DE102015224635B4 - Abgasreinigungsvorrichtung und Verfahren zum Berechnen einer in einer Mager-NOx-Falle der Abgasreinigungsvorrichtung adsorbierten NOx-Masse - Google Patents

Abgasreinigungsvorrichtung und Verfahren zum Berechnen einer in einer Mager-NOx-Falle der Abgasreinigungsvorrichtung adsorbierten NOx-Masse Download PDF

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Abstract

Verfahren zum Berechnen einer Stickoxid-Masse (NOx-Masse), die in einer Mager-NOx-Falle (LNT) (40) einer Abgasreinigungsvorrichtung adsorbiert wird, wobei die LNT (40) an einem Auspuffrohr (20) montiert ist und in einem Abgas enthaltenes NOx bei einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis adsorbiert, das adsorbierte NOx bei einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis freisetzt und das in dem Abgas enthaltene NOx oder das freigesetzte NOx unter Verwendung eines Reduktionsmittels, dass Kohlenstoff oder Wasserstoff enthält, der in dem Abgas enthalten ist, reduziert, wobei das Verfahren Folgendes aufweist:Berechnen eines in der LNT (40) gespeicherten NOx-Massenstroms;Berechnen eines von der LNT (40) thermisch freigesetzten NOx-Massenstroms;Berechnen eines von der LNT (40) bei dem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis freigesetzten NOx-Massenstroms;Berechnen eines mit dem Reduktionsmittel an der LNT (40) chemisch reagierenden NOx-Massenstroms; undIntegrieren eines Wertes, der durch Subtrahieren des NOx-Massenstroms, der von der LNT (40) thermisch freigesetzt wird, des NOx-Massenstroms, der von der LNT (40) bei dem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis freigesetzt wird, und des NOx-Massenstroms, der mit dem Reduktionsmittel an der LNT (40) chemisch reagiert, von dem NOx-Massenstrom, der in der LNT (40) gespeichert wird, erhalten wird,wobei der Schritt zum Berechnen eines in der LNT (40) gespeicherten NOx-Massenstroms Folgendes aufweist:Berechnen eines NOx-Massenstroms, der in die LNT (40) strömt;Berechnen einer NOx-Speichereffizienz der LNT (40); undBerechnen eines in der LNT (40) adsorbierten NOx-Massenstroms durch Multiplizieren des in die LNT (40) strömenden NOx-Massenstroms mit der NOx-Speichereffizienz der LNT (40),wobei eine NOx-Speichereffizienz bei dem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis und eine NOx-Speichereffizienz bei dem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis jeweils in dem Schritt zum Berechnen einer NOx-Speichereffizienz der LNT (40) berechnet werden.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Verfahren zum Berechnen einer NOx-Masse, die in einem Mager-NOx-Abscheider bzw. einer Mager-NOx-Falle (LNT; engl. lean NOx trap) einer Abgasreinigungsvorrichtung adsorbiert wird, und die Abgasreinigungsvorrichtung. Genauer betrifft die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zum Berechnen einer NOx-Masse, die in einer LNT adsorbiert wird, und eine Abgasreinigungsvorrichtung, die eine NOx-Reinigungseffizienz und Kraftstoffeffizienz durch präzises Berechnen der in der LNT adsorbierten NOx-Masse verbessert.
  • HINTERGRUND
  • Im Allgemeinen wird Abgas, das aus einem Motor durch einen Abgaskrümmer herausströmt, in einen Katalysator getrieben, der an einem Auspuffrohr montiert ist, und in demselben gereinigt. Danach wird das Geräusch des Abgases während des Strömens durch einen Schalldämpfer verringert und dann wird das Abgas durch ein Auspuffendrohr in die Luft emittiert. Der Katalysator reinigt in dem Abgas enthaltene Schadstoffe. Zudem ist ein Partikelfilter zum Einfangen von in dem Abgas enthaltenen Feststoffen (PM; engl. particulate matter) in dem Auspuffrohr montiert.
  • Ein Entstickungskatalysator (DeNOx-Katalysator) ist eine Art solch eines Katalysators und reinigt in dem Abgas enthaltenes Stickoxid (NOx). Wenn Reduktionsmittel, wie beispielsweise Harnstoff, Ammoniak, Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoffe (HC), dem Abgas zugeführt werden, wird das in dem Abgas enthaltene NOx in dem DeNOx-Katalysator durch Oxidations-Reduktions-Reaktionen mit den Reduktionsmitteln reduziert.
  • In letzter Zeit wird ein Mager-NOx-Fallen-Katalysator (LNT-Katalysator) als solch ein DeNOx-Katalysator verwendet. Der LNT-Katalysator adsorbiert das in dem Abgas enthaltene NOx, wenn ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis mager ist, und setzt das adsorbierte NOx frei und reduziert das freigesetzte Stickoxid und das in dem Abgas enthaltene Stickoxid, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett ist.
  • Da Dieselmotoren mit dem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis betätigt werden, ist es jedoch erforderlich, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis künstlich auf das fette Luft-Kraftstoff-Verhältnis einzustellen, um das adsorbierte NOx von der LNT freizusetzen. Zu diesem Zweck sollte ein präzises Timing bzw. ein präziser Zeitpunkt zum Freisetzen des in der LNT adsorbierten NOx bestimmt werden. Insbesondere sollte eine in der LNT adsorbierte NOx-Masse präzise bestimmt werden, um eine NOx-Reinigungseffizienz der LNT und Kraftstoffeinsparung zu verbessern und eine Verschlechterung der LNT zu verhindern.
  • Aus Catalysis Today 1475, S257-S264; (2009) kennt man ein Verfahren zum Berechnen einer Stickoxid-Masse (NOx-Masse), die in einer Mager-NOx-Falle einer Abgasreinigungsvor-richtung adsorbiert wird, wobei die LNT an einem Auspuffrohr montiert ist und in einem Abgas enthaltenes NOx bei einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis adsorbiert, das adsorbierte NOx bei einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis freisetzt, und das in dem Abgas enthaltene NOx oder das freigesetzte NOx unter Verwendung eines Reduktionsmittels, das Kohlenstoff oder Wasserstoff enthält, der in dem Abgas enthalten ist, reduziert, wobei das Verfahren ein Berechnen eines in der LNT gespeicherten NOx-Massenstroms, ein Berechnen eines von der LNT thermisch freigesetzten NOx-Massenstroms, ein Berechnen eines von der LNT bei dem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis freigesetzten NOx-Massenstroms, ein Berechnen eines mit dem Reduktionsmittel an der LNT chemisch reagierenden NOx-Massenstroms; und ein Integrieren eines Wertes, der durch Subtrahieren des NOx-Massenstroms, der von der LNT thermisch freigesetzt wird, des NOx-Massenstroms, der von der LNT bei dem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis freigesetzt wird, und des NOx-Massenstroms, der mit dem Reduktionsmittel an der LNT chemisch reagiert, von dem NOx-Massenstrom, der in der LNT gespeichert wird, erhalten wird, aufweist.
