Motor 120 auf die bereits beschriebene Art und Weise. Bei 724 umfasst das Verfahren 700 ein Anpassen der Hybrid-Kraftmaschinenleistung basierend auf der festgestellten HC/NOx-Konzentration. Obwohl das Verfahren 700 ein Vornehmen von Anpassungen basierend auf einer HC/NOx-Konzentration umfasst, kann das Verfahren in anderen Ausführungsformen alternativ oder zusätzlich Anpassungen zum Reduzieren einer N₂O-Konzentration in Reaktion auf eine NO₂/NOx-Konzentration stattdessen vornehmen.
Die beschriebenen Verfahren sind ferner basierend auf einem Ableiten einer Gesamtmenge von innerhalb des Abgassystems erzeugten N₂O-Emissionen anwendbar. Daher können die Verfahren eine oder mehrere Anpassungen zum Beispiel basierend auf einem Schätzen der Menge von N₂O, das am Auspuffauslass an die Atmosphäre abgegeben wird, zusätzlich zum Ableiten der N₂O-Bildung an einem oder mehreren Katalysatoren vornehmen.
Entsprechend stellt 8 ein beispielhaftes Flussdiagramm eines Verfahrens 800 zum Reduzieren von N₂O-Emissionen durch Vornehmen einer oder mehrerer Anpassungen in Reaktion auf N₂O-Emissionen über einer vorausgewählten Menge dar. Aus diesem Grund umfasst das Verfahren 800 bei 802 ein Schätzen und/oder Ableiten einer N₂O-Gesamtkonzentration, die am Auspuffauslass vorhanden ist. Alternativ kann in einigen Ausführungsformen stattdessen die N₂O-Menge aus dem SCR 274 oder an einer Stelle stromabwärts des SCRs 274 verwendet werden.
Bei 810 umfasst das Verfahren 800 ein Vergleichen der abgeleiteten Menge von N₂O, das aus dem Abgassystem ausgestoßen wird, mit einer Schwelle. Wenn die N₂O-Emissionen die Schwelle überschreiten, dann geht das Verfahren 800 zu 812 weiter und erkennt, dass die N₂O-Emissionen außerhalb des vorbestimmten Bereichs sind. In Reaktion auf die hohen N₂O-Emissionen können ein oder mehrere Kraftmaschinen-Betriebsvorgänge angepasst werden, um die N₂O-Emissionen auf unter die Schwelle herabzusetzen und dadurch die Menge von innerhalb des Abgassystems erzeugtem N₂O zu reduzieren. Wenn andernfalls die N₂O-Emissionen unter die Schwelle fallen, geht das Verfahren 800 zu 814 über und erkennt, dass die N₂O-Emissionen in den vorbestimmten Bereich fallen. Wenn N₂O-Fahrzeugemissionen innerhalb des vorbestimmten Bereichs sind, können Fahrzeugbetriebsvorgänge basierend auf eine Last der Kraftmaschine fortfahren.
Unter kurzer Hinwendung zu 9, die eine grafische Darstellung des vorgebestimmten Bereichs in Bezug auf die vorgeschriebene Obergrenze zeigt, wird der vorbestimmte Bereich ausführlicher beschrieben. Wie dargestellt, kann die Schwelle, die das obere Ende eines vorbestimmten Bereichs 902 anzeigt, so festgelegt sein, dass sie eine hohe Konzentration von N₂O-Emissionen anzeigt, die unter der von der U.S. E.P.A. vorgeschriebenen Obergrenze bleiben. Konkret hat der jüngste Erlass von Verordnungen durch die U.S. E.P.A. eine Obergrenze für N₂O-Emissionen basierend auf dem Fahrzeugchassis festgelegt. Zum Beispiel hat ein chassiszertifiziertes Leichtfahrzeug eine Obergrenze bei 10 mg/mi, während ein mittelschweres Fahrzeug eine Obergrenze bei 50 mg/mi aufweist. Für Emissionen über der Obergrenze schreibt die U.S. E.P.A. eine Strafe vor, die gemeldet werden muss. Entsprechend können gemäß der vorliegenden Offenbarung, wenn N₂O-Emissionen außerhalb des vorbestimmten Bereichs 902 fallen, weil zum Beispiel eine hohe N₂O-Bildung innerhalb des Fahrzeugs vorhanden ist, intrusive Maßnahmen ergriffen werden, um die N₂O-Emissionen zu reduzieren, bevor die N₂O-Emissionen die vorgeschriebene Obergrenze überschreiten. Als ein Beispiel kann insbesondere als eine erste Maßnahme ein Katalysator aufgeheizt werden, um die Katalysatortemperatur auf über einen mit der N₂O-Erzeugung assoziierten Temperaturbereich zu erhöhen. Dann können drastischere Maßnahmen ergriffen oder Kraftmaschinenmodifikationen vorgenommen werden, um die Menge von erzeugtem N₂O aggressiver zu reduzieren, wenn die N₂O-Erzeugung die vorgeschriebene Obergrenze überschreitet.
