DE102016200207A1 - Emission control system for internal combustion engines - Google Patents
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Abstract
Aufgabe: Die vorliegende Erfindung macht es sich zur Aufgabe, ein Abgasreinigungssystem für Brennkraftmaschinen, umfassend mindestens zwei Katalysatoren mit der Aufgabe NOx im Abgas zu reduzieren, bereitzustellen, worin zugleich der Mehrverbrauch gedrosselt, und die Gesamt-NOx-Reduktionsrate erhöht wird. Mittel zum Lösen der Aufgabe: Die vorliegende Erfindung bedient sich des Mittels zum Lösen der Aufgabe, im vorgenannten Abgasreinigungssystem die folgenden Elemente anzuordnen: einen Katalysator, der in oxidierender Atmosphäre NOx auffängt und in reduzierender Atmosphäre reduziert; einen SCR-Katalysator, der NH3 mit NOx reagieren lässt und so NOx reduziert; und eine FI-ECU, die, wenn bestimmte Voraussetzungen erfüllt sind, für die Reduktion von im LNT-Katalysator angehäuftem NOx, einen DeNOx-Betrieb durchführt, und den LNT-Katalysator in reduzierende Atmosphäre überführt. Übersteigt dabei die Temperatur des SCR-Katalysators Scr_tmp die Schalttemperatur SCR_LNT_MODE_TMP, die im Temperaturbereich geregelt ist, worin NOx mittels des SCR-Katalysators reduzierbar ist, untersagt die FI-ECU die Durchführung des DeNOx-Betriebs (Reduktion des LNT-Katalysators).OBJECT: The object of the present invention is to provide an exhaust gas purification system for internal combustion engines, comprising at least two catalysts with the task of reducing NOx in the exhaust gas, wherein at the same time the excess consumption is throttled and the overall NOx reduction rate is increased. Means for Solving the Problem: The present invention uses the means for solving the problem to arrange the following elements in the aforementioned exhaust gas purification system: a catalyst which traps NOx in an oxidizing atmosphere and reduces it in a reducing atmosphere; an SCR catalyst that allows NH3 to react with NOx to reduce NOx; and an FI-ECU which, when certain conditions are met, for reducing NOx accumulated in the LNT catalyst, performs DeNOx operation, and converts the LNT catalyst into reducing atmosphere. If the temperature of the SCR catalyst Scr_tmp exceeds the switching temperature SCR_LNT_MODE_TMP, which is regulated in the temperature range in which NOx can be reduced by means of the SCR catalyst, the FI-ECU prohibits the execution of the DeNOx operation (reduction of the LNT catalyst).
Description
Technisches GebietTechnical area
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Abgasreinigungssystem für Brennkraftmaschinen. Im Einzelnen betrifft die vorliegende Erfindung ein Abgasreinigungssystem für Brennkraftmaschinen, ausgestattet mit mehreren Katalysatoren mit NOx-Reduktionsfunktion.The present invention relates to an exhaust gas purification system for internal combustion engines. In particular, the present invention relates to an exhaust gas purification system for internal combustion engines, equipped with a plurality of catalysts with NOx reduction function.
Allgemeiner Stand der TechnikGeneral state of the art
Abgaskanäle für Brennkraftmaschinen verfügen in der Regel über Katalysatoren, mit denen sich NOx im Abgas reduzieren lässt. Weit verbreitete Katalysatoren sind Drei-Wege-Katalysatoren, Lean-NOx-Katalysatoren [im Folgenden „LNT-Katalysatoren”] und selektive Reduktionskatalysatoren [im Folgenden „SCR-Katalysatoren”]. Drei-Wege-Katalysatoren reduzieren NOx im Abgas mittels eines Reduktionsmittels in Form von HC und CO. LNT-Katalysatoren fangen NOx in oxidierender Atmosphäre auf und reduzieren es in reduzierender Atmosphäre. SCR-Katalysatoren entfernen NOx mittels eines Reduktionsmittels in Form von bspw. NH3. Die vorgenannten Katalysatoren kommen ihrer Aufgabe nach, wenn unterschiedliche Voraussetzungen erfüllt sind. Sie werden somit häufig kombiniert, und erzielen unter sämtlichen Betriebskonditionen hohe NOx-Reduktionsraten.Exhaust ports for internal combustion engines usually have catalysts that can reduce NOx in the exhaust gas. Widely used catalysts are three-way catalysts, lean NOx catalysts [hereinafter "LNT catalysts"] and selective reduction catalysts [hereinafter "SCR catalysts"]. Three-way catalysts reduce NOx in the exhaust gas by means of a reducing agent in the form of HC and CO. LNT catalysts capture NOx in an oxidizing atmosphere and reduce it in a reducing atmosphere. SCR catalysts remove NOx by means of a reducing agent in the form of, for example, NH 3 . The aforementioned catalysts are their task, if different conditions are met. They are thus often combined, and achieve high NOx reduction rates under all operating conditions.
Patentschrift 1 beschreibt ein Abgasreinigungssystem, das eine Kombination aus LNT- und SCR-Katalysator darstellt. In dem System sind der LNT- und der SCR-Katalysator an unterschiedlichen Abgaskanälen angeordnet. Je nach der Motorbelastung, kann so zwischen dem Abgaskanal des LNT-Katalysators und dem Abgaskanal des SCR-Katalysators hin und her gewechselt werden kann.
Patentschrift 2 beschreibt ein Abgasreinigungssystem, in dem der LNT-Katalysator auf der stromaufwärtigen Seite des SCR-Katalysators angeordnet ist. In dem System wird die Abnahme der Reduktionsrate des SCR-Katalysators mittels der Reduktionsrate des LNT-Katalysators kompensiert, indem, proportional zur Abnahme, in kürzeren Zeitabständen eine reduzierende Atmosphäre erzeugt wird.
Patentschrift 3 beschreibt ein Abgasreinigungssystem, in dem von der stromaufwärtigen Seite des LNT- und SCR-Katalysators, wenn das Abgas ein reiches Luftverhältnis hat, ein Urea/Wasser-Gemisch gesprüht wird. Das gesprühte Urea/Wasser-Gemisch reagiert bevorzugt mit Sauerstoff im Abgas, was verhindert, dass das Urea/Wasser-Gemisch aufgebraucht ist, noch bevor NH3, das die NOx-Reduktion-fördert, entstehen kann.
Dokumente des Stands der TechnikDocuments of the prior art
Patentschriftenpatents
-
Patentschrift 1:
JP Patentoffenlegungsschrift Nr. 2000-265828 JP Patent Publication No. 2000-265828 -
Patentschrift 2:
JP Patentoffenlegungsschrift Nr. 2010-116784 Japanese Patent Laid-Open Publication No. 2010-116784 -
Patentschrift 3:
JP Patentoffenlegungsschrift Nr. 2009-85178 Japanese Patent Laid-Open Publication No. 2009-85178
Kurzdarstellung der ErfindungBrief description of the invention
Aufgabe der vorliegenden ErfindungObject of the present invention
Problematisch in den vorgenannten LNT- und SCR-Katalysator-bestückten Abgasreinigungssystemen ist indes, dass neben der regulären Treibstoffeinspritzung zum Abtrieb des Fahrzeugs, eine zusätzlichen Treibstoffeinspritzung, die dazu dient, dass die Katalysatoren ihrer Aufgabe, NOx zu reduzieren, gerecht werden, erforderlich ist. So wird in LNT-Katalysatoren durch die zusätzliche Treibstoffeinspritzung das Abgas in reduzierende Atmosphäre übergeführt, damit angehäuftes NOx anschließend reduzierbar ist. In SCR-Katalysatoren wird der SCR-Katalysator durch die zusätzliche Treibstoffeinspritzung auf eine zur NOx-Reduktion geeignete Temperatur erhitzt. Durch die zusätzliche Treibstoffeinspritzung wird zugegeben ein erhöhter Reinigungseffekt das Abgases erzielt, doch verschlechtert sich die Treibstoffbilanz am gesamten Fahrzeug entsprechend.However, a problem in the aforementioned LNT and SCR catalytic converter exhaust gas purification systems is that in addition to the regular fuel injection to the output of the vehicle, an additional fuel injection, which serves to meet the catalysts of their task to reduce NOx, is required. Thus, in LNT catalysts, the additional fuel injection converts the exhaust gas into a reducing atmosphere so that accumulated NOx can subsequently be reduced. In SCR catalysts, the SCR catalyst is heated by the additional fuel injection to a temperature suitable for NOx reduction. Due to the additional fuel injection, an increased cleaning effect of the exhaust gas is achieved, but the fuel balance on the entire vehicle deteriorates accordingly.
Die Verschlechterung der Treibstoffbilanz am gesamten Fahrzeug wegen der zusätzlichen Treibstoffeinspritzung zur Reinigung des Abgases wird als ”Mehrverbrauch” bezeichnet. Der Mehrverbrauch ist das Verhältnis zwischen einem Richtwer (z. B. die am gesamten Fahrzeug verbrauchte Kraftstoffmenge) und dem durch die zusätzliche Treibstoffeinspritzung bedingten Verbrauch.The deterioration of the fuel balance on the entire vehicle due to the additional fuel injection to purify the exhaust gas is referred to as "over-consumption". The extra consumption is that Relationship between a level of judgment (eg the amount of fuel consumed on the whole vehicle) and the consumption due to the additional fuel injection.
Die vorgenannten Abgasreinigungssysteme mit mehreren Katalysatoren mögen den Vorteil mit sich bringen, unter sämtlichen Betriebskonditionen hervorragende NOx-Reduktionsraten zu erzielen, da sie ihrer Aufgabe unter unterschiedlichen Voraussetzungen erfüllen. Dennoch droht durch die starke Fokussierung auf die Katalysatoren ein gesteigerter Mehrverbrauch. Indes gelten Ansätze zur Optimierung des Verhältnisses der NOx-Reduktionsrate zum Treibstoffverbrauch bislang als lediglich genügend erforscht. The above-mentioned multi-catalyst exhaust gas purification systems may bring the advantage of achieving excellent NOx reduction rates under all operating conditions because they perform their task under different conditions. Nevertheless, the strong focus on the catalysts threatens increased consumption. However, approaches to optimize the ratio of NOx reduction rate to fuel consumption have been heretofore researched as sufficiently limited.
Die vorliegende Erfindung macht es sich deshalb zur Aufgabe, ein Abgasreinigungssystem für Brennkraftmaschinen, ausgestattet mit mindestens zwei unterschiedlichen Katalysatoren mittels derer sich NOx reduzieren lässt, bereitzustellen, wobei sich der Mehrverbrauch eindämmen und gleichzeitig die Gesamt-NOx-Reduktionsrate steigern lässt. Mittel zum Lösen der Aufgabe
- (1) Ein Abgasreinigungssystem (beispielsweise das im Folgenden beschriebene Abgasreinigungssystem
2 ) für eine Brennkraftmaschine (beispielsweise der im Folgenden beschriebene Motor1 ), angeordnet in einem Abgaskanal (beispielsweise der im Folgenden beschriebene Abgaskanal11 ) der Brennkraftmaschine, wobei das Abgasreinigungssystem die folgenden Elemente umfasst: einen LNT-Katalysator (beispielsweise der im Folgenden beschriebene stromaufwärtige Katalysatorwandler31 ), womit NOx in oxidierender Atmosphäre angehäuft und in reduzierender Atmosphäre reduziert wird; eine Reduktionsvorrichtung für den LNT-Katalysator (beispielsweise die im Folgenden beschriebene FI-ECU71 ), mittels derer, je nach dem Betriebszustand, eine zusätzliche Treibstoffeinspritzung vorgenommen, und der LNT-Katalysator zur reduzierenden Atmosphäre übergeführt wird; einen im Abgaskanal angeordneten SCR-Katalysator (beispielsweise der im Folgenden beschriebene stromabwärtige Katalysatorwandler33 ) mit dem NOx dadurch reduziert wird, dass ein Reduktionsmittel mit NOx zur Reaktion gebracht wird; eine Zuführvorrichtung (beispielsweise die im Folgenden beschriebene Urea/Wasser-Zuführvorrichtung4 ), mittel derer ein Reduktionsmittel oder dessen Vorläufer dem SCR-Katalysator zugeführt wird; und Temperaturerfassungselemente (beispielsweise die im Folgenden beschriebenenstromaufwärtiger Katalysatortemperatursensor 52 , stromabwärtiger Katalysator-temperatursensor 53 , und FI-ECU71 ) womit die Temperatur des SCR-Katalysators erfasst wird.