  • Die US 2012 / 0 137 663 A1 zeigt ein Verfahren zur Vorhersage der NOx-Belastung an einem DeNOx-Katalysator, mit dem die tatsächlich im DeNOx-Katalysator gespeicherte NOx-Menge genau vorhergesagt werden kann, und ein Abgassystem, das den Regenerationszeitpunkt des DeNOx-Katalysators und die Menge des eingespritzten Reduktionsmittels unter Verwendung des Verfahrens steuert. Das Verfahren kann die Berechnung des Massenstroms von im DeNOx-Katalysator gespeichertem NOx, die Berechnung des Massenstroms von thermisch aus dem DeNOx-Katalysator freigesetztem NOX, die Berechnung des Massenstroms von chemisch aus dem DeNOx-Katalysator freigesetztem NOx und die Berechnung der tatsächlich im DeNOx-Katalysator gespeicherten NOx-Menge unter Verwendung des Massenstroms von im DeNOx-Katalysator gespeichertem NOx, des Massenstroms von thermisch aus dem DeNOx-Katalysator freigesetztem NOx und des Massenstroms von chemisch aus dem DeNOx-Katalysator freigesetztem NOx umfassen. Die US 2012 / 0 137 661 A1 offenbart ein Verfahren zur Vorhersage der Regeneration, das die Berechnung des Gesamtmassenstroms des Reduktionsmittels, die Berechnung des Massenstroms des in der Nitratreduktionsreaktion verwendeten Reduktionsmittels, des Massenstroms des in der NO2-Reduktionsreaktion verwendeten Reduktionsmittels und des Massenstroms des einfach oxidierten Reduktionsmittels unter Verwendung des Gesamtmassenstroms des Reduktionsmittels umfassen, Berechnen des Massenstroms von freigesetztem NO2 und des Massenstroms von reduziertem NO2 unter Verwendung des Massenstroms des in der Nitratreduktionsreaktion verwendeten Reduktionsmittels und des Massenstroms des in der NO2-Reduktionsreaktion verwendeten Reduktionsmittels, Berechnen des Massenstroms von NO2, das aus dem DeNOx-Katalysator entweicht, und Berechnen der Masse von NO2 und der Masse von NOx, die nach der Regeneration am DeNOx-Katalysator verbleiben, auf der Grundlage des Massenstroms des freigesetzten NO2, des Massenstroms des reduzierten NO2 und des Massenstroms des entwichenen NO2 umfassen kann. Schließlich kennt man aus der US 6 826 902 B2 noch ein Verfahren zur Vorhersage der Sauerstoffkapazität eines LNT während Speicherphase eines solchen LNT und der Menge an NOX, die in LNT während der Reinigungsphase als eine Funktion der zeitlichen Entwicklung eines Ausgangssignals, das von einem stromabwärts des LNT angeordneten Abgassensor erzeugt wird. Die Sauerstoffspeicherkapazität des (LNT) wird durch Integration des Ausgangssignals über die Zeit, um die im LNT gespeicherte im LNT als Funktion der Zeit geschätzt.
  • Die oben erwähnten Informationen, die in diesem Hintergrund-Abschnitt offenbart sind, dienen nur zur Verbesserung des Verständnisses des Hintergrunds der Offenbarung und können daher Informationen enthalten, die nicht den Stand der Technik bilden, der jemandem mit gewöhnlichen Fähigkeiten in der Technik hierzulande bereits bekannt ist.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung erfolgte in einem Bestreben, ein Verfahren zum Berechnen einer NOx-Masse, die in einer LNT adsorbiert wird, und eine Abgasreinigungsvorrichtung mit Vorteilen des Verbesserns einer NOx-Reinigungseffizienz und Kraftstoffeinsparung und Verhinderns der Verschlechterung der LNT durch präzises Berechnen der in der LNT adsorbierten NOx-Masse zu liefern.
  • Eine erfindungsgemäße Abgasreinigungsvorrichtung umfasst eine Mager-NOx-Falle (LNT). Die LNT ist an einem Auspuffrohr montiert und ist zum Adsorbieren von NOx, das in einem Abgas enthalten ist, bei einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis, zum Freisetzen des adsorbierten NOx bei einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis und Reduzieren des in dem Abgas enthaltenen NOx oder des freigesetzten NOx unter Verwendung eines Reduktionsmittels, das Kohlenstoff oder Wasserstoff enthält, der in dem Abgas enthalten ist, konfiguriert.
  • Das Verfahren zum Berechnen der in der LNT adsorbierten NOx-Masse umfasst Folgendes: Berechnen eines NOx-Massenstroms, der in der LNT gespeichert wird; Berechnen eines NOx-Massenstroms, der von der LNT thermisch freigesetzt wird; Berechnen eines NOx-Massenstroms, der von der LNT bei dem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis freigesetzt wird; Berechnen eines NOx-Massenstroms, der mit dem Reduktionsmittel an der LNT chemisch reagiert; und Integrieren eines Wertes, der durch Subtrahieren des NOx-Massenstroms, der von der LNT thermisch freigesetzt wird, des NOx-Massenstroms, der von der LNT bei dem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis freigesetzt wird, und des NOx-Massenstroms, der mit dem Reduktionsmittel an der LNT chemisch reagiert, von dem NOx-Massenstrom, der in der LNT gespeichert wird, erhalten wird, wobei der Schritt zum Berechnen eines in der LNT gespeicherten NOx-Massenstroms ein Berechnen eines NOx-Massenstroms, der in die LNT strömt, ein Berechnen einer NOx-Speichereffizienz der LNT und ein Berechnen eines in der LNT adsorbierten NOx-Massenstroms durch Multiplizieren des in die LNT strömenden NOx-Massenstroms mit der NOx-Speichereffizienz der LNT aufweist, wobei eine NOx-Speichereffizienz bei dem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis und eine NOx-Speichereffizienz bei dem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis jeweils in dem Schritt zum Berechnen einer NOx-Speichereffizienz der LNT berechnet werden.
  • Die NOx-Speichereffizienz bei dem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis kann gemäß einer Temperatur der LNT und einem Massenstrom des durch die LNT strömenden Abgases berechnet werden.
  • Die NOx-Speichereffizienz bei dem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis kann gemäß einer Temperatur der LNT und einer relativen NOx-Adsorption der LNT berechnet werden.
  • Die NOx-Speichereffizienz bei dem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis kann zuerst gemäß der Temperatur der LNT und dem Massenstrom des durch die LNT strömenden Abgases korrigiert werden und an zweiter Stelle gemäß einer NOx-Adsorption in der LNT und dem Massenstrom des durch die LNT strömenden Abgases korrigiert werden.
  • Die NOx-Speichereffizienz bei dem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis und die NOx-Speichereffizienz bei dem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis können unter Berücksichtigung eines Alterungsfaktors der LNT berechnet werden.
  • Das Berechnen eines NOx-Massenstroms, der von der LNT thermisch freigesetzt wird, kann Folgendes enthalten: Berechnen einer überschüssigen NOx-Adsorption, die eine maximale NOx-Adsorption in der LNT überschreitet; Berechnen eines Massenstroms der überschüssigen NOx-Adsorption durch Dividieren der überschüssigen NOx-Adsorption durch eine Abtastzeit; und Multiplizieren einer Charakteristik der thermischen Freisetzung gemäß der Temperatur der LNT mit dem Massenstrom der überschüssigen NOx-Adsorption.
  • Das Berechnen eines NOx-Massenstroms, der von der LNT bei dem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis freigesetzt wird, kann Folgendes enthalten: Berechnen eines Massenstroms einer grundsätzlichen NOx-Freisetzung gemäß einer NOx-Adsorption in einem Entstickungs-Modus (DeNOx-Modus); zuerst Korrigieren des Massenstroms der grundsätzlichen NOx-Freisetzung gemäß der Temperatur der LNT und dem Massenstrom des durch die LNT strömenden Abgases; und an zweiter Stelle Korrigieren des zuerst korrigierten Massestroms der grundsätzlichen NOx-Freisetzung gemäß einem Alterungsfaktor der LNT.
  • Der NOx-Massenstrom, der mit dem Reduktionsmittel an der LNT chemisch reagiert, kann durch ein Modell berechnet werden, das C3H6 als Reduktionsmittel verwendet.
  • Eine Abgasreinigungsvorrichtung nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann Folgendes enthalten: einen Motor, der eine Einspritzeinrichtung zum Einspritzen von Kraftstoff in denselben enthält, Leistung durch Verbrennen eines Gemisches aus Luft und dem Kraftstoff erzeugt und das bei dem Verbrennungsprozess erzeugte Abgas zu der Außenseite desselben durch ein Auspuffrohr ausstößt; eine Mager-NOx-Falle (LNT), die auf dem Auspuffrohr montiert ist und zum Adsorbieren von Stickoxid (NOx), das in dem Abgas enthalten ist, bei einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis, Freisetzten des adsorbierten Stickoxids bei einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis und Reduzieren des in dem Abgas enthaltenen Stickoxids oder des freigesetzten Stickoxids unter Verwendung eines Reduktionsmittels, das Kohlenstoff oder Wasserstoff enthält, der in dem Abgas enthalten ist, konfiguriert ist; und eine Steuerung, die zum Steuern einer Adsorption und Freisetzung des NOx durch Steuern eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses gemäß dem in der LNT adsorbierten NOx und einer Temperatur des Abgases konfiguriert ist, wobei die Steuerung eine in der LNT adsorbierte NOx-Masse durch Integrieren eines Wertes berechnet, der durch Subtrahieren eines NOx-Massenstroms, der von der LNT thermisch freigesetzt wird, eines NOx-Massenstroms, der von der LNT bei dem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis freigesetzt wird, und eines NOx-Massenstroms, der mit dem Reduktionsmittel an der LNT chemisch reagiert, von einem NOx-Massenstrom, der in der LNT gespeichert wird, erhalten wird. Die Steuerung berechnet den in der LNT gespeicherten NOx-Massenstrom durch Multiplizieren eines NOx-Massenstroms, der in die LNT strömt, mit einer NOx-Speichereffizienz der LNT und die Steuerung berechnet eine NOx-Speichereffizienz bei dem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis bzw. eine NOx-Speichereffizienz bei dem mageren Luft-Kraftstoffverhältnis.
