DE102017202133A1

DE102017202133A1 - Abgasreinigungssystem für Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102017202133A1
Application number: DE102017202133.0A
Authority: DE
Inventors: Nobuhiro Komatsu
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2016-02-15
Filing date: 2017-02-10
Publication date: 2017-08-17
Also published as: JP6773422B2; JP2017145703A

Abstract

Aufgabe: Die Aufgabe der Enfindung besteht darin, ein Abgasreinigungssystem bereitzustellen, womit eine Regeneration des Filters und des NSCs in effektiver Weise vornehmbar und zugleich ein übermäßiger Temperaturanstieg des Filters vermeidbar ist. Lösung: Ein Abgasreinigungssystem umfassend: einen NSC zum Entfernen von NOx im Abgas, einen Filter zum Auffangen von Partikelmaterial („PM”) im Abgas, einen Differenzdrucksensor zum Ermitteln der PM-Auffangmenge im Filter, und eine Regenerationssteuerung zur alternierenden Vornahme einer Filterregeneration für die Entfernung durch Verbrennen von im Filter angesammeltem PM mittels Zuführens von heissem Abgas in oxidierender Atmosphäre an den Filter, und eines DeSOx-Vorgangs für die Desorption von SOx im NSC mittels Zuführens von heissem Abgas in reduzierender Atmosphäre an den NSC, wobei mittels der Regenerationssteuerung mindestens entweder die angestrebte RICH-Dauer des DeSOx-Vorgangs oder das angestrebte RICH-Mischungsverhältnis des dem NSC zuzuführenden Abgases während des DeSOx-Vorgang entsprechend der PM-Auffangmenge geändert wird.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Abgasreinigungssystem für eine Brennkraftmaschine, und insbesondere ein Abgasreinigungssystem für eine Brennkraftmaschine, welche einen NOx-Katalysator zur Reinigung von NOx im Abgas kombiniert mit einem Filter zum Auffangen von partikelförmigem Material im Abgas. Allgemeiner Stand der Technik
Im Stand der Technik wird ein Abgasreinigungssystem für eine Brennkraftmaschine vorgeschlagen, in welchem ein NOx-Katalysator zur Reinigung von NOx sowie ein Filter zum Auffangen von partikelförmigem Material (im Nachfolgenden „PM” („particulate matter”)) entlang des Abgaskanals der Brennkraftmaschine in Reihe angeordnet sind, und welches dazu dient, NOx und PM, die im Abgas der Brennkraftmaschine enthalten sind, zu entfernen (siehe z. B. Patentschrift 1).
Mit zunehmender Menge an im Filter aufgefangenem PM steigt der Druckverlust um den Filter, was eine Verschlechterung des Treibstoffverbrauchs zur Folge haben kann. Es wird deshalb, sobald eine bestimmte Menge PM im Filter aufgefangen ist, eine Filterregeneration vorgenommen, durch die das im Filter aufgefangene PM entfernt wird durch Verbrennen mittels Zuführens von heissem Abgas in oxidierender Atmosphäre an den Filter.
Der NOx-Katalysator besitzt zwar vorallem die Funktion, NOx im Abgas zu entfernen, verfügt jedoch über eine Nebenfunktion, das im Treibstoff oder Öl enthaltende SOx aufzufangen. Eine hohe Menge an aufgefangenem SOx im NOx-Katalysator kann ein Abschwächen der NOx-Entfernungsleistung zur Folge haben. Es wird deshalb, sobald eine bestimmte Menge an SOx im NOx-Katalysator aufgefangen ist, eine NOx-Katalysatorregeneration (im Nachfolgenden „DeSOx-Vorgang”) vorgenommen, durch die, ähnlich wie bei der vorgenannten Filterregeneration, im NOx-Katalysator aufgefangenes SOx durch Desorption mittels Zuführens von heissem Abgas in reduzierender Atmosphäre an den NOx-Katalysator entfernt wird, und so der NOx-Katalysator wieder tüchtig gemacht wird. Um in dem solchen Abgasreinigungssystem mit kombiniertem Filter und NOx-Katalysator die vorgenannten Funktionen konstant erfüllen zu können, ist es notwendig, die Filterregeneration und den DeSOx-Vorgang zu angemessenen Zeiten vorzunehmen.
Im Abgasreinigungssystem nach Patentschrift 1 wird, wannimmer Filterregeneration und NOx-Katalysatorregeneration als notwendig erachtet werden, die Filterregeneration zur Erhöhung der Abgastemperatur eingeleitet, und der DeSOx-Vorgang wiederholt in Pulsen vorgenommen, um so das dem NOx-Katalysator zugeführte Abgas in eine reduzierende Atmosphäre überzuführen. Um das im NOx-Katalysator aufgefangene SOx zu desorbieren, muss das Abgas, wie bereits erwähnt, in eine reduzierende Atmosphäre übergeführt und erhitzt werden. Im Abgasreinigungssystem nach Patentschrift 1 lässt sich durch die Filterregeneration die Temperatur sowohl des Filters als auch des NOx-Katalysators erhöhen. Der NOx-Katalysator lässt sich mittels der Energie zum Erhitzen des Filters erhitzen. Somit lässt sich eine durch die Filter- und Katalysatorregeneration bedingte Verschlechterung des Treibstoffverbrauchs vermeiden anders als im Fall wo Filterregeneration und DeSOx-Vorgang zu jeweils unterschiedlichen Zeiten stattfinden.
Dokumente des Stands der Technik
Patentschriften

Patentschrift 1: JP Patentoffenlegungsschrift 2005-155374

Kurzdarstellung der Erfindung
Aufgabe der vorliegenden Erfindung
Im Abgasreinigungssystem nach Patentschrift 1 wird mit alternierender Vornahme einer Filterregeneration und eines DeSOx-Vorgangs dem Filter abwechselnd heisses Abgas in oxidierender und reduzierender Atmosphäre zugeführt. Mit Zuführen des Abgases in reduzierender Atmosphäre an den Filter bindet ein Teil des unverbrannten HCs im Abgas an im Filter angesammeltem PM. Es droht, dass große Mengen an PM in kurzer Zeit abbrennen, und die Filtertemperatur dadurch stark steigt, bedingt dadurch, dass direkt nach dem Übergang vom DeSOx-Vorgang in die Filterregeneration dem Filter heisses, sauerstoffreiches Abgas zugeführt wird, welches PM enthält, an das das unverbrannte HC bindet.
Die vorliegende Erfindung umfasst ein Abgasreinigungssystem für Brennkraftmaschinen zur Abgasreinigung mit kombiniertem Filter und NOx-Katalysator, dessen Ziel es ist, die Filter- und NOx-Katalysatorregeneration in effektiver Weise zu gestatten und zugleich einen übermäßigen Temperaturanstieg des Filters zu vermeiden.
Mittel zum Lösen der Aufgabe

(1) Ein Abgasreinigungssystem (z. B. im Nachfolgenden das Abgasreinigungssystem 2) für eine Brennkraftmaschine (z. B. im Nachfolgenden der Motor 1), umfassend: einen im Abgaskanal der Brennkraftmaschine (z. B. im Nachfolgenden das Abgasrohr 11) angeordneten NOx-Katalysator zum Reinigen von NOx im Abgas (z. B. im Nachfolgenden der NSC des Katalysewandlers 31); einen im Abgaskanal angeordneten Filter zum Auffangen von PM im Abgas (z. B. im Nachfolgenden der Filter 32); einen Auffangmengen-Erwerber (z. B. im Nachfolgenden der Differenzdrucksensor 34 und ECU 7) zur Ermittlung der Menge an aufgefangenem PM im Filter; und eine Regenerationssteuerung (z. B. im Nachfolgenden die ECU 7) zur alternierenden Vornahme einer Filterregeneration (z. B. im Nachfolgenden die Filterregeneration in S23 gemäß 5) für die Entfernung von im Filter angesammeltem PM durch Verbrennen mittels Zuführens heissen Abgases in oxidierender Atmosphäre an den Filter, und einer NOx-Katalysatorregeneration (z. B. im Nachfolgenden der DeSOx-Vorgang in S24 gemäß 5) für die Desorption von SOx im NOx-Katalysator mittels Zuführens heissen Abgases in reduzierender Atmosphäre an den NOx-Katalysator, wobei das Abgasreinigungssystem dadurch gekennzeichnet ist, dass mittels der Regenerationssteuerung mindestens entweder die Dauer der NOx-Katalysatorregeneration oder das Mischungsverhältnis des dem NOx-Katalysator zuzuführenden Abgases während der NOx-Katalysatorregeneration entsprechend der Auffangmenge geändert wird.

