DE102016200464A1 - Abgasreinigungssystem für Brennkraftmaschinen - 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 zum Lösen der Aufgabe des vorgenannten Abgasreinigungssystems mit den folgenden Elementen: einen LNT-Katalysator; einen SCR-Katalysator; und eine FI-ECU, die, um im LNT-Katalysator angehäuftes NOx zu reduzieren, je nachdem, ob bestimmte Voraussetzungen erfüllt sind, einen DeNOx-Betrieb einleitet und den LNT-Katalysator in reduzierende Atmosphäre überführt. Dabei prognostiziert die FI-ECU, basierend auf der Historie des Fahrzustands des Fahrzeugs, die Veränderung der Temperatur des SCR-Katalysators, und prognostiziert sie, dass die Temperatur des SCR-Katalysators steigen wird, verändert sie die Voraussetzungen so, dass die Häufigkeit der Betätigung des DeNOx-Betriebs verringert wird, und prognostiziert sie, dass die Temperatur des SCR-Katalysators fallen wird, verändert sie die Voraussetzungen so, dass die Häufigkeit der Betätigung des DeNOx-Betriebs erhöht wird.

Description

  • Technisches Gebiet
  • 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.
  • Allgemeiner Stand der Technik
  • 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.
  • 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 Motorlast, kann so zwischen dem Abgaskanal des LNT-Katalysators und dem Abgaskanal des SCR-Katalysators hin und her gewechselt werden.
  • 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 das von der stromaufwärtigen Seite des LNT- und SCR-Katalysators ein Urea/Wasser-Gemisch eingesprüht wird, wenn das Abgas ein angereichertes Luftverhältnis aufweist. Das eingesprühte Urea/Wasser-Gemisch reagiert bevorzugt mit Sauerstoff im Abgas, was verhindert, dass das Urea/Wasser-Gemisch aufgebraucht wird, noch bevor NH3, das die NOx-Reduktion fördert, entstehen kann.
  • Dokumente des Stands der Technik
  • Patentschriften
    • Patentschrift 1: JP Patentoffenlegungsschrift Nr. 2000-265828
    • Patentschrift 2: JP Patentoffenlegungsschrift Nr. 2010-116784
    • Patentschrift 3: JP Patentoffenlegungsschrift Nr. 2009-85178
  • Kurzdarstellung der Erfindung
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung
  • Problematisch in den vorgenannten LNT- und SCR-Katalysator-bestückten Abgasreinigungssystemen ist indes, dass neben der regulären Treibstoffeinspritzung zum Antrieb des Fahrzeugs eine zusätzliche Treibstoffeinspritzung erforderlich ist, die dazu dient, dass die Katalysatoren ihrer Aufgabe, NOx zu reduzieren, gerecht werden. So wird in LNT-Katalysatoren durch die zusätzliche Treibstoffeinspritzung das Abgas in eine reduzierende Atmosphäre übergeführt, damit angehäuftes NOx anschließend reduziert werden kann. 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, jedoch verschlechtert sich die Treibstoffbilanz des gesamten Fahrzeugs entsprechend.
  • Die Verschlechterung der Treibstoffbilanz des gesamten Fahrzeugs wegen der zusätzlichen Treibstoffeinspritzung zur Reinigung des Abgases wird als „Mehrverbrauch” bezeichnet. Der Mehrverbrauch ist das Verhältnis zwischen einem Richtwert (z. B. die im gesamten Fahrzeug verbrauchte Kraftstoffmenge) und dem durch die zusätzliche Treibstoffeinspritzung bedingten Verbrauch.
  • 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, jedoch 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.
  • 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 Motor 1), angeordnet in einem Abgaskanal (beispielsweise der im Folgenden beschriebene Abgaskanal 11) der Brennkraftmaschine, wobei das Abgasreinigungssystem die folgenden Elemente umfasst: einen LNT-Katalysator (beispielsweise der im Folgenden beschriebene stromaufwärtige Katalysatorwandler 31), womit NOx in oxidierender Atmosphäre angehäuft und in reduzierender Atmosphäre reduziert wird; eine LNT-Kat-Reduktionsvorrichtung (beispielsweise die im Folgenden beschriebene FI-ECU 71), mittels derer, je nach dem, ob eine bestimmte Betriebsvoraussetzung erfüllt ist, eine zusätzliche Treibstoffeinspritzung vorgenommen, und der LNT-Katalysator in eine reduzierende Atmosphäre übergeführt wird; einen im Abgaskanal angeordneten SCR-Katalysator (beispielsweise der im Folgenden beschriebene stromabwärtige Katalysatorwandler 33), mittels dessen NOx dadurch reduziert wird, dass ein Reduktionsmittel mit NOx zur Reaktion gebracht wird; eine Zuführvorrichtung (beispielsweise die im Folgenden beschriebene Urea/Wasser-Zuführvorrichtung 4), mittels derer ein Reduktionsmittel oder dessen Vorläufer dem SCR-Katalysator zugeführt wird; eine Speichervorrichtung (beispielsweise die im Folgenden beschriebenen FI-ECU 71), die mindestens eine der beiden: Historie des Betriebszustands der Brennkraftmaschine und Historie des Fahrtzustands des mit der Brennkraftmaschine ausgestatteten Fahrzeugs, speichert; und eine Vorhersagevorrichtung (beispielsweise die im Folgenden beschriebenen FI-ECU 71), die eine Veränderung der Temperatur des SCR-Katalysators, je nach der mittels der Speichervorrichtung gespeicherten Historie, vorhersagt.
  • Erkennt dabei die LNT-Kat-Reduktionsvorrichtung mittels der Vorhersagevorrichtung, dass die Temperatur des SCR-Katalysators steigen wird, ändert sie die Vornahmevoraussetzung der zusätzlichen Treibstoffeinspritzung derart, dass die Häufigkeit der zusätzlichen Treibstoffeinspritzung abnimmt, und ähnlich, wenn die LNT-Kat-Reduktionsvorrichtung mittels der Vorhersagevorrichtung erkennt, dass die Temperatur des SCR-Katalysators sinken wird, ändert sie die Vornahmevoraussetzung der zusätzlichen Treibstoffeinspritzung derart, dass die Häufigkeit der zusätzlichen Treibstoffeinspritzung zunimmt. Die oxidierende Atmosphäre gemäß der vorliegenden Erfindung meint den Zustand, in dem die Sauerstoffkonzentration im Abgas des LNT-Katalysators relativ höher ist als die Konzentration des Reduktionsanteils, bspw. 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.
  • Unter der Häufigkeit der zusätzlichen Treibstoffeinspritzung gemäß der vorliegenden Erfindung ist im Einzelnen die Summe der Betätigungen der zusätzlichen Treibstoffeinspritzung entsprechend einem bestimmten Fahrtmuster entsprechend einer bestimmten Fahrtumgebung zu verstehen. Die Häufigkeit der Vornahme der zusätzlichen Treibstoffeinspritzung ändert sich demnach, streng genommen, nicht nur abhängig von den Voraussetzungen der LNT-KatßReduktionsvorrichtung an die Vornahme der zusätzlichen Treibstofftätigung, sondern auch abhängig von der Fahrtumgebung und dem Fahrtmuster, und die Werte müssen während der Fahrt erfasst werden. Die vorliegende Erfindung erhebt den Anspruch, alle Werte zur Häufigkeit der zusätzlichen Treibstoffeinspritzung, die es gilt miteinander zu vergleichen, unter denselben Bedingungen zu ermitteln. Demnach kann die Häufigkeit der zusätzlichen Treibstoffeinspritzung gemäß der vorliegenden Erfindung auch als die Wahrscheinlichkeit der Betätigung der zusätzlichen Treibstoffeinspritzung in Abhängigkeit zu einer Grundgesamtheit verstanden werden, die derart beträchtlich ist, dass sich aus den Unterschieden in den Bedingungen der Ermittlung ein Mittelwert ergibt und die Unterschiede verloren gehen.
  • Die LNT-Kat-Reduktionsvorrichtung nimmt die zusätzliche Treibstoffeinspritzung vor, je nach dem, ob deren Vornahmevoraussetzungen erfüllt sind. Ändern sie die Vornahmevoraussetzungen verändert, damit sie in weniger Fällen erfüllt sind, d. h. wird deren Erfüllen erschwert, verringert sich die Häufigkeit der Betätigung der zusätzlichen Treibstoffeinspritzung. Ähnlich, verändert die LNT-Kat-Reduktionsvorrichtung die Voraussetzungen, damit mehr davon erfüllt werden, d. h. erleichtert die LNT-Kat-Reduktionsvorrichtung das Erfüllen der Voraussetzungen, nimmt die Häufigkeit der Betätigung der zusätzlichen Treibstoffeinspritzung zu.
    • (2) In diesem Fall ist er bevorzugt, dass das Abgasreinigungssystem zusätzlich mit Temperaturerfassungselementen (beispielsweise die im Folgenden beschriebenen stromaufwärtiger Katalysatortemperatursensor 52, stromabwärtiger Katalysatortemperatursensor 53 und FI-ECU 71), mittels derer die Temperatur des SCR-Katalysators erfasst wird, ausgestattet ist, dass die Voraussetzung der Kraftstoffeinspritzung den Fall miteinbeziehen, worin die mittels der Temperaturerfassungselemente erfasste Temperatur eine Schalttemperatur (beispielsweise die im Folgenden beschriebenen Korrekturschalttemperatur SCR_LNT_MODE_TMP_mod), die ihrerseits innerhalb des Temperaturbereichs, in dem sich NOx mittels des SCR-Katalysators reduzieren lässt, liegt, übersteigt, und dass die LNT-Kat-Reduktionsvorrichtung die Schalttemperatur, wenn mittels der Vorhersagevorrichtung vorhergesagt wurde, dass die Temperatur des SCR-Katalysators ansteigen wird, tiefer einstellt und so die Häufigkeit der zusätzlichen Treibstoffeinspritzung verringert, und die Schalttemperatur, wenn mittels der Vorhersagevorrichtung vorhergesagt wurde, dass die Temperatur des SCR-Katalysators fallen wird, höher einstellt und so die Häufigkeit der zusätzlichen Treibstoffeinspritzung erhöht.
    • (3) In diesem Fall ist er bevorzugt, dass das Abgasreinigungssystem zusätzlich mit einer Lasterfassungsvorrichtung (beispielsweise die im folgenden beschriebene FI-ECU 71) ausgestattet ist, dass die Voraussetzung der Kraftstoffeinspritzung den Fall miteinbezieht, worin der Lastparameter einen bestimmten Lastschwellenwert (beispielsweise den im Folgenden beschriebenen Korrekturlastschwellenwert ENG_TRQ_REGEN_mod) übersteigt, und dass die LNT-Kat-Reduktionsvorrichtung den Lastschwellenwert, wenn mittels der Vorhersagevorrichtung vorhergesagt wurde, dass die Temperatur des SCR-Katalysators ansteigen wird, höher einstellt und so die Häufigkeit der zusätzlichen Treibstoffeinspritzung verringert, und den Lastschwellenwert, wenn mittels der Vorhersagevorrichtung vorhergesagt wurde, dass die Temperatur des SCR-Katalysators fallen wird, niedriger einstellt und so die Häufigkeit der zusätzlichen Treibstoffeinspritzung erhöht.
    • (4) In diesem Fall ist er bevorzugt, dass das Abgasreinigungssystem zusätzlich mit einem Auffangmengenzähler (beispielsweise die im Folgenden beschriebene FI-ECU 71) ausgestattet ist, mittels dessen die im LNT-Katalysator angehäufte NOx-Menge erfasst wird, und dass die Voraussetzung der Kraftstoffeinspritzung den Fall miteinbezieht, in welchem die mittels des Auffangmengenzählers erfasste angehäufte NOx-Menge einen Anhäufungs-Schwellenwert (beispielsweise der im Folgenden beschriebene Korrekturschwellenwert RT_REG_REQ_MOD) übersteigt, und dass die LNT-Kat-Reduktionsvorrichtung den Anhäufungs-Schwellenwert höher einstellt, wenn mittels der Vorhersagevorrichtung vorhergesagt wurde, dass die Temperatur des SCR-Katalysators ansteigen wird, und so die Häufigkeit der zusätzlichen Treibstoffeinspritzung verringert, und den Anhäufungs-Schwellenwert niedriger einstellt, wenn mittels der Vorhersagevorrichtung vorhergesagt wurde, dass die Temperatur des SCR-Katalysators fallen wird, und so die Häufigkeit der zusätzlichen Treibstoffeinspritzung erhöht.
