DE102015115104A1 - VERFAHREN ZUM STEUERN VON NOx DURCH EINEN PNA - Google Patents

VERFAHREN ZUM STEUERN VON NOx DURCH EINEN PNA Download PDF

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Abstract

Es werden Verfahren und Systeme zum Verringern von Verbrennungsmotorkaltstartemissionen bereitgestellt. Ein Abgassystem mit einem passiven NOx-Adsorber (PNA) kann NOx während eines Verbrennungsmotorkaltstarts speichern, bis Bedingungen für die Abgabe des gespeicherten NOx an einen nachgeschalteten SCR-Katalysator optimal sind. Auf der Grundlage von PNA-Bedingungen, einschließlich der NOx-Anlagerung und der Temperatur des PNA-Betts, können Einstellungen der EGR-Rate und/oder der Einspritzzeit vorgenommen werden, um ein katalytisch vorteilhaftes Verhältnis zwischen NOx-Spezies vor dem SCR-Katalysator zu erreichen, nachdem der SCR-Katalysator seine Anspringtemperatur erreicht hat.

Description

  • Gebiet
  • Die Erfindung betrifft allgemein ein Verfahren für eine Strategie zum Steuern von Verbrennungsmotor-NOx-Emissionen und insbesondere ein Verfahren zum Überwachen und Steuern von NOx-Emissionen während Kaltstarts an Dieselfahrzeugen.
  • Hintergrund und Kurzfassung
  • Stickoxide wie NO und NO2, die zusammenfassend als NOx bezeichnet werden, sind übliche Emissionsbestandteile im Abgas von Dieselverbrennungsmotoren. Die Niveaus dieser Verunreinigungen werden gesteuert, um Emissionsstandards zu erfüllen, indem sie an einem selektiven katalytischen Reaktionskatalysator (SCR-Katalysator), der eingespritzte Urea oder Ammoniak als Reduktionsmittel verwendet, zu Stickstoffgas reduziert werden. Infolge der längeren Zeit, die benötigt wird, um Abgasnachbehandlungsvorrichtungen aufzuheizen und ein katalytisches Anspringen zu erreichen, wie während Kaltstarts, einer leichten Beschleunigung und eines beschleunigungsfreien Fahrens mit geringer Geschwindigkeit und Last, können NOx-Emissionen von Verbrennungsmotorkaltstarts jedoch einen erheblichen Teil der Gesamt-NOx-Emissionen beitragen.
  • Es gibt mehrere Ansätze, um dieses Problem zu adressieren. Ein als Beispiel dienender Ansatz, der von Andersson in US 8 407 987 dargestellt ist, offenbart ein Steuerverfahren für ein Abgasnachbehandlungssystem eines Verbrennungsmotors, wobei der Strom der Komponenten des Abgases in einem Oxidationskatalysator oxidiert wird und dann in einem SCR-Katalysator reduziert wird. Der Abgasstrom durch den Oxidationskatalysator wird abhängig von einem gewünschten Verhältnis zwischen den Abgasbestandteilen gesteuert, welches auf der Temperatur des SCR-Katalysators beruht, bei der ausgewählte chemische Reaktionen maximiert sind.
  • Die Erfinder haben jedoch mögliche mit einem solchen Ansatz verbundene Probleme identifiziert. Beispielsweise sei bemerkt, dass, während das Verfahren von Andersson ein NOx-Verhältnis unter Verwendung eines oxidativen Katalysators einstellt, der oxidative Katalysator kein NOx speichert. Daher verlässt sich Andersson auf die Regelung des Abgasstroms vom oxidativen Material fort oder über dieses hinweg durch Ventile, um zu steuern, wie viel NOx zu einer gegebenen Zeit am oxidativen Katalysator verfügbar ist. Dabei kann diese Konfiguration während verhältnismäßig kühler Betriebstemperaturen unwirksam sein, um die Umwandlung von NOx optimal vorzunehmen. Dies ist darauf zurückzuführen, dass der Reduktionskatalysator seine Anspringtemperatur nicht erreichen kann, bevor das oxidierte Abgas in Kontakt mit dem Reduktionsmittel gelangt. Folglich kann das NOx durch den SCR-Katalysator schlüpfen, ohne chemisch in N2 und N2O umgewandelt zu werden.
  • Die vorliegenden Erfinder haben das vorstehende Problem erkannt und einen Ansatz identifiziert, um das Problem zumindest teilweise zu adressieren. Bei einem als Beispiel dienenden Ansatz ist ein Verfahren zum Steuern der NOx-Niveaus im Zuführgas eines Verbrennungsmotors mit einem passiven NOx-Adsorber (PNA) und einem SCR-Katalysator im Abgasdurchgang vorgesehen. Das Verfahren umfasst Folgendes: Einstellen einer Kraftstoffeinspritzzeit oder einer EGR-Rate auf der Grundlage der Speicherung von NOx an einem passiven NOx-Adsorber (PNA) und der Abgabe von NOx von diesem, um das NOx-Speziesverhältnis vor einem Abgas-SCR-Katalysator in einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung aufrechtzuerhalten. Auf diese Weise wird die Umwandlung von NOx in nicht verunreinigende Formen in der Art von N2 erleichtert, wodurch die Kraftstoffemissionen verringert werden.
  • Bei einem Beispiel kann ein Abgassystem einen PNA aufweisen, der in einem Abgasdurchgang vor einem SCR-Katalysator angeordnet ist. Während einer Verbrennungsmotorkaltstartbedingung wird vom Verbrennungsmotor emittiertes NOx in Form von NO am PNA gespeichert, bis der PNA eine vorgegebene Temperatur oberhalb der Anspringtemperatur des SCR-Katalysators erreicht hat. Genauer gesagt kann der PNA nach dem Adsorbieren von NO das NO oxidieren, so dass die Primärspezies NO2 ist, das als Nitrate gespeichert wird, und diese Nitrate bei einer Temperatur oberhalb der Anspringtemperatur des SCR-Katalysators zerlegen, um das NO2 an das Abgas abzugeben. Auf der Grundlage der vom Verbrennungsmotor emittierten NO-Menge und ferner auf der Grundlage davon, ob der PNA NOx speichert oder NO2 abgibt, kann das Verhältnis zwischen NOx-Spezies hinter dem PNA und vor dem SCR-Katalysator variieren. Insbesondere kann auf der Grundlage der Anlagerung von NOx an den PNA und der Abgabe von NOx von diesem ein Teil des NO vom Verbrennungsmotor durch den PNA hindurchtreten, ohne in NO2 umgewandelt zu werden. Wie hier mit Bezug auf 3 dargelegt wird, kann während Bedingungen, bei denen NO2 vom PNA abgegeben wird, die EGR-Rate verringert oder erhöht werden und/oder kann die Kraftstoffeinspritzzeit vorgezogen oder verzögert werden, um die Konzentration von NO hinter dem PNA und vor dem SCR-Katalysator zu erhöhen oder zu verringern. Folglich kann durch Einstellen der EGR-Rate und/oder der Kraftstoffeinspritzzeit ein ausgewähltes NOx-Speziesverhältnis vor dem SCR-Katalysator aufrechterhalten werden. Das ausgewählte Verhältnis kann einem spezifischen Verhältnis von NOx-Spezies (in der Art eines spezifischen Verhältnisses von NO zu NO2) entsprechen, welches eine maximale Umwandlung von NOx in N2 durch das Reduktionsmittel und den SCR-Katalysator ermöglicht. Die Einstellung der EGR-Rate und der Kraftstoffeinspritzzeit kann auf einer Schätzung des durch den PNA gespeicherten und abgegebenen NOx beruhen, welche auf der Grundlage von Betriebsbedingungen und Messungen des Abgases, die von NOx-Sensoren ausgegeben werden, welche vor und hinter dem PNA angeordnet sind, bestimmt wird. Gemäß einigen Ausführungsformen, wobei ein einziger NOx-Sensor hinter dem PNA (d. h. kein Vor-PNA-NOx-Sensor) vorhanden ist, wird die Vor-PNA-NOx-Konzentration anhand Verbrennungsmotorbedingungen, einschließlich Geschwindigkeit, Last, EGR-Einstellung, Kraftstoffeinspritzzeit usw., geschätzt.
  • Auf diese Weise wird durch Einstellen der EGR-Rate und der Kraftstoffeinspritzzeit ein vorgegebenes Verhältnis zwischen NO und NO2-Spezies vor dem Reduktionsmitteleinspritzer und dem SCR-Katalysator und hinter dem PNA erreicht. Dies ermöglicht es, die NOx-Umwandlung während Verbrennungsmotorkaltstarts zu verbessern. Durch Speichern von NO an einem PNA und anschließendes Abgeben von NO2 vom PNA bei einer vorgegebenen Temperatur oberhalb der Anspringtemperatur eines nachgeschalteten SCR-Katalysators wird eine gesteuerte Abgabe von NOx ermöglicht. Insbesondere wird NOx nur dann vom PNA abgegeben, wenn die optimalen Bedingungen erfüllt sind, um eine ineffiziente katalytische Umwandlung von NOx in N2 zu verringern. Demgemäß kann die Abgabe von NOx-Spezies in Fahrzeugemissionen erheblich verringert werden.
  • Die vorstehenden Vorteile und andere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Beschreibung werden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung für sich oder in Zusammenhang mit der anliegenden Zeichnung leicht verständlich werden.
  • Es sei bemerkt, dass die vorstehende Kurzfassung bereitgestellt ist, um in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten einzuführen, die in der detaillierten Beschreibung weiter beschrieben werden. Es ist nicht vorgesehen, dass sie Schlüssel- oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Erfindungsgegenstands identifiziert, dessen Schutzumfang ausschließlich durch die der detaillierten Beschreibung folgenden Ansprüche definiert ist. Ferner ist der beanspruchte Erfindungsgegenstand nicht auf Implementationen beschränkt, die irgendwelche der vorstehend oder in irgendeinem Teil dieser Offenbarung erwähnten Nachteile lösen.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnung
  • 1 zeigt ein schematisches Diagramm eines Verbrennungsmotors,
  • 2 zeigt ein Abgasnachbehandlungssystem mit einem PNA und einem SCR-Katalysator in einem Abgasdurchgang,
  • 3 zeigt ein Flussdiagramm für ein Verfahren einer hohen Ebene zum Steuern von NOx-Niveaus,
  • 4 zeigt ein Flussdiagramm für ein Verfahren einer hohen Ebene zum Diagnostizieren der NOx-Speicherwirksamkeit eines Abgas-PNA, und
  • 5 zeigt eine Graphik einer als Beispiel dienenden Einstellung von NOx-Niveaus während eines Kaltstarts gemäß der vorliegenden Offenbarung.