Im Kontext der Erfindung meint „das Mischungsverhältnis des Abgases” das Sauerstoffverhältnis in Bezug auf die Reduktionselemente wie HC oder CO im Abgas. Nachfolgend soll zudem vereinzelt anstelle der Bezeichnung „Mischungsverhältnis” die Bezeichnung „Luftüberschusszahl” treten, welche sich ergibt durch Dividieren des Mischungsverhältnisses durch das theoretische Mischungsverhältnis. Im Kontext der Erfindung meint ausserdem die „oxidierende Atmosphäre” jenen Zustand, in dem die Sauerstoffdichte des im Filter oder NOx-Katalysator enthaltenen Abgases hoch im Bezug zur Dichte der vorgenannten Reduktionselemente ist. Genauer wird eine solche oxidierende Atmosphäre etwa dadurch erzielt, das Mischungsverhältnis während der Verbrennung in der Brennkraftmaschine magerer („LEAN”) als stöchiometrisch zu regeln. Ferner meint im Kontext der Erfindung die „reduzierende Atmosphäre” jenen Zustand, in dem die Sauerstoffdichte des im Filter oder NOx-Katalysator enthaltenen Abgases niedrig im Bezug zur Dichte der vorgenannten Reduktionselemente ist. Genauer wird eine solche reduzierende Atmosphäre etwa dadurch erzielt, das Mischungsverhältnis während der Verbrennung bspw. durch Nachspritzen fetter („RICH”) als stöchiometrisch zu regeln.

(2) Bevorzugt wird mittels der Regenerationssteuerung die Dauer der NOx-Katalysatorregeneration verkürzt je größer die Auffangmenge zu Beginn der NOx-Katalysatorregeneration ist, und verlängert je geringer die Auffangmenge zu Beginn der NOx-Katalysatorregeneration ist.
(3) Ebenso bevorzugt wird mittels der Regenerationssteuerung das Mischungsverhältnis des dem NOx-Katalysator zuzuführenden Abgases während der NOx-Katalysatorregeneration im Bereich, welcher fetter als stöchiometrisch ist, umso weiter erhöht, je größer die Auffangmenge zu Beginn der NOx-Katalysatorregeneration ist, und umso weiter verringert, je geringer die Auffangmenge zu Beginn der NOx-Katalysatorregeneration ist.

Wirkung der Erfindung

(1) Nach der vorliegenden Erfindung werden die Filterregeneration und NOx-Katalysatorregeneration alternierend vorgenommen (im Nachfolgenden „alternierende Regeneration”). Damit lässt sich der NOx-Katalysator während der NOx-Katalysatorregeneration durch Nutzung der Energie zum Erhitzen des Filters bei der Filterregeneration erhitzen, und die Filterregeneration und NOx-Katalysatorregeneration können effektiver vorgenommen werden als wenn zu unterschiedlichen Zeiten stattfindend. Anzumerken ist, dass der Bereich des Temperaturanstiegs des Filters durch die Verbrennung des PMs beim Übergang von der NOx-Katalysatorregeneration in die Filterregeneration, d. h. Wahrscheinlichkeit, dass es nach besagtem Wechsel zum übermäßigen Temperaturanstieg des Filters kommt, je nach der Menge an angesammeltem PM im Filter während der NOx-Katalysatorregeneration variiert. Nach der vorliegenden Erfindung wird mindestens entweder die Dauer der NOx-Katalysatorregeneration oder das Mischungsverhältnis des Abgases während der NOx-Katalysatorregeneration geändert entsprechend der Menge an angesammeltem PM im Filter, welche in Korrelation steht mit der Wahrscheinlichkeit, dass es zu einem übermäßigen Temperaturanstieg des Filters kommt. Dadurch ist es möglich, während der alternierenden Regeneration die NOx-Katalysatorregeneration für die Dauer und/oder mit dem Mischungsverhältnis, die der Menge an angesammeltem PM entsprechend geregelt wird, vorzunehmen, und so zu vermeinden, dass es beim Betriebswechsel zum übermäßigen Temperaturanstieg des Filters kommt. Folglich lässt sich mit der vorliegenden Erfindung die Filter- und NOx-Katalysatorregeneration effektiv gestalten, während sich zugleich ein übermäßiger Temperaturanstieg des Filters beim Übergang von der NOx-Katalysatorregeneration in die Filterregeneration vermeiden lässt.
(2) Je kürzer die Dauer der NOx-Katalysatorregeneration geregelt wird, desto geringer ist die aus dem NOx-Katalysator desorbierbare Menge an SOx. Jedoch verringert sich die Menge an unverbranntem HC, das an das im Filter angesammelte PM bindet, und so schmälert sich der Bereich des Temperaturanstiegs des Filters beim Übergang von der NOx-Katalysatorregeneration in die Filterregeneration. Je größer hingegen die Menge an aufgefangenem PM ist, desto breiter wird der Bereich des Temperaturanstiegs des Filters beim Übergang von der NOx-Katalysatorregeneration in die Filterregeneration. Nach der vorliegenden Erfindung wird die Dauer der NOx-Katalysatorregeneration umso kürzer geregelt je größer die Menge an aufgefangenem PM zu Beginn der NOx-Katalysatorregeneration ist. Dadurch ist es möglich, die Dauer der NOx-Katalysatorregeneration kurz zu regeln und so einen übermäßigen Temperaturanstieg des Filters zu erschweren, selbst wenn sich bspw. bereits bald nach Beginn der alternierenden Regeneration PM in großen Mengen im Filter ansammelt, es folglich passieren kann, dass beim Übergang von der NOx-Katalysatorregeneration in die Filterregeneration die Filtertemperatur aufgrund des zügigen Abbrennens des PMs übermäßig ansteigt. Nach der vorliegenden Erfindung wird die Dauer der NOx-Katalysatorregeneration entsprechend umso länger geregelt, je geringer die Menge an aufgefangenem PM zu Beginn der NOx-Katalysatorregeneration ist. So ist es möglich, die Dauer der NOx-Katalysatorregeneration lang zu regeln und in dieser Weise SOx zügig zu desorbieren, bspw. wenn die alternierende Regeneration bereits längere Zeit fortwährt und die Beseitigung des im Filter angesammelten PMs fortgeschrittener als zur frühen Regenerationsphase ist, folglich es unwahrscheinlich ist, dass beim Übergang von der NOx-Katalysatorregeneration in die Filterregeneration die Filtertemperatur aufgrund des zügigen Abbrennens des PMs übermäßig ansteigt. Anders ausgedrückt wird die Dauer der NOx-Katalysatorregeneration umso länger geregelt je fortgeschrittener die Beseitigung des im Filter angesammelten PMs ist. Folglich lässt sich ein übermäßiger Temperaturanstieg des Filters vermeiden und gleichzeitig das im NOx-Katalysator aufgefangene SOx schneller desorbieren. Die alternierenden Regeneration kann somit genau um jene Dauer verkürzt (im Nachfolgenden „Dauer von alternierender Regeneration”) und der für die alternierende Regeneration benötigte Treibstoffverbrauch gesenkt werden.
(3) Je höher das Mischungsverhältnis des dem NOx-Katalysator zuzuführenden Abgases ist, desto weniger SOx lässt sich aus dem NOx-Katalysator desorbieren. Gleichzeitig wird die Menge an unverbranntem HC weniger, das an das im Filter angesammelte PM bindet. Somit schmälert sich beim Übergang von der NOx-Katalysatorregeneration in die Filterregeneration der Bereich des Temperaturanstiegs des Filters. Je größer dagegen die Menge an aufgefangenem PM ist, desto breiter wird der Bereich des Temperaturanstiegs des Filters beim Übergang von der NOx-Katalysatorregeneration in die Filterregeneration. Nach der vorliegenden Erfindung wird das Mischungsverhältnis des dem NOx-Katalysator zuzuführenden Abgases während der NOx-Katalysatorregeneration im Bereich, welcher fetter als stöchiometrisch ist, umso weiter erhöht, je größer die Menge an aufgefangenem PM zu Beginn der NOx-Katalysatorregeneration ist. Dadurch ist es möglich, das Mischungsverhältnis während der NOx-Katalysatorregeneration seicht zu regeln und so einen übermäßigen Temperaturanstieg des Filters zu erschweren, selbst wenn sich bspw. bereits bald nach Beginn der alternierenden Regeneration PM in großen Mengen im Filter ansammelt, folglich es passieren kann, dass beim Übergang von der NOx-Katalysatorregeneration in die Filterregeneration die Filtertemperatur wegen des zügigen Abbrennens des PMs übermäßig ansteigt. Nach der vorliegenden Erfindung wird entsprechend das Mischungsverhältnis des dem NOx-Katalysator zuzuführenden Abgases während der NOx-Katalysatorregeneration im Bereich, welcher fetter als stöchiometrisch ist, umso weiter verringert, je geringer die Menge an aufgefangenem PM zu Beginn der NOx-Katalysatorregeneration ist. Dadurch ist es möglich, das Mischungsverhältnis während der NOx-Katalysatorregeneration tief zu regeln und so SOx zügig zu desorbieren, bspw. wenn die alternierende Regeneration bereits längere Zeit fortwährt und die Beseitigung des im Filter angesammelten PMs fortgeschrittener ist verglichen zu der frühen Regenerationsphase, folglich unwahrscheinlich ist, dass beim Übergang von der NOx-Katalysatorregeneration in die Filterregeneration die Filtertemperatur wegen des zügigen Abbrennens des PMs übermäßig ansteigt. Anders ausgedrückt wird das Mischungsverhältnis während der NOx-Katalysatorregeneration tiefer geregelt je fortgeschrittener die Beseitigung des im Filter angesammelten PMs ist. Folglich lässt sich das im NOx-Katalysator aufgefangene SOx schneller desorbieren und gleichzeitig ein übermäßiger Temperaturanstieg des Filters vermeiden. Die Dauer von alternierender Regeneration kann auf diese Weise verkürzt, und so der für die alternierende Regeneration benötigte Treibstoffverbrauch gesenkt werden.