- (1) An exhaust gas purification system (for example, the exhaust gas purification system described below
2 ) for an internal combustion engine (for example, the engine described below1 ) disposed in an exhaust passage (for example, the exhaust passage described below11 ) of the internal combustion engine, the exhaust gas purification system comprising the following elements: an LNT catalyst (for example, the upstream catalyst converter described below)31 ), whereby NOx is accumulated in an oxidizing atmosphere and reduced in a reducing atmosphere; a reduction apparatus for the LNT catalyst (for example, the FI-ECU described below)71 ), by means of which, depending on the operating condition, made an additional fuel injection, and the LNT catalyst is converted to the reducing atmosphere; an arranged in the exhaust passage SCR catalyst (for example, the downstream catalyst converter described below33 ) is reduced with the NOx by reacting a reducing agent with NOx; a feeder (for example, the urea / water feeder described below)4 ), by means of which a reducing agent or its precursor is supplied to the SCR catalyst; and temperature detecting elements (for example, the above-described upstreamcatalyst temperature sensor 52 , downstreamcatalyst temperature sensor 53 , and FI-ECU71 ) with which the temperature of the SCR catalyst is detected.
Mittels der Reduktionsvorrichtung des LNT-Katalysators wird die zusätzliche Treibstoffeinspritzung dort untersagt, wo die mittels der Temperaturerfassungselemente erfasste Temperatur eine Schalttemperatur, die ihrerseits in einem Temperaturbereich liegt, in dem sich NOx mittels des SCR-Katalysators reduzieren lässt, übersteigt. Die oxidierende Atmosphäre gemäß der vorliegenden Erfindung meint den Zustand worin die Sauerstoffkonzentration im Abgas des LNT-Katalysators relativ höher ist als die Konzentration des Reduktionsanteils, bspw.By means of the reduction device of the LNT catalyst, the additional fuel injection is prohibited where the temperature detected by the temperature sensing elements exceeds a switching temperature, which in turn is in a temperature range in which NOx can be reduced by means of the SCR catalyst. The oxidizing atmosphere according to the present invention means the state wherein the oxygen concentration in the exhaust gas of the LNT catalyst is relatively higher than the concentration of the reduction ratio, for example.
Kohlenwasserstoff oder Kohlenmonoxid. Im Einzelnen wird die oxidierende Atmosphäre etwa durch das Erzeugen eines armen anstatt stöchiometrischen Luftverhältnisses in der Brennkraftmaschine realisiert. Die oxidierende Atmosphäre gemäß der vorliegenden Erfindung meint den Zustand worin die Sauerstoffkonzentration im Abgas des LNT-Katalysators niedriger ist als die Konzentration des Reduktionsanteils. Im Einzelnen wird die reduzierende Atmosphäre mittels Zuführen unabgebrannten Treibstoffs in den LNT-Katalysator realisiert, etwa durch das Erzeugen eines in der Brennkraftmaschine reichen anstatt stöchiometrischen Luftverhältnisses durch Nacheinspritzung (after-injection), post-injection, oder Einspritzens von Treibstoff ins Abgas mittels Einspritzdüsen am Abgaskanal.
- (2) Dabei bevorzugt ist das Abgasreinigungssystem zusätzlich ausgestattet mit einer Schalttemperatursteuereinheit (beispielsweise die im Folgenden beschriebene FI-ECU
71 ) womit die Schalttemperatur basierend auf der Fahrthistorie des Fahrzeugs gesteuert wird. - (3) Dabei ferner bevorzugt ermitteln die Temperaturerfassungselemente die künftige Temperatur des SCR-Katalysators basierend auf der Fahrthistorie des Fahrzeugs.
- (4) Weiter ferner bevorzugt ist das Abgasreinigungssystem zusätzlich ausgestattet mit einer Katalysatorheizung (beispielsweise die im Folgenden beschriebene FI-ECU
71 ) womit der SCR-Katalysator auferhitzt wird wenn die mittels der Temperaturerfassungselemente erfasste Temperatur bei oder unter der Schalttemperatur und die NOx-Anhäufrate im LNT-Katalysator bei oder über einem bestimmten Wert liegt. - (5) Noch weiter ferner bevorzugt sind der LNT-Katalysator und der SCR-Katalysator am Abgaskanal derart angeordnet sind, dass die Temperaturveränderung des SCR-Katalysators langsamer vonstattengeht als die Temperaturveränderung des LNT-Katalysators.
- (6) Dabei noch ferner bevorzugt ist der SCR-Katalysator ein NH3-SCR-Katalysator, bei dem das Reduktionsmittel in Form von NH3 vorliegt;
die Zuführvorrichtung verfügt für das Reduktionsmittel über eine Urea/Wasser-Einspritzdüse (beispielsweise die im Folgenden beschriebene Urea/Wasser-Injektoren
42 ) womit im Abgaskanal ein Urea/Wasser-Gemisch, das ein Vorläufer von NH3 ist, stromaufwärts vom NH3-SCR-Katalysator gesprüht wird; und die Schalttemperatur ist höher eingestellt als die Temperatur die aufgrund der Ablagerungen des im Abgaskanal mittels der Urea/Wasser-Einspritzdüse gesprühten Urea/Wasser-Gemischs entsteht.
- (2) It is preferable that the exhaust gas purification system is additionally equipped with a switching temperature control unit (for example, the FI-ECU described below)
71 ) with which the switching temperature is controlled based on the driving history of the vehicle. - (3) Further, preferably, the temperature detecting elements determine the future temperature of the SCR catalyst based on the driving history of the vehicle.
- (4) Further preferably, the exhaust gas purification system is additionally equipped with a catalyst heater (for example, the FI-ECU described below)
71 ) whereby the SCR catalyst is heated when the detected by the temperature detecting elements temperature at or below the switching temperature and the NOx accumulation rate in the LNT catalyst is at or above a certain value. - (5) Still further preferably, the LNT catalyst and the SCR catalyst are disposed on the exhaust passage such that the temperature change of the SCR catalyst is slower than the temperature change of the LNT catalyst.
- (6) Still more preferably, the SCR catalyst is an NH 3 -SCR catalyst in which the reducing agent is in the form of NH 3 ; the supply device has a urea / water injection nozzle for the reducing agent (for example, the urea / water injectors described below
42 ) spraying a urea / water mixture, which is a precursor of NH 3 , upstream of the NH 3 -SCR catalyst in the exhaust duct; and the switching temperature is set higher than the temperature generated due to the deposits of urea / water mixture sprayed in the exhaust channel by means of the urea / water injection nozzle.
Wirkung der ErfindungEffect of the invention
-
(1) Gemäß der vorliegenden Erfindung werden ein LNT-Katalysator und ein SCR-Katalysator an einen gemeinsamen Abgaskanal angeordnet. Dem LNT-Katalysator wird dabei die Aufgabe zuteil, NOx in oxidierender Atmosphäre zu sammeln und in reduzierender Atmosphäre zu reduzieren. Um jedoch NOx mittels des LNT-Katalysators zu reduzieren, sollte die im Katalysator angehäufte NOx-Menge ein bestimmtes Limit nicht überschreiten. Deshalb wird in der LNT-Kat-Reduktionsvorrichtung mittels einer zusätzlichen, intermittierenden Treibstoffeinspritzung eine reduzierende Atmosphäre erzeugt. Dem SCR-Katalysator wird die Aufgabe zuteil, NOx im Abgas kontinuierlich, unter Verwendung eines von der Zuführvorrichtung zugeführten Reduktionsmittels, zu reduzieren. Jedoch unterscheidet sich der Temperaturbereich, in dem NOx mittels des SCR-Katalysators effektiv reduzier ist, von dem Temperaturbereich, in dem NOx mittels des LNT-Katalysators effektiv reduzierbar ist (siehe
2 ). Deshalb wird der Fahrzeugbetrieb grob in die Bereiche: Betrieb, in dem die Temperatur im Abgaskanal vergleichsweise niedrig ist (also unmittelbar nach dem Anlassen und im Niedriglastbetrieb), und Betrieb, in dem die Temperatur im Abgaskanal vergleichsweise hoch ist (also im Hochlastbetrieb), unterteilt, und im ersteren Bereich schwerpunktmäßig der LNT-Katalysator, und im zweiteren Bereich schwerpunktmäßig der SCR-Katalysator verwendet, um so in allen Betriebsbereichen hohe NOx-Reduktionsraten zu erzielen.(1) According to the present invention, an LNT catalyst and an SCR catalyst are disposed on a common exhaust passage. The task of the LNT catalyst is to collect NOx in an oxidizing atmosphere and to reduce it in a reducing atmosphere. However, in order to reduce NOx by means of the LNT catalyst, the amount of NOx accumulated in the catalyst should not exceed a certain limit. Therefore, in the LNT-cat reduction apparatus, by means of an additional, intermittent fuel injection, a reducing atmosphere is generated. The task of the SCR catalytic converter is to reduce NOx in the exhaust gas continuously, using a reducing agent supplied by the supply device. However, the temperature range in which NOx is effectively reduced by means of the SCR catalyst differs from the temperature range in which NOx is effectively reducible by the LNT catalyst (refer to FIG2 ). Therefore, the vehicle operation is roughly divided into the areas of: operation in which the temperature in the exhaust passage is comparatively low (ie immediately after starting and in low-load operation), and operation in which the temperature in the exhaust passage is comparatively high (ie in high-load operation) , and in the former, the focus is on the LNT catalyst, and in the latter, the focus is on the SCR catalyst to achieve high NOx reduction rates in all operating ranges.
Jedoch liegen die zur NOx-Reduktion geeigneten Temperaturbereiche der beiden vorgenannten Katalysatoren nicht gänzlich getrennt voneinander, sondern verfügen über eine gemeinsame Schnittmenge. Die Reduktionsvorrichtung für den LNT-Katalysator gemäß der vorliegenden Erfindung erkennt, wenn es zu einer solchen Schnittmenge der Katalysatoren kommt, und untersagt, sobald die Temperatur des SCR-Katalysators die Schalttemperatur, die ihrerseits innerhalb des Temperaturbereichs liegt, in dem sich NOx mittels des SCR-Katalysators reduzieren lässt, übersteigt, die zusätzliche Treibstoffeinspritzung. Mit anderen Worten wird gemäß der vorliegenden Erfindung innerhalb dieses Schnittmengenbereichs der Schwerpunkt der NOx-Reduktion auf den SCR- anstatt LNT-Katalysator gelegt. Dabei regelt die vorgenannte Schalttemperatur das Maximum des Temperaturbereichs, in dem die zusätzliche Treibstoffeinspritzung für den LNT-Katalysator vorgenommen wird, und stellt somit die Temperaturschwelle des SCR-Katalysators dar. Dadurch, dass gemäß der vorliegenden Erfindung die Schalttemperatur nicht für den LNT- sondern den SCR-Katalysator geregelt wird, lässt sich die Zahl der Betätigungen der zusätzlichen Treibstoffeinspritzung in Bezug auf den LNT-Katalysator in angemessenem Umfang verringern, und der Mehrverbrauch lässt sich so entsprechend drosseln. Da nun ein solches Unterdrücken der zusätzlichen Treibstoffeinspritzung in dem vorgenannten Schnittmengenbereich (bzw. redundanten Teil) stattfindet, in dem NOx auch mittels des SR-Katalysators reduzierbar ist, kann nicht schlechterdings behauptet werden, dass sich die Gesamt-NOx-Reduktionsrate um den Teil verschlechtert, der an Mehrverbrauch eingespart wurde. Im Ergebnis ermöglicht die vorliegende Erfindung also einen geringeren Mehrverbrauch bei gleichzeitig nur minimal geringerer NOx-Reduktionsrate.
