DE102015224267B4

DE102015224267B4 - Abgasreinigungseinrichtung und Verfahren zum Berechnen der NOx-Masse, die in der Mager-NOx-Falle bei der Regenerierung reduziert wird

Info

Publication number: DE102015224267B4
Application number: DE102015224267.6A
Authority: DE
Inventors: Jin Ha Lee; Jin Woo Park; Sera Lim; Joschka Schaub; Thomas Wittka; Alexander VOVK
Original assignee: FEV Europe GmbH; Hyundai Motor Co
Current assignee: FEV Europe GmbH; Hyundai Motor Co
Priority date: 2015-03-30
Filing date: 2015-12-04
Publication date: 2023-05-04
Anticipated expiration: 2035-12-05
Also published as: KR101683512B1; US9835067B2; KR20160116572A; DE102015224267A1; US20160290197A1; CN106014554B; CN106014554A

Abstract

Verfahren zum Betreiben einer Abgasreinigungseinrichtung mit einer Mager-NOx-Falle (LNT), wobei eine Steuerung (70) eine Adsorption und Freisetzung von NOx durch Steuern des Luft-/Kraftstoffverhältnisses in Abhängigkeit von dem in der LNT adsorbierten NOx und der Abgastemperatur steuert, und wobei ein mithilfe der Steuerung (70) durchgeführtes Berechnen der Stickoxid- (NOx) Masse, die in der LNT bei der Regenerierung reduziert wird, umfasst:Berechnen des zur Reduktion des NOx verwendeten C3H6-Massenstroms aus dem in die LNT der Abgasreinigungseinrichtung strömenden C3H6-Massenstrom;Berechnen des zur Reduktion des NOx verwendeten NH3-Massenstroms aus dem in der LNT entstandenen NH3-Massenstrom;Berechnen des reduzierten NOx-Massenstroms auf Basis des zur Reduktion des NOx verwendeten C3H6-Massenstroms und des zur Reduktion des NOx verwendeten NH3-Massenstroms; undBerechnen der reduzierten NOx-Masse durch Integrieren des reduzierten NOx-Massenstroms über die Regenerierungsperiode,wobei der Schritt der Berechnung des zur Reduktion des NOx verwendeten C3H6-Massenstroms aufweist:Berechnen des in die LNT strömenden C3H6-Massenstroms;Berechnen des verwendeten C3H6-Massenstroms anhand des in die LNT strömenden C3H6-Massenstroms, der NOx-Adsorption, des Lambda-Wertes stromaufwärts der LNT, der LNT-Temperatur und der Fortschrittsrate der Anreicherung; undBerechnen des zur Reduktion des NOx verwendeten C3H6-Massenstroms anhand des verwendeten C3H6-Massenstroms.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Verfahren zum Berechnen der Stickoxid- (NOx) Masse, die in einer Mager-NOx-Falle (LNT) bei der Regenierung reduziert wird, und eine Abgasreinigungseinrichtung. Insbesondere betrifft die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zum Berechnen der NOx-Masse, die aus einer LNT bei der Regenerierung reduziert wird, und eine Abgasreinigungseinrichtung, die die NOx-Reinigungsleistung und die Kraftstoffeffizienz durch die präzise Berechnung des in der LNT reduzierten NOx verbessern.
HINTERGRUND
Im Allgemeinen strömt das Abgas eines Verbrennungsmotors durch einen Abgaskrümmer in einen an einem Auspuffrohr angebauten katalytischen Konverter und wird darin gereinigt. Dann wird das Abgasgeräusch beim Durchströmen eines Schalldämpfers verringert und das Abgas durch ein Endrohr in die Luft emittiert. Der katalytische Konverter reinigt das Abgas von den darin enthaltenen Schadstoffen. Außerdem ist ein Partikelfilter zum Zurückhalten von im Abgas enthaltenem Feinstaub (PM) im Auspuffrohr installiert.
Ein Entstickungskatalysator (DeNOx-Katalysator) ist ein Typ eines solchen katalytischen Konverters und reinigt das im Abgas enthaltene Stickoxid (NOx). Wenn Reduktionsmittel wie Harnstoff, Ammoniak, Kohlenstoffmonoxid und Kohlenwasserstoff (HC) dem Abgas zugeführt werden, wird das im Abgas enthaltene NOx im DeNOx-Katalysator durch eine Oxidations-Reduktionsreaktion mit den Reduktionsmitteln reduziert.
Seit kurzem wird ein Mager-NOx-Fallen- (LNT) Katalysator als derartiger DeNOx-Katalysator verwendet. Der LNT-Katalysator adsorbiert das im Abgas enthaltene NOx, wenn das Luft-/Kraftstoffverhältnis mager ist, setzt das adsorbierte NOx frei und reduziert das freigesetzte Stickoxid und das im Abgas enthaltene Stickoxid, wenn das Luft-/Kraftstoffverhältnis fett ist.
Da jedoch Dieselmotore bei magerem Luft-/Kraftstoffverhältnis arbeiten, muss das Luft-/Kraftstoffverhältnis künstlich auf ein fettes Luft-/Kraftstoffverhältnis eingeregelt werden (im Folgenden als ‚Regenerierung der LNT‘ bezeichnet), um das adsorbierte NOx aus der LNT freizusetzen. Dazu muss ein Zeitpunkt für die Freisetzung des in der LNT adsorbierten NOx präzise bestimmt werden. Insbesondere sollte die in der LNT adsorbierte NOx-Masse präzise bestimmt werden, um die NOx-Reinigungsleistung und die Kraftstoffeffizienz zu verbessern und eine Zustandsverschlecherung der LNT zu verhindern.
Außerdem ist die in der LNT adsorbierte NOx-Masse die Summe der NOx-Masse, die in der LNT am Ende der Regenerierung verbleibt, und der NOx-Masse, die nach der Regenerierung neu in der LNT adsorbiert wird. Deshalb sollte die in der LNT bei der Regenerierung reduzierte NOx-Masse präzise berechnet werden.
Ferner entweichen ein Teil des in die LNT strömenden NH3 bei der Regenerierung aus der LNT und das in der LNT erzeugte NH3, und der NH3-Schlupf kann in einem Katalysator mit selektiver katalytischer Reduktion (SCR) als Reduktionsmittel verwendet werden. Wenn die in der LNT bei der Regenerierung reduzierte NOx-Masse präzise berechnet wird, kann deshalb die Masse des Reduktionsmittels, die vom Dosiermodul einzuspritzen und dem SCR-Katalysator zuzuführen ist, präzise berechnet werden.
Die obigen Ausführungen dieses Hintergrund-Abschnitts dienen nur dem besseren Verständnis des Hintergrunds der Erfindung und können deshalb Informationen enthalten, die nicht Bestandteil des hierzulande dem Durchschnittsfachmann bereits bekannten Standes der Technik bilden.