[Kurze Beschreibung der Figuren]
1 zeigt den Aufbau des erfindungsgemäßen Abgasreinigungssystems für eine Brennkraftmaschine entsprechend einer ersten Ausführungsform.
2 zeigt Testergebnisse zum übermäßigen Temperaturanstieg des Filters.
3 zeigt, wie sich das Mischungsverhältnis während dem DeSOx-Vorgang auf die SOx-Desorptionsmenge auswirkt.
4 zeigt ein Ablaufdiagramm, das beschreibt, wie die Zeiten bestimmt werden zu denen eine alternierende Regeneration vorzunehmen ist.
5 zeigt ein Ablaufdiagramm, das die genauen Abläufe einer alternierenden Regeneration beschreibt.
6 zeigt ein Zeitdiagramm, das ein Beispiel gibt für eine alternierende Regeneration die in einem Abgasreinigungssystem entsprechend der Ausführungsform stattfindet.
Ausführungsform der Erfindung
Der nachfolgende Abschnitt behandelt jene erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Heranziehung der Figuren.
1 zeigt den Aufbau einer Brennkraftmaschine (im Nachfolgenden „Motor”) 1 und eines Abgasreinigungssystems 2 entsprechend der Ausführungsform. Das Abgasreinigungssystem 2 umfasst eine entlang des Abgasrohrs 11 angeordnete und sich von einer Abgasöffnung des Motors 1 her erstreckende Katalysereinigungsvorrichtung 3, und eine elektronische Steuerungseinheit (im Nachfolgenden „ECU” („electronic control unit”)) 7 zur Steuerung sowohl des Motors 1 als auch der Katalysereinigungsvorrichtung 3.
Der Motor 1 ist in der Regel, jedoch nicht zwingend, ein sog. „Magerverbrenner”, d. h. das Mischungsverhältnis während der Verbrennung wird im Motor 1 in dem Bereich, welcher magerer als stöchiometrisch ist, geregelt. Konkrete Beispiele sind der Dieselmotor oder der Benzin-Magermotor. Motor 1 ist ausgestattet mit einem Einspritzventil 17 zur Einspritzung von Treibstoff in die Zylinder. Ein Stellantrieb treibt das Einspritzventil 17 an und steht dazu in elektromagnetischer Verbindung entsprechend Steuersignale von der ECU 7. Die ECU 7 bestimmt, unter einer in den Figuren nicht abgebildeten Einspritzregelung, die Einspritzmenge und -zeiten des Einspritzventils 17, und treibt das Einspritzventil 17 zur Verwirklichung an.
Die Katalysereinigungsvorrichtung 3 umfasst einen Katalysewandler 31, einen Filter 32, einen Filtervorgeschalteren Wärmesensor 33, einen Differenzdrucksensor 34 und einen Mischungsverhältnissensor 35, die alle entlang des Abgasrohrs 11 angeordnet sind.
Im Katalysewandler 31, dessen Hauptbestandteil ein Wabenkörper des Durchflusstyps darstellt, ist ein NOx-Speicherreduktionskatalysator (im Nachfolgenden „NSC”) geträgert. Der NSC funktioniert sowohl bei der Entfernung, d. h. Speicherung von NOx im Abgas in oxidierender Atmosphäre und Reduktion des gespeicherten NOx in reduzierender Atmosphäre, als auch bei der Oxidierung, d. h. Verbrennung in oxidierender Atmosphäre von im Abgas enthaltenem HC, CO, und unverbranntem Treibstoff, der durch eine im Nachfolgenden beschriebene Nacheinspritzung zugeführt wird. Die Menge an im NSC speicherbarem NOx ist nach oben begrenzt, und mit zunehmender Menge NOx im NSC sinkt die NOx-Entfernungsleistung des NSCs. Aus diesem Grund wird mit der ECU 7 zu bestimmten Zeiten ein DeNOx-Betrieb vorgenommen. Dabei wird mittels Zuführens von Abgas in reduzierender Atmosphäre an den NSC das im NSC gespeicherte NOx durch Reduktion entfernt und so eine hohe NOx-Entfernungsleistung des NSCs erzielt.
Ferner besitzt der NSC die Funktion, im Treibstoff oder Öl des Motors 1 enthaltenes SOx aufzufangen. Dabei nimmt die NOx-Entfernungsleistung des NSCs ab, je größer die Menge an aufgefangenem SOx ist. Aus diesem Grund wird mit der ECU 7 zu bestimmten Zeiten ein DeSOx-Vorgang mittels Zuführens von heissem Abgas in reduzierender Atmosphäre an den NSC vorgenommen. Auf diese Weise wird die Desorption des im NSC gespeicherten SOx begünstigt und eine hohe NOx-Entfernungsleistung des NSCs erzielt. Die genauen Abläufe und Zeiten der Vornahme des DeSOx-Vorgangs sind weiter unten unter Einbeziehung der 2–6 beschrieben.
Der Filter 32 ist stromabwärts des Katalysewandlers 31 am Abgasrohr 11 angeordnet. Er umfasst einen Wabenkörper des Wandstromtyps mit einer Vielzahl durch poröse Wände voneinander getrennter Zellen, und Verschlüsse, die jeweils alternierend auf der stromauf- und stromabwärtigen Seite der einzelnen Zellen angeordnet sind. PM wie Ruß oder SOF („Soluble Organic Fraction”), welches im ausgestoßenen Abgas des Motors 1 enthalten ist, durchläuft die Poren der porösen Wände des Filters 32 und wird anschließend aufgefangen. Falls sich eine übermäßige Menge PM im Filter 32 ansammelt, droht eine Zunahme des Druckabfalls am Filter 32 und Anstieg der Einspritzmenge des Motors 1, und somit letztlich eine Verschlechterung des Treibstoffverbrauchs. Aus diesem Grund wird mit der ECU 7 zu bestimmten Zeiten eine Filterregeneration vorgenommen. Dabei wird mittels Zuführens von heissem Abgas in oxidierender Atmosphäre an den Filter 32 die Beseitigung des im Filter 32 angesammelten PMs durch Verbrennen gefördert und dadurch eine übermäßige Ansammlung von PM im Filter vermieden. Die genauen Abläufe und Zeiten der Vornahme der Filterregeneration sind weiter unten unter Einbeziehung der 2–6 beschrieben.
Der Filter-vorgeschaltere Wärmesensor 33 ist stromaufwärts des Filters 32 am Abgasrohr 11 angeordnet. Mit ihm wird die Temperatur des dem Filter 32 zuzuführenden Abgases gemessen und ein dem Messwert entsprechendes Signal an die ECU 7 versendet. Anschließend bestimmt die ECU 7 auf Grundlage des vom Filter-vorgeschalteren Wärmesensor 33 versendeten Signals die Filtertemperatur 32 (im Nachfolgenden „Filtertemperatur”).
Mit dem Differenzdrucksensor 34 wird ein Differenzdruck (Druckabfall) am Filter 32 gemessen und ein dem Messwert entsprechendes Signal an die ECU 7 versendet. Anschließend bestimmt die ECU 7 auf Grundlage des vom Differenzdrucksensor 34 versendeten Signals die im Filter 32 angesammelte Menge PM.
Der Mischungsverhältnissensor 35 ist stromaufwärts des Katalysewandlers 31 am Abgasrohr 11 angeordnet. Mit ihm wird das Mischungsverhältnis des dem Katalysewandler 31 zuzuführenden Abgases ermittelt und ein dem Messwert entsprechendes Signal an die ECU 7 versendet.
Die ECU 7 ist ein Mikrocomputer und umfasst: ein I/O-Interface zur AD-Wandlung der von den Sensoren versendeten Messwertsignale, eine weiter unten erläuterte CPU zur Verwaltung der in den Ablaufdiagrammen der 4 und 5 beschriebenen Abläufe, eine Antriebsschaltung zum Antreiben der jeweiligen Einheit zu den durch die Verwaltung geregelten Konditionen, und einen RAM bzw. ROM zur Aufbewahrung weiter unten erläuterter Tabellen zur Bestimmung der angestrebten RICH-Dauer bzw. des angestrebten RICH-Mischungsverhältnisses.
Der vorliegende Abschnitt behandelt die genauen Abläufe der Filterregeneration sowie des DeSOx-Vorgangs entsprechend der vorgenannten Ausführungsform. Die Filterregeneration erfordert, dass die Temperatur des Filters 32 so weit ansteigt bis das PM abzubrennen vermag. Der DeSOx-Vorgang erfordert, dass die Temperatur des NSCs so weit ansteigt bis das SOx desorbiert wird. Die Temperatur zum Abbrennen des PMs im Filter 32 liegt in etwa im selben Bereich wie die Temperatur zur Desorption des SOx im NSC. Um den Treibstoffverbrauch bei Erwärmung des Filters 32 sowie des NSCs zu minimieren, ist es vernünftig, die Filterregeneration und den DeSOx-Vorgang abwechselnd vorzunehmen (im Folgenden „alternierende Filter-NSC-Regeneration”).
Die alternierende Regeneration birgt jedoch Probleme: Der DeSOx-Vorgang erfordert, dass Abgas in reduzierender Atmosphäre für eine bestimmte Zeit kontinuierlich an den NSC geführt wird. Wird der DeSOx-Vorgang in Anwesenheit von PM im Filter vorgenommen, bindet ein Teil des unverbrannten HCs im Abgas an das PM. Somit gelangt während der Filterregeneration die sich an den DeSOx-Vorgang anschließt heisses, sauerstoffreiches Abgas in oxidierender Atmosphäre in den Filter, und es droht, dass eine große Menge PM sowie unverbranntes HC, das sich während des DeSOx-Vorgangs festgesetzt hat, in kürzester Zeit rasant abbrennen, und die Filtertemperatur dadurch rapide ansteigt. Zur Vermeidung eines solchen übermäßigen Temperaturanstiegs des Filters während der alternierenden Regeneration war es in herkömmlichen Abgasreinigungssystemen oftmals erforderlich, zunächst für längere Zeit eine Filterregeneration vorzunehmen, bis das im Filter angesammelte PM soweit entfert war, dass ein übermäßiger Temperaturanstieg des Filters nicht mehr stattfand, da ansonsten der erste DeSOx-Vorgang nicht vornehmbar war. Das Problem war demnach, dass es lange benötigte, bis ausreichend SOx aus dem NSC desorbiert war.