  • Die Steuerung kann die NOx-Speichereffizienz bei dem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis gemäß der Temperatur der LNT und einem Massenstrom des durch die LNT strömenden Abgases berechnen.
  • Die Steuerung kann die NOx-Speichereffizienz bei dem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis gemäß der Temperatur der LNT und einer relativen NOx-Adsorption der LNT berechnen.
  • Die Steuerung kann zuerst die NOx-Speichereffizienz bei dem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis gemäß der Temperatur der LNT und dem Massenstrom des durch die LNT strömenden Abgases korrigieren und an zweiter Stelle die NOx-Speichereffizienz bei dem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis gemäß einer NOx-Adsorption in der LNT und dem Massenstrom des durch die LNT strömenden Abgases korrigieren.
  • Die Steuerung kann eine NOx-Speichereffizienz bei dem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis und eine NOx-Speichereffizienz bei dem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis unter Berücksichtigung des Alterungsfaktors der LNT berechnen.
  • Die Steuerung kann einen Massenstrom einer überschüssigen NOx-Adsorption durch Dividieren einer überschüssigen NOx-Adsorption, die eine maximale NOx-Adsorption der LNT überschreitet, durch eine Abtastzeit berechnen und den NOx-Massenstrom, der von der LNT thermisch freigesetzt wird, durch Multiplizieren einer Charakteristik der thermischen Freisetzung gemäß der Temperatur der LNT mit dem Massenstrom der überschüssigen NOx-Adsorption berechnen.
  • Die Steuerung kann den NOx-Massenstrom, der von der LNT bei dem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis freigesetzt wird, durch zuerst Korrigieren eines Massenstroms einer grundsätzlichen NOx-Freisetzung gemäß einer NOx-Adsorption in einem Entstickungs-Modus (DeNOx-Modus) gemäß der Temperatur der LNT und dem Massenstrom des durch die LNT strömenden Abgases und an zweiter Stelle Korrigieren des Massenstroms der grundsätzlichen NOx-Freisetzung gemäß dem Alterungsfaktor der LNT berechnen.
  • Die Steuerung kann den NOx-Massenstrom, der mit dem Reduktionsmittel an der LNT chemisch reagiert, durch ein Modell berechnen, das C3H6 als Reduktionsmittel verwendet.
  • Wie oben beschrieben wurde, kann ein Zeitpunkt zum Freisetzen des NOx von der LNT durch präzises Berechnen der NOx-Masse, die in der LNT adsorbiert wird, nach der vorliegenden Offenbarung geeignet gesteuert werden. Daher kann eine NOx-Reinigungseffizienz verbessert werden und eine Verschlechterung der LNT verhindert werden.
  • Zudem kann die Kraftstoffeinsparung durch Verhindern einer unnötigen Freisetzung des NOx verbessert werden.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine schematische Darstellung einer Abgasreinigungsvorrichtung nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
    • 2 ist ein Blockdiagramm, das ein Verhältnis eines Eingangs und Ausgangs einer Steuerung veranschaulicht, die bei einem Verfahren zum Berechnen einer in einer LNT adsorbierten NOx-Masse verwendet wird, das auf eine Abgasreinigungsvorrichtung nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung anwendbar ist.
    • 3 ist ein Ablaufplan eines Verfahrens zum Berechnen einer in einer LNT adsorbierten NOx-Masse nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
    • 4 ist ein Ablaufplan zum Berechnen eines in einer LNT gespeicherten NOx-Massenstroms nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
    • 5 ist ein Ablaufplan zum Berechnen eines von einer LNT thermisch freigesetzten NOx-Massenstroms nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
    • 6 ist ein Ablaufplan zum Berechnen eines von einer LNT bei einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis freigesetzten NOx-Massenstroms nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden nachstehend in Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen detailliert beschrieben werden.
  • 1 ist eine schematische Darstellung einer Abgasreinigungsvorrichtung nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
  • Wie in 1 gezeigt, kann ein Abgassystem für einen Verbrennungsmotor einen Motor 10, ein Auspuffrohr 20, eine Einrichtung 30 zur Abgasrückführung (EGR; engl. exhaust gas recirculation), eine Mager-NOx-Falle (LNT) 40, ein Dosiermodul 50, einen Partikelfilter 60 und eine Steuerung 70 enthalten.
  • Der Motor 10 verbrennt ein Luft-Kraftstoff-Gemisch, in dem Kraftstoff und Luft vermischt sind, um chemische Energie in mechanische Energie umzuwandeln. Der Motor 10 ist mit einem Ansaugkrümmer 16 verbunden, um die Luft in einer Brennkammer 12 zu empfangen, und mit einem Auspuffkrümmer 18 verbunden, so dass in dem Verbrennungsprozess erzeugtes Abgas in dem Auspuffkrümmer 18 gesammelt und zur Außenseite ausgestoßen wird. Eine Einspritzeinrichtung 14 ist in der Brennkammer 12 montiert, um den Kraftstoff in die Brennkammer 12 einzuspritzen.
  • Ein Dieselmotor ist hierin veranschaulicht, aber ein Magergemisch-Benzinmotor kann verwendet werden. Wenn der Benzinmotor verwendet wird, strömt das Luft-Kraftstoff-Gemisch durch den Ansaugkrümmer 16 in die Brennkammer 12 und eine Zündkerze (nicht gezeigt) ist an einem oberen Abschnitt der Brennkammer 12 montiert. Wenn ein Motor mit Benzindirekteinspritzung (GDI; engl. gasoline direct injection) verwendet wird, ist die Einspritzeinrichtung 14 an dem oberen Abschnitt der Brennkammer 12 montiert.
  • Das Auspuffrohr 20 ist mit dem Auspuffkrümmer 18 verbunden, um das Abgas zu der Außenseite eines Fahrzeugs auszustoßen. Die LNT 40, das Dosiermodul 50 und der Partikelfilter 60 sind auf dem Auspuffrohr 20 montiert, um Kohlenwasserstoffe, Kohlenmonoxid, Feststoffe und Stickoxide (NOx), die in dem Abgas enthalten sind, zu entfernen.
  • Die Abgasrückführungseinrichtung 30 ist auf dem Auspuffrohr 20 montiert und ein Anteil des aus dem Motor 10 ausgestoßenen Abgases wird durch die Abgasrückführungseinrichtung 30 zu dem Motor 10 zurück zugeführt. Zudem ist die Abgasrückführungseinrichtung 30 mit dem Ansaugkrümmer 16 verbunden, um eine Verbrennungstemperatur durch Mischen eines Anteils des Abgases mit der Luft zu steuern. Solch eine Steuerung der Verbrennungstemperatur wird durch Steuern einer Menge des zu dem Ansaugkrümmer 16 zurück zugeführten Abgases durch Steuerung der Steuerung 70 durchgeführt. Daher kann ein Rückführungsventil (nicht gezeigt), das durch die Steuerung 70 gesteuert wird, auf einer Leitung montiert sein, die die Abgasrückführungseinrichtung 30 und den Ansaugkrümmer 16 verbindet.
  • Ein erster Sauerstoffsensor 72 ist auf dem Auspuffrohr 20 stromabwärts von der Abgasrückführungseinrichtung 30 montiert. Der erste Sauerstoffsensor 72 erfasst eine Sauerstoffmenge in dem durch die Abgasrückführungseinrichtung 30 strömenden Abgas und überträgt ein Signal, das derselben entspricht, zu der Steuerung 70, um eine magere/fette Steuerung des Abgases zu unterstützten, die durch die Steuerung 70 durchgeführt wird. In dieser Beschreibung wird der durch den ersten Sauerstoffsensor 72 erfasste Wert Luft-Kraftstoff-Verhältnis (Lambda) an einem stromaufseitigen Ende der LNT genannt.