- (2) Die Schalttemperatur ist der Schwellwert, an dem entschieden wird, ob eine zusätzliche Treibstoffeinspritzung für den LNT-Katalysator erfolgen soll. Gemäß der vorliegenden Erfindung lässt sich die Schalttemperatur entsprechend der Fahrthistorie des Fahrzeugs ändern, und die zusätzliche Treibstoffeinspritzung zu einer Zeit tätigen bzw. unterdrücken, die angemessen angesichts der derzeitigen und unmittelbar künftigen Fahrtkonditionen erscheint. Da der LNT-Katalysator die Eigenschaft hat, mit zunehmender NOx-Menge weniger zusätzliches NOx aufzufangen (d. h. die NOx-Reduktionsrate des LNT-Katalysators in oxidierender Atmosphäre nimmt ab), wird mittels der vorgenannten zusätzlichen Treibstoffeinspritzung zu den angemessenen Zeiten zugleich dazu beigesteuert, dass die NOx-Reduktionsrate des LNT-Katalysators unverändert hoch bleibt, und die Gesamt-NOx-Reduktionsrate im System gesteigert wird. Ähnlich wird mittels des Unterdrückens der zusätzlichen Treibstoffeinspritzung wann angemessen zur Eindämmung des Mehrverbrauchs bei. Im Ergebnis wird der Mehrverbrauch gedrosselt bei nur minimaler Einbüße der NOx-Reduktionsrate.
- (3) Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Schalttemperatur mit der mittels den Temperaturerfassungselementen erfassten Temperatur des SCR-Katalysators verglichen, und bestimmt, ob die zusätzliche Treibstoffeinspritzung zu tätigen ist oder nicht. So lässt sich, wie bereits in (2) erwähnt, je nach dem Fahrtzustand des Fahrzeugs, die künftige Temperatur des SCR-Katalysators ermitteln und zur Schalttemperatur vergleichen, und so der Mehrverbrauch drosseln, während die Einbüße in der NOx-Reduktionsrate nur minimal ist.
- (4) Liegt die Temperatur des SCR-Katalysators über der Schalttemperatur, wird gemäß der vorliegenden Erfindung die zusätzliche Treibstoffeinspritzung im LNT-Katalysator unterdrückt. Ändert sich plötzlich der Fahrtzustand (etwa bei Parken des Fahrzeugs nach einer Autobahnstrecke und nach dem anschließenden Wieder-Losfahren) während die im LNT-Katalysator angehäufte Menge NOx sich nahe dem Maximum befindet, kann die Temperatur des SCR-Katalysators absinken. Dabei verringert sich vorübergehend die NOx-Reduktionsrate der beiden Katalysatoren. Die vorliegende Erfindung antizipiert ein solches Szenario, und erhitzt den SCR-Katalysator, wenn dessen Temperaturen unter die Schalttemperatur sinken obwohl die NOx-Anhäufrate des LNT-Katalysators bereits das Maximum überschritten hat, sodass sich prompt die NOx-Reduktionsrate des SCR-Katalysators wieder erholt und steigt, und der NOx-Ausstoß am Fahrzeug verringert wird.
- (5) Durch die vorliegende Erfindung lässt sich die Temperaturveränderung im SCR-Katalysator gegenüber der Temperaturveränderung im LNT-Katalysator verlangsamen. Dies wird dadurch erreicht, dass bspw. der SCR-Katalysator weiter stromabwärts als der LNT-Katalysator angeordnet wird, der SCR-Katalysator über eine höhere Wärmekapazität als der LNT-Katalysator verfügt, oder dadurch, einen Filter zwischen dem stromaufwärtigen LNT-Katalysator und dem stromabwärtigen SCR-Katalysator anzuordnen.
- (2) The switching temperature is the threshold at which it is decided whether additional fuel injection should be done for the LNT catalyst. According to the present invention, the switching temperature can be changed according to the driving history of the vehicle, and suppress the additional fuel injection at a time that appears appropriate in view of the current and immediately future driving conditions. Since the LNT catalyst has the property of absorbing less additional NOx as the amount of NOx increases (ie, the NOx reduction rate of the LNT catalyst in an oxidizing atmosphere decreases), by means of the aforementioned additional fuel injection at the appropriate times, it also contributes the NOx reduction rate of the LNT catalyst remains high and the total NOx reduction rate in the system is increased. Similarly, by suppressing the additional fuel injection when appropriate to curb the excess consumption. As a result, the excess consumption is throttled with only minimal decreases in the NOx reduction rate.
- (3) According to the present invention, the switching temperature is compared with the temperature of the SCR catalyst detected by the temperature detecting elements, and determines whether or not the additional fuel injection is to be made. Thus, as already mentioned in (2), depending on the running state of the vehicle, the future temperature of the SCR catalytic converter can be determined and compared with the switching temperature, thus throttling the excess consumption, while the losses in the NOx reduction rate are only minimal.
- (4) If the temperature of the SCR catalyst is above the switching temperature, according to the present invention, the additional fuel injection in the LNT catalyst is suppressed. If the driving state suddenly changes (for example, when the vehicle is parked after a motorway section and after the subsequent re-start), while the amount of NOx accumulated in the LNT catalytic converter is close to the maximum, the temperature of the SCR catalytic converter may drop. This temporarily reduces the NOx reduction rate of the two catalysts. The present invention anticipates such a scenario and heats the SCR catalyst as its temperatures drop below the switching temperature, even though the NOx accumulation rate of the LNT catalyst has already exceeded the maximum, promptly recovering the NOx reduction rate of the SCR catalyst and increases, and the NOx emissions on the vehicle is reduced.
- (5) By the present invention, the temperature change in the SCR catalyst can be slowed down from the temperature change in the LNT catalyst. This is accomplished by, for example, placing the SCR catalyst farther downstream than the LNT catalyst, the SCR catalyst having a higher heat capacity than the LNT catalyst, or by providing a filter between the upstream LNT catalyst and the LNT catalyst downstream SCR catalyst to arrange.
Durch die vorliegende Erfindung lässt sich im SCR-Katalysator die mit dem Absinken der Temperatur einhergehende Verringerung der NOx-Reduktionsrate verlangsamen. Im Nachfolgenden wird ein Szenario geschildert, in welchem die Temperaturen des SCR-Katalysators unterhalb der Schalttemperatur liegen und eine entsprechende zusätzliche Treibstoffeinspritzung für den LNT-Katalysator vorgenommen wird. Der LNT-Katalysator kann bei einer hohen NOx-Anhäufrate keine ausreichenden NOx-Reduktionsraten erzielen. Wenn also direkt nach dem Gestatten der zusätzlichen Treibstoffeinspritzung das im LNT-Katalysator angehäufte NOx nicht genügend reduziert wurde, ist es mittels des LNT-Katalysators nicht möglich, umgehend genügende NOx-Reduktionsraten zu erzielen. Mit anderen Worten vermag der LNT-Katalysator nach dem Tätigen der zusätzlichen Treibstoffeinspritzung solange keine genügende NOx-Reduktionsrate erzielen, wie das im LNT-Katalysator angehäufte NOx nicht genügend reduziert ist. Gemäß der vorliegenden Erfindung lässt sich durch das solche Verlangsamen des Temperaturabfalls im SCR-Katalysator verhindern, dass die NOx-Reduktionsraten im gesamten System in der Übergangszeit ab dem Gestatten der zusätzlichen Treibstoffeinspritzung bis zur Wiederbelebung der NOx-Reduktionsraten drastisch im LNT-Katalysator absinken. Anders ausgedrückt, lässt sich durch das Verlangsamen des Temperaturabfalls im SCR-Katalysator der Zeitraum, in dem eine zusätzliche Treibstoffeinspritzung für den LNT-Katalysator erfolgt, sicherstellen.
- (6) Im NH3-SCR-Katalysator wird aus einer Urea/Wasser-Einspritzdüse ein Urea/Wasser-Gemisch ins Abgas gespritzt, das, bedingt durch die Wärme des Abgases bzw. Katalysators, hydrolysiert und so NH3 erzeugt, das im NH3-SCR-Katalysator die Funktion des Reduktionsmittels übernimmt. Bei niedrigen Temperaturen des Abgases bzw. Katalysators kann es jedoch dazu kommen, dass die während der Hydrolyse entstehenden Vorprodukte (Biuret, Cyanursäure etc.), selbst wenn die Temperaturen im NH3-SCR-Katalysator hoch genug sind um NOx mittels NH3 zu reduzieren, sich im Abgaskanal bzw. Katalysator ablagern. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird deshalb die Schalttemperatur derart hoch geregelt, dass es zu keine solchen Ablagerungen kommt. Dabei wird unter den niedrigen Temperaturen im NH3-SCR-Katalysator die es ermöglichen, dass besagte Ablagerungen nicht entstehen, zuverlässig verhindert, dass die Tätigung der zusätzlichen Treibstoffeinspritzung in Bezug auf den LNT-Katalysator untersagt wird. Da also selbst bei derart niedrigen Temperaturen, unter denen die vorgenannten Ablagerungen nicht entstehen können, die NOx-Reduktionsfunktion erfüllt wird, lässt sich ein Einspritzen des Urea/Wasser-Gemischs in den NH3-SCR-Katalysator unterlassen, und besagte Ablagerungen vermeiden, ohne damit die NOx-Reduktionsrate des gesamten Systems zu verringern.
- (6) In the NH 3 -SCR catalyst from a urea / water injection nozzle, a urea / water mixture is injected into the exhaust gas, which, due to the heat of the exhaust gas or catalyst, hydrolyzed and thus generates NH 3 , which in the NH 3 -SCR catalyst takes over the function of the reducing agent. At low temperatures of the exhaust gas or catalyst, however, it may happen that the precursors (biuret, cyanuric acid, etc.) formed during the hydrolysis, even if the temperatures in the NH 3 -SCR catalyst are high enough to reduce NOx by means of NH 3 , Depositing in the exhaust duct or catalyst. Therefore, according to the present invention, the switching temperature is controlled so high that no such deposits occur. In doing so, under the low temperatures in the NH 3 -SCR catalyst, which allows said deposits to not form, reliably prevents the prohibition of additional fuel injection from being prohibited with respect to the LNT catalyst. Thus, since even at such low temperatures, under which the aforementioned deposits can not occur, the NOx reduction function is met, injecting the urea / water mixture into the NH 3 -SCR catalyst can be omitted, and said deposits avoid, without thus reducing the NOx reduction rate of the entire system.