  • Wirkung der Erfindung
    • (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 reduzierbar 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 ersten Bereich schwerpunktmäßig der LNT-Katalysator, und im zweiten Bereich schwerpunktmäßig der SCR-Katalysator verwendet, um so in allen Betriebsbereichen hohe NOx-Reduktionsraten zu erzielen.
  • 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, ob es zu einer solchen Schnittmenge der Katalysatoren kommt, und reduziert, wenn sie prognostiziert, dass die Temperatur des SCR-Katalysators ansteigen wird, die Häufigkeit der zusätzlichen Treibstoffeinspritzung, indem sie die Voraussetzung der Betätigung erschwert. Somit erkennt die Reduktionsvorrichtung, dass eine NOx-Reduktion auch ohne den LNT-Katalysator ausreichend erfolgen kann, wenn die Temperatur des SCR-Katalysators ansteigt, und reduziert deshalb die Häufigkeit der Treibstoffeinspritzung. Der Mehrverbrauch wird somit eingedämmt. Da nun ein solches Sperren der zusätzlichen Treibstoffeinspritzung im vorgenannten Schnittmengenbereich (bzw. redundanten Teil) stattfindet, in dem NOx auch allein mittels des SCR-Katalysators reduzierbar ist, kann nicht schlechterdings behauptet werden, dass sich die Gesamt-NOx-Reduktionsrate um den Teil verschlechtert, der an Mehrverbrauch eingespart wird.
  • Sieht die LNT-Kat-Reduktionsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung voraus, dass die Temperatur des SCR-Katalysators absinken wird, vereinfachten sie das Erfüllen der Voraussetzung der Betätigung der zusätzlichen Treibstoffeinspritzung, um so die Häufigkeit der zusätzlichen Treibstoffeinspritzung zu erhöhen. Prognostiziert die LNT-Kat-Reduktionsvorrichtung also, dass die Temperatur des SCR-Katalysators absinken wird, und erkennt sie, dass die NOx-Reduktionsrate des SCR-Katalysators Stück für Stück absinkt und dass das NOx allmählich mittels des LNT-Katalysators reduziert werden sollte, beginnt sie, die Häufigkeit der zusätzlichen Treibstoffeinspritzung zu erhöhen. Dadurch lässt sich, bis die NOx-Reduktionsrate des SCR-Katalysators tatsächlich absinkt, angehäuftes NOx mittels des LNT-Katalysators reduzieren und der Zeitraum in dem die NOx-Reduktionsrate regeneriert wird absichern, und es wird verhindert, dass die NOx-Reduktionsrate des gesamten Systems absinkt. Im Ergebnis ermöglicht die vorliegende Erfindung also einen geringeren Mehrverbrauch bei gleichzeitig nur minimal geringerer NOx-Reduktionsrate.
    • (2) Gemäß der vorliegenden Erfindung umfassen die Betätigungsvoraussetzungen die Voraussetzung, dass die Temperatur des SCR-Katalysators höher als eine bestimmte Schalttemperatur ist. Wird also die Schalttemperatur niedrig eingestellt, werden die Voraussetzungen nicht so einfach erfüllt, sodass die Häufigkeit der zusätzlichen Treibstoffeinspritzung abnimmt. Ähnlich werden die Voraussetzungen einfacher erfüllt, wenn die Schalttemperatur hoch eingestellt wird, sodass die Häufigkeit der zusätzlichen Treibstoffeinspritzung zunimmt. Mittels Veränderns der Schalttemperatur je nach der künftigen Temperaturveränderung des SCR-Katalysators lässt sich also zu den angemessenen Zeitpunkten die zusätzliche Treibstoffeinspritzung entsprechend den gegenwärtigen sowie unmittelbar zukünftigen Fahrtkonditionen tätigen bzw. unterbinden. 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 zum angemessenen Zeitpunkt zur Eindämmung des Mehrverbrauchs beigesteuert. Im Ergebnis wird der Mehrverbrauch bei nur minimaler Einbüße der NOx-Reduktionsrate gedrosselt.
    • (3) Gemäß der vorliegenden Erfindung umfassen die Voraussetzungen der Betätigungen die Voraussetzung, dass der Lastparameter der Brennkraftmaschine höher als ein bestimmter kombinierter Schwellenwert liegt. Wird also der kombinierte Schwellenwert hoch eingestellt, werden die Voraussetzungen der Betätigungen nicht so einfach erfüllt, sodass die Häufigkeit der zusätzlichen Treibstoffeinspritzung abnimmt. Ähnlich werden die Voraussetzungen der Betätigungen einfacher erfüllt, wenn der kombinierte Schwellenwert niedrig eingestellt wird, sodass die Häufigkeit der zusätzlichen Treibstoffeinspritzung zunimmt. Mittels der vorliegenden Erfindung lässt sich also der Mehrverbrauch, wie oben unter (2) erwähnt, weiter eindämmen, während die Verringerung der NOx-Reduktionsrate auf ein Minimum beschränkt wird.
    • (4) Gemäß der vorliegenden Erfindung umfassen die Voraussetzungen der Betätigungen die Voraussetzung, dass die angehäufte NOx-Menge im LNT-Katalysator höher ist als ein bestimmter kombinierter Schwellenwert. Wird also der kombinierte Schwellenwert hoch eingestellt, werden die Voraussetzungen der Betätigungen nicht so einfach erfüllt, sodass die Häufigkeit der zusätzlichen Treibstoffeinspritzung abnimmt. Ähnlich werden die Voraussetzungen der Betätigungen einfacher erfüllt, wenn der kombinierte Schwellenwert niedrig eingestellt wird, sodass die Häufigkeit der zusätzlichen Treibstoffeinspritzung zunimmt. Mittels der vorliegenden Erfindung lässt sich also der Mehrverbrauch, wie oben unter (2) erwähnt, weiter eindämmen während die Verringerung der NOx-Reduktionsrate auf ein Minimum beschränkt wird.
  • Kurze Beschreibung der Figuren
  • 1 ist eine Ansicht, die den Aufbau eines Motors und dessen Abgasreinigungssystems gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 2 ist eine Ansicht, die die Temperaturen des LNT- und SCR-Katalysators zu den jeweiligen NOx-Reduktiongraden zeigt.
  • 3 ist eine Ansicht, die den Verlauf des NOx-Reduktiongrads im gesamten System eines Fahrzeugs, ausgestattet mit einem herkömmlichen Abgasreinigungssystem bei Fahrt nach einem bestimmten Fahrtmuster, zeigt.
  • 4 ist eine Ansicht, die den Zusammenhang zwischen Mehrverbrauch und Menge an NOx-Ausstoß beim Fahrzeug mit dem Fahrtmuster gemäß 3 zeigt.
  • 5 ist ein Flussdiagramm, das das Vorgehen zur Bestimmung der Betriebsart des Motors zeigt.
  • 6 ist ein Diagramm, das den Verlauf der Basisreduktionsrate des LNT-Katalysators zeigt.
  • 7 ist ein Diagramm, das den Verlauf des Kompensationskoeffizienten des LNT-Katalysators zeigt.
  • 8 ist ein Diagramm, das den Verlauf der im LNT-Katalysator maximal anhäufbaren NOx-Menge zeigt.
  • 9 ist ein Flussdiagramm, das das genaue Vorgehen zur Bestimmung, ob erhitzt werden soll, zeigt.
  • 10 ist eine Ansicht, die die Veränderungen der Temperatur des SCR-Katalysators bei einer Fahrt nach einem bestimmten Fahrtmuster mit einem Fahrzeug ausgestattet mit einem Abgasreinigungssystem gemäß der vorgenannten Ausführungsform zeigt.
  • 11 ist eine Ansicht, die das Verhältnis zwischen Mehrverbrauch und Gesamt-NOx-Ausstoßmenge bei einer Fahrt nach dem Fahrtmuster gemäß 10 zeigt.
  • 12 ist ein Flussdiagramm, das das Vorgehen zur Bestimmung der Betriebsart des Motors des Abgasreinigungssystems gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 13 ist eine Ansicht, die den Grundgedanken, der hinter dem Fahrttyp-Erkennungsparameter liegt, zeigt.
  • 14 ist ein Flussdiagramm, das das genaue Vorgehen zur Errechnung des Fahrttyp-Erkennungsparameters zeigt.
  • 15 ist eine Ansicht, die die Veränderungen des Fahrttyp-Erkennungsparameters bei einer Fahrt nach einem bestimmten Fahrtmuster mit einem Fahrzeug, ausgestattet mit einem Abgasreinigungssystem gemäß der vorgenannten Ausführungsform, zeigt.
  • 16 ist eine Ansicht, die das Verhältnis zwischen Mehrverbrauch und Gesamt-NOx-Ausstoßmenge bei einer Fahrt nach dem Fahrtmuster gemäß 15 zeigt.
  • 17 ist eine Ansicht, die einen Vergleich der Resultate des Abgasreinigungssystems gemäß der ersten Ausführungsform mit den Resultaten des Abgasreinigungssystems gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt.
  • 18 ist eine Flussdiagramm, das das Vorgehen zur Bestimmung der Betriebsart des Motors in einem Abgasreinigungssystem gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 19 ist eine Ansicht, die die Veränderungen des Fahrttyp-Erkennungsparameters bei einer Fahrt nach einem bestimmten Fahrtmuster mit einem Fahrzeug, ausgestattet mit einem Abgasreinigungssystem gemäß der vorgenannten Ausführungsform, zeigt.
  • 20 ist eine Ansicht, die das Verhältnis zwischen dem Mehrverbrauch und der Gesamt-NOx-Ausstoßmenge bei einer Fahrt mit dem Fahrtmuster gemäß 19 zeigt.
  • 21 ist ein Flussdiagramm, das das genaue Vorgehen zur Errechnung des Fahrttyp-Erkennungsparameters in einem Abgasreinigungssystem gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • Ausführungsform 1
  • Der folgende Abschnitt befasst sich, unter Bezugnahme auf die Figuren, mit einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 1 zeigt den Aufbau der Brennkraftmaschine (im Folgenden „Motor”) 1 und dessen Abgasreinigungssystem 2 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Abgasreinigungssystem 2 umfasst:
    eine Katalysatorvorrichtung 3, angeordnet an einem Abgaskanal 11, der sich von der Abgasöffnung des Motors 1 erstreckt; und
    eine elektrische Steuereinheit 7 zur Steuerung des Motors 1 und der Katalysatorvorrichtung 3.
  • Der Motor 1 gehört zur Gruppe der Motoren deren Verbrennung von Grund auf „arm” ist, d. h. deren Luftverhältnis arm statt stöchiometrisch ist. Im Einzelnen sind dies Dieselmotoren und Benzin-Magermotoren. Am Motor 1 angeordnet sind die Treibstoffeinspritzdüsen 17, mittels derer der Treibstoff in die einzelnen Zylinder gespritzt wird. Der Aktuator zum Betätigen der Treibstoffeinspritzdüsen 17 ist elektromagnetisch mit der elektrischen Steuereinheit 7 verbunden. Mittels der elektrischen Steuereinheit 7 lassen sich die Betriebsart des Motors 1 entsprechend der im Folgenden beschriebenen Vorgehen gemäß 5 bestimmen, und die Treibstoffeinspritzdüsen 17 derart betätigen, dass der Treibstoff in Mengen und zu Zeiten gesprüht wird, die sich nach der jeweils ermittelten Betriebsart richten. Im Folgenden lautet die Bezeichnung der solchen elektrischen Steuereinheit zur Betätigung der Treibstoffeinspritzung am Motor 1 „FI-ECU 71”.