Zurück zu 8 umfasst das Verfahren 800 bei 820 ein Vergleichen der abgeleiteten N₂O-Gesamtemissionen mit der vorgeschriebenen Obergrenze. Wenn die abgeleitete N₂O-Gesamtkonzentration über der vorgeschriebenen Obergrenze ist, umfasst das Verfahren 800 bei 822 ein Modifizieren von Kraftmaschinen-Betriebsvorgängen, um die N₂O-Bildung zu reduzieren. In 8 umfassen die Kraftmaschinenmodifikation ein Anpassen der Leistung der Hybridkraftmaschine, obwohl auch andere betriebliche Modifikationen möglich sind (z. B. Anpassen einer Kraftstoffeinspritzung, Erhöhen einer EGR und/oder Umstellen der Kraftstoffzufuhr auf einen zweiten Kraftstoff mit weniger Kohlenstoffgehalt). In Reaktion auf N₂O-Emissionen, welche die vorgeschriebene Obergrenze überschreiten, kann bei 824 die Leistungsabgabe der Kraftmaschine verringert werden, während der elektrische Motor so gesteuert wird, dass er im Wesentlichen die verringerte Leistung von der Kraftmaschine bereitstellt. Bei 826 umfasst das Verfahren 800 dann ein Anpassen der Hybrid-Kraftmaschinenleistung basierend auf den festgestellten N₂O-Emissionen, bis die Emissionen auf unter die vorgeschriebene Obergrenze gebracht werden. Obwohl nicht explizit dargestellt, kann das Verfahren außerdem oder alternativ ein gleichzeitiges Aufheizen eines oder mehrerer Katalysatoren umfassen, um beim Reduzieren von N₂O-Emissionen zu helfen.
Wenn die N₂O-Emissionen bei 820 die vorgeschriebene Schwelle nicht überschreiten und daher unter die vorgeschriebene Obergrenze fallen, während sie außerdem außerhalb des vorbestimmten Bereichs fallen, kann die N₂O-Erzeugung stattdessen in den Katalysatorheizbereich 904 fallen, der in 9 angezeigt ist. Daher können die N₂O-Emissionen unter die vorgeschriebene Obergrenze fallen, während sie dennoch außerhalb des vorbestimmten Bereichs 902 sind, und das Verfahren 800 kann durch Aufheizen eines oder mehrerer Katalysatoren unter Verwendung einer externen Quelle zum Reduzieren der N₂O-Bildung zu 830 übergehen, um den erhöhten Konzentrationen von N₂O entgegenzuwirken. Zum Beispiel kann das Steuersystem 180 bei 830 den dem DOC 272 zugeführten Strom basierend auf der abgeleiteten Gesamtkonzentration von N₂O erhöhen. Bei 832 kann das Verfahren 800 dann ferner ein Regeln der Menge des zugeführten Stroms und daher ein Regeln der Aufheizrate basierend auf der N₂O-Bildung innerhalb des Abgassystems umfassen. Entsprechend stellt 9 ferner eine beispielhafte Katalysatorheizskala 920 dar, um grafisch zu veranschaulichen, wie viel Wärme basierend auf der abgeleiteten Konzentration von N₂O-Emissionen gegenüber der vorgeschriebenen Obergrenze hinzugefügt wird. Das heißt, wenn die N₂O-Emissionen um eine im Wesentlichen kleine Menge außerhalb des vorgeschriebenen Bereichs fallen, wie bei 922 dargestellt, kann das elektrische Aufheizen in Abhängigkeit von der von einem Fahrzeugbetreiber angeforderten Leistungsnutzung langsamer erfolgen. Wenn sich andernfalls die N₂O-Emissionen der Konzentration der vorgeschriebenen Obergrenze nähern und daher um eine im Wesentlichen große Menge außerhalb des vorbestimmten Bereichs fallen, wie bei 924 dargestellt, kann das elektrische Aufheizen durch Erhöhen der Menge des der elektrischen Heizung zugeführten Stroms schneller erfolgen. Mit anderen Worten kann die elektrische Heizmenge basierend auf der abgeleiteten Konzentration von N₂O-Emissionen gegenüber dem vorbestimmten Betriebsbereich und der vorgeschriebenen Obergrenze gesteuert werden.