Der Fachartikel Koci et al.,Global kinetic model for the regeneration of NOx storage catalyst with CO, H2 and C3H6 in the presence of CO2 and H2O, Catalysis Today 147S (2009) S257 - S264 beschreibt ein heterogenes 1 D-Modell für einen industriellen NOx-Speicher und Reduktionskatalysator. Dabei wird die NOx-Reduktion für die drei im Abgas vorhandenen Komponenten CO, H2 und unverbrannte Kohlenwasserstoffs (HCs) modelliert. US 2006 / 0 010 857 A1 beschreibt ein hybrides Katalysatorsystem zur Reduzierung von Abgasemissionen. Dabei wird unter anderem die Verwendung eines „lean NOX traps“ (LNTs) oder „selective catalytic reduction (SCR) exhaust treatment systems“ beschrieben, welches mit einer vom LNT getrennten Ammoniakquelle ausgestattet ist. EP 2 460 994 A2 beschreibt ein Verfahren und System zur Vorhersage der Regeneration eines DeNOx-Katalysators. Das Verfahren umfasst ein Berechnen von freigesetzten NO2, reduzierten NO2 und eines aus einem DeNOx-Katalysator austretenden NO2-Massenstroms und daraus das Berechnen der NO2 und NOx-Masse, die nach der Regeneration an dem DeNOx-Katalysator verblieben ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER OFFENBARUNG
Die vorliegende Offenbarung wurde in den Bestreben erarbeitet, ein Verfahren zum Berechnen der Stickoxid- (NOx) Masse, die in einer Mager-NOx-Falle (LNT) bei der Regenerierung reduziert wird, und eine Abgasreinigungseinrichtung mit den Vorteilen einer verbesserten NOx-Reinigungsleistung und Kraftstoffeffizenz durch die präzise Berechnen der in der LNT reduzierten NOx-Masse bereitzustellen.
Eine andere Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung stellt ein Verfahren zum Berechnen der in einer LNT bei der Regenerierung reduzierten NOx-Masse und eine Abgasreinigungseinrichtung bereit mit den weiteren Vorteilen der präzisen Berechnung der Masse eines Reduktionsmittels, das von einem Dosiermodul eingespritzt werden sollte, indem die in der LNT reduzierte NOx-Masse präzise berechnet wird.
Ein Verfahren zum Berechnen der in der Mager-NOx-Falle (LNT) bei der Regenerierung reduzierten Stickoxid- (NOx) Masse der vorliegenden Offenbarung enthält: Berechnen des C3H6-Massenstroms, der zur Reduktion des NOx aus dem in die LNT einer Abgasreinigungseinrichtung strömenden C3H6-Massenstrom verwendet wird; Berechnen des NH3-Massenstroms, der zur Reduktion des NOx aus dem in die LNT strömenden NH3-Massenstrom verwendet wird; Berechnen des reduzierten NOx-Massenstroms auf Basis des C3H6-Massenstroms, der zur Reduktion des NOx verwendet wird, und des NH3-Massenstroms, der zur Reduktion des NOx verwendet wird; und Berechnen der reduzierten NOx-Masse durch Integrieren des reduzierten NOx-Massenstroms über einer Regenerierungsperiode.
Die Berechnung des C3H6-Massenstroms, der zur Reduktion des NOx verwendet enthält: Berechnen des in die LNT strömenden C3H6-Massenstroms; Berechnen des verwendeten C3H6-Massenstroms anhand des in die LNT strömenden C3H6-Massenstroms, der NOx-Adsorption, des Lambda-Wertes stromaufwärts der LNT, der LNT-Temperatur und der Fortschrittsrate der Anreicherung; und Berechnen des C3H6-Massenstroms, der zur Reduktion des NOx verwendet wurde, anhand des verwendeten C3H6-Massenstroms.
Die Berechnung des NH3-Massenstroms, der zur Reduktion des NOx verwendet wird, kann enthalten: Berechnen des NH3-Massenstroms, der aus dem in die LNT strömenden C3H6 entstanden ist; Berechnen des in die LNT strömenden NH3-Massenstroms; Berechnen des Gesamt-NH3-Massenstroms, der in der LNT chemisch reaktionsfähig ist; Berechnen des verwendeten NH3-Massenstroms anhand des Gesamt-NH3-Massenstroms, der in der LNT chemisch reaktionsfähig ist, der NOx-Adsorption, des Lambda-Wertes stromaufwärts der LNT, der LNT-Temperatur und der Fortschrittsrate der Anreicherung; und Berechnen des NH3-Massenstroms, der zur Reduktion des NOx verwendet wird, anhand des verwendeten NH3-Massenstroms.
Der aus dem in die LNT strömenden C3H6 entstandene NH3-Massenstrom kann mit Hilfe der Fortschrittsrate der Anreicherung berechnet werden.
Die Fortschrittsrate der Anreicherung kann mit der Gleichung $\frac{\frac{1 - λ_{d o w n s t r e a m}}{λ_{u p s t r e a m}}}{\frac{1 - λ_{t a r g e t}}{λ_{t a r g e t}}}$
definiert werden, wobei λ_target ein Ziel-Lambda-Wert, λ_upstream der Lambda-Wert stromaufwärts der LNT und λ_downstream der Lambda-Wert stromabwärts der LNT ist.
Eine Abgasreinigungseinrichtung gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung kann enthalten: einen Verbrennungsmotor mit einer Einspritzanlage zum Einspritzen von Kraftstoff, der Energie durch die Verbrennung eines Gemischs aus Luft und Kraftstoff erzeugt, und Ausleiten des im Verbrennungsprozess erzeugten Abgases durch ein Auspuffrohr nach außen; eine am Auspuffrohr installierte Mager-NOx-Falle (LNT), die zum Adsorbieren des im Abgas bei magerem Luft-/Kraftstoffverhältnis enthaltenen Stickoxids (NOx), zum Freisetzen des adsorbierten Stickoxids bei fettem Luft-/Kraftstoffverhältnis und zum Reduzieren des im Abgas enthaltenen Stickoxids oder des freigesetzten Stickoxids mittels Reduktionsmitteln, einschließlich im Abgas enthaltenem Kohlenstoff oder Wasser konfiguriert ist; und eine Steuerung, die zum Steuern der Adsorption und des Freisetzens des NOx durch Steuern des Luft-/Kraftstoffverhältnisses von dem in der LNT adsorbierten NOx und der Abgastemperatur konfiguriert ist, wobei die Steuerung den reduzierten NOx-Massenstrom auf Basis des C3H6-Massenstroms zur Reduktion des NOx aus dem in die LNT strömenden C3H6-Massenstrom und des NH3-Massenstroms, der zur Reduktion des NOx aus dem in die LNT strömenden NH3-Massenstrom verwendet wird, und den NOx-Massenstrom durch Integrieren des NOx-Massenstroms über die Regenerierungsperiode berechnet.
Die Steuerung berechnet den zur Reduktion des NOx verwendeten C3H6-Massenstrom anhand des in die LNT strömenden C3H6-Massenstroms, der NOx-Adsorption, des Lambda-Wertes stromaufwärts der LNT, der LNT-Temperatur und der Fortschrittsrate der Anreicherung.
Die Steuerung kann den NH3-Massenstrom, der aus dem in die LNT strömenden C3H6 entstanden ist, den Gesamt-NH3-Massenstrom, der in der LNT chemisch reaktionsfähig ist, anhand des in die LNT strömenden NH3-Massenstroms und des aus dem C3H6 entstandenen NH3-Massenstroms und des NH3-Massenstroms, der zur Reduktion des NOx verwendet wird, anhand des Gesamt-NH3-Massenstroms, der in der LNT chemisch reaktionsfähig ist, der NOx-Adsorption, des Lambda-Wertes stromaufwärts der LNT, der LNT-Temperatur und der Fortschrittsrate der Anreicherung berechnen.