  • Die Katalysatorvorrichtung 3 umfasst die folgenden Elemente:
    einen stromaufwärtigen Katalysatorwandler 31;
    einen Abgasreinigungsfilter 32;
    einen stromabwärtigen Katalysatorwandler 33;
    eine Urea/Wasser-Zuführvorrichtung 4;
    einen Luftverhältnissensor 51;
    einen stromaufwärtigen Katalysatortemperatursensor 52;
    einen stromabwärtigen Katalysatortemperatursensor 53;
    einen NH3-Sensor 54; und
    einen Luftstromsensor 55.
  • Der stromaufwärtige Katalysatorwandler 31 ist entlang des Abgaskanals 11 im Abschnitt hinter dem Motor 1 angeordnet. Damit ist der Abschnitt gemeint, der im Motorraum untergebracht ist, oder, falls ein Kompressor angeordnet ist, der Abschnitt im Motorraum nahe der Turbine. Der stromabwärtige Katalysatorwandler 33 ist entlang des Abgaskanals 11 stromabwärtig vom stromaufwärtigen Katalysatorwandler 31 angeordnet. Der Abgasreinigungsfilter 32 ist entlang des Abgaskanals 11 zwischen dem stromaufwärtigen Katalysatorwandler 31 und dem stromabwärtigen Katalysatorwandler 33 angeordnet. An den stromaufwärtigen Katalysatorwandler 31 und den stromabwärtigen Katalysatorwandler 33 ist ein Katalysator angeordnet, der für die Förderung der Reaktion zur Entfernung des CO-, HO-, NOx- etc. aus dem Abgas des Motors 1 zuständig ist.
  • Der stromaufwärtige Katalysatorwandler 31 besteht aus einem nach dem „Durchfluss”-Prinzip konzipierten Wabenkörper, auf dem ein Lean-NOx-Katalysator geträgert ist. Der LNT-Katalysator fängt NOx im Abgas in oxidierender Atmosphäre auf, und reduziert es in reduzierender Atmosphäre. Jedoch kann der LNT-Katalysator nur eine begrenzte Menge NOx auffangen. Mit Zuwachs der angehäuften NOx-Speicherrate (tatsächliche NOx-Menge/maximal anhäufbare NOx-Menge) sinkt die NOx-Reduktionsrate des LNT-Katalysators. Deshalb wird durch die FI-ECU 71, wie im Folgenden unter Bezugnahme auf 5 erläutert, je nachdem, ob bestimmte Bedingungen erfüllt sind, der Motor 1 in einen DeNOx-Betrieb überführt, worin das Abgas im LNT-Katalysator reduzierender Atmosphäre ausgesetzt wird, und so das im LNT-Katalysator angehäufte NOx reduziert wird.
  • Der Abgasreinigungsfilter 32 umfasst einen Wabenkörper nach dem „Wall-Flow”-Prinzip und umfasst Zellen, die durch mehrporöse Wände unterteilt sind, sowie Verschlüsse, die jeweils alternierend auf der stromaufwärtigen und der stromabwärtigen Seite der einzelnen Zellen angeordnet sind. Im vom Motor 1 ausgestoßenen Abgas ist partikelförmiges Material („Particulate Matter”, im Folgenden kurz „PM”) wie Ruß oder SOF enthalten, das durch die Poren des Filters 32 sickert und sich im Filter 32 anhäuft. Sammelt sich eine übermäßige PM-Menge im Filter 32 an, nimmt der Druck ab, und es muss mehr Treibstoff eingespritzt werden. Eine Verschlechterung der Verbrauchsbilanz droht. Die abgelagerte PM-Menge im Filter 32 wird deshalb gemessen, und wird festgestellt, dass die Menge einen bestimmten Wert übersteigt, wird der Filter 32, veranlasst durch die FI-ECU 71, mittels einer Nacheinspritzung („Post-Injection”) erhitzt, und eine nachdrückliche regenerative Verbrennung des abgelagerten PM vorgenommen.
  • Der stromabwärtige Katalysatorwandler 33 besteht aus einem Wabenkörper der nach dem „Durchfluss”-Prinzip konzipiert ist, auf den ein NH3-SCR-Katalysator (im Folgenden „SCR-Katalysator”) geträgert ist. NOx im Abgas wird mittels des SCR-Katalysators in einer NH3-haltigen Atmosphäre selektiv reduziert. Im Einzelnen wird NH3 aus einer der im Folgenden beschriebenen Urea/Wasser-Injektoren 42 zugeführt, und das zugeführte NH3 reduziert daraufhin selektiv NOx im Abgas, gemäß den folgenden Reaktionsformeln: NO + NO2 + 2NH3 → 2N2 + 3H2O 4NO + 4NH3 + O2 → 4N2 + 6H2O 6NO2 + 8NH3 → 7N2 + 12H2O
  • Der SCR-Katalysator verfügt zum einen über die vorgenannte NOx-Reduktionsfunktion, zum anderen übe r eine Speicherfunktion der bestimmten Menge NH3. Im Folgenden erhält die Menge an NH3, die sich im SCR-Katalysator ansammelt, die Bezeichnung „NH3-Speichermenge”, 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 42 zugeführten NH3 entsprechend für die NOx-Reduktion aufgebraucht. Dabei reagiert NOx umso besser, je mehr NH3 in den SCR-Katalysator gelangt, weshalb die NOx-Reduktionsrate des SCR-Katalysators bei entsprechend großen NH3-Speichermengen höher liegt.
  • Der stromabwärtige Katalysatorwandler 33 mit dem SCR-Katalysator ist weiter stromabwärts angeordnet als der stromaufwärtige Katalysatorwandler 31 mit dem LNT-Katalysator. Der Abgasreinigungsfilter 32 ist zwischen den beiden Katalysatorwandlern angeordnet. Durch diese Anordnung verändert sich die Temperatur des SCR-Katalysators langsamer als die Temperatur des LNT-Katalysators.
  • Der Luftverhältnissensor 51 ist bspw. entlang des Abgaskanals 11 auf der stromaufwärtigen Seite des stromaufwärtigen Katalysatorwandlers 31 angeordnet, und ermittelt das Luftverhältnis (Verhältnis von Treibstoff zu Sauerstoff im Abgas) des in den stromaufwärtigen Katalysatorwandler 31 einströmenden Abgases, und sendet daraufhin ein Signal, das nahezu proportional zum ermittelten Wert ist, an die elektrische Steuereinheit 7. Der Luftstromsensor 55 ermittelt die Menge an eingesaugter Luft, die das Ansaugrohr 12 des Motors 1 passiert, und sendet ein Signal, das nahezu proportional zum ermittelten Wert ist, an die elektrische Steuereinheit 7. Der NH3-Sensor 54 ermittelt die NH3-Konzentration im Abgas auf der stromabwärtigen Seite des stromabwärtigen Katalysatorwandlers 33, und sendet daraufhin ein Signal, das nahezu proportional zum ermittelten Wert ist, an die elektrische Steuereinheit 7.
  • Der stromaufwärtige Katalysatortemperatursensor 52 ist entlang des Abgaskanals 11 auf der stromaufwärtigen Seite des stromaufwärtigen Katalysatorwandlers 31 angeordnet. Der stromabwärtige Katalysatortemperatursensor 53 ist entlang des Abgaskanals 11 auf der stromaufwärtigen Seite des stromabwärtigen Katalysatorwandlers 33 angeordnet. Die Temperatursensoren 52, 53 ermitteln jeweils die Temperatur der in den stromaufwärtigen Katalysatorwandler 31 und stromabwärtigen Katalysatorwandler 33 einströmenden Abgase, und senden daraufhin Signale, die nahezu proportional zu den ermittelten Werten sind, an die elektrische Steuereinheit 7. Die Temperaturen des LNT-Katalysators des stromaufwärtigen Katalysatorwandlers 31 und des SCR-Katalysators des stromabwärtigen Katalysatorwandlers 33 werden, jeweils basierend auf den Ermittlungen der Temperatursensoren 52, 53, anhand der Berechnungen durch die elektrische Steuereinheit 7, kalkuliert.
  • Die Urea/Wasser-Zuführvorrichtung 4 umfasst einen Urea/Wasser-Tank 41 und die Urea/Wasser-Injektoren 42. Der Urea/Wasser-Tank 41 häuft ein Urea/Wasser-Gemisch an, das ein Vorläufer von NH3 ist, und ist via einer Urea/Wasser-Zufuhrleitung 43 und einer nicht abgebildeten Urea/Wasser-Pumpe mit den Urea/Wasser-Injektoren 42 verbunden. Mittels Betätigen eines nicht abgebildeten Aktuators öffnen und schließen die Urea/Wasser-Injektoren 42 und sprühen das vom Urea/Wasser-Tank 41 zugeführte, als Reduktionsmittel des SCR-Katalysators fungierende Urea/Wasser-Gemisch entlang des Abgaskanals 11 in die stromaufwärtige Seite des stromabwärtigen Katalysatorwandlers 33. Das von den Urea/Wasser-Injektoren 42 eingesprühte Urea/Wasser-Gemisch wird im Abgas, bzw. im stromabwärtigen Katalysatorwandler 33, zu NH3 hydrolysiert und für die NOx-Reduktion verwertet.
  • Der Aktuator für die Urea/Wasser-Injektoren 42 ist elektromagnetisch mit der elektrischen Steuereinheit 7 verbunden. Die elektrische Steuereinheit 7 bestimmt die angemessene Menge an Urea/Wasser, die es einzuspritzen gilt, und steuert die Urea/Wasser-Injektoren 42, damit diese die bestimmte. Menge an Urea/Wasser-Gemisch einspritzen, um so für eine optimale NOx-Reduktion mittels NH3 im SCR-Katalysator zu sorgen. Die Steuerung der Urea/Wasser-Einspritzung umfasst bspw. die „Feed Forward”-Steuerung basierend auf der vom Katalysatorwandler 33 gespeisten NOx-Menge, und die „Feed Backward”-Steuerung basierend, auf der durch den NH3-Sensor 54 ermittelten NH3-Konzentration. Von der genauen Erläuterung der Urea/Wasser-Einspritzsteuerung soll abgesehen werden. Die elektrische Steuereinheit, mit der die vorgenannte Urea/Wasser-Einspritzung vorgenommen wird, trägt nachfolgend die Bezeichnung „DCU (Dosing Control Unit) 72”.
  • Der folgende Abschnitt befasst sich mit dem am stromaufwärtigen Katalysatorwandler 31 angeordneten LNT-Katalysator und dem am stromabwärtigen Katalysatorwandler 33 angebrachten SCR-Katalysator, und vergleicht dabei deren NOx-Reinigungsraten. 2 ist eine Ansicht, die die Temperaturverläufe der jeweiligen NOx-Reduktionssrate [%] der LNT- und SCR-Katalysatoren zeigt.
  • Die jeweilige NOx-Reduktionssrate [%] der vorgenannten Katalysatoren erreicht, wie in 2 zu sehen ist, bei einer bestimmten Temperatur ein Maximum, und beschreibt eine n-förmige Parabel. Der LNT-Katalysator reduziert NOx bereits bei niedrigeren Temperaturen als der SCR-Katalysator. Im Einzelnen erzielt der LNT-Katalysator besonders hohe NOx-Reduktionssraten im Bereich von etwa 150 bis 200°C. Der LNT-Katalysator ist demnach für niedrige Temperaturen geeignet, bspw. im Niedriglastbetrieb oder in der Aufwärmphase direkt nach dem Anlassen des Motors. Der LNT-Katalysator wird deshalb, im Abgasreinigungssystem 1 gemäß 1 im Abschnitt hinter dem Motor angeordnet, um eine maximale NOx Reduktionsrate zu erzielen.
