DE102017206727A1

DE102017206727A1 - Überwachen eines Motorabgas-Nachbehandlungssystems

Info

Publication number: DE102017206727A1
Application number: DE102017206727.6A
Authority: DE
Inventors: Frederik De Smet; Christoph Boerensen; Frank Linzen
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2017-04-21
Filing date: 2017-04-21
Publication date: 2018-10-25

Abstract

Der vorliegende Gegenstand bezieht sich auf ein Verfahren und einen Behandlungssystemmonitor (112) zur Überwachung eines Motorabgas-Nachbehandlungssystems (100), das mehr als eine Mager-NO-Falle (LNT) enthält. Das Verfahren enthält ein Empfangen eines Abgases eines gewünschten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses stromaufwärts einer entsprechenden LNT (108, 110). Die LNT (108, 110) wird ferner reich regeneriert und anschließend wird ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das stromabwärts der LNT (108, 110) empfangen wird, ausgewertet. Ferner wird ein Arbeitszustand einer entsprechenden LNT (108, 110) auf der Basis der Überwachung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses stromaufwärts und stromabwärts der LNT (108, 110) bestimmt.

Description

Verbrennungs(IC)-Motoren sind typischerweise an eine emissionsmindernde Vorrichtung zur Verringerung von Verbrennungsnebenprodukten wie Kohlenmonoxid (CO), Kohlenwasserstoff (HC) und Stickoxiden (NO_x) gekoppelt. Für einen mageren Motorbetrieb des IC-Motors kann eine Mager-NO_x-Falle (LNT) an die emissionsmindernde Vorrichtung gekoppelt sein. Die LNT speichert Abgaskomponenten, wie Sauerstoff und NO_x, während des mageren Betriebs. Wenn die Menge an NO_x, die in der LNT gespeichert ist, einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt, erfährt die LNT einen Regenerationsprozess, auch als DeNO_x-Regeneration oder als Spülung bezeichnet, dessen Zweck die Verringerung der Stickoxide (NO_x) ist, die sich in der LNT angesammelt haben. Sobald die Spülung beendet ist, wird der magere Motorbetrieb wiederaufgenommen.
Im aktuellen Szenario verlangen Umweltschutzvorschriften, dass die Leistung der LNT periodisch überwacht wird, um übermäßige NO_x-Emissionen zu vermeiden. Wenn die LNT im Laufe der Zeit schlechter wird, nimmt die Fähigkeit ab, Schadstoffe einzufangen, wodurch sich die atmosphärische Verunreinigung erhöht. Daher ist es wünschenswert, die LNT zu überwachen, um eine Anzeige einer Verschlechterung oder eines Verfalls der LNT über eine vorgegebene Grenze hinaus bereitzustellen.
Ein beispielhaftes System ist in der US Patentschrift US20160003123 A1 ('123-Schrift) beschrieben. Die '123-Schrift beschreibt ein elektronisches Steuermodul zum Betreiben eines IC-Motors. Das elektronische Steuermodul ist konfiguriert, ein erstes Luft-Kraftstoff-Äquivalenzverhältnis von Motorabgasen stromaufwärts einer NO_x-Falle zu überwachen und ein Diagnoseprogramm für die NO_x-Falle zu aktivieren, wenn das erste Luft-Kraftstoff-Äquivalenzverhältnis kleiner Eins ist. Das Diagnoseprogramm ermöglicht dem elektronischen Steuermodul, ein zweites Luft-Kraftstoff-Äquivalenzverhältnis von Motorabgasen stromabwärts der NO_x-Falle zu überwachen, das erste und zweite Luft-Kraftstoff-Äquivalenzverhältnis zur Berechnung eines Index zu verwenden, der für eine Umsetzungseffizienz der NO_x-Falle repräsentativ ist, und ein Versagen der NO_x-Falle zu identifizieren, wenn der Effizienzindex kleiner als ein vorgegebener Schwellenwert ist. Wie verstanden wird, beschreibt die '123-Schrift einen Mechanismus, der ein Überwachen der NO_x-Falle unter Verwendung einer kraftstoffeffizienten Regeneration ermöglicht, wobei die kraftstoffeffiziente Regeneration zur Überwachung einer NO_x-Falle aktiviert wird. Falls jedoch ein Motorabgas-Nachbehandlungssystem mehr als eine NO_x-Falle hat, wäre möglicherweise jede der NO_x-Fallen zu überwachen. Folglich muss für jede NO_x-Falle eine gut kontrollierte, reiche Spülung periodisch ausgelöst werden.