Die Steuerung kann den NH3-Massenstrom, der aus dem in die LNT strömenden C3H6 entstanden ist, in Abhängigkeit von der Fortschrittsrate der Anreicherung berechnen.
Die Fortschrittsrate der Anreicherung kann mit der Gleichung $\frac{\frac{1 - λ_{d o w n s t r e a m}}{λ_{u p s t r e a m}}}{\frac{1 - λ_{t a r g e t}}{λ_{t a r g e t}}}$
definiert werden, wobei λ_target ein Ziel-Lambda-Wert, λ_upstream der Lambda-Wert stromaufwärts der LNT und λ_downstream der Lambda-Wert stromabwärts der LNT ist.
Die Abgasreinigungseinrichtung kann ferner enthalten: ein am Auspuffrohr stromabwärts der LNT angebrachtes Dosiermodul, das zum direkten Einspritzen eines Reduktionsmittels in das Abgas konfiguriert ist; und einen Katalysator mit selektiver katalytischer Reduktion (SCR), der stromabwärts des Dosiermoduls am Auspuffrohr installiert und zum Reduzieren des im Abgas enthaltenen NOx mittels des vom Dosiermodul eingespritzten Reduktionsmittels konfiguriert ist, wobei die Steuerung zum Steuern der Menge des vom Dosiermodul eingespritzten Reduktionsmittels in Abhängigkeit vom in den SCR-Katalysator strömenden NOx-Massenstrom konfiguriert ist, und wobei die Steuerung den aus der LNT entwichenen NH3-Massenstrom anhand des Gesamt-NH3-Massenstroms, der in der LNT chemisch reaktionsfähig ist, der NOx-Adsorption, des Lambda-Wertes stromaufwärts der LNT, der LNT-Temperatur und der Fortschrittsrate der Anreicherung berechnet, und die Menge des vom Dosiermodul einzuspritzenden Reduktionsmittels unter Berücksichtigung des entwichenen NH3-Massenstroms einregelt.
Wie oben beschrieben kann der Zeitpunkt der Regenerierung der LNT durch die präzise Berechnung der in der LNT reduzierten NOx-Masse bei der Regenerierung präzise gesteuert werden. Deshalb können die NOx-Reinigungsleistung verbessert und eine Zustandsverschlechterung der LNT verhindert werden.
Außerdem kann die Kraftstoffeffizient verbessert werden, indem eine unnötige Regenerierung der LNT verhindert wird.
Außerdem kann der Verbrauch von in einen SCR-Katalysator eingespritzten Reduktionsmitteln verringert werden.
Da ferner ein Reaktionsmodell mit der Annahme erstellt wird, dass das C3H6 sämtliche Reduktionsmittel neben dem NH3 als ein geeignetes Reduktionsmittel repräsentiert und das gesamte NOx durch das NO2 repräsentiert wird, kann der Speicher verkleinert und der Steuerprozess vereinfacht werden.
Obwohl das Reaktionsmodell vereinfacht ist, lassen sich geeignete Vorhersagen erreichen.
Figurenliste

1 ist ein schematisches Diagramm einer Abgasreinigungseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung.
2 ist ein Blockdiagramm, das die Beziehung der Ein- und Ausgaben einer Steuerung zeigt, die in einem Verfahren zur Berechnung der einer LNT bei der Regenerierung reduzierten NOx-Masse gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung zeigt.
3 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Berechnung der in einer LNT bei der Regenerierung reduzierten NOx-Masse gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung.
4 ist ein Flussdiagramm, das detaillierte Prozesse von Schritt S330 in 3 zeigt.
5 ist ein Flussdiagramm, das detaillierte Prozesse von Schritt S340 in 3 zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen ausführlich beschrieben.
1 ist ein schematisches Diagramm einer Abgasreinigungseinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung.
Wie in 1 dargestellt kann ein Abgassystem eines Motors mit innerer Verbrennung einen Verbrennungsmotor 10, ein Auspuffrohr 20, eine Abgas-Rückführungsvorrichtung (EGR) 30, eine Mager-NOx-Falle (LNT) 40, ein Dosiermodul 50, ein Feinstaubfilter 60, und eine Steuerung 70 enthalten.
Der Verbrennungsmotor 10 verbrennt ein Luft-/Kraftstoffgemisch, um chemische Energie in mechanische Energie umzuwandeln. Der Verbrennungsmotor 10 ist mit einem Einlasskrümmer 16 verbunden, der die Luft in eine Brennkammer 12 führt, und mit einem Abgaskrümmer 18, in dem das im Verbrennungsprozess erzeugte Abgas gesammelt und nach außen abgeführt wird. Ein Einspritzventil 14 ist in der Brennkammer 12 zum Einspritzen des Kraftstoffs in die Brennkammer 12 installiert.
Hierin wird beispielhaft ein Diesel-Verbrennungsmotor angenommen, aber es kann auch ein Mager-Benzinverbrennungsmotor verwendet werden. Im Falle des Benzin-Verbrennungsmotors strömt das Luft-/Kraftstoffgemisch durch den Einlasskrümmer 16 in die Brennkammer 12, und eine Zündkerze (nicht dargestellt) ist im oberen Abschnitt der Brennkammer 12 angeordnet. Wenn außerdem ein Verbrennungsmotor mit Benzin-Direkteinspritzung (GDI) verwendet wird, ist das Einspritzventil 14 am oberen Abschnitt der Brennkammer 12 angeordnet.
Das Auspuffrohr 20 ist mit dem Abgaskrümmer 18 verbunden, um das Abgas aus dem Fahrzeug nach außen abzuführen. Die LNT 40, das Feinstaubfilter 60, das Dosiermodul 50 und das Feinstaubfilter 60 sind am Auspuffrohr 20 angebracht, um Kohlenwasserstoff, Kohlenstoffmonoxid, Feinstaub und Stickoxid (NOx) aus dem Abgas zu entfernen.
Die Abgas-Rückführungsvorrichtung 30 ist am Auspuffrohr 20 installiert, und ein Teil des Abgases vom Verbrennungsmotor 10 wird durch die Abgas-Rückführungsvorrichtung 30 zum Verbrennungsmotor 10 zurückgeführt. Die Abgas-Rückführungsvorrichtung 30 ist außerdem mit dem Einlasskrümmer 16 verbunden, um die Verbrennungstemperatur durch Mischen eines Teils des Abgases mit Luft zu steuern. Eine derartige Steuerung der Verbrennungstemperatur erfolgt durch Steuern der Abgasmenge, die zum Einlasskrümmer 16 zurückgeführt wird, durch die Steuerung 70. Deshalb kann ein von der Steuerung 70 gesteuertes Rückführventil (nicht dargestellt) in einer Leitung, die die Abgas-Rückführungsvorrichtung 30 und den Einlasskrümmer 16 verbindet, installiert sein.