  • 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 2). So erzielt der LNT-Katalysator keine genügende NOx-Reduktionsrate etwa bei Fahrten mit hoher Geschwindigkeit, bergauf, oder bei hoher Beschleunigung über längere Zeit hinweg. Ebenso bedarf es zum richtigen Zeitpunkt eines im Folgenden erläuterten DeNOx-Betriebs, um ein reiches, anstatt stöchiometrisches Luftverhältnis im LNT-Katalysator zu schaffen, sodass das angehäufte NOx reduziert, und die alte NOx-Reduktionsrate des Katalysators wieder hergestellt wird. Letztlich muss wegen der zahlreichen Hochlastbetriebsphasen in denen große NOx-Mengen ausgestoßen werden, der Reduktionsvorgang häufiger getätigt werden, und es kommt zum zusätzlichen Mehrverbrauch. Im Folgenden ist mit Mehrverbrauch der beim LNT-Katalysator neben dem normalen Kraftstoffverbrauch unter armen Luftverhältnissen zusätzliche, durch Tätigen des Reduktionsvorgangs, entstehende Kraftstoffverbrauch gemeint.
  • 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. 2 zeigt, wie der SCR-Katalysator ab zirka 130°C beginnt, NOx mittels des bis dahin angehäuften NH3 zu reduzieren. Jedoch muss die Temperatur auf über zirka 180°C steigen, damit die Hydrolyse des Urea/Wasser-Gemischs angemessen verläuft und NH3 produziert wird. Bleiben die Temperaturen unter zirka 180°C, bilden sich durch das Urea/Wasser-Gemisch Ablagerungen. Mittels der DCU wird im Bereich unter zirka 180°C deshalb die Urea/Wasser-Einspritzung untersagt. Der Temperaturbereich, in dem NOx mittels des SCR-Katalysators durchgängig reduzierbar ist, ist demzufolge, wie auch 2 zu entnehmen ist, nur der Bereich oberhalb der zirka 180°C-Marke, ab wo sich keine Ablagerungen durch das Urea/Wasser-Gemisch bilden. Bevorzugt für die zuverlässige Vermeidung der Ablagerungen durch das Urea/Wasser-Gemisch sind Temperaturen des SCR-Katalysators von über 200°C.
  • 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.
  • 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 1 gemäß 1 unter sämtlichen Betriebsbedingungen hohe NOx-Reduktionsraten zu erzielen, wird der LNT-Katalysator mit dem SCR-Katalysator kombiniert.
  • 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.
  • 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 2) liegt, in dem es zu keinen Ablagerungen des Urea/Wasser-Gemischs kommt. Der Mehrverbrauch im zweiten Abgasreinigungssystem ist demnach 0. Das dritte Abgasreinigungssystem kombiniert einfach das erste und zweite Abgasreinigungssystem miteinander, wobei die Reduktion mittels des LNT-Katalysators und die Einspritzung des Urea/Wasser-Gemischs im SCR-Katalysator jeweils unabhängig voneinander stattfinden, um so das Erzielen optimaler NOx-Reduktionsraten zu ermöglichen. Im dritten Abgasreinigungssystem ist, ähnlich dem Abgasreinigungssystem 1 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gemäß 1, der LNT-Katalysator auf der stromaufwärtigen Seite des SCR-Katalysators angeordnet.
  • Die jeweilge NOx-Reduktionssrate [%] der beiden vorgenannten Katalysatoren erreicht, wie der 2 zu entnehmen ist, bei einer bestimmten Temperatur ein Maximum, und beschreibt eine n-förmige Parabel. 3 ist eine Ansicht, die den Verlauf der NOx-Reduktionssrate [%] des gesamten Systems bei Fahrt eines Fahrzeugs mit einem herkömmlichen Abgasreinigungssystem nach einem bestimmten Fahrtmuster zeigt. Dabei sind in 3 der Reihe nach von oben nach unten die NOx-Reduktionssraten des ersten Abgasreinigungssystems, des zweiten Abgasreinigungssystems, und des dritten Abgasreinigungssystems eingezeichnet. 4. ist eine Ansicht, die den Mehrverbrauch und die NOx-Ausstoßmenge bei einer Fahrt entsprechend dem Fahrtmuster gemäß 3 zeigt. Im Folgenden sollen die Besonderheiten der NOx-Reduktionsraten der jeweiligen Abgasreinigungssysteme der Reihe nach erläutert werden.
  • Die Gegenüberstellung in 3 des ersten Abgasreinigungssystems und zweiten Abgasreinigungssystems zeigt, dass im ersten Abgasreinigungssystem im Hochlastbetrieb die NOx-Reduktionssrate mittels lediglich des LNT-Katalysators nur ungenügend ist. Letztlich ist die Gesamt-NOx-Ausstoßmenge, wie auch 4 zu entnehmen ist, im ersten Abgasreinigungssystem am höchsten. Allerdings erzielt das erste Abgasreinigungssystem im Niedriglastbetrieb eine vergleichsweise hohe NOx-Reduktionssrate.
  • 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 4 zu entnehmen ist, die Gesamt-NOx-Ausstoßmenge des ersten Abgasreinigungssystems. Allerdings wird im zweiten Abgasreinigungssystem kein Aufheizvorgang getätigt, sodass es länger als beim ersten Abgasreinigungssystem dauert, bis die NOx-Reduktion nach dem Anlassen des Motors einsetzt. Zudem sinkt bei fortwährendem Niedriglastbetrieb die Temperatur des Katalysators und die Urea/Wasser-Einspritzung wird unterdrückt, sodass sich das angehäufte NH3 erschöpft und die NOx-Reduktionsrate einstweilig ausbleibt. Um dem entgegenzuwirken, kann entsprechend erhitzt werden, doch der dadurch entstehende Mehrverbrauch würde den Mehrverbrauch des ersten Abgasreinigungssystems übersteigen.
  • 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 4). Dennoch erzielt auch das zweite Abgasreinigungssystem im Hochlastbetrieb eine ausreichende NOx-Reduktionssrate. Dagegen wurde im dritten Abgasreinigungssystem die NOx-Reduktionssrate des zweiten Abgasreinigungssystems übertroffen, und insbesondere war die NOx-Reduktionsrate im Hochlastbetrieb geringfügig überschüssig.
  • 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.
  • 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 läßt.
  • 5 ist ein Flussdiagramm, das das Vorgehen zur Bestimmung der Betriebsart des Motors zeigt. Dabei führt die FI-ECU in bestimmten Abständen wiederholt Berechnungen durch. Der Motorbetrieb wird in 5 zur gleichen Zeit in die drei Arten „arm” (siehe S9), „erhitzt” (siehe S10), und „DeNOx” (siehe S11) unterteilt. Mittels des Vorgehens gemäß 5 lässt sich, je nach Zustand des Motors und des Abgasreinigungssystems, die geeignetste Betriebsart bestimmen, und demnach sowohl die Abgasreinigungsbilanz als auch der gesamte Treibstoffverbrauch des Fahrzeugs optimieren.
  • „Arm” meint dabei die Betriebsart unter armem, anstatt stöchiometrischem Luftverhältnis. Die „arme” Betriebsart stellt die unter den drei Betriebsarten grundlegendste dar.
  • „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 in der armen Betriebsart, verzögert werden.
  • „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 eingespritzt oder zusätzlich die After- und Post-Einspritzung durchgeführt wird. Da im DeNOx-Betrieb die Temperaturen des Abgases höher liegen als im armen Betrieb, wird im DeNOx-Betrieb zusätzlich die Funktion erfüllt, die auch in der erhitzten Betriebsart erfüllt wird.
  • In S1 ermittelt die FI-ECU, ob sämtliche Düsen (Einspritzdüsen, Urea/Wasser-Einspritzdüsen) und Sensoren (Luftverhältnissensor, stromaufwärtiger Katalysator-temperatursensor, stromabwärtiger Katalysatortemperatursensor) funktionstüchtig sind.
  • 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 Motorlast, 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 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 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]
    Figure DE102016200464A1_0002
  • 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 n_nox_lnt(k) (NOx-Speicherleistung des LNT-Katalysators im armen Betrieb). [Formel 2]
    Figure DE102016200464A1_0003
  • 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 6 errechnet und die Temperatur Lnt_tmp(k) des LNT-Katalysators als Funktionsargument dient. 6 zeigt den n-förmigen Verlauf des NOx-Reduktionsgrads des LNT-Katalysators und dessen Maximum, das leicht unterhalb des Höchstwerts des NOx-Reduktionsgrads des SCR-Katalysators von 200°C angesiedelt ist. Der Kompensationskoeffizient ηk_nox_lnt(k) errechnet sich mittels Abrufens bspw. der Tabelle gemäß 7, wobei die im vorherigen Rechenvorgang errechnete NOx-Speicherrate Rt_st_nox_hat(k – 1) des LNT-Katalysators (siehe unten angegebene Formel (5)) als Funktionsargument dient. 7 zeigt wie die neu angehäufte NOx-Menge im LNT-Katalysator mit Zunahme der gegenwärtig angehäuften NOx-Menge abnimmt. [Formel 3]
    Figure DE102016200464A1_0004
  • Die NOx-Menge St_nox_hat(k) im LNT-Katalysator errechnet sich gemäß Formel (4) mittels Limitierens der, gemäß des vorgenannten Rechenvorgangs, 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 9 errechnet, und als Funktionsargument die ermittelte Temperatur Lnt_tmp(k) des LNT-Katalysators dient. 8 zeigt wie die im LNT-Katalysator maximal anhäufbare NOx-Menge mit Zunahme der Temperatur des LNT-Katalysators abnimmt. [Formel 4]
    Figure DE102016200464A1_0005
  • 5 zeigt wie sich in S4 mittels der FI-ECU die NOx-Speicherrate (Verhältnis von im LNT-Katalysator maximal auffangbarer zu tatsächlich angehäufter NOx-Menge) [%] im LNT-Katalysator Rt_st_nox_hat(k) errechnet. Dabei errechnet sich die NOx-Speicherrate Rt_st_nox_hat(k) nach der unten genannten Formel (5) mittels Dividierens der tatsächlich angehäuften NOx-Menge (St_nox_hat(k)) durch das NOx-Maximum (St_nox_max_(k)). [Formel 5]
    Figure DE102016200464A1_0006
  • 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 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 genauen Rechenvorgänge der Prozesse in S6 erläutert werden.
  • 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 und die gespeicherte NOx-Menge reduziert, wenn die vorgenannten vier Voraussetzungen, die durch die vier Flags gekennzeichnet sind, gegeben sind. Im Folgenden sollen diese vier Voraussetzungen genauer erläutert werden. [Formel 6]
    Figure DE102016200464A1_0007
  • 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 in die reduzierende Atmosphäre, aus. Die Temperatur Lnt_tmp(k) des LNT-Katalysators wird nach der unten angegebenen 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]
    Figure DE102016200464A1_0008
  • 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 Schwellenwerten RT_REG_REQ und RT_REG_DON. Der Schwellenwert RT_REG_REQ regelt den Zeitpunkt, an dem mit der Reduktion zu beginnen ist, und dieser liegt bspw. bei 0.7. Der Schwellenwert RT_REG_DON regelt den Zeitpunkt, an dem die Reduktion einzustellen ist, und dieser liegt bspw. bei 0.4. 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]
    Figure DE102016200464A1_0009
  • 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 ausgestoßene 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) mit einem bestimmten Schwellenwert ENG_TRQ_REGEN (z. B. 150 Nm). Ein entsprechendes Funktionsargument kann jeder Parameter sein, der annähernd im proportionalen Verhältnis zur Motorlast steht, bspw. die tatsächliche Motorlast, Treibstoffeinspritzmenge, Ansaugmenge und Ansaugdruck. [Formel 9]
    Figure DE102016200464A1_0010
  • 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 entgegen zu wirken, ermittelt die FI-ECU gemäß Formel (10) die Temperatur des SCR-Katalysators Scr_tmp(k), vergleicht die ermittelte Temperatur mit dem Schwellenwert 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 Schwellenwerts 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 Schwellenwert SCR_LNT_MODE_TMP liegt. [Formel 10]
    Figure DE102016200464A1_0011
  • Der Schwellenwert 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 Schwellenwert 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 Schwellenwert der Schalttemperatur.