Die vorliegende Kurzdarstellung ist zur Vorstellung von Konzepten bereitgestellt, die sich auf ein Überwachen eines Motorabgas-Nachbehandlungssystems beziehen. Die Konzepte sind in der folgenden ausführlichen Beschreibung näher beschrieben. Diese Kurzdarstellung soll weder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands identifizieren, noch soll sie zur Festlegung oder Einschränkung des Umfangs des beanspruchten Gegenstands verwendet werden.
In einer Implementierung ist ein Verfahren zur Überwachung eines Motorabgas-Nachbehandlungssystems mit mehr als einer LNT beschrieben. Zu diesem Zweck verwendet das Verfahren ein System zur Durchführung aller folgend beschrieben Schritte zur Überwachung des Abgasnachbehandlungssystems. Zur Überwachung des Abgasnachbehandlungssystems wird ein erstes Abgas eines gewünschten ersten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses stromaufwärts einer ersten Mager-NO_x-Falle (LNT) empfangen. Nach dem Empfang wird eine reiche Regeneration der ersten LNT eingeleitet, um ein zweites Abgas mit einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu erhalten. Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des zweiten Abgases, das stromabwärts der ersten LNT empfangen wird, wird überwacht, um zu prüfen, ob das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des zweiten Abgases eines von mager an Stöchiometrie, stöchiometrisch und reich an Stöchiometrie ist. Wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis stromabwärts der ersten LNT höher als das gewünschte Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, wird eine Reduktionsmitteleinspritzung zum zweiten Abgas durch einen Injektor aktiviert, der stromabwärts der ersten LNT angeordnet ist. Nach der Reduktionsmitteleinspritzung wird ein gut kontrolliertes Luft-Kraftstoff-Verhältnis des zweiten Abgases stromabwärts der ersten LNT erhalten. Ferner ist das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des zweiten Abgases im Sinne von Stabilität und seines Schwellenwerts gut kontrolliert. In einem Beispiel ist das gut kontrollierte Luft-Kraftstoff-Verhältnis mindestens eines von einem stöchiometrischen und einem unterstöchiometrischen Verhältnis.
Ferner wird das zweite Abgas eines gewünschten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses stromaufwärts der zweiten LNT empfangen, die mit der ersten LNT gekoppelt ist. Ferner wird eine reiche Regeneration der zweiten LNT eingeleitet. Sobald die zweite LNT regeneriert ist, wird ein drittes Abgas eines dritten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, das stromabwärts der zweiten LNT empfangen wird, ausgewertet. Schließlich wird auf der Basis der Auswertung der Luft-Kraftstoff-Verhältnisse stromaufwärts und stromabwärts dieser LNT ein Arbeitszustand einer entsprechenden LNT bestimmt. In einem Beispiel kann das Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das stromabwärts der entsprechenden LNT überwacht wird, mit einem vordefinierten Schwellenwert verglichen werden. Basierend auf dem Vergleich kann der Arbeitszustand der LNT bestimmt werden.
Somit können unter Verwendung des zuvor beschriebenen Verfahrens mehr als eine LNT gleichzeitig unter Verwendung einer einzigen Spülung überwacht werden und daher kann der erforderliche Kraftstoffverbrauch minimiert werden. Zusätzlich verwendet das Verfahren die einzelne Spülung zur Überwachung der folgenden LNTs durch Einspritzen des Reduktionsmittels in das Abgas der LNT stromaufwärts der folgenden LNT, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases auf ein gewünschtes Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu bringen, um ein anschließendes Spülen durchzuführen, wodurch eine effiziente Überwachung der mehreren LNTs unter Verwendung einer minimierten Kraftstoffquantität garantiert ist.
Die folgende ausführliche Beschreibung nimmt auf die Zeichnungen Bezug, wobei:

1 eine Anlage eines Motorabgas-Nachbehandlungssystems anhand eines Beispiels des vorliegenden Gegenstands zeigt;
2 ein Blockdiagramm eines Behandlungssystemmonitors zur Überwachung eines Motorabgas-Nachbehandlungssystems anhand eines Beispiels des vorliegenden Gegenstands zeigt;
3 eine grafische Darstellung von Lambda-Signalen stromaufwärts und stromabwärts einer Mager-NO_x-Falle (LNT) während einer Regeneration zeigt, wenn die Reduktionsmitteleinspritzung aktiviert ist; und
4 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Überwachung eines Motorabgas-Nachbehandlungssystems anhand einer Implementierung des vorliegenden Gegenstands zeigt.