  • Detaillierte Beschreibung
  • Die folgende Beschreibung betrifft Verfahren und Systeme zum Steuern von NOx-Niveaus im Abgassystem eines Verbrennungsmotors, wie er in 1 dargestellt ist, durch die Verwendung eines passiven NOx-Adsorbers, der vor einem Abgas-SCR-Katalysator angeordnet ist, wie in 2 dargestellt ist. Eine Steuereinrichtung kann dafür ausgelegt sein, eine Steuerroutine in der Art der Routine aus 3 auszuführen, um entweder die EGR-Rate oder die Einspritzzeit während eines Kaltstarts auf der Grundlage zumindest einer Angabe einer NOx-Anlagerung und einer NOx-Abgabe durch den PNA einzustellen. Die Steuereinrichtung kann auch eine Routine in der Art der Routine aus 4 ausführen, um die Anlagerungskapazität des PNA zu beurteilen und dadurch den PNA-Betrieb zu diagnostizieren. Eine als Beispiel dienende Einstellung für die NOx-Steuerung ist in 5 dargestellt.
  • 1 zeigt ein schematisches Diagramm mit einem Zylinder eines Mehrzylinder-Verbrennungsmotors 10, der in ein Antriebssystem eines Fahrzeugs aufgenommen sein kann. Der Verbrennungsmotor 10 kann zumindest teilweise durch ein eine Steuereinrichtung 12 aufweisendes Steuersystem und durch eine Eingabe von einem Fahrzeugbediener 132 über eine Eingabevorrichtung 130 gesteuert werden. Bei diesem Beispiel weist die Eingabevorrichtung 130 ein Gaspedal und einen Pedalpositionssensor 134 zum Erzeugen eines proportionalen Pedalpositionssignals PP auf. Eine Verbrennungskammer (d. h. ein Zylinder) 30 des Verbrennungsmotors 10 kann Verbrennungskammerwände 32 mit einem darin angeordneten Kolben 36 aufweisen. Der Kolben 36 kann mit einer Kurbelwelle 40 gekoppelt sein, so dass die Hin- und Herbewegung des Kolbens in eine Drehbewegung der Kurbelwelle umgesetzt wird. Die Kurbelwelle 40 kann über ein Zwischengetriebesystem mit wenigstens einem Antriebsrad eines Fahrzeugs gekoppelt sein. Ferner kann ein Anlasser über ein nicht dargestelltes Schwungrad mit der Kurbelwelle 40 gekoppelt sein, um einen Anlassvorgang des Verbrennungsmotors 10 zu ermöglichen.
  • Die Verbrennungskammer 30 kann Ansaugluft von einem Ansaugkrümmer 44 über einen Ansaugdurchgang 42 empfangen und Verbrennungsgase über einen Abgasdurchgang 48 ausstoßen. Der Ansaugkrümmer 44 und der Abgasdurchgang 48 können über das Einlassventil 52 bzw. das Auslassventil 54 selektiv mit der Verbrennungskammer 30 kommunizieren. Gemäß einigen Ausführungsformen kann die Verbrennungskammer 30 zwei oder mehr Ansaugventile und/oder zwei oder mehr Auslassventile aufweisen.
  • Beim in 1 dargestellten Beispiel können das Ansaugventil 52 und das Auslassventil 54 durch Nockenbetätigung über jeweilige Nockenbetätigungssysteme 51 und 53 gesteuert werden. Die Nockenbetätigungssysteme 51 und 53 können jeweils einen oder mehrere Nocken aufweisen und eines oder mehrere von einem Nockenprofilschalt-(CPS)-System, einem System mit veränderlicher Nockenzeitsteuerung (VCT), einem System mit veränderlicher Ventilzeitsteuerung (VVT) und/oder einem System mit einem veränderlichen Ventilhub (VVL) verwenden, welche durch die Steuereinrichtung 12 betätigt werden können, um den Ventilbetrieb zu ändern. Die Position des Ansaugventils 52 und des Auslassventils 54 können durch Positionssensoren 55 bzw. 57 bestimmt werden. Gemäß alternativen Ausführungsformen können das Ansaugventil 52 und/oder das Auslassventil 54 durch elektrische Ventilbetätigung gesteuert werden. Beispielsweise kann der Zylinder 30 alternativ ein durch elektrische Ventilbetätigung gesteuertes Einlassventil und ein durch Nockenbetätigung, einschließlich CPS- und/oder VCT-Systemen, gesteuertes Auslassventil aufweisen.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen kann jeder Zylinder des Verbrennungsmotors 10 mit einem oder mehreren Kraftstoffeinspritzern versehen sein, um ihm Kraftstoff bereitzustellen. Als ein nicht einschränkendes Beispiel ist gezeigt, dass der Zylinder 30 einen Kraftstoffeinspritzer 66 aufweist. Der Kraftstoffeinspritzer 66 ist wie dargestellt direkt mit dem Zylinder 30 gekoppelt, um darin Kraftstoff direkt einzuspritzen. Ferner kann der Kraftstoffeinspritzer 66 auf Signale von der Steuereinrichtung 12 ansprechen, um die Kraftstoffeinspritzzeit zu verzögern oder vorzuziehen. Es sei auch bemerkt, dass der Zylinder 30 während eines Verbrennungszyklus Kraftstoff von mehreren Einspritzungen empfangen kann.
  • Bei einem Beispiel kann der Verbrennungsmotor 10 ein Dieselverbrennungsmotor sein, der Luft und Dieselkraftstoff durch Kompressionszündung verbrennt. Gemäß anderen nicht einschränkenden Ausführungsformen kann der Verbrennungsmotor 10 einen anderen Kraftstoff, einschließlich Benzin, Biodiesel oder einer Alkohol enthaltenden Kraftstoffmischung (beispielsweise Benzin und Ethanol oder Benzin und Methanol) durch Kompressionszündung und/oder Funkenzündung verbrennen.
  • Der Ansaugdurchgang 42 kann eine Drossel 62 mit einer Drosselplatte 64 aufweisen. Bei diesem speziellen Beispiel kann die Position der Drosselplatte 64 durch die Steuereinrichtung 12 über ein Signal geändert werden, das einem Elektromotor oder einem Betätigungselement bereitgestellt wird, der oder das in die Drossel 62 aufgenommen ist, wobei es sich um eine Konfiguration handelt, die üblicherweise als elektronische Drosselsteuerung (ETC) bezeichnet wird. Auf diese Weise kann die Drossel 62 betätigt werden, um die der Verbrennungskammer 30 bereitgestellte Ansaugluft unter anderen Verbrennungsmotorzylindern zu ändern. Die Position der Drosselplatte 64 kann der Steuereinrichtung 12 durch ein Drosselpositionssignal TP bereitgestellt werden. Der Ansaugdurchgang 42 kann einen Luftmassenstromsensor 120 und einen Krümmerluftdrucksensor 122 zum Bereitstellen jeweiliger Signale MAF und MAP zur Steuereinrichtung 12 aufweisen.
  • Ferner kann gemäß den offenbarten Ausführungsformen ein Abgasrückführungs-(EGR)-System einen gewünschten Teil des Abgases vom Abgasdurchgang 48 über einen EGR-Durchgang 140 zum Ansaugkrümmer 44 leiten. Die bereitgestellte EGR-Menge kann auf der Grundlage von Verbrennungsmotorbetriebsbedingungen durch die Steuereinrichtung 12 über ein EGR-Ventil 142 geändert werden.
  • Das EGR-System kann einen innerhalb des EGR-Durchgangs 140 angeordneten EGR-Sensor 144 aufweisen. Der EGR-Sensor kann dafür ausgelegt sein, eine Angabe eines oder mehrerer vom Druck, von der Temperatur und vom Luft-Kraftstoff-Verhältnis des rückgeführten Abgases bereitzustellen. Unter einigen Bedingungen kann das EGR-System die EGR-Rate ändern, um die Temperatur der Luft-Kraftstoff-Mischung innerhalb der Verbrennungskammer zu regeln, wodurch ein Verfahren zum Steuern der Zündzeit während einiger Verbrennungsmodi bereitgestellt wird. Ferner kann während einiger Bedingungen ein Teil der Verbrennungsgase in der Verbrennungskammer zurückgehalten oder eingeschlossen werden, indem der Zeitablauf des Auslassventils gesteuert wird, beispielsweise durch Steuern eines veränderlichen Ventilzeitablaufmechanismus.
  • Bei einem weiteren Beispiel kann die EGR-Rate eingestellt werden, um die NOx-Menge zu erhöhen oder zu verringern, die durch die Zylinderverbrennung in den Abgasdurchgang 48 abgegeben wird. Wie mit Bezug auf 3 dargelegt, kann durch Einstellen der EGR-Rate eine gewünschte Konzentration und ein gewünschtes Verhältnis von NOx-Spezies im Abgasdurchgang vor einem Abgas-SCR-Katalysator aufrechterhalten werden.
  • Das Abgassystem 128 kann einen Abgassensor 126 aufweisen, der vor einem Abgasbehandlungssystem 150 mit dem Abgasdurchgang 48 gekoppelt ist. Der Abgassensor 126 kann ein beliebiger geeigneter Sensor zum Bereitstellen einer Angabe eines Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses sein, wie ein linearer Sauerstoffsensor oder UEGO-(Universeller oder Weitbereichs-Abgassauerstoff)-Sensor, ein Zweizustands-Sauerstoffsensor oder EGO-Sensor, ein HEGO-(Erwärmter-EGO)-, NOx-, HC- oder CO-Sensor. Das Abgasbehandlungssystem 150 ist wie dargestellt entlang dem Abgasdurchgang 48 hinter dem Abgassensor 126 angeordnet.
  • Beim in 1 dargestellten Beispiel ist das Abgasbehandlungssystem 150 ein selektives katalytisches Reduktionssystem (SCR-System). Das SCR-System weist wenigstens einen SCR-Katalysator 152, einen Speichervorratsbehälter 154 für ein Reduktionsmittel in der Art von Urea oder Ammoniak und einen Reduktionsmitteleinspritzer 156 auf. Das Abgasbehandlungssystem 150 kann ferner einen passiven NOx-Adsorber (PNA) 162 aufweisen, der ein oder mehrere Edelmetalle in der Art von Pt umfassen kann. Gemäß anderen Ausführungsformen kann das Abgasbehandlungssystem 150 zusätzlich oder alternativ andere Komponenten aufweisen, wie einen DOC vor dem PNA, einen Teilchenfilter hinter dem SCR-Katalysator oder vor dem PNA, eine Mager-NOx-Falle, einen Dreiwegekatalysator, verschiedene andere Emissionssteuervorrichtungen oder Kombinationen davon. Beim dargestellten Beispiel stellt der Reduktionsmitteleinspritzer 156 Urea oder Ammoniak beispielsweise vom Speichervorratsbehälter 154 bereit. Es können jedoch auch verschiedene alternative Ansätze verwendet werden, wie feste Urea-Pellets, die einen Ammoniakdampf erzeugen, welcher dann in den SCR-Katalysator 152 injiziert wird oder diesem zugeteilt wird.