Kurze Beschreibung der Short description of
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
Der folgende Abschnitt befasst sich, unter Bezugnahme auf die Figuren, mit einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.The following section deals, with reference to the figures, with a first embodiment of the present invention.
eine Katalysatorvorrichtung
eine elektrische Steuereinheit
a
an
Der Motor
Die Katalysatorvorrichtung
einen stromaufwärtigen Katalysatorwandler
einen Abgasreinigungsfilter
einen stromabwärtigen Katalysatorwandler
eine Urea/Wasser-Zuführvorrichtung
einen Luftverhältnissensor
einen stromaufwärtigen Katalysatortemperatursensor
einen stromabwärtigen Katalysatortemperatursensor
einen NH3-Sensor
einen Luftstromsensor
an
an exhaust
a
a urea /
an
an upstream
a downstream
an NH 3 sensor
an
Der stromaufwärtige Katalysatorwandler
Der stromaufwärtige Katalysatorwandler
Der Abgasreinigungsfilter
Der stromabwärtige Katalysatorwandler
Der SCR-Katalysator verfügt zum einen über die vorgenannte NOx-Reduktionsfunktion, zum anderen über eine Speicherfunktion der bestimmten Menge NH3. Im Folgenden erhält die Menge an NH3, die sich im SCR-Katalysator ansammelt, die Bezeichnung Speichermenge”, und und das Maximum der NH3-Speichermenge die Bezeichnung „Max-NH3-Speichermenge”. Übersteigt die NH3-Speichermenge des SCR-Katalysators die Max-NH3-Speichermenge, verlagert sich das NH3 stromabwärts. Das im SCR-Katalysator angehäufte NH3 wird so gemeinsam mit dem von den Urea/Wasser-Injektoren
Der stromabwärtige Katalysatorwandler
Der Luftverhältnissensor
Der stromaufwärtige Katalysatortemperatursensor
Die Urea/Wasser-Zuführvorrichtung
Der Aktuator für die Urea/Wasser-Injektoren
Der folgende Abschnitt befasst sich mit dem am stromaufwärtigen Katalysatorwandler
Die jeweilige NOx-Reduktionssrate [%] der vorgenannten Katalysatoren erreicht, wie in
Der LNT-Katalysator mag, wie bereits erwähnt, bei niedrigen Temperaturen eine hohe NOx-Reduktionsrate erzielen, doch erzielt er im Hochtemperaturbereich ab über 300°C oder im Hochlastbetrieb, in der die Abgasmenge erheblich zunimmt, keine ausreichende NOx-Reduktionsrate (siehe
Der SCR-Katalysator erzielt besonders hohe NOx-Reduktionssraten im Temperaturbereich, der höher liegt als der Temperaturbereich, worin der SCR-Katalysator besonders gute NOx-Reduktionssraten erzielt (z. B. zwischen zirka 200°C und 300°C). Mit einem SCR-Katalysator lassen sich demnach, anders als mit einem SCR-Katalysator, besonders hohe NOx-Reduktionssraten im Hochtemperaturbereich und im Hochlastbetrieb erzielen.
Hält der Niedriglastbetrieb an, können die Temperaturen des SCR-Katalysators auf unter zirka 180°C sinken. Soll im Niedriglastbetrieb die NOx-Reduktion mittels SCR-Katalysators fortgeführt werden, bedarf es des Heizvorgangs zum Erhöhen der Temperatur des SCR-Katalysators, wodurch es jedoch zum zusätzlichen Mehrverbrauch kommt. Im Folgenden ist mit Mehrverbrauch der beim SCR-Katalysator neben dem normalen Kraftstoffverbrauch zusätzliche, durch Tätigen des Heizvorgangs, entstehende Kraftstoffverbrauch gemeint. If low load operation continues, the temperatures of the SCR catalyst may drop below approximately 180 ° C. In low-load operation, if the NOx reduction is to be continued by means of the SCR catalyst, the heating process requires increasing the temperature of the SCR catalyst, which, however, adds additional consumption. In the following, with additional consumption of the SCR catalyst in addition to the normal fuel consumption additional, by doing the heating process, resulting fuel consumption meant.
Wie bereits erwähnt, erzielt der LNT-Katalysator in der Regel im Niedriglastbetrieb hohe NOx-Reduktionssraten, während der SCR-Katalysator hohe NOx-Reduktionssraten im Hochlastbetrieb erzielt. Die beiden NOx-Reduktionsraten verhalten sich demnach komplementär. Um mit dem Abgasreinigungssystem
Der nachfolgende Abschnitt befasst sich mit dem Problem herkömmlicher Abgasreinigungssysteme, wobei mit „herkömmliche Abgasreinigungssysteme” ein erstes Abgasreinigungssystem, das mittels eines LNT-Katalysators NOx reduziert, ein zweites Abgasreinigungssystem das mittels SCR-Katalysators NOx reduziert, und ein drittes Abgasreinigungssystem, in dem das erste und das zweite Abgasreinigungssystem miteinander kombiniert werden, gemeint ist.The following section deals with the problem of conventional exhaust gas purifying systems, in which "conventional exhaust gas purifying systems" a first exhaust gas purifying system that reduces NOx by means of an LNT catalyst, a second exhaust gas purifying system that reduces NOx by means of SCR catalyst, and a third exhaust gas purifying system in which the first and the second exhaust gas purification system are combined with each other.
Das erste Abgasreinigungssystem leitet den Reduktionsprozess mittels des LNT-Katalysators ein, sobald die im LNT-Katalysator angehäufte NOx-Menge einen bestimmten Wert erreicht. Das zweite Abgasreinigungssystem leitet den NOx-Reduktionsprozess mittels des SCR-Katalysators ein und nimmt die Urea/Wasser-Einspritzung vor, wenn der Temperaturbereich erreicht ist, in dem es zu keinen Ablagerungen des Urea/Wasser-Gemischs kommt. Jedoch wird im zweiten Abgasreinigungssystem kein Aufheizvorgang getätigt, selbst wenn der SCR-Katalysator unterhalb des Temperaturbereichs (zirka 180°C gemäß
Die jeweilge NOx-Reduktionssrate [%] der beiden vorgenannten Katalysatoren erreicht, wie der
Die Gegenüberstellung in
Das zweite Abgasreinigungssystem mit lediglich dem SCR-Katalysator erzielte unterm Strich unter nahezu sämtlichen Betriebsbedingungen NOx-Reduktionssraten, die ähnlich denen von Drei-Wege-Katalysatoren für Benzinmotoren sind. Im Ergebnis unterbietet die Gesamt-NOx-Ausstoßmenge, wie auch
Im dritten Abgasreinigungssystem, worin der LNT-Katalysator und der SCR-Katalysator kombiniert sind, wurde unter sämtlichen Betriebsbedingungen, etwa Anlassen des Motors, Niedriglastbetrieb, Hochlastbetrieb etc. eine NOx-Reduktionssrate erzielt, die über denen des ersten und des zweiten Abgasreinigungssystems lagen. Der Gesamt-NOx-Ausstoß lag sogar noch unter dem des zweiten Abgasreinigungssystems (siehe
Im dritten Abgasreinigungssystem wurde der Reduktionsvorgang unter den Betriebsbedingungen wie im ersten Abgasreinigungssystem, also wenn die angehäufte NOx-Menge im LNT-Katalysator eine bestimmte Marke überschritt, selbst dann getätigt, wenn eine hohe NOx-Reinigungsrate mit dem SCR-Katalysator erzielt wurde, sodass es zum selben Mehrverbrauch wie im ersten Abgasreinigungssystem kam. Demnach führt das simple Kombinieren von LNT- und SCR-Katalysator zwar zu hohen Gesamt-NOx-Reduktionsraten im System, doch nicht zur Eindämmung des Mehrverbrauchs, wie dies für den SCR-Katalysator kennzeichnend ist.In the third exhaust gas purification system, under the operating conditions as in the first exhaust gas purifying system, that is, when the accumulated NOx amount in the LNT catalyst exceeded a certain level, the reduction process was made even if a high NOx purification rate was achieved with the SCR catalyst to the same additional consumption as in the first emission control system came. Thus, while simply combining LNT and SCR catalysts results in high overall NOx reduction rates in the system, it does not curb excess consumption, as is typical of the SCR catalyst.
Es wurde gezeigt, wie im dritten Abgasreinigungssystem mittels des bloßen Kombinierens aus LNT- und SCR-Katalysator keine Optimierung der Kombination aus NOx-Reduktionsrate und Mehrverbrauch erzielt werden konnte. Im Nachfolgenden soll eine Methode zur Regulierung eines Abgasreinigungssystems erläutert werden, womit sich die Kombination aus NOx-Reduktionsrate und Mehrverbrauch optimieren ließ.It was shown how in the third exhaust gas purification system by means of the mere combination of LNT and SCR catalyst, no optimization of the combination of NOx reduction rate and additional consumption could be achieved. In the following, a method for the regulation of an exhaust gas purification system will be explained, whereby the combination of NOx reduction rate and additional consumption could be optimized.
„Arm” meint dabei die Betriebsart unter armem, anstatt stöchiometrischem Luftverhältnis. Die „arme” Betriebsart stellt die unter den drei Betriebsarten grundlegendste dar."Arm" means the mode under poor rather than stoichiometric air ratio. The "poor" mode of operation represents the most basic among the three modes.
„Erhitzt” meint die Betriebsart, wonach die Temperaturen des Abgases im LNT- und SCR-Katalysator über jene in der „armen” Betriebsart erhöht werden, damit sich die Temperaturen der LNT- und SCR-Katalysatoren in kürzester Zeit erhöhen lassen. Die „erhitzte” Betriebsart wird bspw. dadurch realisiert, dass die Zeiten, zu denen die „Post-”, „After-” und „Haupt-Einspritzung” zu erfolgen haben, in Bezug auf die Verbrennungsparameter im armen Betriebsart verzögert werden. "Heated" means the mode of operation whereby the temperatures of the exhaust gas in the LNT and SCR catalysts are increased above those in the "lean" mode to allow the temperatures of the LNT and SCR catalysts to increase in a very short time. The "heated" mode of operation is realized, for example, by delaying the times at which the "post", "after" and "main injection" are to be made with respect to the combustion parameters in the poor mode.
„DeNOx” meint die Betriebsart, wonach angehäuftes NOx im LNT-Katalysator mittels Überführens des Abgases in eine reduzierende Atmosphäre reduziert wird. Der DeNOx-Betrieb lässt sich bspw. dadurch realisieren, dass die Drosselklappe verengt und die einströmende Luftmenge verringert wird, die EGR-Menge erhöht wird, die Zeiten, zu denen die Treibstoffeinspritzung erfolgen soll, verzögert werden, mehr Treibstoff gespritzt oder zusätzlich die After- und Post-Einspritzung durchführt wird. Da im DeNOx-Betrieb die Temperaturen des Abgases höher liegen als im armen Betrieb, wird im DeNOx-Betrieb zusätzlich die Funktion, die auch im erhitzten Betriebsart erfüllt wird, erfüllt."DeNOx" means the mode in which accumulated NOx in the LNT catalyst is reduced by transferring the exhaust gas to a reducing atmosphere. DeNOx operation can be realized, for example, by narrowing the throttle and reducing the amount of air flowing in, increasing the amount of EGR, delaying the times at which the fuel injection is to take place, injecting more fuel or, in addition, burning the fuel. and post-injection is performed. Since the temperatures of the exhaust gas are higher in DeNOx operation than in poor operation, DeNOx operation also fulfills the function that is also fulfilled in the heated operating mode.