2 zeigt die Testergebnisse zum übermäßigen Temperaturanstieg des Filters ähnlich dem zügigen Abbrennen des PMs beim solchen Übergang vom DeSOx-Vorgang in die Filterregeneration. Es wurde für eine bestimmte Zeit kontinuierlich an den Filter, welcher eine bestimmte Menge an angesammeltem PM enthielt, heisses Abgas in reduzierender Atmosphäre ähnlich dem Abgas während dem DeSOx-Vorgang, und anschließend heisses Abgas in oxidierender Atmosphäre ähnlich dem Abgas während der Filterregeneration, geführt, und dabei die maximale Filtertemperatur gemessen. Die horizontale Achse in 2 beschreibt die Menge [g] an im Filter angesammeltem PM zu Testbeginn. Die vertikale Achse in 2 beschreibt die maximale Filtertemperatur [°C] nach dem Übergang vom DeSOx-Vorgang in die Filterregeneration. Die unterschiedlichen Linien in 2 beschreiben dieselben Testergebnisse zum übermäßigen Temperaturanstieg des Filters, nur dass sich die Dauern des DeSOx-Vorgangs dabei voneinander unterscheiden. Genauer beschreibt die durchgängige Linie das Testergebnis bei längerer Dauer des DeSOx-Vorgangs (Vornahmedauer a[s]), und die gestrichelte Linie das Testergebnis bei kürzerer Dauer des DeSOx-Vorgangs (Vornahmedauer b[s]). Die Strichpunktlinie in 2 beschreibt die Filtertemperaturobergrenze zur Vermeidung, dass der Filter durch einen übermäßigen Temperaturanstieg zu Schaden kommt.
Wie 2 zeigt, je mehr die angesammelte Menge PM zu Testbeginn zunimmt, umso weiter steigt die maximale Filtertemperatur. Der Grund dafür mag sein, dass je mehr PM sich im Filter während des DeSOx-Vorgangs ansammelt, umso mehr unverbranntes HC im Abgas bindet ans PM und umso mehr PM brennt dadurch zügig ab beim Übergang vom DeSOx-Vorgang in die Filterregeneration.
Zudem nimmt die maximale Filtertemperatur zu wenn die Dauer des DeSOx-Vorgangs lang geregelt wird. Der Grund mag sein, dass je länger die Dauer des DeSOx-Vorgangs geregelt wird, umso weiter steigt die Menge an unverbranntem, ans PM bindendem HC, und umso mehr PM brennt somit beim Übergang vom DeSOx-Vorgang in die Filterregeneration zügig ab. Wird das Mischungsverhältnis des Abgases, das dem Filter während des DeSOx-Vorgangs zugeführt wird, kleiner geregelt (also tief zur fetten Seite), nimmt die Menge an unverbranntem HC, das ans PM bindet, zu, und es zeichnet sich qualitativ dasselbe Bild ab wie bei der langgeregelten Dauer des DeSOx-Vorgangs (eine detaillierte Darstellung ist hier nicht dargestellt).
Wie bereits erläutert, korreliert die maximale Filtertemperatur beim Übergang vom DeSOx-Vorgang in die Filterregeneration nicht nur mit der angesammelten PM-Menge zu Beginn des DeSOx-Vorgangs, sondern auch mit der Dauer des DeSOx-Vorgangs und dem Mischungsverhältnis während des DeSOx-Vorgangs. Die Testergebnisse zum übermäßigen Temperaturanstieg des Filters in 2 lassen den Rückschluss zu, dass sich durch Variieren der Dauer des DeSOx-Vorgangs und des Mischungsverhältnisses entsprechend der angesammelten PM-Menge zu Beginn des DeSOx-Vorgangs die maximale Filtertemperatur beim Übergang vom DeSOx-Vorgang in die Filterregeneration innerhalb der Temperaturobergrenze regeln, und so der DeSOx-Vorgang bereits frühzeitig vornehmen lässt. Mit anderen Worten kann es behauptet werden, dass bei einer Dauer von bspw. a[s] der DeSOx-Vorgang erst begonnen werden kann, wenn die angesammelte Menge PM in 2 auf α[g] gesunken ist, da ansonsten die maximale Filtertemperatur die Temperaturobergrenze überschreitet, wohingegen bei einer auf b[s] verkürzten Dauer des DeSOx-Vorgangs der DeSOx-Vorgang bereits frühzeitig vorgenommen werden kann, selbst wenn die angesammelte Menge PM mit β[g] vergleichsweise groß ist. Dasselbe lässt sich über das Variieren des Mischungsverhältnisses während des DeSOx-Vorgangs behaupten.
Der vorliegende Abschnitt behandelt die Beziehung zwischen der Menge an desorbiertem SOx und dem Mischungsverhältnis während des DeSOx-Vorgangs. 3 zeigt die Auswirkungen des Mischungsverhältnisses auf die SOx-Desorptionsmenge während des DeSOx-Vorgangs. Die vertikale Achse in 3 beschreibt die SOx-Desorptionsmenge [g/s] pro Zeiteinheit. Die horizontale Achse beschreibt die SOx-Auffangmenge, d. h. Menge [g/L] an im NSC aufgefangenem SOx pro Volumeneinheit. Die Resultate der Variation, das Mischungsverhältnis während des DeSOx-Vorgangs fetter als stöchiometrisch zu regeln, sind durch unterschiedliche Linien in 3 dargestellt. In 3 wurde das Mischungsverhältnis während des DeSOx-Vorgangs tiefer zur fetten Seite geregelt in der Reihenfolge: durchgängige Linie – gestrichelte Linie – Strichpunktlinie.
3 zeigt, dass je tiefer das Mischungsverhältnis des dem NSC zuzuführenden Abgases während des DeSOx-Vorgangs zur fetten Seite geregelt wird, desto mehr SOx lässt sich desorbieren und desto mehr lässt sich die Menge an aufgefangenem SOx im NSC verringern. Es lässt sich also behaupten, dass sich das im NSC aufgefangene SOx am schnellsten und im größten Umfang desorbieren lässt wenn das Mischungsverhältnis des dem NSC zuzuführenden Abgases während des DeSOx-Vorgangs möglichst fett geregelt wird.
4 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Bestimmung des Zeitpunkts der Vornahme einer alternierenden Regeneration. Genauer zeigt 4 ein Ablaufdiagramm, welches einen durch die ECU in einem bestimmten Zyklus wiederholten Ablauf zur Aktualisierung der Werte von einer Flag der alternierenden Regeneration und einer DeSOxOK-Flag zur Bestimmung des Zeitpunkts der Vornahme einer alternierenden Regeneration beschreibt. Die Flag der alternierenden Regeneration weist hin, dass von der Filterregeneration und dem DeSOx-Vorgang die Vornahme zumindest der Filterregeneration gestattet wird, und die DeSOxOK-Flag weist hin, dass die Vornahme des DeSOx-Vorgangs gestattet wird. Wie weiter unten unter Bezugnahme auf 5 genauer erläutert ist, wird die Filterregeneration vorgenommen, wenn durch die ECU lediglich die Flag der alternierenden Regeneration auf 1 geregelt ist, und der DeSOx-Vorgang, wenn sowohl die Flag der alternierenden Regeneration als auch die DeSOxOK-Flag auf 1 geregelt sind.
In Schritt S1 schätzt die ECU die derzeitige im Filter angesammelte Menge PM ab und veranlasst im Anschluss den Übergang zu Schritt S2. Dabei lässt sich die angesammelte Menge PM auch bspw. mittels eines Differenzdrucksensors direkt ermitteln oder auf der Grundlage der Historie der Motorbetriebs wie z. B. der Einspritzmenge oder der Abgastemperatur abschätzen. In Schritt S2 stellt die ECU fest, ob die Flag der alternierenden Regeneration den Wert 1 trägt, und falls nein (NO), veranlasst die ECU den Übergang zu Schritt S3 zur Bestimmung, ob die Zeit zur Einleitung der alternierenden Regeneration gekommen ist, und dessen fortfolgende Schritte; und falls ja (YES), veranlasst die ECU den Übergang zu Schritt S11 zur Bestimmung, ob die Zeit zum Beenden der gegenwärtig ablaufenden alternierenden Regeneration gekommen ist, und dessen fortfolgende Schritte.
In Schritt S3 stellt die ECU fest, ob die in S1 ermittelte angesammelte Menge PM einen vordefinierten Regenerationsstart-Schwellwert, bei dem die Regeneration zu starten ist, entsprechend der PM-Auffangleistung des Filters, übersteigt. Stellt die ECU fest, dass die angesammelte Menge PM den besagten Regenerationsstart-Schwellwert überschreitet (YES), bestimmt die ECU, dass die Zeit zur Einleitung der alternierenden Regeneration gekommen ist, regelt die Flag der alternierenden Regeneration von 0 auf den Wert 1 (siehe Schritt S4), und beendet den Ablauf. Mit der Regelung der Flag der alternierenden Regeneration auf den Wert 1 wird die Vornahme der alternierenden Regeneration bestehend aus der Filterregeneration und dem DeSOx-Vorgang begonnen (siehe weiter unten Schritt S21 in 5). Stellt die ECU in Schritt S3 fest, dass die angesammelte Menge PM den besagten Regenerationsstart-Schwellwert nicht überschreitet (NO), wird der bisherige Wert 0 der Flag der alternierenden Regeneration als auch der DeSOxOK-Flag beibehalten, und der Ablauf anschließend beendet.
In Schritt S11 stellt die ECU fest, ob das im Filter angesammelte PM durch Verbrennen nahezu vollständig abgebrannt ist, und genauer stellt die ECU fest, ob die in Schritt S1 ermittelte angesammelte Menge PM sich soweit verringert hat, dass sie einen vordefinierten Regenerationsend-Schwellwert, bei dem die Regeneration zu beenden ist und der geringfügig größer als 0 ist, nicht überschreitet. Stellt die ECU in Schritt S11 fest, dass der besagte Regenerationsend-Schwellwert nicht überschritten wird (YES), bestimmt die ECU, dass die Zeit zum Beenden der alternierenden Regeneration gekommen ist, regelt sowohl die Flag der alternierenden Regeneration (siehe Schritt S12) als auch die DeSOxOK-Flag (siehe Schritt S13) zurück auf den Wert 0, und beendet den Ablauf. Stellt die ECU in Schritt S11 fest, dass der besagte Regenerationsend-Schwellwert überschritten wird (NO), d. h., dass das im Filter angesammelte PM noch nicht ausreichend entfernt ist, veranlasst die ECU den Übergang zu Schritt S14.
In Schritt S14 stellt die ECU fest, ob die DeSOxOK-Flag den Wert 1 trägt, und falls nein (NO), d. h. falls die Filterregeneration gegenwärtig vorgenommen wird, veranlasst die ECU den Übergang zu Schritt S15 worin die ECU feststellt, ob die Zeit zur Einleitung des DeSOx-Vorgangs gekommen ist; und falls die DeSOxOK-Plag den Wert 1 trägt (YES), veranlasst die ECU den Übergang zu Schritt S19 worin die ECU feststellt, ob die Zeit zum Beenden des gegenwärtig ablaufenden DeSOx-Vorgangs gekommen ist.
In Schritt S15 stellt die ECU fest, ob den vordefinierten Voraussetzungen eines DeSOx-Vorgangs genügt wird. Diese sind jene Voraussetzungen, die zum Einleiten des DeSOx-Vorgangs erfüllt sein müssen, und können bspw. die folgenden Voraussetzungen (A) bis (D) umfassen:

(A) Verstreichen einer vordefinierten Mindestintervallzeit seit dem Ende des letzten DeSOx-Vorgangs;
(B) Angesiedeltsein des Motorbetriebszustands innerhalb eines vordefinierten Bereichs welcher zumindest nicht den Bereich des Leerlaufbetriebs miteinbezieht;
(C) Angesiedeltsein der Abgastemperatur auf der stromaufwärtigen Seite des Filters innerhalb eines vordefinierten Temperaturbereichs worin eine Erlaubnis zur DeSOx-Vornahme erteilt wird und der zumindest die Temperatur beinhaltet, bei der eine SOx-Desorption im NSC stattfindet; und
(D) Vorhandensein einer nicht geringer als zu desorbierenden Menge an aufgefangenem SOx im NSC.

Wird der DeSOx-Vorgang über längere Zeit hinweg kontinuierlich vorgenommen, bindet unverbranntes HC in kumulativer Weise an das PM, sodass die Filtertemperatur droht, mit Übergang vom DeSOx-Vorgang in die Filterregeneration, übermäßig anzusteigen. Durch Stellen der Voraussetzung (A) in Schritt S15 und somit Sicherstellen, dass die Filterregeneration für mindestens eine Mindestintervallzeit seit dem letzten bis zum nächsten DeSOx-Vorgang vorgenommen wird, lässt sich das unverbrannte HC, welches während dem letzten DeSOx-Vorgang an das PM gebunden hat, in dieser Zeit abbrennen und so vermeiden, dass unverbranntes HC in kumulativer Weise ans PM bindet.
Befindet sich beim Übergang vom DeSOx-Vorgang in die Filterregeneration der Motor etwa im Leerlaufbetrieb worin dem Filter ein Abgas mit niedrigem Durchfluss und hoher Sauerstoffdichte zugeführt wird, steigt das Risiko eines übermäßigen Temperaturanstiegs des Filters. Aus diesem Grund wird in Schritt S15 mittels Stellen der Voraussetzung (B) garantiert, dass der DeSOx-Vorgang erst dann begonnen wird, wenn der Betriebszustand des Motors innerhalb eines bestimmten Bereichs liegt. Um SOx während dem DeSOx-Vorgang effektiver aus dem NSC zu desorbieren, lassen sich in Schritt S15 zusätzlich die Voraussetzungen (C) und (D) stellen. Sind sämtliche Voraussetzungen (A) bis (D) erfüllt, stellt die ECU fest, dass eine Durchführung des DeSOx-Vorgangs erlaubt ist, und regelt somit die DeSOxOK-Flag von 0 auf den Wert 1 (siehe Schritt S16).
In Schritt S17 regelt die ECU wie lange der DeSOx-Vorgang kontinuierlich vorzunehmen ist (im Folgenden ”angestrebte RICH-Dauer”), und veranlasst im Anschluss den Übergang zu Schritt S18. In der ECU gespeichert ist die unten abgebildete Tabelle zur Regelung der angestrebten RICH-Dauer, die das Verhältnis zwischen der angesammelten Menge PM und entsprechender angestrebten RICH-Dauer bestimmt. In Schritt S17 wird unter Zuhilfenahme der besagten Tabelle die angestrebte RICH-Dauer entsprechend der in Schritt S1 ermittelten angesammelten Menge PM geregelt. Wie der Tabelle zu entnehmen ist, wird dabei die angestrebte RICH-Dauer bevorzugt umso kürzer geregelt je größer die angesammelte Menge PM ist. So ist es möglich, den DeSOx-Vorgang bereits frühzeitig vorzunehmen, selbst wenn die im Filter angesammelte Menge PM noch vergleichsweise groß ist, wie bereits unter Heranziehung der 2 erläutert. Ebenso wird bevorzugt, die angestrebte RICH-Dauer umso länger zu regeln je fortgeschrittener der Brennprozess und somit geringer die angesammelte Menge PM im Filter ist. Dadurch ist es möglich, im NSC aufgefangenes SOx in kürzerer Zeit zu desorbieren und dennoch einen übermäßigen Temperaturanstieg des Filters zu vermeiden. [Tabelle 1]