Im Allgemeinen können Verbrennungsmotoren, insbesondere Dieselmotoren bei Luft-Kraftstoffgemisch-Verhältnissen arbeiten, die mager an Stöchiometrie sind. Für einen mageren Motorbetrieb sind NO_x-Fallen, allgemein als Mager-NO_x-Fallen (LNT) bezeichnet, eine Lösung, NO_x in einem Motorabgas-Nachbehandlungssystem zu verringern. Die LNT speichert Abgasemissionen, wie zum Beispiel Oxidantien, während des Betriebs des Motors bei einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis und setzt die Abgasemissionen frei und spült diese, wenn der Motor bei einem reichen oder stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis arbeitet.
Gegenwärtig wird eine LNT als eine mögliche Abgasnachbehandlungslösung für mager betriebene Motoren angesehen. Die Technologie der Mager-NO_x-Falle verwendet typischerweise Akalimetall- oder Erdalkalimaterialien in Kombination mit Platin, um NO_x unter mageren Betriebsbedingungen zu speichern und einzufangen. Der Mechanismus für eine NO_x-Speicherung beinhaltet die Oxidation von NO zu NO₂ über das Platin, gefolgt von der anschließenden Bildung eines Nitratkomplexes mit dem Alkalimetall oder Erdalkali. Unter stöchiometrischen oder reichen Bedingungen wird das gespeicherte NO_x zuerst freigesetzt und wird dann katalytisch auf Edelmetallen um den Überschuss von CO, H₂ und HCs im Abgas verringert.
Aufgrund der Wärmebelastung während der Lebenszeit kann die LNT schlechter werden, wodurch ihre Fähigkeit, NO_x zu speichern und umzusetzen, beeinträchtigt wird. Wenn daher die LNT-Speicherkapazität ausreichend verringert ist, ist ein Spülvorgang, insbesondere ein reicher Spülvorgang, erforderlich. Der Begriff Spülung kann als ein Prozess zur Entfernung von Stickoxiden durch eine reiche Regeneration bezeichnet werden. Typischerweise wird ein Motor-Luft-Kraftstoff-Verhältnis für eine Oxidansfreisetzung und -verringerung von mager zu reich geändert.
Die derzeit erhältlichen Motorabgas-Nachbehandlungssysteme, bezeichnet als ‚Behandlungssysteme‘, können mehr als eine LNT für eine bessere Abgasnachbehandlungslösung enthalten. Zum Beispiel kann das Behandlungssystem eine Abgasanlage enthalten, die mehrere LNTs umfasst. Zur beständigen Einhaltung von Emissionsstandards und zum Erreichen von Vorteilen in der Kraftstoffökonomie eines mager brennenden Motors ist es wünschenswert, die Kapazität der LNT zu überwachen, Oxidantien, wie Sauerstoff oder NO_x, mit einem einzigen Spülvorgang zu speichern. Ferner müssen für einen effizienten LNT-Betrieb Mittel zum Erhöhen des Kraftstoff/Luft-Verhältnisses (K/L) im Abgas auf Lambda (Lambda ist das Luft/Kraftstoff-Verhältnis relativ zum stöchiometrischen Wert) in einem vordefinierten Bereich mit einem ausreichenden Wert an Reduktionsmitteln (HC und CO) unter allen Motorbetriebsbedingungen vorhanden sein.
Zur Überwachung mehrerer LNTs sind gut kontrollierte Lambda-Bedingungen erforderlich. Zum Spülen der LNT ist Abgas in einem gut kontrollierten Luft-Kraftstoff-Verhältnis stromaufwärts der LNT einzuführen und das gut kontrollierte Luft-Kraftstoff-Verhältnis kann nicht einfach durch Einspritzen von etwas zusätzlichem Kraftstoff stromaufwärts der LNT erreicht werden. Die LNT speichert NO_x und hat auch eine Sauerstoffspeicherfunktion. Während einer reichen Regeneration werden HC und CO, die der LNT zugeführt werden, zum Umsetzen von gespeichertem NO_x wie auch zum Umsetzen von gespeichertem Sauerstoff verwendet. Der Begriff reiche Regeneration ist das Spülen der LNT, wenn ein Luft-Kraftstoffgemisch reich an Stöchiometrie oder gleich einer Stöchiometrie darin aufgenommen wird. Die Umsetzung von NO_x ist eine langsamere Reaktion als die Umsetzung von Sauerstoff, da O₂ rasch an dem Katalysator direkt nach einer reichen Regeneration gespeichert wird und eine NO_x-Speicherung über eine längere Zeit (Minuten) erfolgt, bevor der Katalysator gesättigt wird. Wenn eine reiche Regeneration nach der langen NO_x-Speicherperiode ausgelöst wird, nimmt das stromabwärtige Lambda-Signal aufgrund der langsamen NO_x-Umsetzung typischerweise langsam unter Lambda 1 ab. Daher ist es schwierig, den exakten Lambda-Wert, insbesondere ein tiefes Lambda stromabwärts der LNT, zu erhalten, der die LNT robust überwachen kann.