In S1 ermittelt die FI-ECU, ob sämtliche Düsen (Einspritzdüsen, Urea/Wasser-Einspritzdüsen) und Sensoren (Luftverhältnissensor, stromaufwärtiger Katalysatortemperatursensor, stromabwärtiger Katalysatortemperatursensor) funktionstüchtig sind.In S1, the FI-ECU determines if all nozzles (injectors, urea / water injectors) and sensors (air ratio sensor, upstream catalyst temperature sensor, downstream catalyst temperature sensor) are functioning.
In S2 errechnet die FI-ECU die vom Motor ausgestoßene NOx-Menge [mg] Eng_nox_hat(k). Dies geschieht mittels Abrufens von Karten und Tabellen unter Verwendung einer Vielzahl von Parametern als Funktionsargumente, die den Motorzustand, wie etwa die Motorbelastung, Zahl der Umdrehungen, EGR-Rate und Zeiten der Treibstoffeinspritzung, beschreiben. Eng_nox_hat(k) kann ebenso mittels eines neuronalen Netzwerks, in dem die vorgenannten Funktionsargumente eingegeben sind, errechnet werden. Ist im Abgaskanal ein NOx-Sensor zur Ermittlung der NOx-Konzentration angeordnet, kann Eng_nox_hat(k) auch damit errechnet werden. Im Folgenden sind der durch die FI-ECU in einem bestimmten Rechenzyklus errechnete aktuelle Wert mit dem Bezugszeichen „k” in Klammern, und der Wert, welcher n Zyklen vor dem aktuellen Zyklus errechnet wurde, mit dem Bezugszeichen „k – n” in Klammern gekennzeichnet.In S2, the FI-ECU calculates the amount of NOx [mg] Eng_nox_hat (k) emitted by the engine. This is done by retrieving maps and tables using a variety of parameters as function arguments describing engine conditions such as engine load, number of revolutions, EGR rate, and times of fuel injection. Eng_nox_hat (k) can also be calculated by means of a neural network in which the aforementioned function arguments are entered. If an NOx sensor for determining the NOx concentration is arranged in the exhaust gas channel, Eng_nox_hat (k) can also be calculated therewith. Hereinafter, the current value calculated by the FI-ECU in a certain calculation cycle, with the reference character "k" in parentheses, and the value calculated n cycles before the current cycle are indicated by the reference symbol "k-n" in parentheses ,
In S3 errechnet die FI-ECU die im LNT-Katalysator angehäufte NOx-Menge [mg] St_nox_hat(k) mittels bekannter Methoden oder mittels Rechnungen auf der Grundlage der nachfolgenden Formeln (1) bis (4) in der Reihenfolge deren Erwähnung.In S3, the FI-ECU calculates the NOx amount [mg] St_nox_hat (k) accumulated in the LNT catalyst by known methods or by calculations based on the following formulas (1) to (4) in the order of their mention.
In Formel (1) steht Rd_nox_hat(k) für die im DeNOx-Betrieb reduzierte NOx-Menge [mg]. Im Einzelnen ist damit die seit dem vorigen bis zum gegenwärtigen Rechenvorgang reduzierte NOx-Menge im LNT-Katalysator gemeint. Wird der LNT-Katalysator dem Abgas in reduzierender Atmosphäre ausgesetzt, kommt es, wie bereits erwähnt, zur Reduktion der angehäuften NOx-Menge. Dabei ist die reduzierte NOx-Menge proportional zu der dem LNT-Katalysator zugeführten Reduktionsmittelmenge. Die reduzierte NOx-Menge Rd_nox_hat(k) errechnet sich somit gemäß Formel (1) mittels Multiplizierens der dem LNT-Katalysator zugeführten Reduktionsmittelmenge [mg] mit dem positiven Koeffizienten Kred zur Umrechnung der Reduktionsmittelmenge in reduzierte Menge. Die reduzierte Menge ergibt sich dabei mittels Multiplizierens der Abgasmenge [mg/sec] Gex_hat(k) mit der Abweichung des ermittelten Luftverhältnisses Af_act(k) vom stöchiometrischen Luftverhältnis Af_st. Für Gex_hat(k) werden die mittels der FI-ECU auf der Grundlage der Daten des Luftstromsensors errechneten Werte verwendet. Ebenso werden für Af_act(k) die mittels der FI-ECU auf der Grundlage der Daten des Luftstromsensors errechneten Werte verwendet. [Formel 1] In formula (1), Rd_nox_hat (k) represents the amount of NOx [mg] reduced in DeNOx operation. In detail, this means the reduced amount of NOx in the LNT catalyst since the previous calculation process. If the LNT catalyst exposed to the exhaust gas in a reducing atmosphere, it comes, as already mentioned, to reduce the accumulated amount of NOx. In this case, the reduced amount of NOx is proportional to the amount of reducing agent supplied to the LNT catalyst. The reduced amount of NOx Rd_nox_hat (k) is thus calculated according to formula (1) by multiplying the amount of reducing agent [mg] supplied to the LNT catalyst by the positive coefficient K red for converting the reducing agent amount into reduced amount. The reduced amount is obtained by multiplying the amount of exhaust gas [mg / sec] Gex_hat (k) by the deviation of the determined air ratio Af_act (k) from the stoichiometric air ratio Af_st. For Gex_hat (k), the values calculated by the FI-ECU on the basis of the air flow sensor data are used. Similarly, for Af_act (k), the values calculated by the FI-ECU based on the data from the airflow sensor are used. [Formula 1]
In Formel (2) steht St_nox_hat_tmp(k) für die vorläufig errechnete angehäufte NOx-Menge im LNT-Katalysator. Im Einzelnen ist damit die unter Vernachlässigung des Maximums und des Minimums errechnete, angehäufte NOx-Menge im LNT-Katalysator gemeint. Die vorläufig errechnete angehäufte NOx-Menge St_nox_hat_tmp(k) ergibt sich, gemäß der rechten Seite der Formel (2), mittels Addierens der seit dem vorigen bis zum gegenwärtigen Rechenvorgang neu angehäuften NOx-Menge [mg] mit der im vorigen Rechenvorgang errechneten angehäuften NOx-Menge St_nox_hat(k – 1) (siehe rechte Seite, zweiter Absatz), und mittels Subtrahierens der gemäß Formel (1) errechneten, reduzierten NOx-Menge Rd_nox_hat(k). Dabei errechnet sich die neu angehäufte NOx-Menge auf der rechten Seite, zweiter Absatz, mittels Multiplizierens der in S2 errechneten NOx-Ausstoßmenge Eng_nox_hat(k) mit dem NOx-Reduktionsgrad [%] des LNT-Katalysators η_nox_lnt(k) (NOx-Speicherleistung des LNT-Katalysators im armen Betrieb). [Formel 2] In formula (2), St_nox_hat_tmp (k) stands for the provisionally calculated accumulated NOx amount in the LNT catalyst. Specifically, this means the accumulated NO x amount in the LNT catalyst calculated neglecting the maximum and the minimum. The provisionally calculated accumulated NO x amount St_nox_hat_tmp (k) is given, according to the right side of the formula (2), by adding the NO x amount [mg] newly accumulated since the previous computation to the accumulated NO x calculated in the previous computation Quantity St_nox_hat (k-1) (see right side, second paragraph), and subtracting the reduced amount of NOx Rd_nox_hat (k) calculated according to formula (1). The newly accumulated NOx quantity on the right side, second paragraph, is calculated by multiplying the value in S2 calculated NOx discharge amount Eng_nox_hat (k) with the NOx reduction degree [%] of the LNT catalyst η_nox_lnt (k) (NOx storage performance of the LNT catalyst in the poor operation). [Formula 2]
Der NOx-Reduktionsgrad η_nox_lnt(k) nach Formel (2) ergibt sich gemäß Formel (3) mittels Multiplizierens des durch die Temperaturen des LNT-Katalysators bestimmten Basisreduktionsgrads η_nox_lnt_base(k) mit dem durch die im LNT-Katalysator angehäufte NOx-Menge bestimmten Kompensationskoeffizienten ηk_nox_lnt(k), wobei η_nox_lnt_base(k) sich mittels Abrufens etwa der Tabelle gemäß
[Formel 3][Formula 3]
-
η_nox_lnt(k) = η_nox_lnt_base(k)·ηk_nox_lnt(k) (3)η_nox_lnt (k) = η_nox_lnt_base (k) · ηk_nox_lnt (k) (3)
Die NOx-Menge St_nox_hat(k) im LNT-Katalysator errechnet sich gemäß Formel (4) mittels Limitierens der gemäß dem vorgenannten Rechenvorgang errechneten vorläufigen NOx-Menge St_nox_hat_tmp(k) im LNT-Katalysator. Gemäß der Formel (4) liegt die minimal auffangbare NOx-Menge [NOx-Minimum] bei 0 und die maximal auffangbare NOx-Menge (St_nox_max(k)) [NOx-Maximum] bei der maximalen NOx-Menge [mg] im LNT-Katalysator, wobei sich das Maximum mittels Abrufens etwa der Tabelle gemäß
[Formel 5][Formula 5]
-
Rt_st_nox_hat(k) = St_nox_hat(k)/St_nox_max(k) (5)Rt_st_nox_hat (k) = St_nox_hat (k) / St_nox_max (k) (5)
In S5 bestimmt die FI-ECU, ob der richtige Zeitpunkt zum Erhitzen des SCR-Katalysators gekommen ist. Falls ja, erhält das Wärmeregelungs-Flag F_heat(k) den Wert 1, ansonsten 0.In S5, the FI-ECU determines if the right time to heat the SCR catalyst has arrived. If yes, the heat control flag F_heat (k) gets the
In S6 bestimmt die FI-ECU, ob der richtige Zeitpunkt zum Reduzieren des LNT-Katalysators gekommen ist, d. h. ob, wie bereits erwähnt, der richtige Zeitpunkt zum Einleiten des DeNOx-Betriebs zur Reduktion der im LNT-Katalysator angehäuften NOx-Menge gekommen ist. Falls ja, erhält das Reduktionssteuerungs-Flag F_denox_mode(k) den Wert 1, ansonsten 0. Im Folgenden sollen die genaue RechenVorgehen der Prozesse in S6 erläutert werden.In S6, the FI-ECU determines whether the right time to reduce the LNT catalyst has come, i. H. whether, as already mentioned, the right time to initiate DeNOx operation has come to reducing the amount of NOx accumulated in the LNT catalyst. If yes, the reduction control flag F_denox_mode (k) is given the
Das Reduktionssteuerungs-Flag F_denox_mode(k) erhält gemäß der unten genannten Formel (6) den Wert 1, wenn sämtliche F_denox_cond(k), F_denox_st(k), F_denox_etrq(k) und F_denox_tscr(k) den Wert 1 haben, ansonsten erhält das Flag den Wert 0. Mit anderen Worten wird der DeNOx-Betrieb zur NOx-Reduktion im LNT-Katalysator nur dann eingeleitet, wenn die vorgenannten vier Voraussetzungen gegeben sind. Im Folgenden sollen diese vier Voraussetzungen genauer erläutert werden. [Formel 6] The reduction control flag F_denox_mode (k) obtains the
F_denox_cond zeigt an, ob die für die Reduktion vorausgesetzte Temperatur des LNT-Katalysators gegeben ist. Ist die Temperatur des LNT-Katalysators zu niedrig, bleibt eine NOx-Reduktion trotz Aussetzens des LNT-Katalysators an die reduzierende Atmosphäre aus. Die Temperatur Lnt_tmp(k) des LNT-Katalysators wird nach der unten angebenen Formel (7) von der FI-ECU errechnet. Erreicht oder übersteigt die Temperatur die bestimmte DeNOx-Anfangstemperatur LNT_TNP_ACT (z. B. 190°C), erhält F_denox_cond(k) den Wert 1, ansonsten 0. [Formel 7] F_denox_cond indicates whether the temperature of the LNT catalyst assumed for the reduction is given. If the temperature of the LNT catalyst is too low, NO x reduction will occur despite exposure of the LNT catalyst to the reducing atmosphere. The temperature Lnt_tmp (k) of the LNT catalyst is calculated by the FI-ECU according to the formula (7) given below. If the temperature reaches or exceeds the determined DeNOx start temperature LNT_TNP_ACT (eg 190 ° C.), F_denox_cond (k) is given the