Angesammelte Menge PM [g] groß ... ... gering

Angestrebte RICH-Dauer [s] kurz ... ... lang
In Schritt S18 regelt die ECU das Mischungsverhältnis des Abgases (im Folgenden ”angestrebtes RICH-Mischungsverhältnis”), welches dem NSC während des DeSOx-Vorgangs zuzufühen ist, und beendet im Anschluss den Ablauf. In der ECU gespeichert ist die unten abgebildete Tabelle zur Regelung des angestrebten RICH-Mischungsverhältnisses, die das Verhältnis zwischen der angesammelten Menge PM und entsprechendem des angestrebten RICH-Mischungsverhältnisses bestimmt. im Verhältnis zur angesammelten Menge PM. In Schritt S18 wird unter Zuhilfenahme der besagten Tabelle das angestrebte RICH-Mischungsverhältnis entsprechend der in Schritt S1 ermittelten angesammelten Menge PM geregelt. Wie der Tabelle zu entnehmen ist, wird dabei das angestrebte RICH-Mischungsverhältnis bevorzugt umso seichter (größer) innerhalb des Bereichs, welcher fetter als stöchiometrisch ist, geregelt, je größer die angesammelte Menge PM ist. Dadurch ist es möglich, den DeSOx-Vorgang bereits frühzeitig vorzunehmen, selbst wenn die im Filter angesammelte Menge PM noch vergleichsweise groß ist, wie bereits unter Heranziehung der 2 erläutert. Ebenso wird bevorzugt, das angestrebte RICH-Mischungsverhältnis umso tiefer (kleiner) zu regeln je fortgeschrittener der Brennprozess und somit geringer die angesammelte Menge PM im Filter ist. Dadurch ist es möglich, im NSC aufgefangenes SOx in kürzerer Zeit zu desorbieren und dennoch einen übermäßigen Temperaturanstieg des Filters zu vermeiden. [Tabelle 2]