  • Zudem ist ein erster Temperatursensor 74 auf dem Auspuffrohr 20 stromabwärts von der Abgasrückführungseinrichtung 30 montiert und erfasst eine Temperatur des Abgases, das durch die Abgasrückführungseinrichtung 30 strömt.
  • Die LNT 40 ist auf dem Auspuffrohr 20 stromabwärts von der Abgasrückführungseinrichtung 30 montiert. Die LNT 40 adsorbiert das in dem Abgas enthaltene Stickoxid (NOx) bei einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis und setzt das adsorbierte Stickoxid frei und reduziert das in dem Abgas enthaltene Stickoxid oder das freigesetzte Stickoxid bei einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Zudem kann die LNT 40 Kohlenmonoxid (CO) und Kohlenwasserstoffe (HC) oxidieren, die in dem Abgas enthalten sind.
  • Hierin repräsentiert der Kohlenwasserstoff alle Verbindungen, die aus Kohlenstoff und Wasserstoff bestehen, die in dem Abgas und dem Kraftstoff enthalten sind.
  • Ein zweiter Sauerstoffsensor 76, ein zweiter Temperatursensor 78 und ein erster NOx-Sensor 80 können auf dem Auspuffrohr 20 stromabwärts von der LNT 40 montiert sein.
  • Der zweite Sauerstoffsensor 76 erfasst eine Sauerstoffmenge, die in dem Abgas enthalten ist, das in den Partikelfilter 60 strömt, und überträgt ein Signal, das derselben entspricht, zu der Steuerung 70. Die Steuerung 70 kann die magere/fette Steuerung des Abgases basierend auf den durch den ersten Sauerstoffsensor 72 und den zweiten Sauerstoffsensor 76 erfassten Werten durchführen. In dieser Beschreibung wird der durch den zweiten Sauerstoffsensor 62 erfasste Wert Luft-Kraftstoff-Verhältnis (Lambda) an einem stromaufseitigen Ende des Filters genannt.
  • Der zweite Temperatursensor 78 erfasst eine Temperatur des Abgases, das in den Partikelfilter 60 strömt, und überträgt ein Signal, das derselben entspricht, zu der Steuerung 70.
  • Der erste NOx-Sensor 80 erfasst eine NOx-Konzentration, die in dem Abgas enthalten ist, das in den Partikelfilter 60 strömt, und überträgt ein Signal, das derselben entspricht, zu der Steuerung 70. Die durch den ersten NOx-Sensor 80 erfasse NOx-Konzentration kann zum Bestimmen einer Menge eines Reduktionsmittels verwendet werden, die durch das Dosiermodul 50 eingespritzt wird.
  • Das Dosiermodul 50 ist auf dem Auspuffrohr 20 stromaufwärts von dem Partikelfilter 60 montiert und spritzt das Reduktionsmittel in das Abgas durch Steuerung der Steuerung 70 ein. Üblicherweise spritzt das Dosiermodul 50 Harnstoff ein und der eingespritzte Harnstoff wird hydrolysiert und in Ammoniak umgewandelt. Das Reduktionsmittel ist jedoch nicht auf Ammoniak beschränkt.
  • Ein Mischer 55 ist auf dem Auspuffrohr 20 stromabwärts von dem Dosiermodul 50 montiert und vermischt das Reduktionsmittel und das Abgas gleichmäßig.
  • Der Partikelfilter 60 ist auf dem Auspuffrohr stromabwärts von dem Mischer 55 montiert, fängt in dem Abgas enthaltene Feststoffe ein und reduziert das in dem Abgas enthaltene Stickoxid unter Verwendung des durch das Dosiermodul 50 eingespritzten Reduktionsmittels. Zu diesen Zwecken enthält der Partikelfilter 60 einen Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion auf einem Dieselpartikelfilter (SDPF) 62 und einen zusätzlichen Katalysator 64 zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR; engl. selective catalytic reduction), aber ist nicht darauf beschränkt.
  • Es sollte klar sein, dass ein SCR-Katalysator in dieser Beschreibung und diesen Ansprüchen den SCR-Katalysator selbst oder den SDPF enthält.
  • Der SDPF 62 wird durch Auftragen der SCR auf Wände, die Kanäle des DPF definieren, gebildet. Im Allgemeinen enthält der DPF eine Vielzahl von Einlasskanälen und Auslasskanälen. Jeder Einlasskanal enthält ein Ende, das offen ist, und ein anderes Ende, das versperrt ist, und empfängt das Abgas von einem vorderen Ende des DPF. Zudem enthält jeder Auslasskanal ein Ende, das versperrt ist, und ein anderes Ende, das offen ist, und führt das Abgas von dem DPF ab. Das in den DPF durch die Einlasskanäle strömende Abgas gelangt in die Auslasskanäle durch poröse Wände, die die Einlasskanäle und die Auslasskanäle trennen. Danach wird das Abgas von dem DPF durch die Auslasskanäle abgeführt. Wenn das Abgas durch die porösen Wände strömt, werden in dem Abgas enthaltene Feststoffe eingefangen. Zudem reduziert der auf den SDPF 62 aufgetragene SCR-Katalysator das in dem Abgas enthaltene Stickoxid unter Verwendung des durch das Dosiermodul 50 eingespritzten Reduktionsmittels.
  • Der zusätzliche SCR-Katalysator 64 ist an der Rückseite des SDPF 62 montiert. Der zusätzliche SCR-Katalysator 64 reduziert ferner das Stickoxid, wenn der SDPF 62 das Stickoxid vollständig reinigt. Der zusätzliche SCR-Katalysator 64 kann von dem SDPF 62 physisch getrennt montiert werden.
  • Indessen ist ein Druckdifferenz-Sensor 66 auf dem Auspuffrohr 20 montiert. Der Druckdifferenz-Sensor 66 erfasst eine Druckdifferenz zwischen einem vorderen Endabschnitt und einem hinteren Endabschnitt des Partikelfilters 60 und überträgt ein Signal, das derselben entspricht, zu der Steuerung 70. Die Steuerung 70 kann den Partikelfilter 60 steuern, um regeneriert zu werden, wenn die durch den Druckdifferenz-Sensor 66 erfasste Druckdifferenz größer als ein vorbestimmter Druck ist. In diesem Fall führt die Einspritzeinrichtung 14 eine Nacheinspritzung des Kraftstoffs durch, um die in dem Partikelfilter 60 eingefangenen Feststoffe zu verbrennen.
  • Zudem ist ein zweiter NOx-Sensor 82 auf dem Auspuffrohr 20 stromabwärts von dem Partikelfilter 60 montiert. Der zweite NOx-Sensor 82 erfasst eine Konzentration des Stickoxids, das in dem Abgas enthalten ist, das von dem Partikelfilter 60 ausgestoßen wird, und überträgt ein Signal, das derselben entspricht, zu der Steuerung 70. Die Steuerung 70 kann basierend auf dem durch den zweiten NOx-Sensor 82 erfassten Wert prüfen, ob das in dem Abgas enthaltene Stickoxid in dem Partikelfilter 60 normal entfernt wird. Das heißt, der zweite NOx-Sensor 82 kann verwendet werden, um eine Leistung des Partikelfilters 60 zu evaluieren.
  • Die Steuerung 70 bestimmt eine Antriebsbedingung des Motors basierend auf den Signalen, die von jedem Sensor übertragen werden, und führt die magere/fette Steuerung durch und steuert die Menge des durch das Dosiermodul 50 eingespritzten Reduktionsmittels basierend auf der Antriebsbedingung des Motors. Beispielsweise kann die Steuerung 70 Stickoxid von der LNT 40 durch Steuern des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, eine fette Atmosphäre zu sein, entfernen (in dieser Beschreibung wird dies ‚Freisetzung der LNT‘ genannt) und kann Stickoxid von dem SDPF 60 durch Einspritzen eines Reduktionsmittels entfernen. Die magere/fette Steuerung kann durch Steuern einer durch die Einspritzeinrichtung 14 eingespritzten Kraftstoffmenge durchgeführt werden.