  • Das Abgasbehandlungssystem 150 weist ferner einen Auspuffrohr-Abgassensor 158 auf, der hinter dem SCR-Katalysator 152 angeordnet ist. Gemäß der dargestellten Ausführungsform kann der Abgassensor 158 ein NOx-Sensor, beispielsweise zum Messen der Menge von Nach-SCR-NOx, sein. Das Abgasbehandlungssystem 150 kann ferner einen Zuführgas-Abgassensor 160 aufweisen, der vor dem Einspritzer 156 und dem SCR-Katalysator 152 und hinter dem PNA 162 angeordnet ist. Überdies kann ein weiterer Zuführgas-Abgassensor 164 vor dem PNA 162 nahe dem Abgaskrümmer angeordnet werden, um vom Abgassystem 128 erzeugtes NOx zu messen. Gemäß den dargestellten Ausführungsformen kann der Zuführgas-Abgassensor 164 ein NOx-Sensor sein, beispielsweise zum Messen der Menge von Vor-PNA-NOx, und der Abgassensor 160 kann ein NOx-Sensor zum Messen der Menge von Nach-PNA-NOx sein, das in den Abgasdurchgang für die Behandlung am SCR-Katalysator 152 aufgenommen wird.
  • Bei einigen Beispielen kann die Anlagerung des PNA auf der Grundlage der Ausgabe eines oder mehrerer Abgassensoren 164, die sich vor und angrenzend an den PNA 162 befinden, und des Abgassensors 160, der sich hinter und angrenzend an den PNA 162 befindet, bestimmt werden. Beispielsweise kann die NOx-Anlagerungswirksamkeit oder NOx-Speicherwirksamkeit des PNA bestimmt werden, indem NOx-Niveaus vor dem PNA mit NOx-Niveaus hinter dem PNA durch NOx-Sensoren verglichen werden, die auf beiden Seiten des PNA angeordnet sind. Gemäß anderen Ausführungsformen, bei denen kein zweckgebundener NOx-Sensor vor dem PNA 162 bereitgestellt ist, kann die Speicherwirksamkeit des PNA auf der Grundlage von Schätzungen des Zuführgas-NOx-Niveaus auf der Grundlage der Verbrennungsmotorgeschwindigkeit, der Last, des EGR-Niveaus und der Einspritzzeit sowie anderer Parameter bestimmt werden. Gemäß einer anderen Ausführungsform können sowohl ein zweckgebundener NOx-Sensor vor dem PNA 162 als auch Schätzungen von Zuführgas-NOx-Niveaus auf der Grundlage von Betriebsbedingungen verwendet werden, um die Speicherung des PNA zu schätzen.
  • Das Abgasbehandlungssystem 150 kann ferner wenigstens einen Temperatursensor aufweisen, der unmittelbar vor dem SCR-Katalysator 152 und angrenzend daran angeordnet ist, um die Temperatur des in den Katalysator eintretenden Abgases zu messen. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann zumindest ein Temperatursensor in der Art des Temperatursensors 166 kurz vor dem PNA 162 und angrenzend daran angeordnet werden. Die Steuereinrichtung 12 kann demgemäß eine Messung einer Temperatur des SCR-Katalysators 152 und/oder des PNA 162 von einem oder mehreren Temperatursensoren empfangen.
  • Die Steuereinrichtung 12 ist in 1 als ein Mikrocomputer dargestellt, der eine Mikroprozessoreinheit 102, Ein-/Ausgabeports 104, ein elektronisches Speichermedium für ausführbare Programme und Kalibrierwerte, welches in diesem bestimmten Beispiel als ein Nurlesespeicherchip 106 dargestellt ist, einen Direktzugriffsspeicher 108, einen Haltespeicher 110 und einen Datenbus aufweist. Die Steuereinrichtung 12 kann in Kombination mit Sensoren, die mit dem Verbrennungsmotor 10 gekoppelt sind, stehen und daher verschiedene Signale davon empfangen, zusätzlich zu jenen Signalen, die zuvor erörtert wurden, einschließlich der Messung des induzierten Luftmassenflusses (MAF) vom Luftmassenflusssensor 120, der Verbrennungsmotorkühlmitteltemperatur (ECT) von einem Temperatursensor 112, welcher mit einem Kühlmantel 114 gekoppelt ist, eines Profilzündaufnahmesignals (PIP) von einem Hall-Effekt-Sensor 118 (oder einem anderen Typ), welcher mit der Kurbelwelle 40 gekoppelt ist, der Drosselposition (TP) von einem Drosselpositionssensor, eines Absolutkrümmerdrucksignals MAP vom Sensor 122 und der Abgasbestandteilskonzentration von den Abgassensoren 126 und 158. Das Verbrennungsmotorgeschwindigkeitssignal RPM kann anhand des Signals PIP durch die Steuereinrichtung 12 erzeugt werden. Ferner führt die Steuereinrichtung 12 Berechnungen, welche die Anlagerung von NOx an den PNA 162 schätzen, auf der Grundlage der Ausgabe von den vorstehenden Sensoren sowie von anderen Sensoren aus und speichert die Berechnungen, um sie an einem späteren Punkt abzurufen.
  • Das Speichermedium in Gestalt des Nurlesespeichers 106 kann mit nicht flüchtigen, computerlesbaren Daten programmiert werden, welche Befehle repräsentieren, die durch den Prozessor 102 ausführbar sind, um die nachstehend beschriebenen Verfahren sowie andere Varianten auszuführen, die erwartet werden, jedoch nicht spezifisch aufgelistet sind. Als Beispiel dienende Verfahren werden hier mit Bezug auf die 3–4 beschrieben.
  • Wie vorstehend beschrieben, zeigt 1 nur einen Zylinder eines Mehrzylinder-Verbrennungsmotors, und jeder Zylinder kann ähnlich seinen eigenen Satz von Einlass-/Auslassventilen, eines Kraftstoffeinspritzers, einer Zündkerze usw. aufweisen.
  • 2 zeigt eine detaillierte Ausführungsform eines Abgasnachbehandlungssystems 200. Bei einem Beispiel kann das Abgasnachbehandlungssystem 200 in einem Verbrennungsmotorsystem konfiguriert sein, wie das vorstehend erwähnte Abgasbehandlungssystem 150 aus 1. Wie dargestellt ist, weist das Abgasbehandlungssystem 200 einen ersten Abgaskatalysator in der Art eines passiven NOx-Adsorbers (PNA) 162 und einen zweiten Abgaskatalysator in der Art eines SCR-Katalysators 152 auf. Ferner kann vor dem PNA ein Dieseloxidationskatalysator (DOC) angeordnet sein. Der erste Abgaskatalysator kann als ein Oxidationskatalysator ausgelegt sein, während der zweite Abgaskatalysator als ein Reduktionskatalysator ausgelegt ist. Das Abgasbehandlungssystem 200 weist ferner einen Dieselteilchenfilter (DPF) 226 auf, der hinter dem PNA 162 und dem SCR-Katalysator 152 entlang einem distalen Ende des Abgasdurchgangs 206 angeordnet ist. Beim Beispiel aus 2 ist der zweite (Reduktions-)Katalysator (hier wird als Beispiel der SCR-Katalysator 152 verwendet) hinter dem ersten (Oxidations-)Katalysator (hier wird als Beispiel der PNA 162 verwendet) und vor einem DPF 226 angeordnet. Gemäß einer alternativen Ausführungsform können der DPF und/oder ein DOC vor dem PNA 162 angeordnet sein.
  • Der Abgasreduktionsmitteleinspritzer 208 injiziert ein reduzierendes Mittel (oder Reduktionsmittel) wie Urea oder Ammoniak ansprechend auf von einer Steuereinrichtung 12 empfangene Signale in den Abgasstrom. Das abgegebene Reduktionsmittel reagiert dann mit den Abgas-NOx-Spezies im SCR-Katalysator 152.
  • Beim in 2 dargestellten Beispiel wird der Abgasreduktionsmitteleinspritzer 208 mit Reduktionsmittel von einem Reduktionsmittelspeichervorratsbehälter 212 versorgt. Der Reduktionsmittelspeichervorratsbehälter 212 kann ein Vorratsbehälter sein, der geeignet ist, um das Reduktionsmittel beispielsweise über einen Bereich von Temperaturen zu halten. Das Reduktionsmittel wird über eine Pumpe 214 aus dem Reduktionsmittelspeichervorratsbehälter 212 gepumpt. Die Pumpe 214 zieht Reduktionsmittel aus dem Reduktionsmittelspeichervorratsbehälter 212 und führt das Reduktionsmittel dem Abgasdurchgang 206 bei einem höheren Druck zu. Wie dargestellt ist, stellt der Reduktionsmitteldurchgang 216 eine Fluidverbindung zwischen der Pumpe 214 und dem Reduktionsmitteleinspritzer 208 her.
  • Das Abgasbehandlungssystem 200 weist ferner mehrere Abgas-NOx-Sensoren zum Schätzen der NOx-Menge an verschiedenen Stellen entlang dem Abgasdurchgang auf. Beispielsweise kann das Abgasbehandlungssystem 200 einen ersten Zuführgas-NOx-Sensor 218 vor dem PNA 162 (hier als Vor-PNA-NOx-Sensor bezeichnet) und einen zweiten Zuführgas-NOx-Sensor 220, der hinter dem PNA 162 und vor dem Reduktionsmitteleinspritzer 208 und dem SCR-Katalysator 152 angeordnet ist (hier als Nach-PNA-NOx-Sensor bezeichnet) aufweisen. Dabei ist bekannt, dass NOx-Sensoren sowohl NO als auch NO2-Spezies sowie NH3 detektieren. Daher reduziert die spezifische Positionierung des Nach-PNA-NOx-Sensors vor dem Reduktionsmitteleinspritzpunkt das Übersprechen mit Ammoniak vom Reduktionsmittel. Die Ausgabe der Abgas-NOx-Sensoren 218 und 220 kann eine Schätzung der NOx-Niveaus im Abgas vor der Anlagerung an den PNA und nach der Abgabe vom PNA vor dem SCR-Katalysator unter verschiedenen Bedingungen bereitstellen, wie während eines Verbrennungsmotorkaltstarts. Beispielsweise kann die Ausgabe des Nach-PNA-NOx-Sensors 220 mit einer Ausgabe des Vor-PNA-NOx-Sensors 218 verglichen werden, um die PNA-Anlagerung oder PNA-Abgabe abzuleiten. Gemäß einer Ausführungsform kann die Steuereinrichtung, falls sie einen oder mehrere Messwerte vom Nach-PNA-NOx-Sensor empfängt, die größer sind als ein oder mehrere entsprechende Messwerte vom Vor-PNA-NOx-Sensor, Einstellungen an Verbrennungsmotor-NOx-Steuerungen (d. h. der EGR-Rate und/oder der Kraftstoffeinspritzzeit) vornehmen, so dass Vor- und Nach-PNA-NOx-Sensormesswerte ein ausgewähltes Verhältnis erreichen.