Angesammelte Menge PM [g] groß ... ... gering

Angestrebtes RICH-Mischungsverhältnis [A/F] seicht (groß) ... ... tief (klein)
In Schritt S19 stellt die ECU fest, ob seit Beginn des DeSOx-Vorgangs die in Schritt S17 geregelte angestrebte RICH-Dauer verstrichen ist. Stellt die ECU in Schritt S19 fest, dass jene Dauer verstrichen ist (YES), regelt die ECU die DeSOxOK-Flag von 1 auf den Wert 0 und veranlasst so den Übergang vom DeSOx-Vorgang in die Filterregeneration (siehe Schritt S13). Anschließend beendet die ECU den Ablauf. Stellt die ECU in Schritt S19 fest, dass die besagte Dauer nicht verstrichen ist (NO), behält die ECU den bisherigen Wert 1 der DeSOxOK-Flag bei um so den DeSOx-Vorgang so lange weiter vorzunehmen, bis die angestrebte RICH-Dauer verstrichen ist, und beendet anschließend den Ablauf.
5 zeigt ein Ablaufdiagramm, das die genauen Abläufe der alternierenden Regeneration beschreibt. Der in 5 abgebildete Ablauf wird durch die ECU in einem bestimmten Zyklus unter Berücksichtigung bspw. der in 4 aktualisierten Flag der alternierenden Regeneration und DeSOxOK-Flag sowie der ebendort geregelten angestrebten RICH-Dauer und angestrebten RICH-Mischungsverhältnis wiederholt.
In Schritt S21 stellt die ECU fest, ob die Flag der alternierenden Regeneration den Wert 1 trägt; falls nein (NO), beendet die ECU geradewegs den Ablauf ohne dabei Filterregeneration oder DeSOx-Vorgang vorzunehmen; falls ja (YES), veranlasst die ECU den Übergang zu Schritt S22.
In Schritt S22 stellt die ECU fest, ob die DeSOxOK-Flag den Wert 1 trägt; falls nein (NO), d. h. falls lediglich die Flag der alternierenden Regeneration den Wert 1 trägt, veranlasst die ECU eine Filterregeneration zur Beseitigung des im Filter angesammelten PMs mittels Verbrennens desselben durch Zuführen von Abgas in oxidierender Atmosphäre an den Filter, das heisser als die Brenntemperatur des PMs ist (siehe Schritt S23). Genauer wird während der Filterregeneration das Mischungsverhältnis während der Verbrennung magerer als stöchiometrisch geregelt und eine Nacheinspritzung vorgenommen, damit der unverbrannte Treibstoff unter Ausnutzung der oxidativen Funktion des NSCs abbrennt und das Abgas erhitzt. Damit eine Filtertemperatur, die der Brenntemperatur des PM entspricht, entstehen kann, lässt sich die Menge der Nacheinspritzung regulieren, z. B. mittels Daten von einem Filter-vorgeschalteren Wärmesensor.
Stellt die ECU in Schritt S22 fest, dass die DeSOxOK-Flag den Wert 1 trägt (YES), d. h. dass sowohl die Flag der alternierenden Regeneration als auch die DeSOxOK-Flag den Wert 1 tragen, nimmt die ECU einen DeSOx-Vorgang zur Förderung der SOx-Desorption im NSC vor, indem die ECU veranlasst, dass Abgas in reduzierender Atmosphäre, das heisser als die Desorptionstemperatur des SOx im NSC ist, an den NSC leitet wird (siehe Schritt S24). Genauer wird während des DeSOx-Vorgangs das Mischungsverhältnis während der Verbrennung auf der Grundlage der Daten seitens des Mischungsverhältnissensors fetter als stöchiometrisch geregelt bis das Mischungsverhältnis des an den NSC zuführenden Abgases dem in Schritt S18 in 4 geregelten angestrebten RICH-Mischungsverhältnis entspricht, um so heisses Abgas in reduzierender Atmosphäre an den NSC zu führen und SOx zu desorbieren.
6 zeigt ein Zeitdiagramm für ein Beispiel einer alternierenden Regeneration gemäß den Ablaufdiagrammen der 4 und 5. Der obere Teil von 6 zeigt die angesammelte Menge PM (siehe Linie 61), die NSC-Temperatur (siehe Linie 62) sowie die Fahrzeuggeschwindigkeit (siehe Linie 63). Der mittlere Teil zeigt die Luftüberschusszahl λ im an den NSC zuführenden Abgas, und der untere Teil zeigt die SOx-Auffangmenge im NSC. Der Zeitraum in dem die Filterregeneration vorgenommen wird, ist in 6 schraffiert gekennzeichnet. Der Zeitraum in dem der DeSOx-Vorgang vorgenommen wird, ist grau gekennzeichnet.
Der Zeitpunkt t1 beschreibt den Moment in dem die angesammelte Menge PM den Regenerationsstart-Schwellwert übersteigt und die Flag der alternierenden Regeneration den Wert 1 annimmt (siehe Schritte S5 und S6 in 4). Dadurch beginnt die alternierende Regeneration aus abwechselnder Filterregeneration und DeSOx-Vorgang (siehe Schritt S21 in 5). Es findet als erstes die Filterregeneration statt (siehe Schritt S23 in 5), worin durch Nacheinspritzung heisses Abgas in oxidierender Atmosphäre an den Filter geleitet wird, und es zum Anstieg der Filtertemperatur und somit allmählichen Beseitigung des angesammelten PMs durch Verbrennen kommt. Die angesammelte Menge PM beginnt abzunehmen. Zugleich steigt während der Filterregeneration die Abgastemperatur aufgrund der Verbrennung des mittels Nacheinspritzung eingeleiteten unverbrannten Treibstoffs unter Ausnutzung der oxidativen Funktion des NSCs, wodurch sowohl die Filtertemperatur als auch die NSC-Temperatur steigen.
Der Zeitpunkt t2 beschreibt den Moment in dem erkannt wird, dass den Voraussetzungen des DeSOx-Vorgangs in Schritt S15 in 4 genügt ist und so die DeSOxOK-Flag den Wert 1 annimmt (siehe Schritte S15 und S16 in 4). Es beginnt sodann der erste DeSOx-Vorgang (siehe Schritt S24 in 5). Im DeSOx-Vorgang, wird heisses Abgas in reduzierender Atmosphäre an den NSC geführt, wodurch im NSC aufgefangenes SOx desorbiert und die SOx-Auffangmenge reduziert wird. Wird der DeSOx-Vorgang über die in Schritt S17 in 4 geregelte angestrebte RICH-Dauer hinweg vorgenommen, wird die DeSOxOK-Flag auf den Wert 0 geregelt (siehe Schritte S19 und S13 in 4) und die Filterregeneration wird erneut begonnen. Im Anschluss findet der DeSOx-Vorgang jedes Mal dann statt, wenn die Voraussetzungen des DeSOx-Vorgangs gemäß Schritt S15 in 4 erfüllt sind. Dadurch wird die Filterregeneration und der DeSOx-Vorgang alternierend solange vorgenommen, bis im Zeitpunkt t3 die angesammelte Menge PM unterhalb des Regenerationsend-Schwellwerts sinkt. Da entsprechend den Voraussetzungen des DeSOx-Vorgangs eine Mindestintervallzeit vorgesehen ist, besitzen die einzelnen Zeiträume, in denen der DeSOx-Vorgang stattfindet, die Länge der Mindestintervallzeit oder eine Länge größer als dieselbe.
Entsprechend der Ausführungsform wird die angestrebte RICH-Dauer und das angestrebte RICH-Mischungsverhältnis während dem DeSOx-Vorgang entsprechend der angesammelten Menge PM zu Beginn des DeSOx-Vorgangs variiert. Auf diesem Weg wird die angestrebte RICH-Dauer während dem ersten DeSOx-Vorgang kürzer als die angestrebte RICH-Dauer während dem darauffolgenden DeSOx-Vorgang geregelt (siehe Schritt S17 in 4). Ebenso wird das angestrebte RICH-Mischungsverhältnis während dem ersten DeSOx-Vorgang seichter als das darauffolgende angestrebte RICH-Mischungsverhältnis geregelt (siehe Schritt S18 in 4). Im Gegensatz zu herkömmlichen Abgasreinigungssystemen in denen die angestrebte RICH-Dauer und das angestrebte RICH-Mischungsverhältnis während dem DeSOx-Vorgang statisch geregelt werden, vermag das erfindungsgemäße Abgasreinigungssystem aufgrund des besagtes Variierens der angestrebten RICH-Dauer und des angestrebten RICH-Mischungsverhältnisses entsprechend der angesammelten Menge PM der erste DeSOx-Vorgang bereits frühzeitig einleiten und dennoch ein übermäßiger Temperaturanstieg des Filters vermeiden (siehe gestrichelte Linie 64 in 6). Gemäß der Ausführungsform werden entsprechend der Verringerung der angesammelten Menge PM die angestrebte RICH-Dauer länger und das angestrebte RICH-Mischungsverhältnis tiefer geregelt, und so die SOx-Auffangmenge mit Verringerung der angesammelten Menge PM (d. h. mit fortschreitender Filterregeneration) effektiver verringert und dennoch ein übermäßiger Temperaturanstieg des Filters vermieden (siehe gestrichelte Linie 65 in 6). Folglich lässt sich, im Vergleich zu herkömmlichen Systemen, die SOx-Auffangmenge nicht nur schneller verringern und somit die Dauer von alternierender Regeneration verkürzt (nach dem Beispiel in 6 entspricht dies t1 bis t3), sondern auch der durch die alternierende Regeneration bedingte Treibstoffverbrauch senken.
Es wurde vorliegend zwar lediglich eine erste Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Dennoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf jene beschränkt. Es wurde bspw. erläutert, dass bei der besagten Ausführungsform Variationen der angestrebten RICH-Dauer und des angestrebte RICH-Mischungsverhältnisses während dem DeSOx-Vorgang entsprechend der angesammelten Menge PM stattfanden (siehe Schritte S17 und S18 in 4). Dennoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf jene beschränkt. So ist es möglich, das angestrebte RICH-Mischungsverhältnis statisch zu regeln und lediglich die angestrebte RICH-Dauer entsprechend der angesammelten Menge PM zu variieren. Ebenso ist es möglich, die angestrebte RICH-Dauer statisch zu regeln und lediglich das angestrebte RICH-Mischungsverhältnis entsprechend der angesammelten Menge PM zu variieren. Es kann also auch entweder die angestrebte RICH-Dauer oder das angestrebte RICH-Mischungsverhältnis variiert werden. Der Effekt bleibt nahezu derselbe.
Bezugszeichenliste