F_denox_st zeigt an, ob die vorausgesetzte angehäufte NOx-Menge im LNT-Katalysator gegeben ist. Liegt NOx nur geringfügig im LNT-Katalysator vor und ist die NOx-Reduktionsrate nur unmerklich abgeschwächt, besteht keine sonderliche Notwendigkeit für den DeNOx-Betrieb. Die FI-ECU bestimmt gemäß Formel (8) F_denox_st(k) mittels Vergleichens der NOx-Anhäufrate des LNT-Katalysators Rt_st_nox_hat(k) zu den Schwellwerten RT_REG_REQ und RT_REG_DON. RT_REG_REQ steht für den Schwellwert, bspw. 0.7, an dem entschieden wird, dass der Reduktionsprozess vorzunehmen ist. Ähnlich steht RT_REG_DON für den Schwellwert, bspw. 0.4, bei dem entschieden wird, dass der Reduktionsprozess zu beenden ist. Auf diese Weise wird der Reduktionsprozess begonnen, sobald die NOx-Anhäufrate des LNT-Katalysators über RT_REG_REQ steigt, und endet, wenn anschließend die NOx-Anhäufrate des LNT-Katalysators unter RT_REG_DON sinkt. [Formel 8] F_denox_st indicates whether the presumed accumulated amount of NOx in the LNT catalyst is given. If NOx is only slightly present in the LNT catalyst and the NOx reduction rate is only slightly attenuated, there is no particular need for DeNOx operation. The FI-ECU determines according to formula (8) F_denox_st (k) by comparing the NOx accumulation rate of the LNT catalyst Rt_st_nox_hat (k) to the thresholds RT_REG_REQ and RT_REG_DON. RT_REG_REQ stands for the threshold value, eg 0.7, at which it is decided that the reduction process is to be carried out. Similarly, RT_REG_DON stands for the threshold, for example, 0.4, at which it is decided that the reduction process is to be ended. In this way, the reduction process is started as soon as the NOx accumulation rate of the LNT catalyst rises above RT_REG_REQ, and ends when subsequently the NOx accumulation rate of the LNT catalyst decreases below RT_REG_DON. [Formula 8]
F_denox_etrq zeigt an, ob der vorausgesetzte Motorbetrieb gegeben ist. Befindet sich der Motor bspw. im Niedriglastbetrieb (z. B. im Leerlauf) und ist die Abgasmenge nur äußerst gering, lässt sich NOx im DeNOx-Betrieb nicht effektiv reduzieren. Ist der Motor im Niedriglastbetrieb und ist die ausgestoße NOx-Menge gering, besteht keine sonderliche Notwendigkeit den Reduktionsprozess des LNT-Katalysators aktiv herbeizuführen. Die FI-ECU erfasst gemäß Formel (9) basierend auf den Ermittlungen eines nicht abgebildeten Beschleunigungsöffnungssensors das vom Fahrer verlangte Drehmoment Drv_eng_trq(k), und ermittelt F_denox_etrq(k) mittels Vergleichens von Drv_eng_trq(k) zu einem bestimmten Schwellwert ENG_TRQ_REGEN (z. B. 150 Nm). Vorliegend wurde zur Feststellung von F_denox_etrq(k) das vom Fahrer verlangte Drehmoment als das Funktionsargument verwendet, jedoch kommen auch sonstige Funktionsargumente dafür in Betracht. Ein entsprechendes Funktionsargument kann jeder Parameter sein, der annähernd im proportionalen Verhältnis zur Motorbelastung steht, bspw. die tatsächliche Motorbelastung, Treibstoffeinspritzmenge, Einsaugmenge und Einsaugdruck. [Formel 9] F_denox_etrq indicates whether the presumed engine operation is given. For example, if the engine is in low-load operation (eg, at idle) and the amount of exhaust gas is extremely low, NOx can not be effectively reduced in DeNOx operation. When the engine is in low-load operation and the amount of NOx discharged is small, there is no particular need to actively carry out the reduction process of the LNT catalyst. According to formula (9), the FI-ECU detects the driver-requested torque Drv_eng_trq (k) based on the determinations of an unillustrated accelerometer sensor and determines F_denox_etrq (k) by comparing Drv_eng_trq (k) to a predetermined threshold ENG_TRQ_REGEN (e.g. 150 Nm). In the present case, the torque requested by the driver was used as the function argument to determine F_denox_etrq (k), but other function arguments are also possible. A corresponding function argument may be any parameter that is approximately proportional to the engine load, such as the actual engine load, fuel injection amount, intake and intake pressure. [Formula 9]
F_denox_tscr zeigt an, ob die für die LNT-Reduktion vorausgesetzte Temperatur des SCR-Katalysators gegeben ist. Da sich F_denox_tscr nicht nach der Temperatur des LTN-Katalysators sondern nach der SCR-Temperatur richtet, ist F_denox_tscr unabhängig von vorgenanntem F_denox_cond. Sind die vorgenannten drei Voraussetzungen der Formeln (7) bis (9) gegeben, lässt sich die im LNT-Katalysator angehäufte NOx-Menge effektiv im DeNOx-Betrieb reduzieren und mittels des LNT-Katalysators das NOx aus dem Abgas entfernen. Wird jedoch mittels des LNT-Katalysators reduziert selbst wenn das Abgas bereits mittels des SCR-Katalysators von NOx gereinigt wird, kommt es zum Mehrverbrauch, dem ein lediglich geringer Anstieg der NOx-Reduktionsrate des gesamten Systems gegenübersteht und Ressourcen werden somit verschwendet. Um dem zu begegnen, ermittelt die FI-ECU gemäß Formel (10) die Temperatur des SCR-Katalysators Scr_tmp(k), vergleicht die ermittelte Temperatur zum Schwellwert SCR_LNT_MODE_TMP und bestimmt F_denox_tscr(k). Im Einzelnen wird F_DeNOx_tscr(k) von der FI-ECU auf 1 bestimmt (d. h. der DeNOx-Betrieb gestattet), wenn Scr_tmp(k) bei oder unterhalb des Schwellwerts SCR_LNT_MODE_TMP liegt der innerhalb des Temperaturbereichs bestimmt ist worin NOx im Abgas mittels des SCR-Katalysators reduzierbar ist. Genauso wird F_DeNOx_tscr(k) von der FI-ECU auf 0 bestimmt (d. h. der DeNOx-Betrieb untersagt), wenn Scr_tmp(k) höher als der Schwellwert SCR_LNT_MODE_TMP liegt. [Formel 10] F_denox_tscr indicates whether the temperature of the SCR catalyst assumed for LNT reduction is given. Since F_denox_tscr does not depend on the temperature of the LTN catalyst but on the SCR temperature, F_denox_tscr is independent of the abovementioned F_denox_cond. Given the aforementioned three prerequisites of formulas (7) to (9), the amount of NOx accumulated in the LNT catalyst can be effectively reduced in DeNOx mode and the NOx removed from the exhaust gas by the LNT catalyst. However, if it is reduced by means of the LNT catalyst even if the exhaust gas is already purified by the SCR catalyst of NOx, there is an increase in consumption, which is only a small increase in the NOx reduction rate of the entire system and resources are wasted. To counteract this, the FI-ECU determines the temperature of the SCR catalyst Scr_tmp (k) according to formula (10), compares the determined temperature to the threshold value SCR_LNT_MODE_TMP and determines F_denox_tscr (k). Specifically, F_DeNOx_tscr (k) is determined to be 1 by the FI-ECU (ie, DeNOx operation permitted) if Scr_tmp (k) is at or below the threshold SCR_LNT_MODE_TMP determined within the temperature range where NOx in the exhaust gas is controlled by the SCR. Catalyst is reducible. Similarly, F_DeNOx_tscr (k) is determined by the FI-ECU to be 0 (ie, DeNOx prohibited) if Scr_tmp (k) is higher than the SCR_LNT_MODE_TMP threshold. [Formula 10]
Der Schwellwert SCR_LNT_MODE_TMP der SCR-Temperatur gemäß Formel (10) dient der Feststellung, ob der LNT-Katalysator zur Reduktion notwendig ist. Zwar wird sowohl mittels des LNT- als auch des SCR-Katalysators NOx reduziert wenn die SCR-Temperatur unter SCR_LNT_MODE_TMP liegt, doch wird schwerpunktmäßig mittels des SCR- anstatt des LNT-Katalysators NOx reduziert wenn die SCR-Temperatur bei oder über SCR_LNT_MODE_TMP liegt. Man merkt, dass der Schwellwert SCR_LNT_MODE_TMP demnach die Funktion erfüllt, zwischen der Methode zur Abgasreinigung, wonach NOx mittels sowohl des LNT- als auch des SCR-Katalysators reduziert wird, und der Methode zur Abgasreinigung, wonach überwiegend mittels des SCR-Katalysators NOx reduziert wird, zu wechseln. SCR_LNT_MODE_TMP beschreibt somit den Schwellwert der Schalttemperatur.The threshold value SCR_LNT_MODE_TMP of the SCR temperature according to formula (10) serves to determine whether the LNT catalyst is necessary for the reduction. Although NOx is reduced by both the LNT and SCR catalysts when the SCR temperature is below SCR_LNT_MODE_TMP, NOx is primarily reduced by the SCR instead of the LNT catalyst when the SCR temperature is at or above SCR_LNT_MODE_TMP. It can thus be seen that the threshold value SCR_LNT_MODE_TMP therefore fulfills the function between the method for exhaust gas purification, after which NOx is reduced by means of both the LNT and the SCR catalyst, and the method for exhaust gas purification, after which NOx is reduced predominantly by means of the SCR catalytic converter , switch. SCR_LNT_MODE_TMP thus describes the threshold value of the switching temperature.
Die Schalttemperatur liegt, wie bereits erwähnt, im Temperaturbereich wo NOx mittels des SCR-Katalysators reduziert wird. Im selben Temperaturbereich wird NOx aus dem Abgas mittels des bis dahin angehäuften NH3 oder des durch die Hydrolyse des Urea/Wasser-Gemischs neu entstandenen NH3 entfernt. Jedoch sinkt bei längeren innerstädtischen Fahrten unter niedriger Motorbelastung oder längeren Ausflügen bei Geschwindigkeiten zwischen 60 und 80 km/h die Temperatur des SCR-Katalysators auf einen Stand ab, wo es zu Ablagerungen des Urea/Wasser-Gemischs kommen kann. Deshalb wird in dem Fall mittels der DCU-getätigten Urea/Wasser-Spritzsteuerung ein Einspritzen des Urea/Wasser-Gemischs unterdrückt und so verhindert, dass sich Ablagerungen des Urea/Wasser-Gemischs bilden. Wird die Urea/Wasser-Einspritzung unterdrückt wird das bis dahin angehäufte NH3 als Reduktionsmittel verwendet sodass auf lange Sicht NOx nicht mittels des SCR-Katalysators reduziert werden kann (siehe etwa
In S21 ermittelt die FI-ECU die Temperatur des SCR-Katalysators Scr_tmp(k) und stellt fest, ob Scr_tmp(k) gleich oder geringer als die Schalttemperatur SCR_LNT_MODE_TMP ist. In S22 ermittelt die FI-ECU die NOx-Anhäufrate des LNT-Katalysators Rt_st_nox_hat(k) und stellt fest, ob Rt_st_nox_hat(k) gleich oder geringer als der Schwellwert ab dem zu erhitzen ist RT_ST_NOX_HUP ist. Damit ist der Wert (bspw. 0.8) gemeint, der über dem Schwellwert ab dem zu reduzieren ist RT_REG_REQ, liegt.In S21, the FI-ECU determines the temperature of the SCR catalyst Scr_tmp (k) and determines whether Scr_tmp (k) is equal to or less than the switching temperature SCR_LNT_MODE_TMP. In S22, the FI-ECU determines the NOx accumulation rate of the LNT catalyst Rt_st_nox_hat (k) and determines whether Rt_st_nox_hat (k) is equal to or less than the threshold value from which to heat RT_ST_NOX_HUP. This refers to the value (eg, 0.8) that is above the threshold from which RT_REG_REQ is to be reduced.