Zu diesem Zweck sind hier Methoden zur Überwachung mehrerer Mager-NO_x-Fallen (LNTs) in einem Motorabgas-Nachbehandlungssystem, bezeichnet als Behandlungssystem, beschrieben. In einem Beispiel implementiert ein System ein Verfahren zur Überwachung des Motorabgas-Nachbehandlungssystems. Das System kann mindestens zwei LNTs enthalten, ohne aber darauf beschränkt zu sein. Das System kann einen ersten Sensor, einen zweiten Sensor und einen dritten Sensor enthalten, ohne aber darauf beschränkt zu sein. In einem Beispiel kann ein zusätzlicher Sensor zwischen dem zweiten Sensor und der zweiten LNT angeordnet sein. Ferner kann das System eine erste Steuerung, eine zweite Steuerung und eine dritte Steuerung enthalten, ohne aber darauf beschränkt zu sein, wobei alle Steuerungen an die Sensoren gekoppelt sind.
Zur Überwachung der entsprechenden LNT ist eine reiche Regeneration erforderlich. In einem Beispiel erfordert die reiche Regeneration der LNT ein Abgas eines gewünschten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses. Insbesondere kann das gewünschte Luft-Kraftstoff-Verhältnis ein stöchiometrisches Verhältnis oder ein unterstöchiometrisches Verhältnis sein. In einem Beispiel kann das gewünschte Luft-Kraftstoff-Verhältnis ein gut kontrolliertes Luft-Kraftstoff-Verhältnis sein.
In Betrieb wertet der erste Sensor ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis von Gas aus, das aus dem Motor ausgestoßen wird, wenn er unter der kraftstoffreichen Bedingung arbeitet. In einem Beispiel kann das Gas, das aus dem Motor ausgestoßen wird, ein erstes Abgas sein. Die kraftstoffreiche Bedingung kann anhand des Motorantriebszustands bestimmt werden. Beispiele für eine solche kraftstoffreiche Bedingung können Daten enthalten, die das stöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis oder das unterstöchiometrische Luft-Kraftstoff-Verhältnis darstellen. In einem Beispiel wertet der erste Sensor ein Abgas eines ersten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses stromaufwärts der ersten LNT aus. In einem anderen Beispiel ist das erste Luft-Kraftstoff-Verhältnis ein gewünschtes Luft-Kraftstoff-Verhältnis.
Nach der Auswertung kann das Abgas des gewünschten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses stromaufwärts der ersten LNT empfangen werden. Das Abgas kann so gesehen werden, dass es das gewünschte Luft-Kraftstoff-Verhältnis enthält, das zwischen dem stöchiometrischen und unterstöchiometrischen Bereich variiert. Sobald das Abgas in der ersten LNT empfangen wird, wird eine reiche Regeneration der ersten LNT eingeleitet. In einem Beispiel wird ein Spülvorgang der ersten LNT eingeleitet, in dem der magere Betrieb des Motors zum reichen Betrieb des Motors gewechselt wird. In einem Beispiel ist eine optimale Temperatur zu detektieren, wenn die reiche Regeneration der ersten LNT ausgelöst wird. Ferner kann eine Raumgeschwindigkeit eines Katalysators zum Auslösen der reichen Regeneration der ersten LNT erfüllt sein. Wenn die reiche Regeneration der ersten LNT eingeleitet wird, wird ein Abgas mit einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis stromabwärts der ersten LNT erhalten. Während des Spülvorgangs der ersten LNT kann die Lambda-Eigenschaft des Abgases von dem gewünschten Luft-Kraftstoff-Verhältnis variieren. In einem Beispiel kann das Abgas, das stromabwärts der ersten LNT empfangen wird, ein zweites Abgas sein.