  • 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 Motorlast 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-Einspritzsteuerung 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 3, zweiter Absatz von oben). Um also zu verhindern, dass die LNT- und SCR-Katalysatoren an NOx-Reduktionsrate einbüßen, wird die Schalttemperatur SCR_LNT_MODE_TMP oberhalb der Temperatur, bei der Ablagerungen des mittels der Urea/Wasser-Einspritzdüsen eingespritzten Urea/Wasser-Gemischs entstehen können, angesiedelt. So lässt sich eine Urea/Wasser-Einspritzung unterdrücken und Ablagerungen vermeiden, ohne dabei die NOx-Reduktionsrate des gesamten Systems zu beeinträchtigen.
  • 5 zeigt, wie die Betriebsart von der FI-ECU, unter Berücksichtigung der gemäß den vorgenannten Schritten (siehe S7 und S8) ermittelten Reduktionssteuerungs-Flag F_denox_mode(k) und Wärmeregelungs-Flag F_heat(k), bestimmt wird. Haben sowohl F_denox_mode(k) als auch F_heat(k) den Wert 0, wird der arme Betrieb gewählt (siehe S9). Hat F_denox_mode(k) den Wert 0 aber F_heat(k) den Wert 1, wird der erhitzte Betrieb mittels dessen die NOx-Reduktionsrate des SCR-Katalysators zügig ansteigt (siehe S10), gewählt, während bei F_denox_mode(k) mit dem Wert 1 der DeNOx-Betrieb gewählt wird, mittels dessen die NOx-Reduktionsrate des LNT-Katalysators zügig ansteigt (siehe S11). Hat F_denox_mode(k) demnach den Wert 1, wird der DeNOx-Betrieb unabhängig von F_heat(k) gewählt, da, wie bereits erwähnt, im DeNOx-Betrieb die Temperaturen im Abgaskanal höher liegen als im Betrieb unter einem armen Luftverhältnis und so ein Teil der Funktion des erhitzten Betriebs mit übernommen wird.
  • 9 ist ein Flussdiagramm, das den Vorgang der Heizermittlung zeigt. Wie im Folgenden erläutert, wird durch die Heizermittlung gemäß 9 je nach Temperatur des SCR-Katalysators und NOx-Speicherrate des LNT-Katalysators festgestellt, ob der geheizte Betrieb zum Anstieg der Temperatur des SCR-Katalysators eingeleitet werden soll.
  • 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-Speicherrate des LNT-Katalysators Rt_st_nox_hat(k) und stellt fest, ob Rt_st_nox_hat(k) gleich oder geringer als der Schwellenwert RT_ST_NOX_HUP ist, ab dem zu erhitzen ist. Damit ist der Wert (bspw. 0.8) gemeint, der über dem Schwellenwert RT_REG_REQ liegt, ab dem zu reduzieren ist.
  • 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-Speicherrate des LNT-Katalysators gleich oder über dem Schwellenwert 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 5). Ähnlich, lautete die Feststellung in S21 oder S22 „NO”, bestimmt die FI-ECU, dass der SCR-Katalysator nicht zu erhitzen ist und teilt F_heat(k) den Wert 0 zu (siehe S24), um so den erhitzten Betrieb zu untersagen.
  • 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-Speicherrate des LNT-Katalysators über dem Schwellenwert, ab dem erhitzt wird, liegt. Dabei wird der Schwellenwert, ab dem zu erhitzen ist, wie bereits erwähnt, höher bestimmt als der Schwellenwert ab dem zu reduzieren ist. Da ein Reduzieren des LNT-Katalysators zugelassen wird, wenn, wie bereits unter Bezugnahme auf 5 erläutert, die Temperatur des SCR-Katalysators unterhalb der Schalttemperatur liegt, kann es nicht passieren, dass die NOx-Speicherrate des LNT-Katalysators den Schwellenwert, ab dem erhitzt wird, übersteigt. Angenommen, gemäß 9 soll der SCR-Katalysator erhitzt werden, wenn die Temperatur des SCR-Katalysators, aus welchem Grund auch immer, unter die Schalttemperatur sinkt, nachdem die NOx-Speicherrate des LNT-Katalysators den Schwellenwert, ab dem zu erhitzen ist, übersteigt, während ein Reduzieren des LNT-Katalysators untersagt ist. In diesem Fall stellt die FI-ECU fest, dass es besser ist, anstatt den LNT-Katalysator nachdrücklich zu reduzieren und die NOx-Reduktionsrate des LNT-Katalysators zu regenerieren, die Temperatur des SCR-Katalysators zu erhöhen und die NOx-Reduktionsrate des SCR-Katalysators zu regenerieren, und teilt somit dem Wärmeregelungs-Flag F_heat(k) den Wert 1 zu.
  • Der nachfolgende Abschnitt befasst sich mit den Resultaten des Abgasreinigungssystems gemäß der vorgenannten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 10 ist eine Ansicht, die – in Bezug auf das Abgasreinigungssystem gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, welches in ein Fahrzeug montiert wurde, das mit demselben Fahrtmuster gemäß 3 fuhr – die Veränderungen in der Temperatur des SCR-Katalysators, im Reduktionssteuerungs-Flag F_denox_mode, in der NOx-Reduktionssrate des gesamten Systems, sowie in der Fahrtgeschwindigkeit zeigt. In 10 wurde die Schalttemperatur SCR_LNT_MODE_TMP auf 200°C festgesetzt, welches einerseits im Temperaturbereich angesetzt ist worin NOx mittels des SCR-Katalysators reduzierbar ist, andererseits derart hoch liegt, dass es zu keinen Ablagerungen des Urea/Wasser-Gemischs kommt. Um einen Vergleich zum herkömmlichen Abgasreinigungssystem gemäß 3 und 4 zu vereinfachen, wurde der erhitzte Betrieb selbst dann vermieden, wenn die Temperaturen des SCR-Katalysators abfielen, sodass das Wärmeregelungs-Flag F_heat(k) stets den Wert 0 hatte. 11 zeigt eine Ansicht, die das Verhältnis von Mehrverbrauch zu Gesamt-NOx-Ausstoßmenge bei einer Fahrt gemäß dem Fahrtmuster nach 10 zeigt.
  • 10 zeigt, wie sich während der Fahrt die Temperaturen des SCR-Katalysators der Schalttemperatur SCR_LNT_MODE_TMP „anschmiegen” und stellenweise übersteigen. Geschieht letzteres, erhält das Reduktionssteuerungs-Flag F_denox_mode(k) den Wert 0 und der DeNOx-Betrieb wird unterdrückt. Somit hat das Reduktionssteuerungs-Flag F_denox_mode(k), insbesondere im Hochlastbetrieb, wie der gestrichelten Linie in 10 zu entnehmen ist, über lange Zeit hinweg den Wert 0. Im Ergebnis wurde mittels des Einschränkens des DeNOx-Betriebs gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein geringerer Mehrverbrauch im Abgasreinigungssystem erzielt als im dritten Abgasreinigungssystem.
  • 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 10 kaum vom dritten Abgasreinigungssystem gemäß 3. Im Ergebnis generierte das Abgasreinigungssystem gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine nur geringfügig größere Gesamt-NOx-Ausstoßmenge, während der Mehrverbrauch gedrosselt wurde. Dass dabei die Gesamt-NOx-Ausstoßmenge gegenüber dem dritten Abgasreinigungssystem geringfügig höher lag, liegt daran, dass die exzessive NOx-Reduktionsrate im Hochlastbetrieb wegen Beschränkens des DeNOx-Betriebs absinkt auf die NOx-Reduktionsrate des Systems das sich lediglich des SCR-Katalysators bedient.
  • 11 zeigt den als Strichpunkt-Linie kenntlich gemachten Verlauf des Verhältnisses der Gesamt-NOx-Ausstoßmenge zum Mehrverbrauch (im Folgenden „Marke”) bei fortlaufender Veränderung der Schalttemperatur SCR_LNT_MODE_TMP. Wird die Schalttemperatur SCR_LNT_MODE_TMP herabgesenkt, merkt man, wie die Häufigkeit des DeNOx-Betriebs bzw. des Einsatzes des LNT-Katalysators abnimmt, und das Abgasreinigungssystem sich dem zweiten, sich lediglich des SCR-Katalysators bedienenden Abgasreinigungssystem, annähert. Nun wird im Abgasreinigungssystem gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Schalttemperatur SCR_LNT_MODE_TMP als der Schwellenwert bestimmt, und der Einsatz des LNT-Katalysators wird im Hochlastbetrieb, der geeignet ist für die NOx-Reduktion mittels des SCR-Katalysators, gedrosselt. Wird die Temperatur dann herabgesenkt, wandert entsprechend 11 die Marke des Abgasreinigungssystems gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung von der Marke des dritten Abgasreinigungssystems zur Marke des zweiten Abgasreinigungssystems ohne dabei insgesamt sonderlich mehr NOx auszustoßen. Mit anderen Worten, es lässt sich nicht behaupten, dass die Gesamt-NOx-Ausstoßmenge einfach im selben Verhältnis zunahm, wie der Mehrverbrauch auf der anderen Seite abnahm.
  • Es soll nun näher erläutert werden, wieso die Gesamt-NOx-Ausstoßmenge auf ein Mindestmaß beschränkbar ist. Wie unter Bezugnahme auf 1 bereits erläutert, verhält sich der Temperaturverlauf des SCR-Katalysators sanfter, als der des LNT-Katalysators. Somit verhält sich, auch wenn die Temperaturen sinken, der Verlauf der NOx-Reduktionsrate des SCR-Katalysators sanfter, als der Verlauf der NOx-Reduktionsrate des LNT-Katalysators. Zusätzlich besitzt der SCR-Katalysator die Eigenschaft, NH3 aufzufangen, sodass die NOx-Reduktionsrate des SCR-Katalysators nicht unbedingt abnehmen muss, nur weil, bedingt durch den Abfall der Temperatur des SCR-Katalysators, die Urea/Wasser-Einspritzung ausbleibt. Zugleich ist mittels des LNT-Katalysators bei einer hohen NOx-Speicherrate keine ausreichende NOx-Reduktionsrate erzielbar. Deshalb kann es passieren, dass der LNT-Katalysator, wenn der DeNOx-Betrieb als Folge dessen, dass die Temperatur des SCR-Katalysators unter die Schalttemperatur sinkt, gestattet wird, die anzunehmende NOx-Reduktionsrate einfach nicht erzielt. Insbesondere wenn der DeNOx-Betrieb lange Zeit ausbleibt und die im LNT-Katalysator angehäufte NOx-Menge ihr Maximum erreicht, sinkt oftmals die NOx-Reduktionsrate sichtbar. Bis danach das angehäufte NOx im LNT-Katalysator ausreichend reduziert wurde, lässt sich mit dem LNT-Katalysator keine ausreichende NOx-Reduktionsrate erzielen. Dagegen ist es im Abgasreinigungssystem gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung möglich, ein steiles Absinken der Gesamt-NOx-Reduktionsrate nach dem Wechsel in den DeNOx-Betrieb bis zur Regeneration der NOx-Reduktionsrate des LNT-Katalysators mittels Verzögerns der Temperaturveränderung zu verhindern. Mit anderen Worten wird es mittels Verzögerns des Temperaturabfalls des SCR-Katalysators ermöglicht, den DeNOx-Betrieb für den LNT-Katalysator lange genug aufrechtzuerhalten.
  • Ausführungsform 2
  • 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.
  • 12 ist ein Flussdiagramm, das das Vorgehen zur Bestimmung der Betriebsart im Abgasreinigungssystem gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Von sämtlichen Schritten S31 bis S42 des Prozesses gemäß 12 entsprechen S31 bis S35 und S37 bis S41 jeweils den Schritten S1 bis S5 und S7 bis S11 des Prozesses gemäß 5, weshalb von deren Erläuterung im Folgenden abgesehen wird. Im Folgenden soll der Prozess in Schritt S42 gemäß 12, der in 5 noch nicht existierte, sowie S36, der aufgrund des Hinzutretens von S42 teilweise modifiziert wurde, erläutert werden.