Ein erster Sauerstoffsensor 72 kann am Auspuffrohr 20 stromabwärts der Abgas-Rückführungsvorrichtung 30 installiert sein. Der erste Sauerstoffsensor 72 detektiert die Sauerstoffmenge in dem durch die Abgas-Rückführungsvorrichtung 30 strömenden Abgas und sendet ein entsprechendes Signal an die Steuerung 70, um die Steuerung 70 bei der mager/fett-Steuerung des Abgases zu unterstützen. In dieser Beschreibung wird der vom ersten Sauerstoffsensor 72 detektierte Wert als Lambda-Wert stromaufwärts (λ_upstream) der LNT bezeichnet.
Außerdem kann ein erster Temperatursensor 74 am Auspuffrohr 20 stromabwärts der Abgas-Rückführungsvorrichtung 30 installiert sein, der die Temperatur des durch die Abgas-Rückführungsvorrichtung 30 strömenden Abgases detektiert.
Die LNT 40 ist am Auspuffrohr 20 stromabwärts der Abgas-Rückführungsvorrichtung 30 angebracht. Die LNT 40 adsorbiert das im Abgas bei einem mageren Luft-/Kraftstoffverhältnis enthaltene Stickoxid (NOx), setzt das adsorbierte Stickoxid frei und reduziert das im Abgas bei einem fetten Luft-/Kraftstoffverhältnis enthaltene Stickoxid oder das freigesetzte Stickoxid. Außerdem kann die LNT 40 das im Abgas enthaltene Kohlenstoffmonoxid (CO) und den Kohlenwasserstoff (HC) oxidieren. In dieser Beschreibung wird das Freisetzen des in der LNT adsorbierten NOx durch Einstellen eines fetten Luft-/Kraftstoffverhältnisses als ‚Regenerierung der LNT‘ bezeichnet.
Hierin bezeichnet Kohlenwasserstoff sämtliche Verbindungen, einschließlich Kohlenstoff- und Wasserstoffverbindungen, die im Abgas und im Kraftstoff enthalten sind.
Ein zweiter Sauerstoffsensor 76, ein zweiter Temperatursensor 78 und ein erster NOx-Sensor 80 können am Auspuffrohr 20 stromabwärts der LNT 40 installiert sein.
Der zweite Sauerstoffsensor 76 kann die in dem in das Feinstaubfilter 60 strömenden Abgas enthaltene Sauerstoffmenge detektieren und ein entsprechendes Signal an die Steuerung 70 senden. Die Steuerung 70 kann die Mager-/Fett-Steuerung des Abgases auf Basis der vom ersten Sauerstoffsensor 72 und vom zweiten Sauerstoffsensor 76 detektierten Werte ausführen. In dieser Beschreibung wird der vom zweiten Sauerstoffsensor 62 detektierte Wert als Lambda-Wert (λ_downstream) stromabwärts der LNT bezeichnet.
Der zweite Temperatursensor 78 kann die Temperatur des in das Feinstaubfilter 60 strömenden Abgases detektieren und ein entsprechendes Signal an die Steuerung 70 senden.
Der erste NOx-Sensor 80 kann die NOx-Konzentration des in das Feinstaubfilter 60 strömenden Abgases detektieren und ein entsprechendes Signal an die Steuerung 70 senden. Die vom ersten NOx-Sensor 80 detektierte NOx-Konzentration kann zur Bestimmung der Menge des vom Dosiermodul 50 einzuspritzenden Reduktionsmittels verwendet werden.
Das Dosiermodul 50 kann am Auspuffrohr 20 stromaufwärts des Feinstaubfilters 60 angebracht sein und das Reduktionsmittel durch die Steuerung 70 gesteuert in das Abgas einspritzen. Typischerweise spritzt das Dosiermodul 50 Harnstoff ein, der hydrolisiert und zu Ammoniak umgesetzt wird. Das Reduktionsmittel ist jedoch nicht auf Ammoniak beschränkt.
Ein Mischgerät 55 ist am Auspuffrohr 20 stromabwärts des Dosiermoduls 50 angebaut und vermischt das Reduktionsmittel und das Abgas gleichmäßig.
Das Feinstaubfilter 60 kann am Auspuffrohr stromabwärts des Mischgeräts 55 angebracht sein, den im Abgas enthaltenen Feinstaub zurückhalten und das im Abgas enthaltene Stickoxid mittels des vom Dosiermodul 50 eingespritzten Reduktionsmittels reduzieren. Dazu kann das Feinstaubfilter 60 einen Katalysator mit selektiver katalytischer Reduktion an einem Diesel-Feinstaubfilter (SDPF) 62 und einen zusätzlichen Katalysator 64 mit selektiver katalytischer Reduktion (SCR) enthalten, ist aber nicht darauf beschränkt.
Es versteht sich, dass ein SCR-Katalysator in dieser Beschreibung und den Ansprüchen den SCR-Katalysator selbst oder das SDPF umfasst.
Das SDPF 62 wird durch Beschichten von Wänden des SCR, die Kanäle des DPF begrenzen, gebildet. Das DPF enthält im Allgemeinen eine Mehrzahl Einlass- und Auslasskanäle. Jeder der Einlasskanäle hat ein offenes und ein blockiertes Ende und nimmt das Abgas vom vorderen Ende des DPF auf. Außerdem hat jeder der Auslasskanäle ein blockiertes und ein offenes Ende und leitet das Abgas aus dem DPF aus. Das durch die Einlasskanäle in das DPF strömende Abgas gelangt durch poröse Wände, die die Einlass- und Auslasskanäle trennen, in die Auslasskanäle. Danach wird das Abgas aus dem DPF durch die Auslasskanäle ausgeleitet. Während das Abgas die porösen Wände passiert, wird der im Abgas enthaltene Feinstaub zurückgehalten. Außerdem reduziert der am SDPF 62 angeordnete SCR-Katalysator das im Abgas enthaltende Stickoxid mittels des vom Dosiermodul 50 eingespritzten Reduktionsmittels.
Der zusätzliche SCR-Katalysator 64 kann an der Rückseite des SDPF 62 angeordnet sein. Der zusätzliche SCR-Katalysator 64 reduziert weiter das Stickoxid, wenn das SDPF 62 das Stickoxid vollständig reinigt. Der zusätzliche SCR-Katalysator 64 kann physisch getrennt vom SDPF 62 angebaut sein.
Ein Druckdifferenzsensor 66 kann am Auspuffrohr 20 angebracht sein. Der Druckdifferenzsensor 66 detektiert die Druckdifferenz zwischen einem vorderen Endabschnitt und einem hinteren Endabschnitt des Feinstaubfilters 60 und sendet ein entsprechendes Signal an die Steuerung 70. Die Steuerung 70 kann das Feinstaubfilter 60 so steuern, dass es regeneriert wird, wenn die vom Druckdifferenzsensor 66 detektierte Druckdifferenz einen vorgegebenen Druck überschreitet. In diesem Fall führt das Einspritzventil 14 eine Nacheinspritzung von Kraftstoff aus, um den im Feinstaubfilter 60 zurückgehaltenen Feinstaub zu verbrennen.
Außerdem kann ein zweiter NOx-Sensor 82 am Auspuffrohr 20 stromabwärts des Feinstaubfilters 60 installiert sein. Der zweite NOx-Sensor 82 kann die Konzentration des aus dem Feinstaubfilter 60 ausgeleiteten im Abgas enthaltenen Stickoxids detektieren und ein entsprechendes Signal an die Steuerung 70 senden. Die Steuerung 70 kann auf Basis des vom zweiten NOx-Sensor 82 detektierten Wertes prüfen, ob das im Abgas enthaltene Stickoxid im Feinstaubfilter 60 normal entfernt wird. Das heißt, der zweite NOx-Sensor 82 kann zur Bewertung der Leistung des Feinstaubfilters 60 verwendet werden.