  • Die Steuerung 70 ist mit einer Vielzahl von Kennfeldern, Charakteristiken der LNT und darin gespeicherten Korrekturkoeffizienten (oder Faktoren) versehen und kann eine in der LNT adsorbierte NOx-Masse basierend auf der Vielzahl von Kennfeldern, Charakteristiken der LNT und Korrekturkoeffizienten (oder Faktoren) berechnen. Die Vielzahl von Kennfeldern, Charakteristiken der LNT und Korrekturkoeffizienten können durch eine Anzahl von Versuchen festgelegt werden.
  • Zudem steuert die Steuerung 70 eine Regeneration des Partikelfilters 60 und Entschwefelung der LNT 40.
  • Zu diesen Zwecken kann die Steuerung 70 durch einen oder mehrere Prozessoren realisiert werden, die durch ein vorbestimmtes Programm aktiviert werden, und das vorbestimmte Programm kann programmiert sein, um jeden Schritt eines Verfahrens zum Berechnen einer in einer LNT adsorbierten NOx-Masse gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung durchzuführen.
  • 2 ist ein Blockdiagramm, das ein Verhältnis eines Eingangs und Ausgangs einer Steuerung veranschaulicht, die bei einem Verfahren zum Berechnen einer in einer LNT adsorbierten NOx-Masse verwendet wird, das auf eine Abgasreinigungsvorrichtung nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung anwendbar ist.
  • Wie in 2 gezeigt, sind 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 Druckdifferenz-Sensor 66 und ein Einlass-Durchflussmesser 11 mit der Steuerung 70 elektrisch verbunden und übertragen die erfassten Werte zu der Steuerung 70.
  • Der erste Sauerstoffsensor 72 erfasst die Sauerstoffmenge in dem durch die Abgasrückführungseinrichtung 30 strömenden Abgas und überträgt das Signal, das derselben entspricht, zu der Steuerung 70. Die Steuerung 70 kann die magere/fette Steuerung des Abgases basierend auf der durch den ersten Sauerstoffsensor 72 erfassten Sauerstoffmenge in dem Abgas durchführen. Der durch den ersten Sauerstoffsensor 72 erfasste Wert kann als Lambda (A) repräsentiert werden. Das Lambda bedeutet ein Verhältnis des tatsächlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zu einem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Wenn das Lambda größer als 1 ist, ist das Luft-Kraftstoffverhältnis mager. Hingegen ist das Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett, wenn das Lambda kleiner als 1 ist.
  • Der erste Temperatursensor 74 erfasst die Temperatur des durch die Abgasrückführungseinrichtung 30 strömenden Abgases und überträgt das Signal, das derselben entspricht, zu der Steuerung 70.
  • Der zweite Sauerstoffsensor 76 erfasst die Sauerstoffmenge in dem in den Partikelfilter 60 strömenden Abgas und überträgt das Signal, das derselben entspricht, zu der Steuerung 70.
  • Der zweite Temperatursensor 78 erfasst die Temperatur des in den Partikelfilter 60 strömenden Abgases und überträgt das Signal, das derselben entspricht, zu der Steuerung 70.
  • Der erste NOx-Sensor 80 erfasst die NOx-Konzentration, die in dem in den Partikelfilter 60 strömenden Abgas enthalten ist, und überträgt das Signal, das derselben entspricht, zu der Steuerung 70.
  • Der zweite NOx-Sensor 82 erfasst die NOx-Konzentration, die in dem Abgas enthalten ist, das von dem Partikelfilter 60 ausgestoßen wird, und überträgt das Signal, das derselben entspricht, zu der Steuerung 70.
  • Der Druckdifferenz-Sensor 66 erfasst die Druckdifferenz zwischen einem vorderen Endabschnitt und einem hinteren Endabschnitt des Partikelfilters 60 und überträgt das Signal, das derselben entspricht, zu der Steuerung 70.
  • Der Einlass-Durchflussmesser 11 erfasst einen Ansaugluftstrom, der einem Ansaugsystem des Motors 10 zugeführt wird, und überträgt das Signal, das demselben entspricht, zu der Steuerung 70.
  • Die Steuerung 70 bestimmt die Antriebsbedingung des Motors, die Kraftstoffeinspritzmenge, den Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung, das Kraftstoffeinspritzmuster, die Einspritzmenge des Reduktionsmittels, den Regenerationszeitpunkt des Partikelfilters 60 und den Entschwefelungs-/Regenerations-Zeitpunkt der LNT 40 basierend auf dem übertragenen Wert und gibt ein Signal zum Steuern der Einspritzeinrichtung 14 und des Dosiermoduls 50 an die Einspritzeinrichtung 14 und das Dosiermodul 50 aus. Zudem berechnet die Steuerung 70 die in der LNT 40 adsorbierte NOx-Masse basierend auf dem übertragenen Wert.
  • Indessen kann eine Vielzahl von anderen Sensoren als den Sensoren, die in 2 veranschaulicht sind, in der Abgasreinigungsvorrichtung nach der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung montiert sein. Zum besseren Verständnis und zur einfacheren Beschreibung wird jedoch eine Beschreibung der Vielzahl von Sensoren ausgelassen werden.
  • Nachstehend wird in Bezug auf 3 bis 6 ein Verfahren zum Berechnen einer in einer LNT adsorbierten NOx-Masse nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung detailliert beschrieben werden.
  • Die 3 bis 6 sind Ablaufpläne eines Verfahrens zum Berechnen einer NOx-Masse, die in einer LNT adsorbiert wird, nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
  • Wie in 3 gezeigt, wird die in der LNT 40 adsorbierte NOx-Masse durch Integrieren eines Wertes, der durch Subtrahieren eines NOx-Massenstroms, der von der LNT 40 thermisch freigesetzt wird, eines NOx-Massenstroms, der von der LNT 40 bei dem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis freigesetzt wird, und eines NOx-Massenstroms, der mit einem Reduktionsmittel an der LNT 40 chemisch reagiert, von einem NOx-Massenstrom, der in der LNT 40 gespeichert wird, erhalten wird, in einem Verfahren zum Berechnen einer in einer LNT adsorbierten NOx-Masse nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung berechnet. Zu diesem Zweck beginnt das Verfahren mit dem Erfassen verschiedener Daten. Das heißt, die Steuerung 70 kann einen NOx-Massenstrom, der in die LNT 40 strömt, im Schritt S200 erfassen, den Ansaugluftstrom durch den Einlass-Durchflussmesser 11 im Schritt S210 erfassen, das Lambda an dem stromaufseitigen Ende der LNT 40 durch den ersten Sauerstoffsensor 72 im Schritt S220 erfassen und die Temperatur der LNT 40 durch den ersten Temperatursensor 74 im Schritt S230 erfassen. Hierin bedeutet Massenstrom eine Masse pro Zeiteinheit. Die Masse wird durch Integrieren des Massenstroms über eine Zeit berechnet. Zudem kann der in die LNT 40 strömende NOx-Massenstrom anhand einer Antriebsbedingung des Motors 10, wie beispielsweise der Ansaugluftstrom, eine in den Motor 10 eingespritzte Kraftstoffmenge, eine Verbrennungstemperatur und ein Verbrennungsdruck, eine Temperatur des Abgases usw., berechnet werden.
  • Zudem kann die Steuerung 70 eine NOx-Masse, die in der LNT 40 adsorbiert wurde, (nachstehend wird dies „NOx-Adsorption in der LNT“ genannt) im Schritt S240 berechnen, einen Massenstrom des durch die LNT 40 strömenden Abgases im Schritt S250 berechnen, einen Motor-Betriebszustand im Schritt S260 erfassen und einen Alterungsfaktor der LNT 40 im Schritt S270 berechnen. Hierin ist die NOx-Adsorption in der LNT 40 ein Wert, der unter Verwendung der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung zuvor berechnet wurde und aus einem Speicher (nicht gezeigt) gelesen werden kann. Zudem wird der Massenstrom des durch die LNT 40 strömenden Abgases unter Verwendung eines Ansaugluftstroms (Masse), der durch die LNT 40 strömt, und eines Volumens der LNT 40 berechnet und der Alterungsfaktor der LNT 40 gemäß einer Verwendungsdauer der LNT 40 berechnet.