In Bezug auf die CO₂-Strafe für Emissionen, die über der vorgeschriebenen Obergrenze auftreten, stellt 10 ein beispielhaftes Flussdiagramm eines Verfahrens 1000 zum Überwachen und/oder Reduzieren einer CO₂-Strafe während Fahrzeugbetriebsvorgängen dar. Bei 1002 umfasst das Verfahren 1000 ein Schätzen und/oder Ableiten der Gesamtemissionen an einem Auspuffauslass. Im Gegensatz zu den zuvor beschriebenen Fahrzeugemissionen, die mit der Erzeugung von N₂O innerhalb des Abgassystems in Beziehung stehen, kann basierend auf zusätzlichen Abgaskomponenten, die im Abgassystem vorhanden sind, ein CO₂-Fußabdruck geschätzt und/oder berechnet werden. Zum Beispiel können Treibhausgase wie HC, CO, NOx, CO₂ usw. zum Berechnen eines CO₂-Fußabdrucks verwendet werden, um zu bestimmen, ob eine Strafe zu melden ist. Entsprechend umfasst das Verfahren 1000 bei 1004 ein Berechnen eines CO₂-Fußabdrucks zum Beispiel durch Berücksichtigen des Beitrags jeder innerhalb des Abgases festgestellten Komponente zur Gesamtumweltbelastung. Wie bereits erwähnt, ist N₂O bedenklich, da übermäßige Mengen von N₂O ein Treibhauspotenzial aufweisen, das auf Massebasis ungefähr das 298-fache von CO₂ ist. Aus diesem Grund wird übermäßiges N₂O durch Addieren eines Vielfachen des übermäßigen N₂O zum geschätzten CO₂, das aus dem Abgassystem ausgestoßen wird, in eine Kohlenstoffdioxid-Äquivalenz umgewandelt. Zum Beispiel wird die Menge von übermäßigem N₂O mit einem Faktor von 300 multipliziert, um seine Auswirkung auf Kohlenstoffdioxidemissionen basierend auf dem Treibhauspotenzial von N₂O zu schätzen.
Bei 1010 umfasst das Verfahren 1000 daher ein Ableiten der Menge von N₂O, das aus dem Auspuff ausgestoßen wird, um zu bestimmen, ob es die vorgeschriebene Obergrenze überschreitet. Wenn das innerhalb des Abgassystems erzeugte N₂O die vorgeschriebene Obergrenze überschreitet, dann kann die N₂O-Strafe infolge des übermäßigen N₂O bei 1012 basierend auf der Differenz zwischen der abgeleiteten N₂O-Konzentration und der vorgeschriebenen Obergrenze berechnet werden. Die Differenz kann bei 1014 in eine CO₂-Äquivalenz umgewandelt werden, wobei die CO₂-Äquivalenz durch Multiplizieren der N₂O-Strafe mit dem Multiplikationsfaktor, der für N₂O 300 ist, berechnet wird. Bei 1016 umfasst das Verfahren 1000 gegebenenfalls ein Neuberechnen des CO₂-Fußabdrucks, der die N₂O-Strafe umfasst, und Vergleichen des neuberechneten Fußabdrucks mit dem vorher berechneten Fußabdruck, um zu bestimmen, ob eine potenzielle CO₂-Strafe aus N₂O-Emissionen hart genug sein kann, um das Ergreifen von intrusiven Maßnahmen zum Reduzieren der Menge von erzeugtem N₂O zu gewährleisten. Das Verfahren 1000 umfasst dann ferner ein Reduzieren der N₂O-Emissionen zum Beispiel durch Vornehmen einer oder mehrerer betrieblicher Anpassungen, wie zuvor in Bezug auf 4 bis 9 beschrieben. Wenn N₂O-Emissionen zu reduzieren sind, kann das Steuersystem 180 bei 1022 eine erzeugte N₂O-Menge durch Vornehmen der einen oder der mehreren betrieblichen Anpassungen (z. B. Aufheizen eines Katalysators) und Berechnen des CO₂-Fußabdrucks zum Bestimmen reduzieren, ob eine Reduktion des CO₂-Fußabdrucks und der N₂O-Emissionen in Reaktion auf die intrusive Maßnahme stattgefunden hat. Wenn bei 1020 keine intrusiven Interaktionen ergriffen werden, um die N₂O-Emissionen zu reduzieren, geht das Verfahren 1000 zu 1032 über und berechnet die CO₂-Gesamtstrafe basierend auf der N₂O-Strafe und anderer im Abgassystem vorhandener Abgaskonzentrationen. Bei 1034 umfasst das Verfahren 1000 ferner ein Melden der CO₂-Gesamtstrafe an eine Aufsichtsbehörde, wie von der U.S. E.P.A. vorgeschrieben.