Dazu wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das stromabwärts der ersten LNT empfangen wird, ausgewertet. Basierend auf der Auswertung wird bestimmt, ob das ausgewertete Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases einen vordefinierten Schwellenwert erfüllt, der einen Arbeitszustand der ersten LNT definiert. In einem Beispiel wertet der zweite Sensor das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases aus, das stromabwärts der ersten LNT empfangen wird. Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das stromabwärts der ersten LNT ausgewertet wird, kann zur Diagnose der ersten LNT verwendet werden.
Wenn ferner das ausgewertete Luft-Kraftstoff-Verhältnis höher als das gewünschte Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, wird eine Reduktionsmitteleinspritzung in das Abgas durch einen Injektor aktiviert, der zwischen den zwei LNTs angeordnet ist, um ein Abgas eines gewünschten zweiten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zu erhalten. Das heißt, die Reduktionsmitteleinspritzung in das Abgas erreicht ein gut kontrolliertes Lambda zur Überwachung der LNT. In einem Beispiel, wenn das überwachte Luft-Kraftstoff-Verhältnis gleich dem oder kleiner als das gewünschte(n) Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, wird das überwachte Luft-Kraftstoff-Verhältnis als das zweite Luft-Kraftstoff-Verhältnis angesehen, ohne Aktivierung der Reduktionsmitteleinspritzung. In einem Beispiel ist das zweite Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases im Sinne von Stabilität und seines Schwellenwerts gut kontrolliert. In einem Beispiel ist das gut kontrollierte Luft-Kraftstoff-Verhältnis mindestens eines von einem stöchiometrischen und einem unterstöchiometrischen Verhältnis. In einem Beispiel kann ein zusätzlicher Sensor zwischen dem zweiten Sensor und stromaufwärts der zweiten LNT angeordnet sein. Der zusätzliche Sensor kann das zweite Luft-Kraftstoffgemisch nach der Reduktionsmitteleinspritzung mit einem vordefinierten Schwellenwert vergleichen. In einer anderen Implementierung kann der Injektor ein Zerstäuber sein. In einem Beispiel kann der Injektor ein externer Injektor sein. In einem anderen Beispiel kann der Injektor einen Steuermechanismus umfassen. Ferner dient der Steuermechanismus zum Aktivieren eines Steueralgorithmus basierend auf der Auswertung, die die erforderliche Kraftstoffdifferenz feststellt, die erforderlich ist, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases mit dem vordefinierten Schwellenwert oder dem gewünschten Luft-Kraftstoff-Verhältnis abzustimmen. Der Steueralgorithmus gibt den Injektor zum Aktivieren der Reduktionsmitteleinspritzung in das Abgas frei.
Sobald das Abgas des gewünschten zweiten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses erhalten ist, wird das Abgas mit gewünschtem zweiten Luft-Kraftstoff-Verhältnis stromaufwärts der zweiten LNT empfangen. In einem Beispiel wird das Abgas, das aus der ersten LNT austritt, direkt von der zweiten LNT empfangen, vorausgesetzt, dass das Abgas, das aus der ersten LNT austritt, ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis hat, das gleich dem oder kleiner als das stöchiometrische(n) Verhältnis ist. In einem Beispiel wird ein gut kontrolliertes Abgas stromaufwärts der zweiten LNT empfangen.
Sobald das Abgas des gewünschten zweiten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses empfangen wird, wird eine reiche Regeneration der zweiten LNT eingeleitet. Wenn die reiche Regeneration der zweiten LNT eingeleitet wird, wird ein Abgas mit einem dritten Luft-Kraftstoff-Verhältnis stromabwärts der zweiten LNT erhalten. Während des Spülvorgangs der zweiten LNT kann die Lambda-Eigenschaft des anderen Abgases vom gewünschten Luft-Kraftstoff-Verhältnis variieren. In einem Beispiel kann das Abgas, das stromabwärts der zweiten LNT empfangen wird, ein drittes Abgas sein.
Ferner wird das dritte Luft-Kraftstoff-Verhältnis des anderen Abgases, das stromabwärts der zweiten LNT empfangen wird, ausgewertet. In einem Beispiel wertet der dritte Sensor das dritte Luft-Kraftstoff-Verhältnis des anderen Abgases aus, das stromabwärts der zweiten LNT empfangen wird. Die Überwachung kann eine Alterung der LNT bestimmen, wenn das ausgegebene Luft-Kraftstoff-Verhältnis einen vorgegebenen Schwellenwert nicht erfüllt, was anzeigt, ob die LNT versagt oder funktionsfähig ist.