  • In S42 errechnet die FI-ECU nach dem im Folgenden unter Heranziehung der 13 und 14 erläuterten Vorgänge den Wert des Fahrttyp-Erkennungsparameters Pre_delta_v(k). In S36 bestimmt die FI-ECU mittels Pre_delta_v(k) ob der für den DeNOx-Betrieb angemessene Zeitpunkt gekommen ist, und teilt, wenn ja, dem Reduktionssteuerungs-Flag F_denox_mode(k) den Wert 1 zu, ansonsten den Wert 0.
  • Das Vorgehen zur Errechnung des Fahrttyp-Erkennungsparameters Pre_delta_v(k) soll unter Heranziehung der 13 und 14 erläutert werden. 13 ist eine Ansicht, die den Grundgedanken, der hinter dem Fahrttyp-Erkennungsparameter liegt, zeigt.
  • 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 Feststellung der künftigen Temperaturveränderungen des Katalysators dient. Ist demnach Pre_delta_v positiv, wird vorhergesagt, dass die Temperatur des Katalysators steigen wird. Ist Pre_delta_v negativ, wird vorhergesagt, dass die Temperatur des Katalysators sinken wird.
  • Pre_delta_v(k) wird von der FI-ECU, wie schematisch der 13 zu entnehmen ist, basierend auf der Fahrthistorie des Fahrzeugs errechnet. Im Einzelnen wird die Abschnitts-Durchschnittsfahrtgeschwindigkeit in einem bestimmten Fahrzyklus (im Folgenden „Abschnitts-Durchschnittsfahrtgeschwindigkeit Drv_ave”) in einen Ringpuffer abgelegt, und der Fahrttyp-Erkennungsparameter Pre_delta_v(k) mittels des Pufferwerts des nächsten n-Fahrzyklus (Drv_ave(0), Drv_ave(1), ... Drv_ave(n), wobei „n” beliebig wählbar ist und im Folgenden den Wert 5 erhält) gemäß der unten angegebenen Formel (11) errechnet. Der Fahrzyklus ist die Zeit ab dem Anfahren bis zum Stillstand des Fahrzeugs. Sie ist ebenso die Fahrtzeit innerhalb des maximalen Berechnungszeitraums TM_DRV_MAX. [Formel 11]
    Figure DE102016200464A1_0012
  • 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.
  • 14 ist ein Flussdiagramm, das das genaue Vorgehen zur Errechnung des Fahrttyp-Erkennungsparameters zeigt.
  • 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 jedes 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-Schwellenwert VP_MAX und bestimmt so, ob das Fahrzeug fährt (VP_MAX ≤ Vp(k)).
  • 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 14 ist) und in S54 die zurückgelegte Strecke Sum_vp(k) (Sum_vp(k) = Sum_vp(k – 1) + ΔT × Vp(k))
  • 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.
  • In S58 errechnet die FI-ECU mittels der Formel (11) den Fahrttyp-Erkennungsparameter Pre_delta_v(k) und beendet den Vorgang.
  • In 12 bestimmt die FI-ECU in S36 nach den Formeln (7) bis (9) die Flags F_denox_tscr(k), F_denox_st(k) und F_denox_etrq(k) sowie nach den im Folgenden erläuterten Formeln (12) bis (14) das LNT-Temperatur-Flag F_denox_tscr(k), und bestimmt dann mittels dieser vier Flags nach der Formel (6) das Reduktionssteuerungs-Flag F_denox_mode(k). Der folgende Abschnitt befasst sich mit dem Vorgehen zur Bestimmung des LNT-Temperatur-Flags mittels des Fahrttyp-Erkennungsparameters.
  • 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 zur Korrekturschalttemperatur Scr_lnt_mode_tmp_mod(k) Einfluss nimmt. Dem Schalttemperatur-Gain Kv2tmp wird dabei ein negativer Wert beigemessen, der fix oder veränderlich sein kann, je nach dem negativen Wert des Fahrttyp-Erkennungsparameters Pre_delta_v(k). Im Folgenden ist das Schalttemperatur-Gain Kv2tmp fix. [Formel 12]
    Figure DE102016200464A1_0013
  • 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 die Schalttemperatur-Gain Kv2tmp negativ eingestellt. Mit der fixen Schalttemperatur SCR_LNT_MODE_TMP als Richtwert wird die Korrekturschalttemperatur Scr_lnt_mode_tmp_mod(k) dahingehend korrigiert, dass dessen Wert, wenn der Prognoseparameterwert positiv wird (wenn vorhergesehen wird, dass die Temperatur des SCR-Katalysators steigen wird), kleiner als der Richtwert ist. Dadurch wird der Bereich, in dem der DeNox-Betrieb untersagt wird, breiter, und die Voraussetzung des DeNox-Betriebs wird schwieriger erfüllbar, sodass entsprechend die Häufigkeit der Betätigung des DeNox-Betriebs absinkt. Ähnlich wird die Korrekturschalttemperatur Scr_lnt_mode_tmp_mod(k) dahingehend korrigiert, dass dessen Wert, wenn der Prognoseparameterwert negativ wird (wenn vorhergesehen wird, dass die Temperatur des SCR-Katalysators fallen wird), größer als der Richtwert ist. Dadurch wird der Bereich, in dem der DeNox-Betrieb untersagt wird, schmaler, und die Voraussetzung des DeNox-Betriebs werden einfacher erfüllbar, sodass entsprechend die Häufigkeit der Betätigung des DeNox-Betriebs ansteigt. [Formel 13]
    Figure DE102016200464A1_0014
  • 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]
    Figure DE102016200464A1_0015
  • Dieser Abschnitt befasst sich mit den Resultaten, die mittels des vorgenannten Abgasreinigungssystems gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erzielt wurden. 15 ist eine Ansicht, die – in Bezug auf das Abgasreinigungssystem gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, welches in ein Fahrzeug montiert wurde, das mit demselben Fahrtmuster gemäß 3 fuhr – die Veränderungen im Fahrttyp-Erkennungsparameter, in der Temperatur des SCR-Katalysators, im Reduktionssteuerungs-Flag F_denox_mode, in der NOx-Reduktionssrate des gesamten Systems, sowie in der Fahrtgeschwindigkeit zeigt. 15 zeigt, wie die Korrekturschalttemperatur Scr_lnt_mode_tmp_mod zwischen einer bestimmten Untergrenze (im Einzelnen 180°C) und Obergrenze (im Einzelnen 250°C) reguliert wurde. Es wurde, entsprechend der Formel (13), die Korrekturschalttemperatur auf den Wert der Untergrenze festgesetzt, wenn die Korrekturschalttemperatur unter die Untergrenze fiel, und auf den Wert der Obergrenze festgesetzt, wenn die Korrekturschalttemperatur die Obergrenze überstieg. Zur gleichen Zeit wurde die fixe Schalttemperatur SCR_LNT_MODE_TMP, ähnlich wie in 10, auf 200°C festgesetzt. Daneben wurde, wie bereits unter Heranziehung der 10 erläutert, der erhitzte Betrieb gemieden, selbst wenn die Temperaturen des SCR-Katalysators abfielen. 16 ist eine Ansicht, die das Verhältnis von Mehrverbrauch zu Gesamt-NOx-Ausstoßmenge bei einer Fahrt gemäß dem Fahrtmuster nach 15 zeigt.
  • 15 zeigt, wie auch im Abgasreinigungssystem gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in derselben Weise wie im Abgasreinigungssystem gemäß einer ersten Ausführungsform, im Hochlastbetrieb einerseits die NOx-Reduktionssrate erhöht und der Mehrverbrauch verringert werden konnte, und andererseits im Niedriglastbetrieb eine ausreichende NOx-Reduktionssrate erzielt werden konnte. Im Abgasreinigungssystem gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird, basierend auf der Fahrthistorie des Fahrzeugs, der Sukzessivfahrt-Erkennungsparameter errechnet und mittels dessen die Korrekturschalttemperatur festgelegt. Je nach Fahrtzustand des Fahrzeugs lässt sich so der Zeitpunkt genauer festmachen, zu dem der DeNOx-Betrieb zu untersagen bzw. zu gestatten ist. Im Ergebnis war somit, wie der 16 zu entnehmen ist, die Gesamt-NOx-Ausstoßmenge im Abgasreinigungssystem gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung geringfügig höher als im Abgasreinigungssystem gemäß der ersten Ausführungsform. Jedoch konnte im Abgasreinigungssystem gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Mehrverbrauch weiter verringert werden als im Abgasreinigungssystem gemäß der ersten Ausführungsform.
  • 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. 17 zeigt den Vergleich der Resultate des Abgasreinigungssystems gemäß der ersten Ausführungsform, mit denen des Abgasreinigungssystems gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In 17 sind die Resultate des Abgasreinigungssystems gemäß der ersten Ausführungsform mit einer dünnen Linie gekennzeichnet, während die Resultate des Abgasreinigungssystems gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit einer dicken Linie gekennzeichnet sind.
  • 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 17 zu entnehmen ist, die NOx-Reduktionssrate im ersten Abschnitt während des Hochlastbetriebs niedriger als im Abgasreinigungssystem gemäß der ersten Ausführungsform, in dem die Schalttemperatur fix bei 200°C lag. Infolge dessen lag die Gesamt-NOx-Ausstoßmenge im Abgasreinigungssystem gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung geringfügig höher als im Abgasreinigungssystem gemäß der ersten Ausführungsform. Jedoch konnte, mittels Errechnens des Fahrttyp-Erkennungsparameters, d. h. mittels des Vorhersagens der Veränderungen der Temperatur des SCR-Katalysators und des Änderns der Korrekturschalttemperatur, der DeNOx-Betrieb im Abgasreinigungssystem gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung früher als im Abgasreinigungssystem gemäß der ersten Ausführungsform untersagt bzw. gestattet werden, weshalb im Abgasreinigungssystem gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Schwankungsbereich der NOx-Reduktionssrate geringer ausfiel als im Abgasreinigungssystem gemäß der ersten Ausführungsform. Im Ergebnis konnte so der Mehrverbrauch stärker gedrosselt werden, während die NOx-Reduktionsrate im gesamten System stabil gehalten werden konnte.
  • 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 verändert wurde oder die Temperatur des SCR-Katalysators mittels des Fahrttyp-Erkennungsparameters Pre_delta_v vorhergesagt wurde.
  • 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). [Formel 15]
    Figure DE102016200464A1_0016
  • 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]
    Figure DE102016200464A1_0017
  • Ausführungsform 3
  • Der nächste Abschnitt befasst sich mit dem Abgasreinigungssystem gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Dieses unterscheidet sich von den Abgasreinigungssystemen gemäß der ersten und zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Vorgehen zur Bestimmung der Betriebsart des Motors.
  • 18 ist eine Ansicht, die das Vorgehen zur Bestimmung der Betriebsart des Motors gemäß dem Abgasreinigungssystem gemäß der vorgenannten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Schritte S61 bis S65 und S67 bis S72 der Schritte S61 bis S72, aus denen sich der Vorgang gemäß 18 zusammensetzt, decken sich mit den Schritten S31 bis 35 und S37 bis S42 des Vorgangs gemäß 12. Von deren Erläuterung soll deshalb abgesehen werden. Im Folgenden wird, innerhalb der Schritte gemäß 18, das genaue Vorgehen zur Reduktion (S66) erläutert, welches eine Abwandlung des Vorgehens zur Reduktion gemäß 12 ist.
  • In S66 bestimmt die FI-ECU, ob der richtige Zeitpunkt zum Reduzieren mittels des LNT-Katalysators gekommen ist. In dem Fall leitet die FI-ECU nach der vorgenannten Formel (6) den DeNOx-Betrieb ausschließlich dann ein, und beginnt ausschließlich dann die im LNT-Katalysator gespeicherte NOx-Menge zu reduzieren, wenn die vier Voraussetzung der Einleitung, gekennzeichnet durch die vier Flags F_denox_tscr, F_denox_st, F_denox_etrq, F_DeNOx_tscr, erfüllt sind.