  • Das Abgasbehandlungssystem 200 kann ferner einen dritten Auspuffrohr-NOx-Sensor 224 aufweisen, der hinter dem SCR-Katalysator 152 angeordnet ist, um eine Schätzung der NOx-Niveaus im den SCR-Katalysator verlassenden Abgas bereitzustellen. Die Reduktionsmitteldosierung kann zumindest teilweise auf der Grundlage der NOx-Menge im Abgasdurchgang 206 gesteuert werden, welche vor dem SCR-Katalysator durch einen oder mehrere der NOx-Sensoren 218, 220 geschätzt wird. Die EGR-Rate kann moduliert werden, um NOx-Emissionen während eines Kaltstarts zu reduzieren. Insbesondere kann durch Einstellen der EGR-Rate ein Teil des Verbrennungsmotor-NOx in den Abgasdurchgang eintreten, ohne am PNA oxidiert zu werden, wodurch ein spezifisches Verhältnis von NOx-Spezies vor dem SCR-Katalysator bereitgestellt wird. Beispielsweise kann die EGR-Rate verringert werden, um NO-Emissionen vom Verbrennungsmotor zu erhöhen. Ein Teil des erhöhten NO kann zu NO2 oxidiert werden, während ein restlicher Teil unbehandelt hindurchströmen kann. Die vom PNA abgegebene resultierende Mischung kann ein ausgewähltes NOx-Verhältnis zwischen NO und NO2 hinter dem PNA und vor dem SCR-Katalysator aufweisen. Das spezifische Verhältnis der NOx-Spezies ermöglicht optimale chemische Reaktionen und eine Umwandlung in N2O und N2 am SCR-Katalysator.
  • 3 zeigt eine als Beispiel dienende Routine 300 zum Steuern von NOx-Niveaus bei einer Abgasnachbehandlung mit einem PNA und einem SCR-Katalysator ansprechend auf Kaltstartbedingungen. Insbesondere bestimmt die Routine auf der Grundlage der Temperatur des PNA-Betts einen Betriebsmodus des PNA (beispielsweise Speicher- oder Abgabemodi) und schätzt die an den PNA angelagerte NOx-Menge auf der Grundlage des bestimmten Modus und der Betriebsbedingungen. Unter Verwendung weiterer Messungen, die von NOx-Sensoren ausgegeben werden, die an verschiedenen Stellen entlang dem Abgasdurchgang gekoppelt sind, kann die Gesamtmenge des an den PNA angelagerten NOx genau geschätzt werden. Durch Einstellen des Verbrennungsmotor-Ausgabeniveaus von NO, während das NOx vom PNA als NO2 abgegeben wird, kann ein wünschenswertes Verhältnis zwischen NOx-Spezies hinter dem PNA erreicht werden. Insbesondere kann, abhängig von einem oder mehreren Parametern, ein von einem gewünschten Verhältnis von 1:1 abweichendes Verhältnis zwischen NO2 und NO für eine katalytische Umwandlung durch das Reduktionsmittel über den SCR-Katalysator suboptimal sein. Beispielsweise umfassen die Bestandteile des NOx-Zuführgases, die vom Abgassystem bis zum Abgasdurchgang empfangen werden, in erster Linie NO vor dem PNA. Beim Kontakt mit dem PNA kann NO jedoch zu NO2 oxidiert werden und als Nitrate gespeichert werden, so dass die Hauptspezies von NOx, die vom PNA abgegeben wird, NO2 sein kann. Um ein 1:1-Verhältnis von NO:NO2 zu erreichen, können Einstellungen der EGR-Rate und/oder der Einspritzzeit vorgenommen werden. Durch Einstellen des Verhältnisses zwischen NOx-Spezies hinter dem PNA und vor dem SCR-Katalysator wird die NOx-Umwandlungswirksamkeit des SCR-Katalysators verbessert, wodurch Fahrzeugabgasemissionen verringert werden.
  • Bei 302 schätzt und/oder misst die Routine 300 Verbrennungsmotorbetriebsbedingungen. Die geschätzten Betriebsbedingungen können Umgebungsbedingungen in der Art der Temperatur, der Luftfeuchtigkeit und des barometrischen Drucks sowie Fahrzeugbetriebsbedingungen in der Art der Verbrennungsmotorgeschwindigkeit und der Last, der Verbrennungsmotorverdünnung, der Verbrennungsmotortemperatur, der Abgaskatalysatortemperatur, des Aufladedrucks, des Kraftstoffpegels, des Kraftstofftankdrucks, des Kraftstoffdampfkanisterladestatus usw. einschließen. Bei 304 kann auf der Grundlage einer oder mehrerer Ausgaben eines innerhalb des Fahrzeugs angeordneten Temperatursensors bestätigt werden, ob eine Schwellentemperatur erfüllt ist. Alternativ kann durch einen Zeitgeber, der bei einem anfänglichen Einschaltereignis eingestellt wird, eine Zeit gemessen und bestätigt werden. Dabei kann die NOx-Einstellroutine aus 3 während gewünschter Bedingungen selektiv ausgeführt werden, um den NOx-Schlupf durch einen Abgas-SCR-Katalysator zu verringern. Bei 304 wird bestimmt, ob ein anfängliches Einschaltereignis eines Kraftfahrzeugs aufgetreten ist und ob das Fahrzeug unter ausgewählten Bedingungen steht. Gemäß einer Ausführungsform können die ausgewählten Bedingungen auf der Grundlage davon bestätigt werden, dass eine oder mehrere Ausgaben wenigstens eines Temperatursensors kleiner sind als eine Temperaturschwelle, welche Kaltstarttemperaturen (Umgebung) repräsentiert. Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann die Schwellentemperatur eine über der Umgebungstemperatur liegende Temperatur sein, jedoch unter einer Temperatur liegen, bei der der PNA beginnt, gespeichertes NOx abzugeben. Bei weiteren Beispielen können ausgewählte Bedingungen auf der Grundlage davon bestätigt werden, dass die Abgaskatalysatortemperatur niedriger als eine Schwellentemperatur, bei der der Katalysator aktiv ist (hier auch als Katalysatoranspringtemperatur bezeichnet), ist. Gemäß einer anderen Ausführungsform kann eine Zeit durch einen bei einem anfänglichen Einschaltereignis eingestellten Zeitgeber gemessen werden und mit einer vorgegebenen Schwellenzeit verglichen werden.
  • Falls dabei die gemessene Temperatur und/oder die gemessene Zeit größer als vorgegebene Schwellenwerte sind, geschieht keine Steuerung des NOx-Verhältnisses (306), und die Routine 300 endet.
  • Falls ausgewählte Bedingungen erfüllt sind, wird die Routine bei 308 fortgesetzt, wo die integrierte Menge der NOx-Masse am Vor-PNA- und am Nach-PNA-Sensor, die durch Integrieren des Produkts der Flussrate und der gemessenen NOx-Konzentration vom Beginn des Verfahrens an berechnet wurde, auf 0 zurückgesetzt wird. Durch Rücksetzen der berechneten integrierten NOx-Massen können vorhergehende Daten, die von einem oder mehreren dieser NOx-Sensoren abgeleitet wurden, gelöscht werden, so dass anschließende Messungen aktuelle Bedingungen widerspiegeln. Dies gewährleistet dabei, dass die anschließende NOx-Steuerung auf der Grundlage aktueller Abgas-NOx-Konzentrationen und Flussraten und nicht auf der Grundlage zuvor existierender Abgas-NOx-Konzentrationen und Flussraten ausgeführt wird.
  • Bei 310 kann bestätigt werden, dass eine erste geeignete Schwellentemperatur für das Fortfahren erfüllt ist. Insbesondere kann die Ausgabe eines mit dem PNA gekoppelten oder an diesen angrenzenden Temperatursensors verwendet werden, um die Betttemperatur des PNA zu bestimmen, wobei die Betttemperatur dann mit einer Schwellentemperatur verglichen wird. Beispielsweise kann sich eine vorgegebene Schwellentemperatur auf eine Temperatur beziehen, die hoch genug ist, damit sowohl das Speichern als auch das Abgeben von NOx stattfinden. Bei einem Beispiel kann diese Temperatur 260°C betragen. Falls der Temperatursensor 222 die Schwellentemperatur überschreitet, endet die Routine 300. Auf diese Weise können Situationen mit verschiedenen Aufwärmraten berücksichtigt werden.
  • Bei 312 wird ein anderer temperaturabhängiger Schritt eingeleitet, wobei die Temperatur des PNA-Betts geschätzt und mit einer zweiten Schwellentemperatur verglichen werden kann. Insbesondere kann die Ausgabe eines mit dem PNA gekoppelten oder an diesen angrenzenden Temperatursensors verwendet werden, um die Betttemperatur des PNA zu bestimmen, wobei die Betttemperatur dann mit einer Schwellentemperatur verglichen wird. Die Schwellentemperatur kann sich auf eine Temperatur beziehen, unterhalb derer der PNA NOx wirksam aktiv adsorbieren kann (beispielsweise unterhalb von 200°C). Zusätzlich kann die Abgabe von NOx vom PNA unterhalb der Schwellentemperatur unterhalb eines minimalen vorab spezifizierten Betrags liegen. Auf der Grundlage der geschätzten Betttemperatur des PNA kann die Steuereinrichtung bestimmen, ob der PNA in der Lage ist, Zuführgas-NOx angemessen zu adsorbieren und seine Abgabe in den Abgasdurchgang zu verhindern. Falls die Betttemperatur insbesondere unterhalb der Schwellentemperatur liegt, kann bestimmt werden, dass der PNA in einem Speicherbetriebsmodus ist, in dem der PNA NOx speichert (jedoch nicht abgibt). Beispielsweise sei mit Bezug auf 2 bemerkt, dass, falls die durch den Temperatursensor 222 geschätzte Betttemperatur des PNA 162 kleiner als 200°C ist, die Bedingungen für das Anlagern von NOx an den PNA 162 erfüllt sein können. Falls die Temperatur jedoch beispielsweise größer als 200°C ist, springt die Routine zu Schritt 320.
  • Nachdem in Schritt 314 bestätigt wurde, dass sich der PNA in einem anlagernden oder speichernden Modus befindet, kann die Routine Messungen und Schätzungen der Vor-PNA-NOx- und der Nach-PNA-NOx-Mengen auf der Grundlage der Ausgabe der entsprechenden NOx-Sensoren einleiten. Insbesondere können eine oder mehrere Messungen, einschließlich einer Konzentration (Teile pro Million oder ppm) von Abgas-NOx-Spezies vor und hinter dem PNA durch den Vor- bzw. den Nach-PNA-NOx-Sensor ausgeführt werden. Bei einem anderen Beispiel können auch der Zuführgas-NOx-Sensor und/oder der Auspuffrohr-NOx-Sensor verwendet werden. Die Masse des Abgas-NOx am Auspuffkrümmer und an den Orten vor dem PNA und hinter dem PNA kann durch Integrieren des NOx-Ausstoßes des entsprechenden NOx-Sensors multipliziert mit einer Abgasflussrate berechnet werden, so dass diese Werte kontinuierlich gemessen oder geschätzt und berechnet werden.