Die Steuerung 70 kann die Fahrbedingung des Verbrennungsmotors auf Basis der von jedem Sensor gesendeten Signale bestimmen, die Mager-/Fett-Steuerung ausführen und die Menge des vom Dosiermodul 50 einzuspritzenden Reduktionsmittels auf Basis der Fahrbedingung des Verbrennungsmotors steuern. Die Steuerung 70 kann z. B. das Stickoxid aus der LNT 40 entfernen (in dieser Beschreibung als ‚Regenerierung der LNT‘ bezeichnet), indem sie das Luft-/Kraftstoffverhältnis auf fett einregelt, und das Stickoxid durch Einspritzen eines Reduktionsmittels aus dem SDPF 60 entfernen. Die Mager-/Fett-Steuerung kann durch Steuern der vom Einspritzventil 14 eingespritzten Kraftstoffmenge ausgeführt werden.
Die Steuerung 70 kann eine Mehrzahl Verzeichnisse und eine Mehrzahl Modelle aufweisen, die Kennwerte der LNT definieren, und auf deren Basis die bei der Regenerierung in der LNT reduzierten NOx-Masse berechnen. Die Mehrzahl Verzeichnisse und Modelle können mittels einer Reihe von Experimenten festgelegt werden.
Außerdem kann die Steuerung 70 die Regenerierung des Feinstaubfilters 60 und die Entschwefelung der LNT 40 steuern.
Zu diesen Zwecken kann die Steuerung 70 von einem oder mehreren Prozessoren verwirklicht sein, der bzw. die von einem vorgegebenen Programm aktiviert wird bzw. werden, und das vorgegebene Programm kann so programmiert sein, dass jeder Schritt eines Verfahrens zum Berechnen der in der LNT reduzierten NOx-Masse gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung ausgeführt wird.
2 ist ein Blockdiagramm, das die Beziehung der Ein- und Ausgaben einer Steuerung zeigt, die in einem Verfahren zur Regenierung einer LNT eines Abgasreinigungssystems gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung verwendet wird.
Wie in 2 dargestellt können der erste Sauerstoffsensor 72, der erste Temperatursensor 74, der zweite Sauerstoffsensor 76, der zweite Temperatursensor 78, der erste NOx-Sensor 80, der zweite NOx-Sensor 82, der Druckdifferenzsensor 66 und ein Einlass-Durchsatzmesser 11 mit der Steuerung 70 elektrisch verbunden sein und die detektierten Wert an die Steuerung 70 senden.
Der erste Sauerstoffsensor 72 kann die Sauerstoffmenge in dem durch die Abgas-Rückführungsvorrichtung 30 strömenden Abgas detektieren und das entsprechende Signal an die Steuerung 70 senden. Die Steuerung 70 kann die Mager-/Fett-Steuerung des Abgases auf Basis der vom ersten Sauerstoffsensor 72 detektierten Sauerstoffmenge im Abgas ausführen. Der vom ersten Sauerstoffsensor 72 detektierte Wert kann als ein stromaufwärtiger Lambda-Wert (λ_upstream) angegeben werden. Der Lambda-Wert gibt das tatsächliche Luft-/Kraftstoffverhältnis zum stöchiometrischen Luft-/Kraftstoffverhältnis an. Wenn Lambda größer ist als 1, ist das Luft-/Kraftstoffverhältnis mager. Wenn dagegen Lambda kleiner ist als 1, ist das Luft-/Kraftstoffverhältnis fett.
Der erste Temperatursensor 74 kann die Temperatur des durch die Abgas-Rückführungsvorrichtung 30 strömenden Abgases detektieren und ein entsprechendes Signal an die Steuerung 70 senden.
Der zweite Sauerstoffsensor 76 kann die Sauerstoffmenge in dem in das Feinstaubfilter 60 strömenden Abgas detektieren und ein entsprechendes Signal an die Steuerung 70 senden. Der vom zweiten Sauerstoffsensor 76 detektierte Wert kann als stromabwärtiger Lambda-Wert (λ_downstream) angegeben werden. Die Steuerung 70 führt die Regenerierung der LNT mittels des stromaufwärtigen Lambda-Wertes und des stromabwärtigen Lambda-Wertes durch.
Der zweite Temperatursensor 78 detektiert die Temperatur des in das Feinstaubfilter 60 strömenden Abgases und sendet ein entsprechendes Signal an die Steuerung 70.
Der erste NOx-Sensor 80 detektiert die NOx-Konzentration des in das Feinstaubfilter 60 strömenden Abgases und sendet ein entsprechendes Signal an die Steuerung 70.
Der zweite NOx-Sensor 82 detektiert die NOx-Konzentration des aus dem Feinstaubfilter 60 ausgeleiteten Abgases und sendet ein entsprechendes Signal an die Steuerung 70.
Der Druckdifferenzsensor 66 detektiert die Druckdifferenz zwischen einem vorderen Endabschnitt und einem hinteren Endabschnitt des Feinstaubfilters 60 und sendet ein entsprechendes Signal an die Steuerung 70.
Der Einlass-Durchsatzmesser 11 detektiert den Einlass-Luftdurchsatz in ein Einlasssystem des Verbrennungsmotors 10 und sendet ein entsprechendes Signal an die Steuerung 70.
Die Steuerung 70 kann die Fahrbedingung des Verbrennungsmotors, den Betrag der Kraftstoffeinspritzung, den Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung, ein Kraftstoff-Einspritzmuster, den Betrag der Reduktionsmittel-Einspritzung, den Regenerierungszeitpunkt des Feinstaubfilters 60, den Entschwefelungs-/Regenerierungszeitpunkt der LNT 40 Basis des gesendeten Wertes bestimmen und ein Signal zum Steuern des Einspritzventils 14 und des Dosiermoduls 50 an das Einspritzventil 14 und das Dosiermodul 50 ausgeben. Außerdem kann die Steuerung 70 die in der LNT bei der Regenerierung reduzierte NOx-Masse auf Basis der gesendeten Werte bestimmen.
Eine Mehrzahl Sensoren, die von den Sensoren in 2 verschieden sind, kann in der Abgasreinigungseinrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung installiert sein. Zum besseren Verständnis und zur einfacheren Beschreibung wird jedoch auf eine Beschreibung der Mehrzahl Sensoren verzichtet.
Nachfolgend wird anhand der 3 bis 5 ein Verfahren zum Berechnen der in der LNT reduzierten NOx-Masse bei der Regenerierung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung ausführlich beschrieben.
Die 3 bis 5 sind Flussdiagramme eines Verfahrens zum Berechnen der in der LNT reduzierten NOx-Masse bei der Regenerierung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung.