  • Dabei bestimmt die FI-ECU den LNT-Temperatur-Flag F_denox_tscr(k), den NOx-Speichervoraussetzungs-Flag F_denox_st(k) und den SCR-Temperaturvoraussetzungs-Flagvoraussetzungs-Flag F_DeNOx_tscr(k) jeweils nach den Formeln (7), (8) und (10). Einzig den Motorbetriebsvoraussetzungs-Flag F_denox_etrq(k) bestimmt die FI-ECU nach einem anderen Vorgehen als gemäß der ersten Ausführungsform.
  • Die FI-ECU bestimmt die Korrekturmenge Delta_slmode_trq(k) mittels Multiplizierens des Lastschwellenwert-Gains Kv2trq mit dem in S72 errechneten Fahrttyp-Erkennungsparameter Pre_delta_v(k). Kv2trq dient dabei der Bestimmung, wie sehr der Fahrttyp-Erkennungsparameter Einfluss auf den im Folgenden erläuterten Korrekturlastschwellenwert ENG_TRQ_REGEN_mod(k) zu nehmen hat, und teilt ihm einen positiven Wert zu. Das Lastschwellenwert-Gain Kv2trq kann dabei sowohl einen fixen positiven Wert haben, als auch entsprechend dem Fahrttyp-Erkennungsparameter Pre_delta_v(k) geändert werden. Im Folgenden ist das Schalttemperatur-Gain Kv2trq fix. [Formel 17]
    Figure DE102016200464A1_0018
  • Als Nächstes errechnet die FI-ECU gemäß der unten angegebenen Formel (18) den Korrekturlastschwellenwert ENG_TRQ_REGEN_mod(k) mittels Addierens der Korrekturmenge Delta_slmode_trq(k) und dem bestimmten, fixen Lastschwellenwert ENG_TRQ_REGEN. Dabei wird das Schalttemperatur-Gain Kv2trq, wie oben erwähnt, positiv eingestellt. Erhält der Prognoseparameter einen positiven Wert (wenn prognostiziert wird, dass die Temperatur des SCR-Katalysators steigen wird), wird der Korrekturlastschwellenwert ENG_TRQ_REGEN_mod(k), mit dem fix geregelten ENG_TRQ_REGEN als Richtwert, derart korrigiert, dass dieser über dem Richtwert liegt. Dadurch wird der Bereich, in dem der DeNOx-Betrieb untersagt wird, ausgeweitet, und ein Erfüllen der Voraussetzung der Einleitung des DeNOx-Betriebs erschwert, wodurch die Häufigkeit der Betätigung des DeNOx-Betriebs abnimmt. Ähnlich wird der Korrekturlastschwellenwert ENG_TRQ_REGEN_mod(k), wenn der Prognoseparameter einen negativen Wert erhält (wenn prognostiziert wird, dass die Temperatur des SCR-Katalysators fallen wird), derart korrigiert, dass dieser über dem Richtwert ENG_TRQ_REGEN liegt. Dadurch wird der Bereich, in dem der DeNOx-Betrieb untersagt wird, geschmälert, und ein Erfüllen der Voraussetzung der Einleitung des DeNOx-Betriebs erleichtert, wodurch die Häufigkeit der Betätigung des DeNOx-Betriebs zunimmt. [Formel 18]
    Figure DE102016200464A1_0019
  • Als Nächstes errechnet die FI-ECU gemäß der unten angegebenen Formel (19), basierend auf den Resultaten des Beschleunigungsöffnungssensors, das vom Fahrer verlangte Drehmoment Drv_eng_trq(k), vergleicht den Wert zum vorgenannten Korrekturlastschwellenwert ENG_TRQ_REGEN_mod(k), und ermittelt so das Motorbetriebsvoraussetzungs-Flag F_denox_etrq(k). [Formel 19]
    Figure DE102016200464A1_0020
  • Der nächste Abschnitt befasst sich mit den Resultaten des Abgasreinigungssystems gemäß der vorgenannten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 19 ist eine Ansicht, die die Veränderungen des Fahrttyp-Erkennungsparameters, Motordrehmoments, Reduktionsbetätigungs-Flags F_DeNOx_mode, Gesamt-NOx-Reduktionssrate und Fahrtgeschwindigkeit bei einer Fahrt mit demselben Fahrtmuster aus 3 mit einem Fahrzeug ausgestattet mit einem Abgasreinigungssystem gemäß der vorgenannten Ausführungsform zeigt. In 19 ist die Schalttemperatur SCR_LNT_MODE_TMP wie in der ersten Ausführungsform auf 200°C fix geregelt und der Korrekturlastschwellenwert ENG_TRQ_REGEN_mod(k) auf den Bereich zwischen einer bestimmten Ober- und Untergrenze beschränkt. 20 ist eine Ansicht, die das Verhältnis zwischen dem Mehrverbrauch und der Gesamt-NOx-Ausstoßmenge bei einer Fahrt mit dem Fahrtmuster gemäß 19 zeigt.
  • 19 zeigt wie im Abgasreinigungssystem gemäß der vorgenannten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in derselben Weise wie in den Abgasreinigungssystemen gemäß der ersten und zweiten Ausführungsform, im Hochlastbetrieb eine gesteigerte NOx-Reduktionssrate und gleichzeitig ein reduzierter Mehrverbrauch erzielt, und im Niedriglastbetrieb eine ausreichende NOx-Reduktionssrate gewahrt werden. Im Abgasreinigungssystem gemäß der vorgenannten Ausführungsform wird, basierend auf der Fahrthistorie des Fahrzeugs, der Sukzessivfahrt-Erkennungsparameter errechnet, und mittels dessen der Korrekturlastschwellenwert ENG_TRQ_REGEN_mod(k) bestimmt. Dadurch lässt sich das Erfüllen der Voraussetzung der Einleitung des DeNOx-Betriebs erleichtern bzw. erschweren, und somit der richtige Zeitpunkt bestimmten, zu dem die Einleitung des DeNOx-Betriebs, je nach Fahrtkonditionen des Fahrzeugs, zu gestatten bzw. zu untersagen ist. Im Ergebnis steigt dadurch zwar die Gesamt-NOx-Ausstoßmenge gemäß 20 geringfügig, doch der Mehrverbrauch wird dadurch mehr eingedämmt als im Abgasreinigungssystem gemäß der ersten Ausführungsform. Folglich ist das Resultat, das mit dem Abgasreinigungssystem gemäß der vorgenannten Ausführungsform erzielt wird, nahezu dasselbe wie das Resultat, das mit dem Abgasreinigungssystem gemäß der zweiten Ausführungsform erzielt wird.
  • Ausführungsform 4
  • Der nächste Abschnitt befasst sich mit dem Abgasreinigungssystem gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Dieses unterscheidet sich von dem Abgasreinigungssystem gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Vorgehen zur Bestimmung der Betriebsart des Motors.
  • Im vorgenannten Abgasreinigungssystem gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wurde das Erfüllen der Voraussetzung des Motorbetriebs, gekennzeichnet in Formel (6) mit dem Flag F_denox_etrq, mittels des Fahrttyp-Erkennungsparameters erleichtert bzw. erschwert. Insofern unterscheidet sich das Abgasreinigungssystem gemäß der vorgenannten Ausführungsform von dem Abgasreinigungssystem gemäß der dritten Ausführungsform, als dass das Erfüllen der Voraussetzung der NOx-Speicherung, gekennzeichnet in Formel (6) mit dem Flag F_denox_st, mittels des Fahrttyp-Erkennungsparameters erleichtert bzw. erschwert wurde. Im Folgenden wird der genaue Ablauf der Reduktion im Abgasreinigungssystem gemäß der vorgenannten Ausführungsform erläutert.
  • Wie in Formel (6), leitet die FI-ECU den DeNOx-Betrieb ausschließlich dann ein, und beginnt das im LNT-Katalysator angehäufte NOx ausschließlich dann zu reduzieren, wenn alle vier Voraussetzungen, welche gekennzeichnet durch die Flags F_denox_tscr, F_denox_st, F_denox_etrq, F_DeNOx_tscr, erfüllt sind.
  • Dabei bestimmt die FI-ECU das LNT-Temperatur-Flag F_denox_tscr(k), das Motorbetriebsvoraussetzungs-Flag F_denox_etrq(k), und das SCR Temperatur-Flag F_DeNOx_tscr(k) nach den Formeln (7), (9) und (10). Lediglich das NOx-Speichervoraussetzungs-Flag F_denox_st(k) bestimmt das FI-ECU anders als im Abgasreinigungssystem gemäß der ersten Ausführungsform, nämlich nach dem folgenden Vorgehen.
  • Gemäß unten angegebener Formel (20) errechnet die FI-ECU die Korrekturmenge Delta_slmode_stNOx(k) mittels Multiplizierens eines bestimmten Schwellenwert-Gains Kv2stNOx mit dem in S72 errechneten Fahrttyp-Erkennungsparameter Pre_delta_v(k). Der Schwellenwert-Gain Kv2stNOx bestimmt inwieweit der Fahrttyp-Erkennungsparameter Einfluss auf den Korrekturschwellenwert RT_REG_REQ_MOD(k) nimmt, und wird ein positiver Wert zugeteilt. Das Schwellenwert-Gain Kv2stNOx kann dabei sowohl einen fixen positiven Wert haben, als auch entsprechend dem Fahrttyp-Erkennungsparameter Pre_delta_v(k) geändert werden. Im Folgenden ist das Schwellenwert-Gain Kv2stNOx fix. [Formel 20]
    Figure DE102016200464A1_0021
  • Als Nächstes errechnet die FI-ECU gemäß unten angegebener Formel (21) den Korrekturschwellenwert RT_REG_REQ_MOD(k) mittels Addierens der Korrekturmenge Delta_slmode_stNOx(k) zum bestimmten fix geregelten Schwellenwert RT_REG_REQ. Dabei wird auch hier der Schwellenwert-Gain Kv2stNOx positiv eingestellt. Mit der fixen Schalttemperatur RT_REG_RGQ als Richtwert wird der Korrekturschwellenwert RT_REG_REQ_MOD(k) dahingehend korrigiert, dass dessen Wert, wenn der Prognoseparameterwert positiv wird (wenn vorhergesehen wird, dass die Temperatur des SCR-Katalysators steigen wird), größer als der Richtwert ist. Dadurch wird der Bereich, in dem der DeNox-Betrieb untersagt wird, breiter, und die Voraussetzung des DeNox-Betriebs gemäß Formel (6) wird schwieriger erfüllbar, sodass entsprechend die Häufigkeit der Betätigung des DeNox-Betriebs absinkt. Ähnlich wird der Korrekturschwellenwert RT_REG_REQ_MOD(k) dahingehend korrigiert, dass dessen Wert, wenn der Prognoseparameterwert negativ wird (wenn vorhergesehen wird, dass die Temperatur des SCR-Katalysators fallen wird), kleiner als der Richtwert ist. Dadurch wird der Bereich, in dem der DeNox-Betrieb untersagt wird, schmaler, und die Voraussetzungen des DeNox-Betriebs werden einfacher erfüllbar, sodass entsprechend die Häufigkeit der Betätigung des DeNox-Betriebs ansteigt. [Formel 21]
    Figure DE102016200464A1_0022
  • Als Nächstes bestimmt die FI-ECU gemäß der Formel (22) das NOx-Speichervoraussetzungs-Flag F_denox_st(k) mittels Vergleiches der NOx-Anhäufrate des LNT-Katalysators Rt_st_nox_hat(k) mit den beiden Schwellenwerten RT_REG_REQ_MOD(k) und RT_REG_ DON. [Formel 22]
    Figure DE102016200464A1_0023
  • Das durch das Abgasreinigungssystem gemäß der vorgenannten Ausführungsform erzielte Resultat ist nahezu identisch mit den Resultaten, erzielt durch die Abgasreinigungssystems, gemäß der zweiten und dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Ausführungsform 5
  • Der nächste Abschnitt befasst sich mit dem Abgasreinigungssystem gemäß einer fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Dieses unterscheidet sich von dem Abgasreinigungssystem gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Vorgehen zur Errechnung des Fahrttyp-Erkennungsparameters.