  • Zusätzlich kann bei 316 die Verbrennungsmotor-NOx-Konzentration vom Abgassystem 128 auf der Grundlage von Betriebsbedingungen in der Art der Abgasflussrate, des Abgas-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, der Abgastemperatur, der Verbrennungsmotorlast und der Verbrennungsmotorgeschwindigkeit usw. geschätzt werden. Beispielsweise ermöglichen Messungen der Abgasflussrate Berechnungen des kumulativen NOx vor und hinter dem PNA. Bei einem anderen Beispiel kann der Verbrennungsmotor während eines Dieselverbrennungskaltstarts mit einem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis betrieben werden, welches die NOx-Erzeugung erhöhen würde. Dies kann wiederum die Anlagerungskapazität des PNA und seine Adsorptionsrate sowie auch das gewünschte Verhältnis der NOx-Spezies und die Rate der NOx-Umwandlung durch den SCR-Katalysator beeinflussen. Bei 318 können auf der Grundlage einer oder mehrerer Verbrennungsmotorbetriebsbedingungen geschätzte Abgas-NOx-Emissionsdaten aufgezeichnet und in einem Speicher der Steuereinrichtung 12 gespeichert werden, um die durch den PNA anzulagernden und abzugebenden NOx-Niveaus genau zu schätzen. Nach dem Speichern dieser Messungen kann die Routine zu 312 zurückkehren. Die Steuereinrichtung kann damit fortfahren, die um den PNA (vor und hinter dem PNA) geschätzten NOx-Massen zu schätzen und zu aktualisieren, bis die Temperatur des PNA-Betts die Schwellentemperatur übersteigt.
  • Wie nachstehend dargelegt wird und mit Bezug auf 4 beschrieben wird, kann die Menge von Abgas-NOx am PNA, die geschätzt wird, wenn die PNA-Temperatur kleiner als 200°C ist, verwendet werden, um die NOx-Anlagerungswirksamkeit des PNA in der Diagnoseroutine 400 abzuleiten.
  • Falls andererseits bei 312 die durch den PNA-Temperatursensor geschätzte Temperatur des PNA-Betts größer als die zweite Schwellentemperatur ist, wird die Routine 300 bei 320 fortgesetzt. In Schritt 320 kann bestimmt werden, ob die Temperatur des PNA-Betts die Schwellentemperatur im gegebenen Fahrzeugantriebszyklus zum ersten Mal überschritten hat. Bei einem Beispiel kann die Steuereinrichtung jedes Mal dann ein Hinweiszeichen setzen, wenn die Temperatur des PNA-Betts die Schwellentemperatur überschreitet, und es kann auf der Grundlage der Anzahl der Hinweiszeichen, die in einem gegebenen Fahrzeugantriebszyklus gesetzt worden sind, bestimmt werden, ob die Temperatur des PNA-Betts die Schwellentemperatur zum ersten Mal überschritten hat. Ansprechend darauf, ob es das erste Mal ist, dass die gemessene Temperatur des PNA-Betts höher als die Schwellentemperatur ist, kann die PNA-Diagnoseroutine bei 338 eingeleitet werden, wie in 4 dargelegt. Nach Abschluss der Diagnoseroutine aus 4 kann die Routine bei 322 fortgesetzt werden.
  • Falls es nicht das erste Mal ist, dass die Temperatur des PNA-Betts größer als die Schwellentemperatur ist, wird die Diagnoseroutine (4) übersprungen und kann die Routine zu Schritt 322 übergehen.
  • Bei Schritt 322 können Vor-PNA-NOx-Konzentrationen geschätzt werden und mit Nach-PNA-NOx-Konzentrationen verglichen werden. Insbesondere können die am Nach-PNA-NOx-Sensor und am Vor-PNA-NOx-Sensor geschätzten NOx-Ausstöße bestimmt und verglichen werden, um zu beurteilen, ob der PNA NOx aktiv abgibt. Wenn die Temperatur des PNA-Betts dabei oberhalb der Schwellentemperatur liegt, kann der PNA aus einem Speichermodus in einen Abgabemodus übergegangen sein. Insbesondere kann der PNA während dieser Bedingung eine NOx-Spezies abgeben. Die NOx-Konzentration in ppm am Nach-PNA-NOx-Sensor kann kompensiert (beispielsweise korrigiert) werden, um zu gewährleisten, dass die Messung oberhalb einer minimalen Schwelle liegt. Die Kompensation berücksichtigt eine minimale Erhöhung der NOx-Menge, die erforderlich sein kann, um EGR-Raten- und/oder Einspritzzeiteinstellungen vornehmen zu können. Mit anderen Worten können EGR- und/oder Kraftstoffeinspritzzeiteinstellungen nicht zuverlässig verwendet werden, um eine NOx-Steuerung bereitzustellen, falls die Differenz kleiner als die minimale Menge ist. Falls die Ausgabe des Nach-PNA-NOx-Sensors beispielsweise kleiner ist als die mit einem Faktor 1,05 multiplizierte Ausgabe des Vor-PNA-NOx-Sensors (wobei 5% die minimale Änderung ist, oberhalb derer es eine signifikante Differenz gibt, welche EGR- oder Einspritzzeiteinstellungen ermöglicht), wird davon ausgegangen, dass NOx nicht vom PNA abgegeben wird. Falls die Ausgabe vom Nach-PNA-NOx-Sensor größer als die mit einem Faktor 1,05 multiplizierte Ausgabe des Vor-PNA-NOx-Sensors ist, wird bei 324 davon ausgegangen, dass der PNA NOx abgibt.
  • Um die Genauigkeit des Beurteilens vom PNA abgegebener NOx-Niveaus weiter zu verbessern, kann in Schritt 326 bestätigt werden, dass die Nach-PNA-NOx-Konzentration größer als ein Vor-PNA-NOx-Wert ist, wobei der Nach-PNA-NOx-Wert korrigiert wird, um einen oder mehrere Störfaktoren zu berücksichtigen. Beispielsweise messen aktuelle NOx-Sensoren typischerweise etwa 80% des NO2. Daher können unterschiedliche Empfindlichkeiten beim Detektieren von NO und NO2 berücksichtigt werden, indem in Berechnungen, die von der Steuereinrichtung 12 ausgeführt werden, ein von wenigstens einem NOx-Sensor detektierter NO2-Anteil aufgenommen wird, der hier mit dem Symbol Δ bezeichnet ist und in diesem speziellen Beispiel 0,8 beträgt.
  • Ferner kann während der Abgabe von NO2 vom PNA, um das NO:NO2-Verhältnis von 1:1 unmittelbar vor dem SCR-Katalysator zu erreichen, das gewünschte Verhältnis zwischen dem hinter dem PNA gemessenen NOx-Niveau und dem vor dem PNA gemessenen NOx-Niveau 1,8 betragen, weil der Nach-PNA-Sensor etwa 80% des NO2 detektieren kann. Falls beispielsweise gemessen wird, dass der Vor-PNA-NOx-Wert 200 ppm ist, beträgt die gewünschte Nach-PNA-NOx-Menge 400 ppm oder 200 ppm NO und 200 ppm NO2, um ein NO:NO2-Verhältnis von 1:1 zu erreichen, wie zuvor erörtert wurde. Weil der Nach-PNA-Sensor jedoch nur 80% des NOx detektiert, ist die vom Nach-PNA-NOx-Sensor gemessene gewünschte Konzentration 200 + 0,8·200 oder 360 ppm. Falls die NOx-Konzentration oberhalb von 360 ppm liegt, kann vom PNA zu viel NO2 abgegeben werden und kann es erforderlich sein, dass das Zuführgas-NO-Niveau erhöht wird. Falls die vom Nach-PNA-Sensor gemessene NOx-Konzentration kleiner als 360 ppm ist, kann zu wenig NO2 vom PNA abgegeben werden und kann das Zuführgas-NO-Niveau verringert werden.
  • Es kann auch ein anderer vorgegebener Faktor aufgenommen werden, um ständige und schwankende Korrekturen der EGR-Rate und/oder der Kraftstoffeinspritzzeit zu verhindern, welcher hier als Verhältnistoleranz ε bezeichnet wird. Auf diese Weise können Einstellungen der NOx modifizierenden Steuerungen (beispielsweise der EGR-Rate und der Einspritzzeit) nur dann auftreten, wenn das Verhältnis der NOx-Sensormesswerte außerhalb eines ausgewählten Bands um einen vorgegebenen Wert liegt. Daher kann in Schritt 326 festgestellt werden, ob die vom Nach-PNA-Sensor 220 gemessene Nach-PNA-Konzentration größer als der Vor-PNA-NOx-ppm-Wert·(1,0 + Δ + ε) ist, woraus sich ableiten lässt, dass nicht genug NO vorhanden ist und was dazu führt, dass die Fortsetzung in Schritt 330 eingeleitet wird. Ein oder mehrere Aspekte von Verbrennungsmotorsteuerungen (insbesondere die EGR-Rate und/oder die Kraftstoffeinspritzzeit) können eingestellt werden, um den Ausstoß von NO vom Abgassystem in den Abgasdurchgang angesichts eines geschätzten NOx-Ausstoßes vom Verbrennungsmotor auf der Grundlage verschiedener Betriebsbedingungen (Schritt 316) und/oder Messungen durch den Vor-PNA-NOx-Sensor zu erhöhen. Die Einstellung der EGR-Rate und/oder der Kraftstoffeinspritzzeit zur Erhöhung des NO-Ausstoßes vom Abgassystem bei 330 kann das Verringern der EGR-Rate und/oder das Vorziehen der Kraftstoffeinspritzzeit einschließen.