Wie in 3 dargestellt kann ein Verfahren zum Berechnen der in der LNT reduzierten NOx-Masse bei der Regenerierung gemäß einem der vorliegenden Offenbarung mit dem Betrieb des Verbrennungsmotors 10 in Schritt S300 beginnen. Wenn der Verbrennungsmotor 10 in Betrieb ist, kann die Steuerung 70 die in der LNT 40 adsorbierte NOx-Masse in Schritt S310 berechnen. Gemäß einem Beispiel eines Verfahrens zum Berechnen der in der LNT 40 adsorbierten NOx-Masse kann die in der LNT 40 adsorbierte NOx-Masse durch Integrieren eines Wertes, der durch Subtrahieren aus der LNT 40 thermisch freigesetzten NOx-Massenstroms, des aus der LNT 40 bei der Regenerierung freigesetzten NOx-Massenstroms und des NOx-Massenstroms, der mit dem Reduktionsmittel in der LNT 40 chemisch reagiert, von dem in der LNT 40 gespeicherten NOx-Massenstroms erhalten wird, berechnet werden. Eine Anzahl von Verfahren zum Berechnen der in der LNT 40 adsorbierten NOx-Masse sind dem Fachmann bekannt, und jedes Verfahren aus der Anzahl der Verfahren zum Berechnen der in der LNT 40 adsorbierten NOx-Masse kann angewendet werden.
Die Steuerung 70 kann auf Basis der in der LNT 40 adsorbierten NOx-Masse in Schritt S320 bestimmen, ob eine Regenerierungsbedingung der LNT 40 erfüllt ist. Wenn z. B. die in der LNT 40 adsorbierte NOx-Masse größer oder gleich einer vorgegebenen NOx-Menge ist, kann die Steuerung 70 bestimmen, dass die Regenerierungsbedingung der LNT 40 erfüllt ist.
Wenn die Regenerierungsbedingung der LNT 40 nicht erfüllt ist, kann die Steuerung 70 zu Schritt S310 zurückgehen und die in der LNT 40 adsorbierte NOx-Masse berechnen. Wenn die Regenerierungsbedingung der LNT 40 erfüllt ist, kann die Steuerung 70 die Regenerierung der LNT 40 in Schritt 325 durchführen. Das heißt, die Steuerung 70 kann das Luft-/Kraftstoffverhältnis auf fett einregeln, so dass das NOx aus der LNT 40 freigesetzt wird.
Während der Durchführung der Regenerierung der LNT 40 kann die Steuerung 70 den C3H6-Massenstrom, der zur Reduktion des NOx in Schritt S330 verwendet wird, berechnen. Im Folgenden wird die Berechnung des zur Reduktion des NOx verwendeten C3H6-Massenstroms anhand von 4 ausführlich beschrieben.
Wie in 4 dargestellt kann die Steuerung 70 den in die LNT 40 strömenden C3H6-Massenstrom in Schritt S400 berechnen. Der in die LNT 40 strömende C3H6-Massenstrom kann auf Basis der Fahrbedingung des Verbrennungsmotors 10 wie dem Einlass-Luftdurchsatz, der in den Verbrennungsmotor 10 eingespritzten Kraftstoffmenge, der Verbrennungstemperatur, des Verbrennungsdrucks, der Abgastemperatur usw. berechnet werden. Hierin ist unter Massenstrom eine Masse pro Zeiteinheit zu verstehen. Die Masse wird durch Integrieren des Massenstroms über die Zeit berechnet.
Danach kann die Steuerung 70 den in die LNT 40 strömenden C3H6-Massenstrom in Schritt S410 in ein C3H6 Reaktionsmodell eingeben. Wenn der in die LNT 40 strömende C3H6-Massenstrom, die Temperatur der LNT 40, die in der LNT 40 adsorbierte NOx-Masse, der Lambda-Wert (λ_upstream) stromaufwärts der LNT 40 und die Fortschrittsrate der Anreicherung in das C3H6-Reaktionsmodell eingegeben werden, werden ein C3H6-Massenstrom, der nicht in der LNT 40 reagiert und aus der LNT 40 entweicht und ein C3H6-Massenstrom, der in der LNT 40 reagiert, in Schritt S420 berechnet. Hierin ist die Fortschrittsrate der Anreicherung durch die folgende Gleichung definiert. $Fortschrittsrate der Antreicherung = \frac{\frac{1 - λ_{d o w n s t r e a m}}{λ_{u p s t r e a m}}}{\frac{1 - λ_{t a r g e t}}{λ_{t a r g e t}}}$
Dabei ist λ_target ein Ziel-Lambda-Wert, λ_upstream ist der Lambda-Wert stromaufwärts der LNT und λ_downstream ist der Lambda-Wert stromabwärts der LNT.
Außerdem kann die Steuerung 70 den zur Reduktion des O2 verwendeten C3H6-Massenstrom und den zur Reduktion des NOx verwendeten C3H6-Massenstrom auf Basis des verwendeten C3H6-Massenstroms in Schritt S430 berechnen. Dabei können folgende Gleichungen verwendet werden. C3H6 + 2NO2 + O2 → 2NH3 + 3CO2 C3H6 + 4,5NO2 → 2,25N2 + 3CO2 + 3H2O C3H6 + 4,5O2 → 3CO2 + 3H2O
Außerdem sind Reaktionskoeffizienten, bei denen es sich um Verhältnisse der C3H6-Massenströme, die an jeweiligen Reaktionen beteiligt sind, zu dem C3H6-Massenstrom handelt, der an allen Reaktionen in Abhängigkeit von der Temperatur der LNT 40, der in der LNT 40 adsorbierten NOx-Masse, des Lambda-Wertes stromaufwärts der LNT 40 (λ_upstream) und der Fortschrittsrate der Anreicherung im C3H6-Reaktionsmodell beteiligt ist, im C3H6-Reaktionsmodell gespeichert. Deshalb können der zur Reduktion des O2 verwendete C3H6-Massenstrom und der zur Reduktion des NOx verwendete C3H6-Massenstrom auf Basis des an den Reaktionen beteiligten C3H6-Massenstroms, der Reaktionskoeffizienten und der Molmassen des C3H6, des NO2, des O2, des N2, des NH3 und des H2O berechnet werden. Außerdem wird der aus dem C3H6 entstandene NH3-Massenstrom ebenfalls berechnet.
In dieser Beschreibung gilt beispielhaft, dass das C3H6 sämtliche Reduktionsmittel neben dem NH3 als Art Ersatz-Reduktionsmittel repräsentiert und dass sämtliche NOx-Verbindungen durch NO2 repräsentiert werden. Eine Reihe experimentaller Ergebnisse bestätigen, dass das Reaktionsmodell ein brauchbares Ergebnis bringt, wenn das C3H6 als eine Art Ersatz-Reduktionsmittel (neben NH3) verwendet und sämtliche NOx-Verbindung durch NO2 repräsentiert werden. Obwohl der Reduktionsmitteltyp und der NOx-Typ beschränkt sind, werden sämtliche Komponenten in Reaktionsmodell repräsentiert und korrekt berechnet. Deshalb können das Reaktionsmodell vereinfacht und die Kapazität des Speichers, in dem das Reaktionsmodell gespeichert ist, verringert werden.
Wie in 3 dargestellt kann der zur Reduktion des NOx verwendete NH3-Massenstrom in Schritt S340 berechnet werden. Im Folgenden wird die Berechnung des zur Reduktion des NOx verwendeten NH3-Massenstroms anhand von 5 ausführlich beschrieben.