Zurück zu 1010 kann das Verfahren 1000, wenn die Konzentration von N₂O unter die vorgeschriebene Obergrenze fällt, zu 1030 übergehen, um zu bestimmen, ob der CO₂-Fußabdruck über der vorgeschriebenen CO₂-Obergrenze ist. Wenn der CO₂-Fußabdruck die CO₂-Obergrenze überschreitet, geht das Verfahren 1000 bei 1032 direkt zum Berechnen einer CO₂-Strafe über. Es versteht sich von selbst, dass, obwohl der Kürze halber eine einfache Form von Verfahren 1000 in 10 dargestellt ist, eine oder mehrere betriebliche Anpassungen auch vorgenommen werden können, um die Menge von Emissionen von anderen im Abgassystem vorhanden gasförmigen Chemikalien als N₂O zu reduzieren, um den CO₂-Fußabdruck unter die vorgeschriebene Obergrenze herabzusetzen. Entsprechend kann die Hybridmotorleistung ebenfalls auf die zuvor beschriebene Art und Weise angepasst werden, um eine oder mehrere Emissionen aus dem Fahrzeugabgassystem neben N₂O zu reduzieren. Auf diese Weise umfasst das Verfahren ferner intrusive Maßnahmen zum Reduzieren einer oder mehrerer Emissionen, die aus dem Fahrzeug ausgestoßen werden. Wenn eine CO₂-Strafe akzeptiert wird, da der CO₂-Fußabdruck eine CO₂-Obergrenze überschreitet, kann das Verfahren bei 1034 ferner ein Melden der CO₂-Strafe an eine oder mehrere Aufsichtsbehörden umfassen, wie von der U.S. E.P.A. vorgeschrieben. Wenn andernfalls der CO₂-Fußabdruck bei 1030 unter die CO₂-Obergrenze fällt, während die N₂O-Konzentration ebenfalls unter die vorgeschriebene Obergrenze fällt, kann der Fahrzeugbetrieb fortfahren, während das Abgassystem durch eines oder mehrere der beschriebenen Verfahren überwacht wird.
Auf diese Weise kann ein Oxidationskatalysator unter Verwendung einer externen Quelle, wie beispielsweise einer elektrischen Heizung, aufgeheizt werden, um die Menge von N₂O, das im Abgassystem erzeugt wird, zu reduzieren. Genauer gesagt, kann die Menge von Wärme, die dem DOC zugeführt wird, erhöht werden, um die Katalysatortemperatur auf über einen mit der N₂O-Erzeugung assoziierten Temperaturbereich zu erhöhen. Außerdem können andere Kraftmaschinenanpassungen in Kombination mit dem Aufheizen des Katalysators unter Verwendung der externen Quelle oder anstelle des elektrischen Aufheizens zum weiteren Reduzieren der Menge des innerhalb des Abgassystems erzeugten N₂O vorgenommen werden.