  • Falls andererseits die vom Nach-PNA-Sensor 220 gemessene Nach-PNA-Masse nicht größer als dieser Vor-PNA-NOx-ppm-Wert·(1,0 + Δ + ε) ist, wird die Routine in Schritt 328 fortgesetzt. Es kann dann ferner bestätigt werden, dass der Nach-PNA-Sensor 220 den Vor-PNA-NOx-ppm-Wert·(1,0 + Δ – ε) unterschreitet, woraus abgeleitet werden kann, dass zu viel NO vorhanden ist. Falls bestätigt wird, dass diese Bedingungen erfüllt sind, leitet die Routine das Fortfahren in Schritt 332 ein. In Schritt 332 können ein oder mehrere Aspekte von Verbrennungsmotorsteuerungen (insbesondere die EGR-Rate und/oder die Kraftstoffeinspritzzeit) eingestellt werden, um den Ausstoß von NO aus dem Abgassystem in den Abgasdurchgang angesichts des geschätzten NOx-Ausstoßes vom Verbrennungsmotor auf der Grundlage verschiedener Betriebsbedingungen (Schritt 312) und/oder von Messungen durch den Vor-PNA-NOx-Sensor zu verringern. Die Einstellung der EGR-Rate und/oder der Kraftstoffeinspritzzeit zum Verringern des NO-Ausstoßes vom Abgassystem bei 332 kann das Erhöhen der EGR-Rate und/oder das Verzögern der Kraftstoffeinspritzzeit einschließen. Falls der vorstehend erwähnte Parameter nicht bestätigt wird, werden Einstellungen der EGR-Rate und der Einspritzzeit nicht ausgeführt, und die Routine 300 endet in Schritt 334.
  • Es sei bemerkt, dass Einstellungen der EGR-Rate, der Kraftstoffeinspritzzeit und jeglicher Kombinationen davon in den Schritten 330 und 332 sorgfältig gesteuert werden können, um in den Abgasdurchgang vor dem SCR-Katalysator eintretendes NOx genau zu modulieren. Ferner kann die Steuereinrichtung selektiv nur die EGR-Rate während ausgewählter Bedingungen einstellen, um das NO-Niveau zu erhöhen oder zu verringern, während sie während anderer Bedingungen selektiv nur die Kraftstoffeinspritzzeit einstellt, um das NO-Niveau zu erhöhen oder zu verringern. Während wieder anderer Bedingungen kann die Steuereinrichtung sowohl eine Einstellung der EGR-Rate als auch eine Einstellung der Kraftstoffeinspritzzeit verwenden, während die Wichtung jeder Einstellung auf der Grundlage von PNA-Bedingungen geändert wird. Diese Einstellungen und der Grad jeder Einstellung erfolgen als Funktion (beispielsweise durch einen Multiplikationsfaktor, der für eine Bedingung kalibriert werden kann) der Differenz zwischen einem vorgegebenen Verhältnis und einem gemessenen Verhältnis des Nach-PNA-NOx-Sensors zum Vor-PNA-NOx-Sensor. Gemäß einer Ausführungsform ist das vorgegebene Verhältnis zwischen dem Nach-PNA-NOx-ppm-Wert und dem Vor-PNA-NOx-ppm-Wert 1,8. Demgemäß kann die Steuereinrichtung während ausgewählter Bedingungen eine größere EGR-Rateneinstellung und eine kleinere Kraftstoffeinspritzzeiteinstellung für das Erhöhen oder Verringern des NO-Niveaus (bei 330, 332) verwenden, während die Steuereinrichtung während anderer Bedingungen eine kleinere EGR-Rateneinstellung und eine größere Kraftstoffeinspritzzeiteinstellung verwenden kann, um das NO-Niveau zu erhöhen oder zu verringern (bei 330, 332).
  • Falls bei einem Beispiel die Funktion der Differenz eines gemessenen Verhältnisses nicht erheblich größer als 1,8 ist, können die EGR-Rate und/oder die Einspritzzeit nur für eine kurze Dauer modifiziert werden. Bei einem anderen Beispiel können die EGR-Rate und/oder die Einspritzzeit, falls die Differenz des gemessenen Verhältnisses erheblich größer als 1,8 ist, für eine längere Dauer modifiziert werden, um die NO-Menge vor dem SCR-Katalysator erheblich zu ändern. Bei einigen Beispielen kann der Einstellungsgrad eine Funktion des Grads der Abweichung vom vorgegebenen Verhältnis sein, wobei die Einstellung für die EGR oder die Einspritzzeit umso größer ist, je stärker das gemessene Verhältnis außerhalb des Bereichs des vorgegebenen Verhältnisses liegt.
  • Bei einem weiteren Beispiel kann die Steuereinrichtung, wenn die geschätzte NOx-Last des PNA höher ist und eine Funktion der Differenz eines gemessenen Verhältnisses des Nach-PNA-NOx-ppm-Werts zum Vor-PNA-NOx-ppm-Wert oberhalb einer vorgegebenen Schwelle liegt, die Kraftstoffeinspritzzeit in einem höheren Maße vorziehen, während sie die EGR-Rate in einem geringeren Maße verringert, um den NO-Ausstoß zu erhöhen. Ebenso kann die Steuereinrichtung während der gleichen Bedingungen die Kraftstoffeinspritzzeit in einem höheren Maße verzögern, während sie die EGR-Rate in einem geringeren Maße erhöht, um den NO-Ausstoß zu verringern. Bei einem Beispiel umfasst das Einstellen der Kraftstoffeinspritzzeit in einem höheren Maße, während die EGR-Rate in einem geringeren Maße eingestellt wird, nur die Verwendung von Kraftstoffeinspritzzeiteinstellungen, um Abgas-NO-Niveaus zu steuern.
  • Bei einem anderen Beispiel kann die Steuereinrichtung, wenn die geschätzte NOx-Last des PNA geringer ist und eine Funktion der Differenz des gemessenen Verhältnisses des Nach-PNA-NOx-ppm-Werts zum Vor-PNA-NOx-ppm-Wert oberhalb der vorgegebenen Schwelle liegt, die EGR-Rate in einem höheren Maße verringern, während sie die Einspritzzeit in einem geringeren Maße vorzieht, um den NO-Ausstoß zu erhöhen. Ebenso kann die Steuereinrichtung während der gleichen Bedingungen die EGR-Rate in einem höheren Maße erhöhen, während sie die Einspritzzeit in einem geringeren Maße verzögert, um den NO-Ausstoß zu verringern. Bei einem Beispiel umfasst das Einstellen der EGR-Rate in einem höheren Maße, während die Einspritzzeit in einem geringeren Maße eingestellt wird, nur die Verwendung von EGR-Rateneinstellungen, um Abgas-NO-Niveaus zu steuern.
  • Bei wieder anderen Beispielen kann die Steuereinrichtung auf der Grundlage der PNA-Bedingungen und der NOx-Niveaus und einer Funktion der Differenz des gemessenen Verhältnisses des Nach-PNA-NOx-ppm-Werts zum Vor-PNA-NOx-ppm-Wert eine erste Einstellung verwenden, um NO-Konzentrationen auf ein erstes Niveau zu erhöhen/zu verringern, und dann eine alternative Einstellung verwenden, um NO-Konzentrationen weiter auf das gewünschte Niveau zu erhöhen/zu verringern. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung während einer ersten Bedingung, wenn die Temperatur des PNA-Betts höher ist, die PNA-Anlagerung höher ist und/oder die Nach-PNA-NOx-Konzentration höher ist, EGR-Einstellungen verwenden, um NO-Niveaus vor dem SCR-Katalysator auf ein erstes Niveau zu erhöhen, und dann Kraftstoffeinspritzzeiteinstellungen verwenden, um die NO-Niveaus vor dem SCR-Katalysator weiter vom ersten Niveau auf ein gewünschtes Niveau zu erhöhen, wobei das NO2:NO-Verhältnis auf ein gewähltes Verhältnis wie 1:1 gebracht wird. Bei einem alternativen Beispiel kann die Steuereinrichtung während einer zweiten Bedingung, wenn die Temperatur des PNA-Betts geringer ist, die PNA-Anlagerung geringer ist und/oder die Nach-PNA-NO2-Konzentration geringer ist, Kraftstoffeinspritzzeiteinstellungen verwenden, um NO-Niveaus vor dem SCR-Katalysator auf ein erstes Niveau zu verringern, und dann EGR-Rateneinstellungen verwenden, um die NO-Niveaus vor dem SCR-Katalysator weiter vom ersten Niveau auf ein gewünschtes Niveau zu verringern, wobei das NO2:NO-Verhältnis auf ein gewähltes Verhältnis wie 1:1 gebracht wird.
  • Weitere Beispiele können weitere Variationen von NOx-Steuereinstellungen aufweisen. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung während einer ersten Bedingung, wenn die Betttemperatur eines PNA größer ist als die Schwellentemperatur und die an einem Nach-PNA-Sensor geschätzte NOx-Konzentration größer ist als die an einem Vor-PNA-Sensor geschätzte mit 1,8 multiplizierte NOx-Konzentration, die EGR-Rate verringern und/oder die Kraftstoffeinspritzzeit vorziehen, um das vom Verbrennungsmotor ausgestoßene NO zu erhöhen. Bei diesem Szenario kann die Steuereinrichtung vorzugsweise die Kraftstoffeinspritzzeit vorziehen, falls eine höhere Messung von NOx durch einen Nach-PNA-Sensor bestimmt wird. Falls andererseits ein geringerer Messwert von NOx durch einen Nach-PNA-Sensor detektiert wird, kann die EGR-Rate bevorzugt verringert werden.
  • Während einer zweiten Bedingung kann die Steuereinrichtung, wenn die Betttemperatur des Abgas-PNA größer als die Schwellentemperatur ist und die NOx-Konzentration am Nach-PNA-Sensor kleiner als die mit 1,8 multiplizierte NOx-Konzentration am Vor-PNA-Sensor ist, vorzugsweise ansprechend auf Bedingungen, die verschiedene Betriebsbedingungen, Vor- und Nach-PNA-Sensorausgaben und die Temperatur des PNA-Betts einschließen, jedoch nicht darauf beschränkt sind, die EGR-Rate erhöhen und/oder die Kraftstoffeinspritzzeit verzögern.
  • Bei allen vorstehend beschriebenen Bedingungen wird das NOx-Verhältnis vor dem SCR-Katalysator und hinter dem PNA bei einem ausgewählten Verhältnis wie 1:1 gehalten.
  • Diese Steuerungen können dazu führen, dass die Nach-PNA-NOx-Konzentration von NO2 (vom PNA abgegeben) ergänzt und mit NO vom Verbrennungsmotorabgas gemischt wird. Bei diesem bestimmten Beispiel kann zum Erhalten eines NO:NO2-Verhältnisses von 1:1 die Nach-PNA-NOx-Konzentration zur Vor-PNA-NOx-Konzentration 2 (NO2 + NO (Nach-PNA):NO (Vor-PNA)) sein, um die NOx-Umwandlung des SCR-Katalysators während der Kaltstartperiode zu verbessern. Falls der Sensor bei einem Beispiel 80% des NO2 detektiert (d. h. Δ = 0,8) und ε auf 5% oder 0,05 gesetzt ist, können das EGR-Niveau und/oder die Einspritzzeit nur dann eingestellt werden, wenn das Verhältnis oberhalb von 1,85 oder unterhalb von 1,75 liegt. Bei einem anderen Beispiel kann der Betrag der Einstellungen der Einspritzzeit und/oder der EGR-Rate abhängig von geschätzten NOx-Niveaus, die vom Abgassystem 128 emittiert werden, sein, wobei die NOx-Niveaus durch Betriebsbedingungen geschätzt werden können, wie in Schritt 316 beschrieben.