1: Motor (Brennkraftmaschine)
11: Abgasrohr (Abgaskanal)
2: Abgasreinigungssystem
31: Katalysewandler (NOx-Katalysator)
32: Filter
34: Differenzdrucksensor (Auffangmengen-Erwerber)
7: ECU (Regenerationssteuerung)

Aufgabe: Die Aufgabe der Enfindung besteht darin, ein Abgasreinigungssystem bereitzustellen, womit eine Regeneration des Filters und des NSCs in effektiver Weise vornehmbar und zugleich ein übermäßiger Temperaturanstieg des Filters vermeidbar ist.
Lösung: Ein Abgasreinigungssystem umfassend: einen NSC zum Entfernen von NOx im Abgas, einen Filter zum Auffangen von Partikelmaterial („PM”) im Abgas, einen Differenzdrucksensor zum Ermitteln der PM-Auffangmenge im Filter, und eine Regenerationssteuerung zur alternierenden Vornahme einer Filterregeneration für die Entfernung durch Verbrennen von im Filter angesammeltem PM mittels Zuführens von heissem Abgas in oxidierender Atmosphäre an den Filter, und eines DeSOx-Vorgangs für die Desorption von SOx im NSC mittels Zuführens von heissem Abgas in reduzierender Atmosphäre an den NSC, wobei mittels der Regenerationssteuerung mindestens entweder die angestrebte RICH-Dauer des DeSOx-Vorgangs oder das angestrebte RICH-Mischungsverhältnis des dem NSC zuzuführenden Abgases während des DeSOx-Vorgang entsprechend der PM-Auffangmenge geändert 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 2005-155374 [0006]

Claims

Ein Abgasreinigungssystem für eine Brennkraftmaschine, umfassend: einen im Abgaskanal der Brennkraftmaschine angeordneten NOx-Katalysator zum Reinigen von NOx im Abgas; einen im Abgaskanal der Brennkraftmaschine angeordneten Filter zum Auffangen von Partikelmaterial („PM”) im Abgas; ein Auffangmengen-Erwerber zur Erwerbung der Menge an aufgefangenem PM im Filter; und eine Regenerationssteuerung zur alternierenden Vornahme einer Filterregeneration für die Entfernung durch Abbrennen von im Filter angesammeltem PM mittels Zuführens heissen Abgases in oxidierender Atmosphäre an den Filter, und einer NOx-Katalysatorregeneration für die Desorption von SOx im NOx-Katalysator mittels Zuführens heissen Abgases in reduzierender Atmosphäre an den NOx-Katalysator, wobei das Abgasreinigungssystem dadurch gekennzeichnet ist, dass mittels der Regenerationssteuerung mindestens entweder die Dauer der NOx-Katalysatorregeneration oder das Mischungsverhältnis des dem NOx-Katalysator zuzuführenden Abgases während der NOx-Katalysatorregeneration entsprechend der Auffangmenge geändert wird.
Das Abgasreinigungssystem für eine Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Regenerationssteuerung die Dauer der NOx-Katalysatorregeneration umso kürzer geregelt wird je größer die Auffangmenge zu Beginn der NOx-Katalysatorregeneration ist, und umso länger geregelt wird je geringer die Auffangmenge zu Beginn der NOx-Katalysatorregeneration ist.
Das Abgasreinigungssystem für eine Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Regenerationssteuerung das Mischungsverhältnis des dem NOx-Katalysator zuzuführenden Abgases während der NOx-Katalysatorregeneration umso größer geregelt wird auf der Seite, welche fetter als stöchiometrisch ist, je größer die Auffangmenge zu Beginn der NOx-Katalysatorregeneration ist, und umso kleiner geregelt wird auf der Seite, welche fetter als stöchiometrisch ist, je geringer die Auffangmenge zu Beginn der NOx-Katalysatorregeneration ist.