Wie in 5 dargestellt kann die Steuerung 70 den zur Reduktion des NOx verwendeten C3H6-Massenstrom in Schritt S500 berechnen (siehe 4). Die Steuerung 70 kann den zur Reduktion des NOx verwendeten C3H6-Massenstrom, die Temperatur der LNT 40, die in der LNT 40 adsorbierte NOx-Masse, den Lambda-Wert stromaufwärts der LNT 40 (λ_upstream) und die Fortschrittsrate der Anreicherung in ein NH3-Generierungsmodell in Schritt S510 eingeben und den aus dem C3H6 entstandenen NH3-Massenstrom in Schritt S520 berechnen. Insbesondere wird das NH3 nicht in einem Anfangsstadium der LNT-Regenerierung erzeugt, sondern erst, nachdem die Fett-Steuerung ausreichend fortgeschritten ist. Deshalb sollte der aus dem C3H6 entstandene NH3-Massenstrom in Abhängigkeit von der Fortschrittsrate der Anreicherung berechnet werden. Wie oben beschrieben kann der aus dem C3H6 entstandene NH3-Massenstrom anhand der Reaktionsgleichung des C3H6 und des NO2 berechnet werden. Deshalb kann das NH3-Generierungsmodell ein Teil des C3H6-Reaktionsmodells oder unabhängig von diesem sein.
Danach kann die Steuerung 70 den in der LNT 40 chemisch reaktionsfähigen Gesamt-NH3-Massenstrom auf Basis des aus dem C3H6 entstandenen NH3-Massenstroms in Schritt S540 berechnen. Das Gesamt-NH3 kann gleich sein dem aus dem C3H6 entstandenen NH3-Massenstrom, ist aber nicht darauf beschränkt.
Danach kann die Steuerung 70 den Gesamt-NH3-Massenstrom, der in der LNT 40 chemisch reaktionsfähig ist, in Schritt S550 in das NH3-Reaktionsmodell eingeben. Wenn der Gesamt-NH3-Massenstrom, der in der LNT 40 chemisch reaktionsfähig ist, die Temperatur der LNT 40, die in der LNT 40 adsorbierte NOx-Masse, der Lambda-Wert (λ_upstream) stromaufwärts der LNT 40 und die Fortschrittsrate der Anreicherung in das NH3-Reaktionsmodell eingegeben werden, können der NH3-Massenstrom, der nicht in der LNT 40 reagiert und aus der LNT 40 entweicht und der NH3-Massenstrom, der in der LNT 40 reagiert in Schritt S560 berechnet werden. Außerdem kann die Steuerung 70 den zur Reduktion des O2 verwendeten NH3-Massenstrom und den zur Reduktion des NOx verwendeten NH3-Massenstrom auf Basis des NH3-Massenstroms in Schritt S570 berechnen. Dabei können die folgenden Gleichungen verwendet werden. NH3 + 1,7502 → NO2 + 1,5H20 2NH3 + 1,5NO2 → 1,75N2 + 3H2O
Die Reaktionskoeffizienten, bei denen es sich um Verhältnisse der NH3-Massenströme, die an jeweiligen Reaktionen beteiligt sind, zu dem NH3-Massenstrom handelt, der an allen Reaktionen in Abhängigkeit von der Temperatur der LNT 40, des Lambda-Wertes stromaufwärts der LNT 40 (λ_upstream) und der Fortschrittsrate der Anreicherung im C3H6-Reaktionsmodell sind im C3H6-Reaktionsmodell gespeichert. Deshalb können der zur Reduktion des O2 verwendete NH3-Massenstrom und der zur Reduktion des NOx verwendete NH3-Massenstrom auf Basis des an den Reaktionen beteiligten NH3-Massenstroms, der Reaktionskoeffizienten und der Molmassen des NH3, des NO2, des O2, des N2, des NH3 und des H2O berechnet werden.
Wie in 3 dargestellt kann die Steuerung 70 den reduzierten NOx-Massenstrom auf Basis des zur Reduktion des NOx verwendeten C3H6-Massenstroms aus dem in die LNT 40 strömenden C3H6-Massenstrom und den zur Reduktion des NOx verwendeten NH3-Massenstrom in Schritt S350 berechnen. Das heißt, der reduzierte NOx-Massenstrom kann aus den obigen Reaktionsgleichungen berechnet werden.
Danach kann die Steuerung 70 in Schritt S360 bestimmen, ob die Regenerierung der LNT 40 beendet ist. Das heißt, wenn die Fortschrittsrate der Anreicherung 1 wird (der stromaufwärtige und der stromabwärtige Lambda-Wert sind gleich dem Ziel-Lambda-Wert), beendet die Steuerung 70 die Regenerierung der LNT 40. Wenn die Regenerierung der LNT 40 nicht beendet ist, geht die Steuerung 70 zu Schritt S325 zurück.
Schließlich kann die Steuerung 70 den reduzierten NOx-Massenstrom über die Regenerierungsperiode integrieren, um die reduzierte NOx-Masse in Schritt S370 zu berechnen.
Wie oben beschrieben kann die Steuerung 70 den NH3-Massenstrom-Schlupf in Schritt S560 berechnen. Das heißt, der NH3-Massenstrom, der aus der LNT 40 entweicht, wird berechnet. Das gesamte aus der LNT 40 entwichene NH3 strömt in das SDPF 60 (oder den SCR-Katalysator). Deshalb berücksichtigt die Steuerung 70 bei der Berechnung der Menge des vom Dosiermodul 50 einzuspritzenden Reduktionsmittels (Harnstoff) den aus der LNT 40 entwichenen NH3-Massenstrom. Das heißt, die Steuerung 70 berechnet die Menge des vom Dosiermodul 50 einzuspritzenden Reduktionsmittels auf Basis des während einer vorgegebenen Zeit in das SDPF 60 strömenden NOx-Massenstroms und berechnet die Menge des Reduktionsmittels, das tatsächlich vom Dosiermodul 50 eingespritzt wird, indem sie einen Wert, der durch Integrieren des aus der LNT 40 entwichenen NH3-Massenstroms über die vorgegebenen Zeit erhalten wird, von der Mange des vom Dosiermodul 50 einzuspritzenden Reduktionsmittel subtrahiert. Deshalb wird der NH3-Schlupf aus dem SDPF 60 verhindert und der Reduktionsmittelverbrauch kann verringert werden.
Obwohl diese Offenbarung in Zusammenhang mit für derzeit als praktikabel geltenden Ausführungsbeispielen beschrieben worden ist, versteht es sich, dass die Offenbarung nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist, sondern im Gegenteil verschiedene Modifikationen und gleichwertige Anordnungen innerhalb von Geist und Gültigkeitsbereich der beigefügten Ansprüche abdecken soll.