  • Es sei bemerkt, dass die in den vorstehenden Beispielen offenbarten Korrekturwerte und gewünschten Verhältnisse für eine gegebene Konfiguration des Verbrennungsmotorabgassystems, bestimmte Betriebsbedingungen und/oder eine gegebene Ausführungsform der vorliegenden Erfindung spezifisch sein können. Daher können Variationen und Modifikationen dieser Werte für andere Konfigurationen des Verbrennungsmotorabgassystems und alternative Ausführungsformen der Erfindung existieren.
  • 4 offenbart eine Diagnoseroutine 400, die ausgeführt werden kann, um die Anlagerungswirksamkeit des PNA zu beurteilen. Bei einem Beispiel kann die Routine aus 4 als Teil der Routine aus 3, beispielsweise in Schritt 338, ausgeführt werden. Dabei kann die PNA-Diagnoseroutine eingeleitet werden, wenn die Temperatur des PNA-Betts eine Schwellentemperatur zum ersten Mal überschreitet. Nach der Bestätigung, dass die PNA-Funktionalität nicht beeinträchtigt ist, kann die Routine aus 3 wieder aufgenommen werden, um zu ermöglichen, dass EGR- und Kraftstoffeinspritzzeiteinstellungen für die NOx-Steuerung und das Aufrechterhalten eines ausgewählten Verhältnisses von NOx-Spezies (beispielsweise von NO:NO2) an einer Stelle hinter dem PNA und vor dem Abgas-SCR-Katalysator verwendet werden.
  • Bei 402 kann bestätigt werden, dass Bedingungen für das Einleiten der Diagnoseroutine erfüllt wurden. Bei einem Beispiel kann die Routine 400 eingeleitet werden, falls bestimmt wurde, dass die Betttemperatur des Abgas-PNA zum ersten Mal in einem gegebenen Fahrzeugantriebszyklus größer als eine vorgegebene Schwellentemperatur war, wie zuvor in Schritt 320 der Routine 300 beschrieben wurde. Falls dies nicht der Fall ist, kann die Routine enden.
  • Nach der Bestätigung, dass Diagnoseroutinebedingungen erfüllt wurden, kann die Routine bei 404 Messungen aus dem Speicher der Steuereinrichtung wieder aufrufen, die zur Abgabe einer vom Verbrennungsmotor zum PNA emittierten NOx-Masse gehören. Die Messungen können eine PNA-NOx-Anlagerung oder -speicherung angeben. Bei einem Beispiel können die PNA-Anlagerungsmessungen in Schritt 318 der Routine 300 berechnet und gespeichert worden sein. Dabei kann die Masse von NOx vor und hinter dem PNA durch Vor- bzw. Nach-PNA-NOx-Sensoren gemessen worden sein, während die Betttemperatur am PNA oder angrenzend an diesen kleiner als ein Schwellenwert war. Bei 404 kann die gespeicherte Nach-PNA-NOx-Masse durch die Vor-PNA-NOx-Masse dividiert werden, wodurch ein dividierter Wert bereitgestellt wird, um die PNA-Verschlechterung zu bestimmen, und dieser Wert wird mit einem Schwellenwert verglichen. Bei einem Beispiel kann während des Vergleichs der Nach-PNA-NOx-Sensormesswert korrigiert werden, um einen minimalen NOx-Anlagerungswirksamkeitswert des PNA, der hier als Δ bezeichnet wird, zu berücksichtigen. Die Vor-PNA-NOx-Menge kann dann mit einem Bruchteil dieses Werts, beispielsweise 1 – Δ, multipliziert werden, um eine genauere Bestimmung der PNA-Anlagerungskapazität zu erhalten.
  • Bei einem Beispiel, bei dem der dividierte Wert oberhalb eines Schwellenwerts, beispielsweise 0,5, liegt, kann abgeleitet werden, dass NOx nicht geeignet am PNA angelagert wird und dass NOx vom PNA entweichen kann und dass das Verbrennungsmotorabgassystem vor dem SCR-Katalysator warm genug ist, um das NOx umzuwandeln. Dementsprechend gibt die Routine bei 406 eine Verschlechterung der PNA an, beispielsweise indem eine MIL zum Leuchten gebracht wird. Die Angabe der Verschlechterung kann alternativ einschließen, dass dem Fahrzeugbediener eine Nachricht gezeigt wird, dass eine Verbrennungsmotorverschlechterung identifiziert wurde, und sie kann ferner einschließen, dass ein im nicht flüchtigen Speicher gespeicherter diagnostischer Code gesetzt wird, welcher der Verschlechterung des PNA entspricht und insbesondere den PNA als die Komponente identifiziert, die verschlechtert wurde. Der diagnostische Code kann durch einen Schnittstellenport an Bord des Fahrzeugs abrufbar sein. Bei einem alternativen Beispiel, bei dem der vorstehend erwähnte dividierte Wert unterhalb des Schwellenwerts liegt, kann abgeleitet werden, dass NOx geeignet am PNA angelagert wird und dass kein NOx vom PNA entweicht. Dementsprechend kann bei 408 angegeben werden, dass der PNA funktionell (nicht verschlechtert) ist. Die Routine kann dann zu Schritt 322 der Routine 300 zurückkehren und die Abgas-NOx-Steuerung durch die Verwendung von EGR- und Kraftstoffeinspritzzeiteinstellungen wiederaufnehmen.
  • 5 zeigt in einer Karte 500 ein vorhersehendes graphisches Beispiel der Steuerung von Abgas-NOx-Niveaus in einem Abgasnachbehandlungssystem und des Verhältnisses von Abgas-NOx-Spezies hinter einem Abgas-PNA und vor einem Abgas-SCR. Die Abgas-NOx-Steuerung wird hier unter Verwendung von Einstellungen an der Verbrennungsmotor-EGR-Rate und/oder der Kraftstoffeinspritzzeit erreicht. Die Karte 500 zeigt die Abgastemperatur in Auftragung 502, die NO-Konzentration vor einem SCR-Katalysator in Auftragung 504, NO2 vor einem SCR-Katalysator in Auftragung 506, das PNA-Speicherniveau in Auftragung 508, die SCR-Katalysatoraktivität in Auftragung 510, die EGR-Rate in Auftragung 512 und die Kraftstoffeinspritzzeit in Auftragung 514. Alle Auftragungen sind über die Zeit entlang der x-Achse dargestellt, Bei t0 kann ein Verbrennungsmotorneustart eingeleitet werden, während die Abgastemperatur unter einer Schwellentemperatur t1 liegt. Während des Neustarts kann NO vom Verbrennungsmotor erzeugt werden und durch das Abgasnachbehandlungssystem schlüpfen, weil der SCR-Katalysator unter der SCR-Katalysatoranspringtemperatur liegt. Während einer ersten Dauer D1, die zur Zeit t0 beginnt und weiter vorne durch t1 begrenzt ist, kann der PNA, während die Abgastemperatur unter T1 liegt, kein NOx anlagern. Wenn T1 bei t1 erreicht wird, kann der PNA dann in einem aktiven Anlagerungsmodus sein. Während einer Dauer D2, die bei 11 beginnt und weiter vorne durch t3 begrenzt ist, geschieht eine Adsorption am PNA, und es kann daher reduzierte Niveaus von NOx-Emissionen hinter dem PNA geben. Dies kann durch den Nach-PNA-NOx-Sensor als niedrigere NOx-Niveaus verglichen mit den durch den Vor-PNA-NOx-Sensor bestimmten entsprechenden Mengen detektiert werden. Während der Dauer D2 können die EGR-Rate und/oder die Einspritzzeit nicht modifiziert werden.
  • Vor t2 kann die Temperatur T2 (beispielsweise die SCR-Katalysator-Anspringtemperatur) nicht erfüllt worden sein, so dass die katalytische Umwandlung des Abgaszuführgases suboptimal sein kann. Wenn die Temperatur T2 zur Zeit t2 erreicht wird, kann die katalytische Umwandlung durch den SCR-Katalysator in Zusammenhang mit der reduzierenden Aktivität des SCR-Katalysators eine vollständigere NOx-Umwandlung in N2 ermöglichen.
  • Nach dem Erreichen der Zeit t3 kann die Abgastemperatur auf eine Schwellentemperatur T3 ansteigen, wo der PNA in einen Abgabemodus übergehen kann. Während einer zweiten Dauer D3 (oberhalb von T3 zu einer Zeit bei oder nach t3) kann das am PNA gespeicherte NOx aktiv desorbiert werden und an den Abgasdurchgang vor dem Reduktionsmitteleinspritzer und dem SCR-Katalysator abgegeben werden. Dadurch kann der Nach-PNA-NOx-Sensor damit beginnen, höhere Niveaus zu detektieren als die durch den Vor-PNA-NOx-Sensor detektierten Beträge. Die vom PNA abgegebenen NOx-Spezies (beispielsweise NO2) werden dann mit dem vom Verbrennungsmotor emittierten NO gemischt, das durch Erhöhen oder Verringern der EGR-Rate und/oder Verzögern oder Vorziehen der Kraftstoffeinspritzzeit eingestellt wird, um ein gewünschtes NOx-Speziesverhältnis vor dem Reduktionsmittel (beispielsweise Urea oder Ammoniak) am SCR-Katalysator zu erzeugen. Weil die Temperatur T3 oberhalb von T2 liegt, bei der der SCR-Katalysator bereits gezündet hat, kann die katalytische Umwandlung von NOx in N2 und N2O schnell und wirksam sein und fallen die NO- und NO2-Mengen bei ähnlichen Raten schnell ab.
  • Die technische Wirkung des Einstellens entweder der EGR-Rate oder der Kraftstoffeinspritzzeit ist das Beibehalten eines vorgegebenen Verhältnisses zwischen NO- und NO2-Spezies vor dem Reduktionsmitteleinspritzer und dem SCR-Katalysator und hinter dem PNA. Der Grad einer oder mehrerer Einstellungen beruht teilweise auf der Anlagerung am PNA, wie durch Verbrennungsmotorbetriebsbedingungen einschließlich einer oder mehrerer von der Betttemperatur des PNA, dem Verbrennungsluft/Kraftstoff-Verhältnis, der Verbrennungsmotorverdünnung und der Zündzeit bestimmt wurde. Durch genaues Einstellen der EGR-Rate und/oder der Zündzeit auf der Grundlage der vom PNA adsorbierten und abgegebenen geschätzten NOx-Niveaus kann das Verhältnis der NOx-Spezies vor einem SCR-Katalysator genauer moduliert werden und bei einem Verhältnis gehalten werden, das für die NOx-Reduktion am SCR-Katalysator optimal ist. Dies ermöglicht es, die NOx-Umwandlung zu verbessern, insbesondere während Verbrennungsmotorkaltstarts. Durch Speichern von NO an einem PNA und anschließendes Abgeben von NO2 vom PNA bei einer vorgegebenen Temperatur oberhalb der Anspringtemperatur eines nachgeschalteten SCR-Katalysators wird der NOx-Schlupf verringert und wird eine besser gesteuerte Abgabe von NOx-Spezies ermöglicht. Insgesamt werden Verbrennungsmotorkaltstartabgasemissionen verbessert.