Es sei darauf hingewiesen, dass die hier enthaltenen beispielhaften Steuerungs- und Schätzungsroutinen mit verschiedenen Kraftmaschinen- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Die hier offenbarten Steuerverfahren und -routinen können als ausführbare Anweisungen in nichtflüchtigem Speicher gespeichert werden. Die hierin beschriebenen spezifischen Routinen können eine oder mehrere von einer beliebigen Anzahl von Verarbeitungsstrategien, wie beispielsweise ereignisgesteuert, interruptgesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen, darstellen. Somit können verschiedene veranschaulichte Handlungen, Operationen 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 erzielen, sondern lediglich zur Vereinfachung der Darstellung und Beschreibung vorgesehen. Eine oder mehrere der veranschaulichten Handlungen, Operationen und/oder Funktionen können je nach der bestimmten Strategie, die verwendet wird, wiederholt ausgeführt werden. Ferner können die beschriebenen Handlungen, Operationen und/oder Funktionen Code grafisch darstellen, der in den nichtflüchtigen 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. Die obige Technologie kann zum Beispiel auf V-6-, I-4-, I-6-, V-12-, Boxer-4- und andere Motortypen angewendet werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung umfasst alle neuartigen und nicht offensichtlichen Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen und andere Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften, die hier offenbart werden.
Die folgenden Ansprüche weisen speziell auf bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen hin, die als neuartig und nicht offensichtlich betrachtet werden.
Diese Ansprüche können sich auf „ein“ Element oder „ein erstes“ Element oder die Entsprechung davon beziehen. Derartige Ansprüche sollten so verstanden werden, dass sie den Einschluss eines oder mehrerer derartiger Elemente umfassen, wobei sie zwei oder mehr derartige Elemente weder erfordern noch ausschließen. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften werden möglicherweise durch Änderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Vorlage neuer Ansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht. Derartige Ansprüche werden ebenfalls als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthalten betrachtet, einerlei ob sie einen weiteren, engeren, gleichen oder anderen Schutzumfang aufweisen.

Claims

Verfahren zum Kontrollieren von Kraftmaschinenemissionen, umfassend: Leiten von Abgasen von der Kraftmaschine durch einen Oxidationskatalysator, der einen Washcoat mit Palladium oder Platin oder beidem umfasst; Ableiten von N₂O-Bildung vom Katalysator von einem oder mehreren der Faktoren Katalysatortemperatur, HC-zu-NOx-Verhältnis oder NO₂-zu-NOx-Verhältnis in den Kraftmaschinenabgasen; und Reduzieren der N₂O-Bildung, wenn der Katalysator innerhalb eines mit der N₂O-Bildung assoziierten Temperaturbereichs arbeitet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Reduzieren der N₂O-Bildung ein Aufheizen des Katalysators von einer externen Quelle zum Reduzieren der N₂O-Bildung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Aufheizen des Katalysators ein elektrisches Aufheizen des Katalysators und Beenden des Aufheizens umfasst, wenn die Katalysatortemperatur auf über einen mit der N₂O-Erzeugung assoziierten Temperaturbereich ansteigt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Oxidationskatalysator ferner ein Cordieritsubstrat, ein Metallsubstrat oder ein Zeolithsubstrat umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Kraftmaschine eine Dieselkraftmaschine umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Reduzieren der N₂O-Bildung ein Erhöhen eines effektiven Kompressionsverhältnisses der Kraftmaschine umfasst, um die HC-Bildung durch die Kraftmaschine zu reduzieren, wenn die abgeleitete N₂O-Bildung einen vorbestimmten Wert überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Erhöhung des Kraftmaschinenkompressionsverhältnisses mindestens eines von Folgendem umfasst: Ändern der Einlassventilzeiteinstellung der Kraftmaschine, Erhöhen des Drucks der Luft, die in die Kraftmaschine getrieben wird, oder Verringern des Volumens der Brennkammern der Kraftmaschine.