  • Die Steuerung 70 kann ferner einen NH3-Massenstrom, der in der LNT 40 erzeugt wird, im Schritt S280 berechnen, einen Erzeugungskoeffizienten von NH3, das durch eine Reduktionsreaktion von NOx an der LNT 40 erzeugt wird, im Schritt S290 berechnen und einen Massenstrom eines anderen Reduktionsmittels (das bedeutet C3H6 in dieser Beschreibung und Ansprüchen, aber ist nicht darauf beschränkt) als das NH3, das in die LNT 40 strömt, im Schritt S300 berechnen. Hierin kann der NH3-Massenstrom, der in der LNT 40 erzeugt wird, anhand der Antriebsbedingung des Motors 10, der Temperatur des Abgases und des NH3-Erzeugungskoeffizienten berechnet werden, der C3H6-Massenstrom, der in die LNT 40 strömt, anhand der Antriebsbedingung des Motors 10 und der Temperatur des Abgases berechnet werden und der NH3-Erzeugungskoeffizient anhand der Temperatur und des Alterungsfaktors der LNT 40 berechnet werden.
  • Danach kann die Steuerung 70 einen NOx-Massenstrom, der aus der LNT 40 geschlüpft bzw. entwichen ist, und einen NOx-Massenstrom, der in der LNT 40 gespeichert wird, in den Schritten S310 und S320 durch Eingeben des NOx-Massenstroms, der in die LNT 40 strömt, des Ansaugluftstroms, des Lambda an dem stromaufseitigen Ende der LNT 40, der Temperatur der LNT 40, der NOx-Masse, die in der LNT 40 adsorbiert wurde, des Massenstroms des durch die LNT 40 strömenden Abgases und des Alterungsfaktors der LNT 40 in das NOx-Adsorptionsmodell 110 berechnen.
  • Zudem kann die Steuerung 70 den NOx-Massenstrom, der von der LNT 40 thermisch freigesetzt wird, im Schritt S330 durch Eingeben der Temperatur der LNT 40 und der NOx-Adsorption in der LNT 40 in ein erstes NOx-Freisetzungsmodell 120 berechnen, den von der LNT 40 bei dem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis freigesetzten NOx-Massenstrom im Schritt S340 durch Eingeben der Temperatur der LNT 40, der NOx-Adsorption in der LNT 40, des Massenstroms des durch die LNT 40 strömenden Abgases, der Antriebsbedingung des Motors 10 und des Alterungsfaktors der LNT 40 in ein zweites NOx-Freisetzungsmodell 130 berechnen und den NOx-Massenstrom, der mit dem Reduktionsmittel an der LNT 40 chemisch reagiert, im Schritt S350 durch Eingeben des in der LNT 40 erzeugten NH3-Massenstroms, des NH3-Erzeugungskoeffizienten und des C3H6-Massenstroms, der in die LNT 40 strömt, in ein drittes NOx-Freisetzungsmodell 140 berechnen.
  • Zudem kann die Steuerung 70 ein NO2/NOx-Verhältnis an dem stromabseitigen Ende der LNT 40 im Schritt S360 durch Eingeben des NOx-Massenstroms, der aus der LNT 40 entwichen ist, des NOx-Massenstroms, der von der LNT 40 thermisch freigesetzt wird, des NOx-Massenstroms, der in die LNT 40 strömt, des Lambda an dem stromaufseitigen Ende der LNT 40, der Temperatur der LNT 40 und des Massenstroms des durch die LNT 40 strömenden Abgases in ein NO2/NOx-Modell 150 berechnen.
  • Hierin können das NOx-Adsorptionsmodell 110, das erste, zweite und dritte NOx-Freisetzungsmodell 120, 130 und 140 und das NO2/NOx-Modell 150 in der Steuerung 70 oder einem mit der Steuerung 70 verbundenen Speicher im Voraus durch eine Anzahl von Versuchen gespeichert werden.
  • Nachstehend wird eine Berechnung des NOx-Massenstroms, der in der LNT 40 gespeichert wird, des NOx-Massenstroms, der von der LNT 40 thermisch freigesetzt wird, und des NOx-Massenstroms, der von der LNT 40 bei dem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis freigesetzt wird, detaillierter beschrieben werden.
  • 4 ist ein Ablaufplan zum Berechnen eines in einer LNT gespeicherten NOx-Massenstroms nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
  • In Bezug auf 4 kann der in der LNT 40 gespeicherte NOx-Massenstrom durch Multiplizieren des in die LNT 40 strömenden NOx-Massenstroms mit einer NOx-Speichereffizienz der LNT 40 (diese wird im Schritt S410 berechnet werden) im Schritt S320 berechnet werden. Zudem kann der NOx-Massenstrom, der aus der LNT 40 entwichen ist, durch Subtrahieren des in der LNT 40 gespeicherten NOx-Massenstroms von dem in die LNT 40 strömenden NOx-Massenstrom im Schritt S310 berechnet werden.
  • Hierin kann die Steuerung 70 jeweils eine NOx-Speichereffizienz bei dem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis und eine NOx-Speichereffizienz bei dem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis berechnen und eine der zwei NOx-Speichereffizienzen gemäß dem Motor-Betriebszustand im Schritt S430 auswählen. Das heißt, die Steuerung 70 kann im Schritt S390 bestimmen, ob der Motor-Betriebszustand ein Entstickungs-Modus (DeNOx-Modus) ist. Wenn der Motor-Betriebszustand nicht der DeNOx-Modus ist, bestimmt die Steuerung im Schritt S400, ob eine Schaltbedingung erfüllt wird. Basierend auf dem Bestimmungsergebnis im Schritt S400, wählt die Steuerung 70 eine NOx-Speichereffizienz unter der NOx-Speichereffizienz bei dem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis und der NOx-Speichereffizienz bei dem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis im Schritt S410 aus.
  • Zudem wird die NOx-Speichereffizienz bei dem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis gemäß der Temperatur der LNT 40 und dem Massenstrom des durch die LNT 40 strömenden Abgases berechnet. Das heißt, die Steuerung 70 gibt die Temperatur der LNT 40 und den Massenstrom des durch die LNT 40 strömenden Abgases in ein erstes NOx-Speichereffizienz-Kennfeld 160 ein, um die NOx-Speichereffizienz bei dem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu berechnen. Zu dieser Zeit wird der Massenstrom des durch die LNT 40 strömenden Abgases gemäß dem Alterungsfaktor der LNT 40 eingestellt. Das heißt, der Massenstrom des durch die LNT 40 strömenden Abgases wird durch Multiplizieren des Alterungsfaktors der LNT 40 oder eines damit in Beziehung stehenden Wertes mit dem Massenstrom des durch die LNT 40 strömenden Abgases eingestellt und der eingestellte Massenstrom des Abgases wird in das erste NOx-Speichereffizienz-Kennfeld 160 eingegeben.
  • Zudem kann die NOx-Speichereffizienz bei dem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis gemäß der Temperatur der LNT 40 und einer relativen NOx-Adsorption der LNT 40 berechnet werden. Das heißt, die Steuerung 70 gibt die Temperatur der LNT 40 und die relative NOx-Adsorption der LNT 40 in ein zweites NOx-Speichereffizienz-Kennfeld 165 ein, um die NOx-Speichereffizienz bei dem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu berechnen. Hierin wird die relative NOx-Adsorption der LNT 40 als ein Verhältnis der NOx-Adsorption in der LNT 40 zu einer maximalen NOx-Masse, die in der LNT 40 adsorbiert werden kann, (diese wird im Schritt S420 berechnet und „maximale NOx-Adsorption in der LNT“ genannt werden) berechnet. Beim Berechnen der maximalen NOx-Adsorption in der LNT 40, wird der Alterungsfaktor der LNT 40 berücksichtigt. Das heißt, ein effektives Volumen der LNT 40 wird unter Verwendung eines Volumens der LNT 40 und des Alterungsfaktors der LNT 40 im Schritt S440 berechnet. Zudem berechnet die Steuerung 70 eine NOx-Konzentration an dem stromaufseitigen Ende der LNT 40 im Schritt S370, eine NOx-Adsorption pro Volumeneinheit durch Eingeben der NOx-Konzentration an dem stromaufseitigen Ende der LNT 40 und der Temperatur der LNT 40 in ein normales NOx-Adsorptions-Kennfeld 177 und einen Korrekturkoeffizienten durch Eingeben der Temperatur der LNT 40 und des stromaufseitigen Lambda in ein normales NOx-Adsorptions-Korrekturkennfeld 178. Die Steuerung 70 berechnet eine maximale NOx-Adsorption pro Volumeneinheit anhand der NOx-Adsorption pro Volumeneinheit und dem Korrekturkoeffizienten im Schritt S450 und berechnet die maximale NOx-Adsorption unter Verwendung der maximalen NOx-Adsorption pro Volumeneinheit und dem effektiven Volumen der LNT 40 im Schritt S420.