  • Es sei bemerkt, dass die hier aufgenommenen als Beispiel dienenden Steuer- und Schätzroutinen mit verschiedenen Verbrennungsmotoren und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Die hier offenbarten Steuerverfahren und Routinen können als ausführbare Befehle in einem nicht flüchtigen Speicher gespeichert werden. Die hier beschriebenen spezifischen Routinen können eine oder mehrere von einer Anzahl von Verarbeitungsstrategien in der Art ereignisgetriebener, interruptgetriebener, Multitasking-, Multithreading-Verarbeitungsstrategien und ähnlicher Verarbeitungsstrategien repräsentieren. Dabei können verschiedene der erläuterten Tätigkeiten, Operationen und/oder Funktionen in der dargestellten Abfolge oder parallel ausgeführt werden oder in einigen Fällen fortgelassen werden. Ebenso ist die Reihenfolge der Verarbeitung nicht notwendigerweise erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hier beschriebenen als Beispiel dienenden Ausführungsformen zu erreichen, sondern sie dient nur einer einfachen Erläuterung und Beschreibung. Eine oder mehrere der erläuterten Tätigkeiten, Operationen und/oder Funktionen können abhängig von der jeweiligen verwendeten Strategie wiederholt ausgeführt werden. Ferner können die beschriebenen Tätigkeiten, Operationen und/oder Funktionen graphisch einen Code repräsentieren, der in den nicht flüchtigen Speicher des computerlesbaren Speichermediums im Verbrennungsmotorsteuersystem zu programmieren ist.
  • Es sei bemerkt, dass die hier offenbarten Konfigurationen und Routinen beispielhafter Natur sind und dass diese spezifischen Ausführungsformen nicht als einschränkend anzusehen sind, weil zahlreiche Variationen möglich sind. Beispielsweise kann die vorstehende Technologie auf V-6-, I-4-, I-6-, V-12-, Vierzylinder-Boxermotoren und andere Typen von Motoren angewendet werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung schließt alle neuartigen und nicht offensichtlichen Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen und anderer hier offenbarter Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften ein.
  • Die folgenden Ansprüche legen bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen, die als neu und nicht offensichtlich angesehen werden, speziell dar. Diese Ansprüche können ”ein” Element oder ”ein erstes” Element oder eine Entsprechung davon betreffen. Diese Ansprüche sollen so verstanden werden, dass sie die Aufnahme eines oder mehrerer solcher Elemente einschließen, wobei zwei oder mehr solche Elemente weder gefordert noch ausgeschlossen werden. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Änderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Präsentation neuer Ansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Diese Ansprüche, ob sie in Bezug auf den Schutzumfang der ursprünglichen Ansprüche breiter, enger, gleich oder verschieden sind, werden auch als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthalten angesehen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 8407987 [0003]

Claims (19)

  1. Verfahren für einen Verbrennungsmotor, welches Folgendes umfasst: Einstellen einer Kraftstoffeinspritzzeit oder einer EGR-Rate als Reaktion auf die Anlagerung an einen passiven NOx-Adsorber (PNA), um das NOx-Speziesverhältnis vor einem SCR-Katalysator in einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung aufrechtzuerhalten.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei während einer Verbrennungsmotorkaltstartbedingung, während die Temperatur des SCR-Katalysators unter der Anspringtemperatur liegt, NOx-Spezies an den PNA angelagert werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Anlagerung an den PNA auf Verbrennungsmotorbetriebsbedingungen, einschließlich einer oder mehrerer von der Betttemperatur des PNA, dem Verbrennungs-Luft/Kraftstoff-Verhältnis, der Verbrennungsmotorverdünnung und der Zündzeit, beruht.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Einstellung erfolgt, während die Temperatur des SCR-Katalysators oberhalb der Anspringtemperatur liegt und während die Betttemperatur des PNA oberhalb einer Schwellentemperatur liegt, wobei die Betttemperatur des PNA durch einen mit dem PNA gekoppelten Temperatursensor geschätzt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei beim Aufrechterhalten des NOx-Speziesverhältnisses vor dem SCR-Katalysator ein Verhältnis zwischen einer ersten NOx-Spezies und einer zweiten NOx-Spezies im Wesentlichen bei einem ausgewählten Verhältnis gehalten wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die erste NOx-Spezies NO ist, die zweite NOx-Spezies NO2 ist und das ausgewählte Verhältnis 1:1 NO:NO2 ist.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der PNA vor dem SCR-Katalysator angeordnet wird und wobei das NOx-Speziesverhältnis auf der Grundlage von Ausgaben eines vor dem PNA angeordneten Vor-PNA-NOx-Sensors und eines hinter dem PNA und vor sowohl dem SCR-Katalysator als auch einem Einspritzer, welcher dem Abgasdurchgang vor dem SCR-Katalysator ein Reduktionsmittel zuführt, angeordneten Nach-PNA-NOx-Sensors geschätzt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das zugeführte Reduktionsmittel entweder Urea oder Ammoniak aufweist.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Einstellen Folgendes aufweist: als Reaktion darauf, dass ein Verhältnis zwischen der ersten NOx-Spezies und der zweiten NOx-Spezies das ausgewählte Verhältnis überschreitet, Erhöhen der EGR-Rate und/oder Verzögern der Kraftstoffeinspritzzeit und als Reaktion darauf, dass ein Verhältnis zwischen der zweiten NOx-Spezies und der ersten NOx-Spezies das ausgewählte Verhältnis überschreitet, Verringern der EGR-Rate und/oder Vorziehen der Kraftstoffeinspritzzeit.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Einstellen ferner auf der NOx-Detektionsempfindlichkeit des Vor-PNA- und des Nach-PNA-NOx-Sensors und einer Verhältnistoleranz beruht.
  11. Verfahren für einen Verbrennungsmotor, welches Folgendes umfasst: während einer ersten Bedingung nur dann, wenn eine Betttemperatur eines passiven Abgas-NOx-Adsorbers (PNA) größer als eine Schwellentemperatur ist und eine an einem Nach-PNA-Sensor geschätzte NOx-Konzentration auf der Grundlage der an einem Vor-PNA-Sensor geschätzten NOx-Konzentration größer als ein Schwellenwert ist, Verringern der EGR-Rate und/oder Vorziehen der Kraftstoffeinspritzzeit, während einer zweiten Bedingung nur dann, wenn eine Betttemperatur des Abgas-PNA größer als die Schwellentemperatur ist und die NOx-Konzentration am Nach-PNA-Sensor kleiner als der Schwellenwert ist, Erhöhen der EGR-Rate und/oder Verzögern der Kraftstoffeinspritzzeit, während beider Bedingungen wird das NOx-Verhältnis vor dem SCR-Katalysator und hinter dem PNA bei einem ausgewählten Verhältnis gehalten.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der PNA eine NOx-Konzentration speichert, wenn die Betttemperatur des PNA niedriger als eine Schwellentemperatur ist, und eine NOx-Konzentration abgibt, wenn die Betttemperatur größer als eine Schwellentemperatur ist.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei das NOx-Verhältnis vor dem SCR-Katalysator und hinter dem PNA bei einem ausgewählten Verhältnis gehalten wird, welches ein Verhältnis von 1:1 einschließt.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei das ausgewählte NOx-Verhältnis ein Verhältnis zwischen NO und NO2 umfasst.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei während der ersten Bedingung auf der Grundlage höherer Schätzungen der Anlagerung an den PNA die EGR-Rate weiter verringert wird und/oder die Kraftstoffeinspritzzeit weiter vorgezogen wird und während der zweiten Bedingung auf der Grundlage niedrigerer Schätzungen der Anlagerung an den PNA die EGR-Rate weiter erhöht wird und/oder die Kraftstoffeinspritzzeit weiter verzögert wird.
  16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei sowohl während der ersten als auch der zweiten Bedingung die Schätzungen der Anlagerung an den PNA auf Betriebsbedingungen beruhen, die eine oder mehrere von der Betttemperatur des PNA, des Vor-PNA-NOx-Sensormesswerts, des Verbrennungs-Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, der Verbrennungsmotorverdünnung und der Zündzeit einschließen.
  17. Verbrennungsmotorsystem, welches Folgendes umfasst: einen Verbrennungsmotor mit einem Kraftstoffeinspritzer, einen Abgasdurchgang, einen PNA, der mit dem Abgasdurchgang gekoppelt ist, einen Temperatursensor, der mit dem PNA gekoppelt ist, um die Temperatur des PNA-Betts zu schätzen, einen SCR-Katalysator, der in den Abgasdurchgang hinter den PNA geschaltet ist, einen Reduktionsmitteleinspritzer, der mit einem Urea-Tank gekoppelt ist und dafür ausgelegt ist, Urea in den Abgasdurchgang vor dem SCR-Katalysator einzubringen, einen ersten Vor-PNA-NOx-Sensor, der vor den PNA geschaltet ist, einen zweiten Nach-PNA-NOx-Sensor, der hinter den PNA und vor den SCR-Katalysator und den Einspritzer geschaltet ist, einen EGR-Durchgang, der dafür ausgelegt ist, Abgas von einem Verbrennungsmotorauslass zu einem Verbrennungsmotoreinlass zurückzuführen, und eine Steuereinrichtung mit computerlesbaren Befehlen, die auf einem nicht flüchtigen Speicher gespeichert sind, um während Bedingungen, während derer der PNA adsorbiertes NOx abgibt, Folgendes auszuführen: Einstellen der Flussrate durch den EGR-Durchgang auf der Grundlage der PNA-Anlagerung, um das Verhältnis zwischen vor dem PNA gemessenen oder geschätzten NOx-Spezies und hinter dem PNA gemessenen NOx-Spezies bei einem ausgewählten Verhältnis zu halten.
  18. System nach Anspruch 17, wobei die Steuereinrichtung ferner Befehle aufweist, um Folgendes auszuführen: ferner Einstellen der Kraftstoffeinspritzzeit auf der Grundlage der PNA-Anlagerung, um das Verhältnis zwischen vor dem PNA geschätzten NOx-Spezies und hinter dem PNA geschätzten NOx-Spezies bei einem ausgewählten Verhältnis zu halten.
  19. System nach Anspruch 18, wobei die PNA-Anlagerung auf der Grundlage des Vor-PNA-NOx-Sensors abgeleitet wird.
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