Lautete die Feststellung in S21 und S22 „YES” bzw. ist die Temperatur des SCR-Katalysators gleich oder geringer als die Schalttemperatur, und ist die NOx-Anhäufrate des LNT-Katalysators gleich oder über dem Schwellwert ab dem zu erhitzen ist, bestimmt die FI-ECU, dass der SCR-Katalysator zu erhitzen ist und teilt dem Wärmeregelungs-Flag F_heat(k) den Wert 1 zu (siehe S23), um so den erhitzten Betrieb zu veranlassen (siehe S10 in
Gemäß dem vorgenannten Vorgehen zur Bestimmung ob zu erhitzen ist, wird der erhitzte Betrieb veranlasst, wenn die Temperatur des SCR-Katalysators unterhalb der Schalttemperatur und die NOx-Anhäufrate des LNT-Katalysators über dem Schwellwert, ab dem erhitzt wird, liegt. Dabei wird der Schwellwert, ab dem zu erhitzen ist, wie bereits erwähnt, höher bestimmt als der Schwellwert ab dem zu reduzieren ist. Da ein Reduzieren des LNT-Katalysators zugelassen wird, wenn, wie bereits unter Bezugnahme auf
Der nachfolgende Abschnitt befasst sich mit den Resultaten des Abgasreinigungssystems gemäß der vorgenannten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.The following section deals with the results of the exhaust gas purification system according to the aforementioned embodiment of the present invention.
Ferner wurde im Abgasreinigungssystem gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Schalttemperatur SCR_LNT_MODE_TMP im Temperaturbereich bestimmt worin NOx mittels des SCR-Katalysators reduzierbar ist. Anders ausgedrückt, lässt sich NOx mittels des SCR-Katalysators in der Zeit reduzieren, in der die Temperaturen des SCR-Katalysators die Schalttemperatur SCR_LNT_MODE übersteigen und der DeNOx-Betrieb untersagt ist. Wird also der DeNOx-Betrieb untersagt und die NOx-Reduktionsrate des LNT-Katalysators sinkt ab, wird dieses Absinken durch die hohe NOx-Reduktionsrate des SCR-Katalysators in ausreichendem Ausmaß kompensiert, und insofern unterscheidet sich die NOx-Reduktionssrate im Hochlastbetrieb gemäß
Es soll näher erläutert werden, wieso die Gesamt-NOx-Ausstoßmenge auf ein Mindestmaß beschränkbar ist. Wie unter Bezugnahme auf
Der folgende Abschnitt befasst sich mit dem Abgasreinigungssystem gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Was das Vorgehen zur Bestimmung der Betriebsart des Motors anbelangt, unterscheidet sich das Abgasreinigungssystem gemäß der zweiten Ausführungsform vom vorgenannten Abgasreinigungssystem gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.The following section deals with the exhaust gas purification system according to a second embodiment of the present invention. As for the procedure for determining the operation mode of the engine, the exhaust gas purification system according to the second embodiment differs from the aforementioned exhaust gas purification system according to the first embodiment of the present invention.
In S42 errechnet die FI-ECU nach dem im Folgenden unter Heranziehung der
Das Vorgehen zur Errechnung des Fahrttyp-Erkennungsparameters Pre_delta_v(k) soll unter Heranziehung der
Der Fahrttyp-Erkennungsparameter Pre_delta_v zeigt den künftigen Fahrtzustand des Fahrzeugs. Stellt sich heraus, dass die künftige Fahrtgeschwindigkeit etwa dieselbe sein wird wie die gegenwärtige Fahrtgeschwindigkeit (gleichmäßiger Betrieb), erhält Pre_delta_v den Wert 0, falls die künftige Fahrtgeschwindigkeit höher als die gegenwärtige Fahrtgeschwindigkeit sein wird (Beschleunigung), erhält Pre_delta_v einen positiven Wert, und falls die künftige Fahrtgeschwindigkeit niedriger als die gegenwärtige Fahrtgeschwindigkeit sein wird (Tempoverringerung), erhält Pre_delta_v einen negativen Wert. Je nach Beschleunigung oder Tempoverringerung steigt oder sinkt auch die Temperatur des Katalysators im Abgaskanal, weshalb der Fahrttyp-Erkennungsparameter Pre_delta_v auch zur Festellung der Temperaturveränderungen des Katalysators dient.The driving type recognition parameter Pre_delta_v shows the future driving state of the vehicle. If it turns out that the future travel speed will be about the same as the current travel speed (steady state), Pre_delta_v will get the
Pre_delta_v(k) wird von der FI-ECU, wie schematisch der
Nur selten kommt es zu einer großartigen Veränderung des Fahrtumfelds (normale Straße, Autobahn, Bergstrecke, innerstädtische Straße, Stau etc.). Man kann also sagen, dass der Fahrttyp-Erkennungsparameter Pre_delta_v, welcher sich gemäß der Formel (11) basierend auf der Fahrthistorie des Fahrzeugs errechnet, auch als Anzeige des künftigen Fahrtzustands dient.There is rarely a great change in the driving environment (normal road, highway, mountain route, inner-city road, traffic jam, etc.). It can therefore be said that the travel type recognition parameter Pre_delta_v, which is calculated according to the formula (11) based on the travel history of the vehicle, also serves as an indication of the future driving state.
In S51 ermittelt die FI-ECU die Fahrtzeit Tm_drv(k – 1), und bestimmt, ob der maximale Berechnungszeitraum TM_DRV_MAX abgelaufen ist (Tm_drv(k – 1) ≤ TM_DRV_MAX). Dabei wird die Fahrtzeit Tm_drv jeden Mal, wenn in nachfolgend erläutertem Schritt S53 die Fahrtzeit aktualisiert und in nachfolgend erläutertem Schritt S56 festgestellt wurde, dass der Fahrzyklus angelaufen ist, auf den Wert 0 zurückgesetzt. In S52 ermittelt die FI-ECU, basierend auf den Ermittlungen des nicht abgebildeten Fahrtgeschwindigkeitssensors, die gegenwärtige Fahrtgeschwindigkeit Vp(k), vergleicht diese zum Fahrtbemessungs-Schwellwert VP_MAX und bestimmt so, ob das Fahrzeug fährt (VP_MAX ≤ Vp(k)).In S51, the FI-ECU determines the travel time Tm_drv (k-1), and determines whether the maximum calculation period TM_DRV_MAX has elapsed (Tm_drv (k-1) ≤ TM_DRV_MAX). In this case, the travel time Tm_drv is reset to the
Lautete die Feststellung in S51 und S52 jeweils „YES”, bestimmt die FI-ECU, dass der Fahrzyklus noch nicht absolviert wurde, und verweist auf S53. In S53 aktualisiert die FI-ECU die Fahrtzeit Tm_drv(k) (Tm_drv(k) = Tm_drv(k – 1) + ΔT, wobei ΔT der Rechenzyklus des Vorgangs gemäß
Lautete die Feststellung in S51 oder S52 „NO”, bestimmt die FI-ECU, dass der Fahrzyklus absolviert wurde, und verweist auf S55. In S55 aktualisiert die FI-ECU den Ringpuffer der Abschnitts-Durchschnittsfahrtgeschwindigkeit (Drv_ave(0), ... Drv_ave(5)). Im Einzelnen errechnet die FI-ECU mittels der in S53 und S54 ermittelten zurückgelegten Strecke Sum_vp(k) und Fahrtzeit Tm_drv(k) die Durchschnittsfahrtgeschwindigkeit des nächsten Fahrzyklus, und speichert sie im Puffer mit der jüngsten Ziffer Drv_ave(0), während die nachfolgenden Puffer um den Wert 1 verschoben werden. In S56 setzt die FI-ECU die Fahrtzeit Tm_drv(k) auf 0 zurück, während sie in S57 die zurückgelegte Strecke Sum_vp(k) auf 0 zurücksetzt. If the determination in S51 or S52 was "NO", the FI-ECU determines that the driving cycle has been completed and refers to S55. In S55, the FI-ECU updates the ring buffer of the section average travel speed (Drv_ave (0), ... Drv_ave (5)). Specifically, the FI-ECU calculates, using the distance Sum_vp (k) and travel time Tm_drv (k) determined in S53 and S54, the average travel speed of the next drive cycle and stores it in the buffer with the youngest digit Drv_ave (0), while the subsequent buffers to be shifted by the
In S58 errechnet die FI-ECU mittels der Formel (11) den Fahrttyp-Erkennungsparameter Pre_delta_v(k) und beendet den Vorgang.In S58, the FI-ECU calculates the travel type recognition parameter Pre_delta_v (k) by the formula (11) and ends the process.
In
Zunächst errechnet die FI-ECU nach der unten genannten Formel (12) die Korrekturmenge Delta_slmode_tmp(k) mittels Multiplizierens des in S42 errechneten Fahrttyp-Erkennungsparameters Pre_delta_v(k) mit einem bestimmten Schalttemperatur-Gain Kv2tmp. Das Schalttemperatur-Gain Kv2tmp bestimmt dabei, inwieweit der Fahrttyp-Erkennungsparameter auf die im Folgenden erläuterte zu Korrekturschalttemperatur Scr_lnt_mode_tmp_mod(k) Einfluss nimmt. Schalttemperatur-Gain Kv2tmp wird dabei negativ eingestellt, und kann fix oder veränderlich sein, je nach dem negativen Wert des Fahrttyp-Erkennungsparameters Pre_delta_v(k). Im Folgenden ist das Schalttemperatur-Gain Kv2tmp fix.First, according to the below formula (12), the FI-ECU calculates the correction amount Delta_slmode_tmp (k) by multiplying the travel-type detection parameter Pre_delta_v (k) calculated in S42 by a specific switching temperature gain Kv2tmp. The switching temperature gain Kv2tmp determines to what extent the driving type recognition parameter influences the correction switching temperature Scr_lnt_mode_tmp_mod (k) explained below. Switching temperature gain Kv2tmp is thereby set negative, and may be fixed or variable, depending on the negative value of the driving type detection parameter Pre_delta_v (k). In the following, the switching temperature gain Kv2tmp is fixed.