  • Die NOx-Speichereffizienz bei dem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis wird zuerst gemäß der Temperatur der LNT 40 und dem Massenstrom des durch die LNT 40 strömenden Abgases korrigiert und an zweiter Stelle gemäß der NOx-Adsorption und dem Massenstrom des durch die LNT 40 strömenden Abgases korrigiert. Das heißt, die Steuerung 70 berechnet einen ersten Korrekturkoeffizienten durch Eingeben der Temperatur der LNT 40 und des Massenstroms des durch die LNT 40 strömenden Abgases in ein erstes Korrekturkennfeld 170, einen zweiten Korrekturkoeffizienten durch Eingeben der NOx-Adsorption und des Massenstroms des durch die LNT 40 strömenden Abgases in ein zweites Korrekturkennfeld 175 und schließlich die NOx-Speichereffizienz bei dem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis durch Korrigieren der NOx-Speichereffizienz bei dem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis durch den ersten und zweiten Korrekturkoeffizienten. Hierin können in das erste und zweite Korrekturkennfeld 170 und 175 eingegebene Variablen durch den Alterungsfaktor der LNT 40 eingestellt werden.
  • Das erste und zweite NOx-Speichereffizienz-Kennfeld 160 und 165, das normale NOx-Adsorptionskennfeld 177, das normale NOx-Adsorptions-Korrekturkennfeld 178 und das erste und zweite Korrekturkennfeld 170 und 175 werden in der Steuerung 70 oder einem Speicher, der mit der Steuerung 70 verbunden ist, im Voraus als ein Ergebnis einer Anzahl von Versuchen gespeichert.
  • 5 ist ein Ablaufplan zum Berechnen eines NOx-Massenstroms, der von einer LNT thermisch freigesetzt wird, nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
  • In Bezug auf 5 wird der von der LNT 40 thermisch freigesetzte NOx-Massenstrom nur bei dem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis berechnet. Zu diesem Zweck berechnet die Steuerung 70 eine überschüssige NOx-Adsorption im Schritt S460 durch Subtrahieren der NOx-Masse, die in der LNT 40 gegenwärtig adsorbiert wird, von der maximalen NOx-Adsorption in der LNT 40 und berechnet einen Massenstrom der überschüssigen NOx-Adsorption durch Dividieren der überschüssigen NOx-Adsorption durch eine Abtastzeit. Zudem berechnet die Steuerung 70 eine Charakteristik der thermischen Freisetzung durch Eingeben der Temperatur der LNT 40 in ein erstes Freisetzungskennfeld 180. Danach berechnet die Steuerung 70 einen von der LNT 40 thermisch freigesetzten NOx-Massenstrom unter Verwendung des Massenstroms der überschüssigen NOx-Adsorption und der Charakteristik der thermischen Freisetzung im Schritt S330.
  • 6 ist ein Ablaufplan zum Berechnen eines von einer LNT bei einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis freigesetzten NOx-Massenstroms nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
  • In Bezug auf 6 wird der von der LNT 40 bei dem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis freigesetzte NOx-Massenstrom nur in dem Entstickungs-Modus (DeNOx-Modus) berechnet. Zu diesem Zweck bestimmt die Steuerung 70 im Schritt S390, ob der Motor-Betriebszustand der DeNOx-Modus ist, und speichert den von der LNT 40 bei dem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis freigesetzten NOx-Massenstrom in einem Speicher, wenn der Motor-Betriebszustand der DeNOx-Modus ist.
  • In dem DeNOx-Modus berechnet die Steuerung 70 einen Massenstrom einer grundsätzlichen NOx-Freisetzung durch Eingeben der NOx-Adsorption in der LNT 40 in ein zweites Freisetzungskennfeld 182. Danach korrigiert die Steuerung zuerst den Massenstrom der grundsätzlichen NOx-Freisetzung gemäß der Temperatur der LNT und dem Massenstrom des durch die LNT 40 strömenden Abgases und korrigiert an zweiter Stelle den Massenstrom der grundsätzlichen NOx-Freisetzung gemäß dem Alterungsfaktor der LNT 40. Das heißt, die Steuerung 70 berechnet einen dritten Korrekturkoeffizienten durch Eingeben der Temperatur der LNT und des Massenstroms des durch die LNT strömenden Abgases in ein drittes Korrekturkennfeld 184 und einen vierten Korrekturkoeffizienten durch Eingeben des Alterungsfaktors der LNT 40 in ein viertes Korrekturkennfeld 186. Danach berechnet die Steuerung 70 den von der LNT 40 bei dem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis freigesetzten NOx-Massenstrom unter Verwendung des Massenstroms der grundsätzlichen NOx-Freisetzung und des dritten und vierten Korrekturkoeffizienten im Schritt S340.
  • Die Steuerung 70 verwendet ein Modell, das C3H6 als das Reduktionsmittel verwendet, um den NOx-Massenstrom, der mit dem Reduktionsmittel an der LNT 40 chemisch reagiert, zu berechnen. Das heißt, die folgenden chemischen Reaktionsgleichungen können verwendet werden.
    • <NOx-Masse reduziert durch Zur-Reaktion-Bringen mit HC>
    • 4,5NO2 + C3H6 → 2,25N2 + 3CO2 + 3H2O
    • <NH3-Masse erzeugt aus HC>
    • C3H6 + 2NO2 + O2 → 3CO2 + 2NH3
  • Aus den obigen Gleichungen kann bekannt sein, dass ein Teil des C3H6-Massenstroms, der in die LNT 40 strömt, zum Reduzieren des NOx verwendet wird und der andere Teil des C3H6-Massenstroms, der in die LNT 40 strömt, zum Erzeugen des NH3 verwendet wird. Daher berechnet die Steuerung 70 den NOx-Massenstrom, der durch C3H6 reduziert wird, unter Verwendung des C3H6-Massenstroms, der in die LNT 40 strömt, und des NH3-Erzeugungskoeffizienten. Zudem berechnet die Steuerung 70 den durch NH3 reduzierten NOx-Massenstrom unter Verwendung des durch C3H6 erzeugten NH3-Massenstroms. Danach berechnet die Steuerung 70 den mit dem Reduktionsmittel reagierenden NOx-Massenstrom im Schritt S350 durch Addieren des durch C3H6 reduzierten NOx-Massenstroms und des durch NH3 reduzierten NOx-Massenstroms.
  • Zwar wurde diese Offenbarung in Verbindung damit beschrieben, was derzeit als praktische beispielhafte Ausführungsformen gilt, aber es sollte klar sein, dass die Offenbarung nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist, sondern im Gegenteil verschiedene Modifikationen und äquivalente Anordnungen decken soll, die innerhalb des Wesens und Bereiches der beiliegenden Ansprüche enthalten sind.