Verfahren zum Kontrollieren von Emissionen für eine Dieselkraftmaschine, umfassend: Leiten von Abgasen von der Kraftmaschine durch einen Oxidationskatalysator, der einen Washcoat mit Palladium oder Platin oder beidem umfasst; Leiten von Abgasen vom Oxidationskatalysator in einen Katalysator für selektive Reduktion; Zugeben von Ammoniak in den Katalysator für selektive Reduktion unter vorbestimmten Bedingungen, um NOx zu reduzieren; Ableiten von N₂O-Bildung vom Oxidationskatalysator von einer Temperatur des Katalysators, HC und NOx und NO₂ in den Kraftmaschinenabgasen; Ableiten von N₂O aus dem Katalysator für selektive Reduktion von einer Temperatur des Katalysators für selektive Reduktion, der abgeleiteten N₂O-Bildung vom Oxidationskatalysator und dem Ammoniak; und Aufheizen des Oxidationskatalysators von einer externen Quelle, um das N₂O aus dem Katalysator für selektive Reduktion zu reduzieren, wenn die Oxidationskatalysatortemperatur unter einem vorbestimmten Bereich ist und das N₂O aus dem Katalysator für selektive Reduktion eine vorausgewählte Menge überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das abgeleitete N₂O vom Oxidationskatalysator von einer Temperatur des Oxidationskatalysators und dem Verhältnis von HC zu NOx und dem Verhältnis von NO₂ zu NOx in den Abgasen abgeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die externe Wärmequelle eine elektrische Heizung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die externe Wärmequelle eine Wärmepumpe umfasst.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei Kraftmaschinenverbrennung modifiziert wird, wenn die abgeleitete N₂O-Bildung einen vorbestimmten Wert überschreitet, um die Bildung von NOx zu reduzieren.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Kraftmaschinenmodifikation ein Erhöhen der Rückführung der Abgase in die Brennkammern der Kraftmaschine zum Senken von Verbrennungstemperaturen und Reduzieren von NOx-Bildung umfasst.
Verfahren zum Kontrollieren von Emissionen für eine Dieselkraftmaschine in einem Hybridfahrzeug, das entweder durch die Dieselkraftmaschine oder einen Elektromotor angetrieben wird, umfassend: Leiten von Abgasen von der Kraftmaschine durch einen Oxidationskatalysator, der einen Washcoat mit Palladium oder Platin oder beidem umfasst; Leiten von Abgasen vom Oxidationskatalysator in einen Katalysator für selektive Reduktion; Zugeben von Ammoniak in den Katalysator für selektive Reduktion unter vorbestimmten Bedingungen, um NOx zu reduzieren; Ableiten von N₂O-Bildung vom Oxidationskatalysator von einer Temperatur des Katalysators, einem Verhältnis von HC zu NOx und NO₂ in den Kraftmaschinenabgasen; Ableiten von N₂O aus dem Katalysator für selektive Reduktion von einer Temperatur des Katalysators für selektive Reduktion, der abgeleiteten N₂O-Bildung vom Oxidationskatalysator, NOx von der Dieselkraftmaschine und dem Ammoniak; Aufheizen des Oxidationskatalysators mit einer elektrischen Heizung, um die N₂O-Bildung vom Oxidationskatalysator zu reduzieren, wenn die Oxidationskatalysatortemperatur unter einem vorbestimmten Bereich ist und das abgeleitete N₂O aus dem Katalysator für selektive Reduktion eine vorausgewählte Menge überschreitet; und Unterbrechen des elektrischen Aufheizens, wenn die Oxidationskatalysatortemperatur den vorbestimmten Bereich überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei eine Leistungsabgabe der Dieselkraftmaschine reduziert wird, wenn das abgeleitete N₂O aus dem Katalysator für selektive Reduktion über einem vorbestimmten Wert ist.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei der Elektromotor so gesteuert wird, dass er im Wesentlichen die verringerte Leistung von der Dieselkraftmaschine bereitstellt.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei ein Teil des Dieselkraftstoffs, welcher der Kraftmaschine zugeführt wird, verringert wird, wenn das abgeleitete N₂O aus dem Katalysator für selektive Reduktion über einem vorbestimmten Wert ist, und ein zweiter Kraftstoff mit weniger Kohlenstoffgehalt als Dieselkraftstoff der Dieselkraftmaschine zugegeben wird, um Leistungsverlust auszugleichen, der sonst durch die Verringerung des Dieselkraftstoffs von der Dieselkraftmaschine auftreten würde.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Verbrennung in der Dieselkraftmaschine modifiziert wird, wenn das abgeleitete N₂O aus dem Katalysator für selektive Reduktion einen vorbestimmten Wert überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Verbrennungsmodifikation ein Erhöhen der Rückführung der Abgase in die Brennkammern der Dieselkraftmaschine zum Senken von Verbrennungstemperaturen und Reduzieren von NOx-Bildung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 14, ferner umfassend ein Schätzen von CO₂, das von der Dieselkraftmaschine erzeugt wird, und Addieren eines Vielfachen des abgeleiteten N₂O des Katalysators für selektive Reduktion zur CO₂-Schätzung.