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Abgasreinigungseinrichtung mit einer Mager-NOx-Falle (LNT), wobei eine Steuerung (70) eine Adsorption und Freisetzung von NOx durch Steuern des Luft-/Kraftstoffverhältnisses in Abhängigkeit von dem in der LNT adsorbierten NOx und der Abgastemperatur steuert, und wobei ein mithilfe der Steuerung (70) durchgeführtes Berechnen der Stickoxid- (NOx) Masse, die in der LNT bei der Regenerierung reduziert wird, umfasst: Berechnen des zur Reduktion des NOx verwendeten C3H6-Massenstroms aus dem in die LNT der Abgasreinigungseinrichtung strömenden C3H6-Massenstrom; Berechnen des zur Reduktion des NOx verwendeten NH3-Massenstroms aus dem in der LNT entstandenen NH3-Massenstrom; Berechnen des reduzierten NOx-Massenstroms auf Basis des zur Reduktion des NOx verwendeten C3H6-Massenstroms und des zur Reduktion des NOx verwendeten NH3-Massenstroms; und Berechnen der reduzierten NOx-Masse durch Integrieren des reduzierten NOx-Massenstroms über die Regenerierungsperiode, wobei der Schritt der Berechnung des zur Reduktion des NOx verwendeten C3H6-Massenstroms aufweist: Berechnen des in die LNT strömenden C3H6-Massenstroms; Berechnen des verwendeten C3H6-Massenstroms anhand des in die LNT strömenden C3H6-Massenstroms, der NOx-Adsorption, des Lambda-Wertes stromaufwärts der LNT, der LNT-Temperatur und der Fortschrittsrate der Anreicherung; und Berechnen des zur Reduktion des NOx verwendeten C3H6-Massenstroms anhand des verwendeten C3H6-Massenstroms.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt der Berechnung des zur Reduktion des NOx verwendeten NH3-Massenstroms aufweist: Berechnen des aus dem in die LNT strömenden C3H6 entstandenen NH3-Massenstroms; Berechnen des Gesamt-NH3-Massenstroms, der in der LNT chemisch reaktionsfähig ist; Berechnen des verwendeten NH3-Massenstroms anhand des Gesamt-NH3-Massenstroms, der in der LNT chemisch reaktionsfähig ist, der NOx-Adsorption, des Lambda-Wertes stromaufwärts der LNT, der LNT-Temperatur und der Fortschrittsrate der Anreicherung; und Berechnen des zur Reduktion des NOx verwendeten NH3-Massenstroms anhand des verwendeten NH3-Massenstroms.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der aus dem in die LNT strömende C3H6 entstandene NH3-Massenstrom in Abhängigkeit von der Fortschrittsrate der Anreicherung berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Fortschrittsrate der Anreicherung durch die Gleichung $\frac{\frac{1 - λ_{d o w n s t r e a m}}{λ_{u p s t r e a m}}}{\frac{1 - λ_{t a r g e t}}{λ_{t a r g e t}}}$
definiert ist, wobei λ_target ein Ziel-Lambda-Wert, λ_upstream der Lambda-Wert stromaufwärts LNT und λ_downstream ein Lambda-Wert stromabwärts der LNT ist.
Abgasreinigungseinrichtung, aufweisend: einen Verbrennungsmotor (10) mit einem Einspritzventil (14) zum Einspritzen eines Kraftstoffes, um Energie durch die Verbrennung eines Gemischs aus Luft und Kraftstoff zu erzeugen und das im Verbrennungsprozess erzeugte Abgas durch ein Auspuffrohr (20) nach außen auszuleiten; eine am Auspuffrohr (20) angebrachte Mager-NOx-Falle (LNT) (40) zum Adsorbieren des im Abgas enthaltenen Stickoxids (NOx) bei einem mageren Luft-/Kraftstoffverhältnis, zum Freisetzen des adsorbierten Stickoxids bei einem fetten Luft-/Kraftstoffverhältnis und zum Reduzieren des im Abgas enthaltenen Stickoxids oder des freigesetzten Stickoxids mittels eines Reduktionsmittels, das Kohlenstoff oder Wasserstoff enthält, im Abgas; und eine Steuerung (70) zum Steuern der Adsorption und Freisetzung des NOx durch Steuern des Luft-/Kraftstoffverhältnisses in Abhängigkeit von dem in der LNT adsorbierten NOx und der Abgastemperatur, wobei die Steuerung (70) den reduzierten NOx-Massenstrom auf Basis des zur Reduktion des NOx verwendeten C3H6-Massenstroms aus einem in die LNT strömenden C3H6-Massenstrom und einem zur Reduktion des NOx verwendeten NH3-Massenstrom aus einem in der LNT entstandenen NH3-Massenstrom berechnet und ferner die NOx-Masse durch Integrieren des reduzierten NOx-Massenstroms über der Regenerierungsperiode berechnet, wobei die Steuerung (70) den zur Reduktion des NOx verwendeten C3H6-Massenstrom anhand des C3H6- in die LNT strömenden Massenstroms, der NOx-Adsorption, des Lambda-Wertes stromaufwärts der LNT, der LNT-Temperatur und der Fortschrittsrate der Anreicherung berechnet.
Abgasreinigungseinrichtung nach Anspruch 5, wobei die Steuerung (70) den aus dem in die LNT strömenden C3H6 entstandenen NH3-Massenstrom, den Gesamt-NH3-Massenstrom, der in der LNT chemisch reaktionsfähig ist, anhand des aus dem C3H6 entstandenen NH3-Massenstroms und den zur Reduktion des NOx verwendeten NH3-Massenstrom anhand des Gesamt-NH3-Massenstroms, der in der LNT chemisch reaktionsfähig ist, der NOx-Adsorption, des Lambda-Wertes stromaufwärts der LNT, der LNT-Temperatur und der Fortschrittsrate der Anreicherung berechnet.
Abgasreinigungseinrichtung nach Anspruch 6, wobei die Steuerung (70) den aus dem in die LNT strömenden C3H6 entstandenen NH3-Massenstrom in Abhängigkeit von der Fortschrittsrate der Anreicherung berechnet.
Abgasreinigungseinrichtung nach Anspruch 5, wobei die Fortschrittsrate der Anreicherung durch die Gleichung $\frac{\frac{1 - λ_{d o w n s t r e a m}}{λ_{u p s t r e a m}}}{\frac{1 - λ_{t a r g e t}}{λ_{t a r g e t}}}$
definiert ist, wobei λ_target ein Ziel-Lambda-Wert, λ_upstream der Lambda-Wert stromaufwärts LNT und λ_downstream ein Lambda-Wert stromabwärts der LNT ist.
Abgasreinigungseinrichtung nach Anspruch 5, ferner aufweisend: ein Dosiermodul (50), das am Auspuffrohr (20) stromabwärts der LNT zur direkten Einspritzung eines Reduktionsmittels in das Abgas installiert ist; und einen Katalysator (64) mit selektiver katalytischer Reduktion (SCR), der am Auspuffrohr stromabwärts des Dosiermoduls zur Reduktion des im Abgas enthaltenen NOx mittels des vom Dosiermodul eingespritzten Reduktionsmittels installiert ist, wobei die Steuerung (70) die Menge des vom Dosiermodul einzuspritzenden Reduktionsmittels in Abhängigkeit von dem in den SCR-Katalysator (64) strömenden NOx-Massenstrom steuert, und wobei die Steuerung (70) den aus der LNT entwichenen NH3-Massenstrom anhand des Gesamt-NH3-Massenstroms, der in der LNT chemisch reaktionsfähig ist, der NOx-Adsorption, des Lambda-Wertes stromaufwärts der LNT, der LNT-Temperatur und der Fortschrittsrate der Anreicherung berechnet und die Menge des vom Dosiermodul einzuspritzenden Reduktionsmittels unter Berücksichtigung des entwichenen NH3-Massenstroms einregelt.