Claims (16)

  1. Verfahren zum Berechnen einer Stickoxid-Masse (NOx-Masse), die in einer Mager-NOx-Falle (LNT) (40) einer Abgasreinigungsvorrichtung adsorbiert wird, wobei die LNT (40) an einem Auspuffrohr (20) montiert ist und in einem Abgas enthaltenes NOx bei einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis adsorbiert, das adsorbierte NOx bei einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis freisetzt und das in dem Abgas enthaltene NOx oder das freigesetzte NOx unter Verwendung eines Reduktionsmittels, dass Kohlenstoff oder Wasserstoff enthält, der in dem Abgas enthalten ist, reduziert, wobei das Verfahren Folgendes aufweist: Berechnen eines in der LNT (40) gespeicherten NOx-Massenstroms; Berechnen eines von der LNT (40) thermisch freigesetzten NOx-Massenstroms; Berechnen eines von der LNT (40) bei dem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis freigesetzten NOx-Massenstroms; Berechnen eines mit dem Reduktionsmittel an der LNT (40) chemisch reagierenden NOx-Massenstroms; und Integrieren eines Wertes, der durch Subtrahieren des NOx-Massenstroms, der von der LNT (40) thermisch freigesetzt wird, des NOx-Massenstroms, der von der LNT (40) bei dem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis freigesetzt wird, und des NOx-Massenstroms, der mit dem Reduktionsmittel an der LNT (40) chemisch reagiert, von dem NOx-Massenstrom, der in der LNT (40) gespeichert wird, erhalten wird, wobei der Schritt zum Berechnen eines in der LNT (40) gespeicherten NOx-Massenstroms Folgendes aufweist: Berechnen eines NOx-Massenstroms, der in die LNT (40) strömt; Berechnen einer NOx-Speichereffizienz der LNT (40); und Berechnen eines in der LNT (40) adsorbierten NOx-Massenstroms durch Multiplizieren des in die LNT (40) strömenden NOx-Massenstroms mit der NOx-Speichereffizienz der LNT (40), wobei eine NOx-Speichereffizienz bei dem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis und eine NOx-Speichereffizienz bei dem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis jeweils in dem Schritt zum Berechnen einer NOx-Speichereffizienz der LNT (40) berechnet werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die NOx-Speichereffizienz bei dem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis gemäß einer Temperatur der LNT (40) und einem Massenstrom des durch die LNT (40) strömenden Abgases berechnet wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die NOx-Speichereffizienz bei dem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis gemäß einer Temperatur der LNT (40) und einer relativen NOx-Adsorption der LNT (40) berechnet wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die NOx-Speichereffizienz bei dem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis zuerst gemäß der Temperatur der LNT (40) und dem Massenstrom des durch die LNT strömenden Abgases korrigiert wird und an zweiter Stelle gemäß einer NOx-Adsorption in der LNT (40) und dem Massenstrom des durch die LNT (40) strömenden Abgases korrigiert wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die NOx-Speichereffizienz bei dem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis und die NOx-Speichereffizienz bei dem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis unter Berücksichtigung eines Alterungsfaktors der LNT (40) berechnet werden.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Berechnen eines NOx-Massenstroms, der von der LNT (40) thermisch freigesetzt wird, Folgendes aufweist: Berechnen einer überschüssigen NOx-Adsorption, die eine maximale NOx-Adsorption der LNT (40) überschreitet; Berechnen eines Massenstroms der überschüssigen NOx-Adsorption durch Dividieren der überschüssigen NOx-Adsorption durch eine Abtastzeit; und Multiplizieren einer Charakteristik der thermischen Freisetzung gemäß der Temperatur der LNT (40) mit dem Massenstrom der überschüssigen NOx-Adsorption.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt zum Berechnen eines NOx-Massenstroms, der von der LNT (40) bei dem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis freigesetzt wird, Folgendes aufweist: Berechnen eines Massenstroms einer grundsätzlichen NOx-Freisetzung gemäß einer NOx-Adsorption in einem Entstickungs-Modus (DeNOx-Modus); zuerst Korrigieren des Massenstroms der grundsätzlichen NOx-Freisetzung gemäß der Temperatur der LNT (40) und dem Massenstrom des durch die LNT strömenden Abgases; und an zweiter Stelle Korrigieren des zuerst korrigierten Massenstroms der grundsätzlichen NOx-Freisetzung gemäß einem Alterungsfaktor der LNT (40).
  8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der NOx-Massenstrom, der mit dem Reduktionsmittel an der LNT (40) chemisch reagiert, durch ein Modell berechnet wird, das C3H6 als Reduktionsmittel verwendet.
  9. Abgasreinigungsvorrichtung (30), aufweisend: einen Motor (10) mit einer Einspritzeinrichtung (14) zum Einspritzen von Kraftstoff in denselben, Erzeugen von Leistung durch Verbrennen eines Gemisches aus Luft und dem Kraftstoff und Ausstoßen des bei dem Verbrennungsprozess erzeugten Abgases zu der Außenseite desselben durch ein Auspuffrohr (20); eine Mager-NOx-Falle (LNT) (40), die auf dem Auspuffrohr (20) montiert ist, zum Adsorbieren von Stickoxid (NOx), das in dem Abgas enthalten ist, bei einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis, zum Freisetzen des adsorbierten Stickoxids bei einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis und zum Reduzieren des in dem Abgas enthaltenen Stickoxids oder des freigesetzten Stickoxids unter Verwendung eines Reduktionsmittels, das Kohlenstoff oder Wasserstoff enthält, der in dem Abgas enthalten ist; und eine Steuerung (70) zum Steuern einer Absorption und Freisetzung des NOx durch Steuern eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses gemäß dem in der LNT (40) adsorbierten NOx und einer Temperatur des Abgases, wobei die Steuerung (70) eine in der LNT (40) adsorbierte NOx-Masse durch Integrieren eines Wertes berechnet, der durch Subtrahieren eines NOx-Massenstroms, der von der LNT (40) thermisch freigesetzt wird, eines NOx-Massenstroms, der von der LNT (40) bei dem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis freigesetzt wird, und eines NOx-Massenstroms, der mit einem Reduktionsmittel an der LNT (40) chemisch reagiert, von einem NOx-Massenstrom, der in der LNT (40) gespeichert wird, erhalten wird, wobei die Steuerung (70) den in der LNT (40) gespeicherten NOx-Massenstrom durch Multiplizieren eines in die LNT (40) strömenden NOx-Massenstroms mit einer NOx-Speichereffizienz der LNT (40) berechnet, und wobei die Steuerung (70) eine NOx-Speichereffizienz bei dem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis bzw. eine NOx-Speichereffizienz bei dem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis berechnet.
  10. Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Steuerung (70) die NOx-Speichereffizienz bei dem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis gemäß der Temperatur der LNT (40) und einem Massenstrom des durch die LNT (40) strömenden Abgases berechnet.
  11. Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Steuerung (70) die NOx-Speichereffizienz bei dem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis gemäß der Temperatur der LNT (40) und einer relativen NOx-Adsorption der LNT (40) berechnet.
  12. Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Steuerung (70) zuerst die NOx-Speichereffizienz bei dem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis gemäß der Temperatur der LNT (40) und dem Massenstrom des durch die LNT (40) strömenden Abgases korrigiert und an zweiter Stelle die NOx-Speichereffizienz bei dem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis gemäß einer NOx-Adsorption in der LNT (40) und dem Massenstrom des durch die LNT (40) strömenden Abgases korrigiert.
  13. Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Steuerung (70) eine NOx-Speichereffizienz bei dem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis und eine NOx-Speichereffizienz bei dem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis unter Berücksichtigung des Alterungsfaktors der LNT (40) berechnet.
  14. Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Steuerung (70) einen Massenstrom einer überschüssigen NOx-Adsorption durch Dividieren einer überschüssigen NOx-Adsorption, die eine maximale NOx-Adsorption in der LNT (40) überschreitet, durch eine Abtastzeit berechnet und den NOx-Massenstrom, der von der LNT (40) thermisch freigesetzt wird, durch Multiplizieren einer Charakteristik der thermischen Freisetzung gemäß der Temperatur der LNT (40) mit dem Massenstrom der überschüssigen NOx-Adsorption berechnet.
  15. Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Steuerung (70) den NOx-Massenstrom, der von der LNT (40) bei dem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis freigesetzt wird, durch zuerst Korrigieren eines Massenstroms einer grundsätzlichen NOx-Freisetzung gemäß einer NOx-Adsorption in einem Entstickungs-Modus (DeNOx-Modus) gemäß der Temperatur der LNT (40) und dem Massenstrom des durch die LNT (40) strömenden Abgases und an zweiter Stelle Korrigieren des Massenstroms der grundsätzlichen NOx-Freisetzung gemäß dem Alterungsfaktor der LNT (40) berechnet.
  16. Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Steuerung (70) den NOx-Massenstrom, der mit dem Reduktionsmittel an der LNT (40) chemisch reagiert, durch ein Modell berechnet, das C3H6 als Reduktionsmittel verwendet.
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