  • Im Abgasreinigungssystem gemäß der zweiten Ausführungsform sowie in den Abgasreinigungssystemen der dritten und vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die sich auf das Abgasreinigungssystem gemäß der zweiten Ausführungsform stützen, wurde gemäß 13, 14, Formel (11) etc. die Historie der Fahrtkonditionen des Fahrzeugs (Veränderungen der Fahrtgeschwindigkeit) gespeichert und dazu verwendet, den Fahrttyp-Erkennungsparameter zu errechnen. Dabei dient der Fahrttyp-Erkennungsparameter, der sich über die Historie der Fahrtkonditionen des Fahrzeugs definiert, wie bereits erwähnt, dazu, die zukünftigen Fahrtkonditionen des Fahrzeugs sowie die zukünftigen Temperaturveränderungen anzuzeigen. Der dazu dienende Fahrttyp-Erkennungsparameter lässt sich, abgesehen von der Historie der Fahrtkonditionen des Fahrzeugs, ebenso mittels der Historie der Betriebszustände des Motors, welche sich nach der Zahl der Umdrehungen, dem Motordrehmoment u. ä. richten, bestimmen. IM Folgenden wird ein Beispiel dazu erläutert.
  • 21 ist ein Flussdiagramm, das das genaue Vorgehen zur Errechnung des Fahrttyp-Erkennungsparameter mittels der Historie der Betriebszustände des Motors zeigt. Dabei sind die Vorgänge in S61 bis S63 in 21 dieselben wie in S51 bis S53 der 14.
  • In S64 errechnet die FI-ECU sowohl das Motordrehmoment Eng_trq(k) als auch die Zahl der Umdrehungen Eng_spd(k), multipliziert diese und errechnet dadurch den Motorbetriebslastparameter Eng_para(k) (Eng_para(k) = Eng_trq(k) × Eng_spd(k)). In S65 errechnet die FI-ECU die Summe Sum_eng(k) des Motorlastsparameters (Sum_eng(k) = Sum_eng(k – 1) + Eng_para(k)). In S66 aktualisiert die FI-ECU einen Gegenwert N_drv(k) zur Errechnung des Durchschnittswert des Motorlastsparameters (N_drv(k) = N_drv(k – 1) + 1).
  • In S67 aktualisiert die FI-ECU den Ringpuffer (Drv_ave(0), ... Drv_ave(5)) der Durchschnittswerte des Motorlastsparameters eines Fahrzyklus. Im Einzelnen errechnet die FI-ECU mittels der in S65 und S66 errechneten Gegenwert N_drv(k) und Summe Sum_eng(k) einen Durchschnittswert des Motorlastsparameters des letzten Fahrzyklus und speichert diesen im Puffer mit der jüngsten Ziffer Drv_ave(0) und verschiebt die nachfolgenden Werte jeweils um 1. In S68 setzt die FI-ECU die Fahrtzeit Tm_drv(k) auf 0 zurück, in S69 die Summe Sum_eng(k) auf 0 zurück, und in S70 den Gegenwert N_drv(k) auf 0 zurück.
  • In S71 errechnet die FI-ECU mittels der unten angegebenen Formel (23) den Fahrtypparameter Pre_delta_eng(k), und beendet daraufhin den Vorgang. Der Fahrttyp-Erkennungsparameter, der sich nach der Historie des Fahrtzustands des Motors definiert, erfüllt somit dieselbe Aufgabe wie der Fahrttyp-Erkennungsparameter gemäß der zweiten Ausführungsform. [Formel 23]
    Figure DE102016200464A1_0024
  • Vorliegend wurden verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erläutert, doch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. So wurde z. B. in der zweiten bis fünften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, entsprechend dem Vorgehen gemäß 14 und 21, das LNT-Temperatur-Flag F_denox_tscr(k) mittels des Fahrttyp-Erkennungsparameter bestimmt, doch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Der Fahrttyp-Erkennungsparameter zur Bestimmung des LNT-Temperaturvoraussetzungs-Flags hätte auch mittels anderer Vorgehensweisen errechnet werden können und ist nicht auf das Vorgehen gemäß 14 beschränkt, solange der Fahrttyp-Erkennungsparameter dieselbe beschriebene Funktion (den Wert zu ändern entsprechend der Ab- bzw. Zunahme der künftigen Fahrtgeschwindigkeit sowie entsprechend der Ab- bzw. Zunahme der künftigen Temperatur des Katalysators). Ein Fahrttyp-Erkennungsparameter mit derselben Funktion kann auch mittels eines neuronalen Netzwerks errechnet werden.
  • 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 überführt, 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 überführt werden können.
  • 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 beschränkt. 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 das in Form des vorgenannten Treibstoffs vorliegt, welches aus den Einspritzdüsen gespritzt wird.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Motor (Brennkraftmaschine)
    2
    Abgasreinigungssystem
    31
    stromaufwärtige Katalysatorwandler (LNT-Katalysator)
    33
    stromabwärtige Katalysatorwandler (SCR-Katalysator)
    4
    Urea/Wasser-Zuführvorrichtung (Zuführvorrichtung für das Reduktionsmittel)
    52
    stromaufwärtige Katalysatortemperatursensor (Temperaturerfassungselemente)
    53
    stromabwärtige Katalysatortemperatursensor (Temperaturerfassungselemente)
    71
    FI-ECU (LNT-Kat-Reduktionsvorrichtung, Speichervorrichtung, Vorhersagevorrichtung, Temperaturerfassungselemente, Lasterfassungsvorrichtung, Auffangmengenzähler)
  • 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 zum Lösen der Aufgabe des vorgenannten Abgasreinigungssystems mit den folgenden Elementen:
    einen LNT-Katalysator;
    einen SCR-Katalysator; und
    eine FI-ECU, die, um im LNT-Katalysator angehäuftes NOx zu reduzieren, je nachdem, ob bestimmte Voraussetzungen erfüllt sind, einen DeNOx-Betrieb einleitet und den LNT-Katalysator in reduzierende Atmosphäre überführt.
  • Dabei prognostiziert die FI-ECU, basierend auf der Historie des Fahrzustands des Fahrzeugs, die Veränderung der Temperatur des SCR-Katalysators, und prognostiziert sie, dass die Temperatur des SCR-Katalysators steigen wird, verändert sie die Voraussetzungen so, dass die Häufigkeit der Betätigung des DeNOx-Betriebs verringert wird, und prognostiziert sie, dass die Temperatur des SCR-Katalysators fallen wird, verändert sie die Voraussetzungen so, dass die Häufigkeit der Betätigung des DeNOx-Betriebs erhöht wird.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2000-265828 [0006]
    • JP 2010-116784 [0006]
    • JP 2009-85178 [0006]

Claims (4)

  1. Ein Abgasreinigungssystem für Brennkraftmaschinen, das umfasst: einen LNT-Katalysator, der in einem Abgaskanal einer Brennkraftmaschine angeordnet ist, und NOx in oxidierender Atmosphäre auffängt und in reduzierender Atmosphäre reduziert; eine LNT-Kat-Reduktionsvorrichtung, die, wenn bestimmte Vornahmevoraussetzungen erfüllt sind, eine zusätzliche Treibstoffeinspritzung vornimmt und den LNT-Katalysator in eine reduzierende Atmosphäre überführt, um im LNT-Katalysator angehäuftes NOx zu reduzieren; einen im Abgaskanal der Brennkraftmaschine angeordneten SCR-Katalysator, der ein Reduktionsmittel mit NOx reagieren lässt und so NOx reduziert; eine Zuführvorrichtung, die das Reduktionsmittel oder einen Vorläufer des Reduktionsmittels in den SCR-Katalysator leitet; eine Speichervorrichtung, die mindestens eine der Historien der Betriebszustände der Brennkraftmaschine und Historien der Fahrtzustände des Fahrzeugs, in das die Brennkraftmaschine eingebaut ist, speichert; und eine Vorhersagevorrichtung, die die Veränderungen der Temperatur des SCR-Katalysators basierend auf der mittels der Speichervorrichtung gespeicherten Historien vorhersagt, dadurch gekennzeichnet, dass die LNT-Kat-Reduktionsvorrichtung, wenn die Vorhersagevorrichtung vorhersagt, dass die Temperatur des SCR-Katalysators steigen wird, die Vornahmevoraussetzungen derart verändert, dass die Häufigkeit der zusätzlichen Treibstoffeinspritzung abnimmt, und wenn die Vorhersagevorrichtung vorhersagt, dass die Temperatur des SCR-Katalysators fallen wird, die Vornahmevoraussetzungen derart verändert, dass die Häufigkeit der zusätzlichen Treibstoffeinspritzung zunimmt.
  2. Das Abgasreinigungssystem für eine Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgasreinigungssystem zusätzlich ein Schalttemperaturerfassungselement umfasst, wobei eine der Vornahmevoraussetzungen ist, dass die mittels der Temperaturerfassungselemente erfasste Temperatur über einer Schalttemperatur liegt, die ihrerseits innerhalb des Temperaturbereichs liegt, in dem NOx mittels des SCR-Katalysators reduzierbar ist, und die LNT-Kat-Reduktionsvorrichtung, die die Schalttemperatur niedrig regelt, um die Häufigkeit der zusätzlichen Treibstoffeinspritzung zu verringern, wenn mittels der Vorhersagevorrichtung vorausgesagt wird, dass die Temperatur des SCR-Katalysators steigen wird, und die die Schalttemperatur hoch regelt, um die Häufigkeit der zusätzlichen Treibstoffeinspritzung zu erhöhen, wenn mittels der Vorhersagevorrichtung vorausgesagt wird, dass die Temperatur des SCR-Katalysators fallen wird.
  3. Das Abgasreinigungssystem für eine Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgasreinigungssystem zusätzlich eine Lasterfassungsvorrichtung umfasst, das einen Lastparameterwert erfasst, der mit der Last der Brennkraftmaschine korreliert, wobei eine der Vornahmevoraussetzungen ist, dass der Lastparameterwert größer als ein bestimmter Lastschwellenwert ist, und die LNT-Kat-Reduktionsvorrichtung, die den Lastschwellenwert hoch regelt, um die Häufigkeit der zusätzlichen Treibstoffeinspritzung zu verringern, wenn mittels der Vorhersagevorrichtung vorausgesagt wird, dass die Temperatur des SCR-Katalysators steigen wird, und die den Lastschwellenwert niedrig regelt, wenn mittels der Vorhersagevorrichtung vorausgesagt wird, dass die Temperatur des SCR-Katalysators fallen wird, um die Häufigkeit der zusätzlichen Treibstoffeinspritzung zu erhöhen.
  4. Das Abgasreinigungssystem für eine Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgasreinigungssystem zusätzlich einen Auffangmengenzähler, der die im LNT-Katalysator aufgefangene NOx-Menge ermittelt, umfasst, wobei eine der Vornahmevoraussetzungen ist, dass die mittels des Auffangmengenzählers aufgefangene NOx-Menge größer als ein bestimmter Anhäufungs-Schwellenwert liegt, und die LNT-Kat-Reduktionsvorrichtung, die den Anhäufungs-Schwellenwert hoch regelt, um die Häufigkeit der zusätzlichen Treibstoffeinspritzung zu verringern, wenn mittels der Vorhersagevorrichtung vorausgesagt wird, dass die Temperatur des SCR-Katalysators steigen wird, und die den Anhäufungs-Schwellenwert niedrig regelt, wenn mittels der Vorhersagevorrichtung vorausgesagt wird, dass die Temperatur des SCR-Katalysators fallen wird, um die Häufigkeit der zusätzlichen Treibstoffeinspritzung zu erhöhen.
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