[Formel 12][Formula 12]
-
Delta_slmode_tmp(k) = Kv2tmp·Pre_delta_v(k) (12)Delta_slmode_tmp (k) = Kv2tmp · Pre_delta_v (k) (12)
Als Nächstes errechnet die FI-ECU nach der unten genannten Formel (13) die Korrekturschalttemperatur Scr_lnt_mode_tmp_mod(k) mittels Addierens der Korrekturmenge Delta_slmode_tmp(k) zu der fixen Schalttemperatur SCR_LNT_MODE_TMP. Dabei wird auch hier Schalttemperatur-Gain Kv2tmp negativ eingestellt. Mit der fixen Schalttemperatur SCR_LNT_MODE_TMP als Richtwert wird sodann die Korrekturschalttemperatur Scr_lnt_mode_tmp_mod(k) dahingehend korrigiert, dass dessen Wert, wenn der Prognoseparameterwert positiv wird, kleiner als der Richtwert ist, und dass dessen Wert, wenn der Prognoseparameterwert negativ wird, größer als der Richtwert ist.Next, according to the below-mentioned formula (13), the FI-ECU calculates the correction switching temperature Scr_lnt_mode_tmp_mod (k) by adding the correction amount Delta_slmode_tmp (k) to the fixed switching temperature SCR_LNT_MODE_TMP. Here too switching temperature gain Kv2tmp is set negative. With the fixed switching temperature SCR_LNT_MODE_TMP as a guideline, the correction switching temperature Scr_lnt_mode_tmp_mod (k) is then corrected so that its value, when the prognosis parameter value becomes positive, is smaller than the guideline value and its value, if the prognosis parameter value becomes negative, is greater than the guideline value ,
[Formel 13][Formula 13]
-
Scr_lnt_mode_tmp_mod(k) = SCR_LNT_MODE_TMP + Delta_slmode_tmp(k) (13)Scr_lnt_mode_tmp_mod (k) = SCR_LNT_MODE_TMP + delta_slmode_tmp (k) (13)
Als Nächstes ermittelt die FI-ECU nach der unten genannten Formel (14) die Temperatur des SCR-Katalysators Scr_tmp(k), vergleicht diese mit der vorgenannten Korrekturschalttemperatur Scr_lnt_mode_tmp_mod(k) und bestimmt so das LNT-Temperatur-Flag F_DeNOx_tscr(k). [Formel 14] Next, according to the below-mentioned formula (14), the FI-ECU determines the temperature of the SCR catalyst Scr_tmp (k), compares it with the aforementioned correction switching temperature Scr_lnt_mode_tmp_mod (k), and thus determines the LNT temperature flag F_DeNOx_tscr (k). [Formula 14]
Dieser Abschnitt befasst sich mit den Resultaten, die mittels des vorgenannten Abgasreinigungssystems gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erzielt wurden.This section deals with the results obtained by the aforementioned exhaust gas purification system according to the embodiment of the present invention.
Im folgenden Abschnitt soll ein genauerer Vergleich der Resultate des Abgasreinigungssystems gemäß der ersten Ausführungsform mit denen des Abgasreinigungssystems gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erfolgen.In the following section, a more detailed comparison of the results of the exhaust gas purification system according to the first embodiment with those of the exhaust gas purification system according to the embodiment of the present invention will be made.
Im Abgasreinigungssystem gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sank die Korrekturschalttemperatur stellenweise unter 200°C. Dadurch konnte zwar der Mehrverbrauch stärker gedrosselt werden, doch der DeNOx-Betrieb wurde öfter unterdrückt. Somit war, wie der
Der vorgenannte Abschnitt befasste sich mit dem Abgasreinigungssystem gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie erwähnt, deutete dabei der Fahrttyp-Erkennungsparameter Pre_delta_v sowohl auf den künftigen Fahrtzustand als auch auf die künftige Veränderung der Temperatur des Katalysators hin. Folglich war es im Ergebnis gleichgültig, ob die Korrekturschalttemperatur mittels des Fahrttyp-Erkennungsparameters Pre_delta_v zu veränder wurde oder die Temperatur des SCR-Katalysators mittels des Fahrttyp-Erkennungsparameter Pre_delta_v vorhergesagt wurde.The aforementioned section dealt with the exhaust gas purification system according to the second embodiment of the present invention. As mentioned above, the type of travel detection parameter Pre_delta_v indicated both the future driving condition and the future change in the temperature of the catalyst. Consequently, as a result, it was indifferent whether the correction switching temperature was changed by means of the travel type recognition parameter Pre_delta_v or the temperature of the SCR catalyst was predicted by means of the travel type recognition parameter Pre_delta_v.
Dabei rechnet die FI-ECU anstatt mit den oben genannten Formeln (13) und (14) mit den unten genannten Formeln (15) und (16). Im Einzelnen errechnet die FI-ECU nach der unten genannten Formel (15) den Vorhersagewert Pre_dcr_tmp(k) für die künftige Temperatur des SCR-Katalysators mittels Subtrahierens der gemäß der oben genannten Formel (12) erhaltenen Korrekturmenge Delta_slmode_tmp(k) von der gegenwärtigen Temperatur des SCR-Katalysators Scr_tmp(k).In this case, instead of formulas (13) and (14) above, the FI-ECU expects formulas (15) and (16) below. Specifically, the FI-ECU calculates the predictive value Pre_dcr_tmp (k) for the future temperature of the SCR catalyst by subtracting the correction amount Δs_mode_tmp (k) obtained from the current temperature according to the above-mentioned formula (12), according to the below formula (15) of the SCR catalyst Scr_tmp (k).
[Formel 15] [Formula 15]
-
Pre_scr_tmp(k) = Scr_tmp(k) – Delta_slmode_tmp(k) (15)Pre_scr_tmp (k) = Scr_tmp (k) - Delta_slmode_tmp (k) (15)
Zudem verglich die FI-ECU nach der unten genannten Formel (16) den Vorhersagewert Pre_dcr_tmp(k) zur fixen Schalttemperatur SCR_LNT_MODE_TMP und bestimmte so das LNT-Temperatur-Flag F_denox_tscr(k). Dadurch wurden dieselben Resultate wie im Abgasreinigungssystem gemäß der zweiten Ausführungsform erzielt. [Formel 16] In addition, according to the below-mentioned formula (16), the FI-ECU compared the predicted value Pre_dcr_tmp (k) to the fixed switching temperature SCR_LNT_MODE_TMP, thus determining the LNT temperature flag F_denox_tscr (k). Thereby, the same results as in the exhaust gas purification system according to the second embodiment were obtained. [Formula 16]
Der obere Abschnitt behandelte die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, doch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. So wurde bspw. das LNT-Temperatur-Flag F_denox_tscr(k) in der zweiten Ausführungsform mittels des nach dem Vorgehen gemäß
Ferner wurde in der vorstehenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung das Abgas im LNT-Katalysator mittels Wechselns der Betriebsart des Motors in den DeNOx-Betrieb in die reduzierende Atmosphäre übergeführt, doch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. So hätte bspw. das Abgas im LNT-Katalysator auch mittels Einspritzens von Treibstoff aus Einspritzdüsen die am Abgaskanal angeordnet sind in die reduzierende Atmosphäre übergeführt werden können.Further, in the above embodiment of the present invention, the exhaust gas in the LNT catalyst was converted to the reducing atmosphere by changing the operation mode of the engine to the DeNOx operation, but the present invention is not limited thereto. Thus, for example, the exhaust gas in the LNT catalytic converter could also be transferred into the reducing atmosphere by injecting fuel from injection nozzles which are arranged on the exhaust gas duct.
Ausserdem wurde in der vorstehenden Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zur NOx-Reduktion ein NH3-SCR-Katalysator mit NH3 als Reduktionsmittel verwendet, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf reduziert. Es hätte zur NOx-Reduktion genauso etwa ein HC-SCR-Katalysator verwendet werden können, bei dem das Reduktionsmittel in Form von Kohlenwasserstoff, das im aus dem Motor ausgestoßenen Abgas enthalten ist, oder in Form des vorgenannten Treibstoffs vorliegt, das aus den Einspritzdüsen gespritzt wird.In addition, in the above embodiment of the present invention, for NOx reduction, an NH 3 -SCR catalyst having NH 3 was used as the reducing agent, but the present invention is not so reduced. It would have been possible to use for NOx reduction as well, for example, an HC-SCR catalyst in which the reducing agent is in the form of hydrocarbon contained in exhaust gas discharged from the engine or in the form of the aforesaid fuel injected from the injectors becomes.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Motor (Brennkraftmaschine)Engine (internal combustion engine)
- 22
- Abgasreinigungssystememission Control system
- 3131
- stromaufwärtiger Katalysatorwandler (LNT-Katalysator)upstream catalyst converter (LNT catalyst)
- 3333
- stromabwärtiger Katalysatorwandler (SCR-Katalysator)downstream catalyst converter (SCR catalyst)
- 4242
- Urea/Wasser-EinspritzdüseUrea / water injector
- 5252
- stromaufwärtiger Katalysatortemperatursensor (Temperaturerfassungselement)upstream catalyst temperature sensor (temperature sensing element)
- 5353
- stromabwärtiger Katalysatortemperatursensor (Temperaturerfassungselement)downstream catalyst temperature sensor (temperature sensing element)
- 7171
- FI-ECU (LNT-Kat-Reduktionsvorrichtung, Temperaturerfassungselement, Schalttemperatursteuereinheit, Katalysatorheizung)FI-ECU (LNT catalyst reduction device, temperature sensing element, switching temperature control unit, catalyst heating)
Die vorliegende Erfindung macht es sich zur Aufgabe, ein Abgasreinigungssystem für Brennkraftmaschinen, umfassend mindestens zwei Katalysatoren mit der Aufgabe NOx im Abgas zu reduzieren, bereitzustellen, worin zugleich der Mehrverbrauch gedrosselt, und die Gesamt-NOx-Reduktionsrate erhöht wird.The present invention has for its object to provide an exhaust gas purification system for internal combustion engines, comprising at least two catalysts with the task to reduce NOx in the exhaust gas, wherein at the same time throttled the excess consumption, and the overall NOx reduction rate is increased.
Mittel zum Lösen der Aufgabe: Die vorliegende Erfindung bedient sich des Mittels zum Lösen der Aufgabe, im vorgenannten Abgasreinigungssystem die folgenden Elemente anzuordnen:
einen Katalysator, der in oxidierender Atmosphäre NOx auffängt und in reduzierender Atmosphäre reduziert;
einen SCR-Katalysator, der NH3 mit NOx reagieren lässt und so NOx reduziert; und
eine FI-ECU, die, wenn bestimmte Voraussetzungen erfüllt sind, für die Reduktion von im LNT-Katalysator angehäuftem NOx, einen DeNOx-Betrieb durchführt, und den LNT-Katalysator in reduzierende Atmosphäre überführt.Means for Solving the Problem: The present invention uses the means for solving the problem to arrange the following elements in the aforementioned exhaust gas purification system:
a catalyst which traps NOx in an oxidizing atmosphere and reduces it in a reducing atmosphere;
an SCR catalyst that allows NH 3 to react with NOx to reduce NOx; and
an FI-ECU, which, when certain conditions are met, performs a DeNOx operation for the reduction of NOx accumulated in the LNT catalyst and converts the LNT catalyst into a reducing atmosphere.
Übersteigt dabei die Temperatur des SCR-Katalysators Scr_tmp die Schalttemperatur SCR_LNT_MODE_TMP, die im Temperaturbereich geregelt ist, worin NOx mittels des SCR-Katalysators reduzierbar ist, untersagt die FI-ECU die Durchführung des DeNOx-Betriebs (Reduktion des LNT-Katalysators).If the temperature of the SCR catalyst Scr_tmp exceeds the switching temperature SCR_LNT_MODE_TMP, which is regulated in the temperature range in which NOx is reducible by means of the SCR catalyst, the FI-ECU prohibits the execution of the DeNOx operation (reduction of the LNT catalyst).
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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