Sobald die Luft-Kraftstoff-Verhältnisse stromaufwärts und stromabwärts der mehreren LNTs ausgewertet sind, werden die Arbeitszustände der LNTs bestimmt. Der Arbeitszustand der LNT ist die Fähigkeit der LNT, Schadstoffe einzufangen und sie bei einer Reduktion während der Regeneration umzusetzen. Die Überwachung der LNT kann die Alterung der LNT definieren und kann den Zustand anzeigen, wenn die LNT versagt.
In einem Beispiel wird der Arbeitszustand der entsprechenden LNT durch Überwachen einer Menge von Sauerstoff bestimmt, die in die LNT über einen Zeitraum nach der reichen Regeneration ein- und aus dieser austritt. Basierend auf den Sauerstoffmengen, die durch die LNT ein- und austreten, kann eine Sauerstoffmenge ausgewertet werden, die in der LNT eingefangen wird. Die eingefangene Sauerstoffmenge kann eine Anzeige der Sauerstoffmenge sein, die zur Oxidation von Schadstoffen verbraucht wird. Ferner kann die in der LNT eingefangene Sauerstoffmenge mit einem vorgegebenen Schwellenwert verglichen werden. Der vorgegebene Schwellenwert kann ein Bereich von Werten sein; wenn die in der LNT eingefangene Sauerstoffmenge in diesen Bereich fällt, kann angenommen werden, dass die LNT funktionsfähig ist.
In einem anderen Beispiel wird der Arbeitszustand der entsprechenden LNT durch Auswerten des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses bestimmt, das in die LNT während der reichen Regeneration eintritt. Als allgemeines Szenario ist das Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das in die LNT eintritt, das gewünschte Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das aus der LNT während der reichen Regeneration austritt, wird ausgewertet. Das Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das aus der LNT austritt, ist von der Oxidation abhängig, die im Inneren der LNT ausgeführt wird. Basierend auf dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis, das in die LNT eintritt und aus dieser austritt, wird ein relatives Luft-Kraftstoff-Verhältnis berechnet. Ferner wird das berechnete relative Luft-Kraftstoff-Verhältnis mit einem vorgegebenen Schwellenwert verglichen. Der vorgegebene Schwellenwert kann ein Bereich von Werten sein; wenn das relative Luft-Kraftstoff-Verhältnis in diesen Bereich fällt, kann angenommen werden, dass die LNT funktionsfähig ist.
Auf diese Weise wird ein gut kontrolliertes Lambda zur Überwachung des Motorabgas-Nachbehandlungssystems erhalten. Das Verfahren überwacht das Motorabgas-Nachbehandlungssystem mit den mehreren LNTs während eines Spülvorgangs durch Verwendung der Reduktionsmitteleinspritzung, um die Überwachungsfrequenz zu maximieren und den Kraftstoffverbrauch zu minimieren. Das Verfahren verringert die Komplexität von zwei aufeinanderfolgenden Spülungen, indem eine Notwendigkeit eliminiert wird, Spülungsauslösungsbedingungen zweimal kurz nacheinander zu erfüllen, wodurch das Verfahren eine Überwachung während eines Spülvorgangs ermöglicht und zu einer Minimierung des Kraftstoffverbrauchs führt. In dem hier beschriebenen Gegenstand muss der Injektor nur das Kraftstoff-Delta zwischen dem Lambda der stromabwärtigen ersten LNT und dem Ziel-Lambda addieren, das Lambda der stromabwärtigen ersten LNT während der reichen Regeneration ist bereits <=1. Auf diese Weise ist die hinzuzufügende Kraftstoffmenge begrenzt. Daher wird die Effizienz des Motorabgas-Nachbehandlungssystems mit minimiertem Kraftstoff und vereinfachter Technik effizient überwacht.
Die obengenannten Beispiele können in einer oder mehreren auf einem Prozessor beruhenden oder anderen logischen Vorrichtung(en) oder (einem) derartigen System(en) implementiert sein. Solche Vorrichtungen oder Systeme können in das Motorabgas-Nachbehandlungssystem eines Fahrzeugs integriert werden.
Die obengenannten Implementierungen sind hier unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren näher beschrieben. Es sollte festgehalten werden, dass die Beschreibung und die Figuren sich auf beispielhafte Implementierungen beziehen und nicht als Einschränkung des vorliegenden Gegenstands auszulegen sind. Es ist auch klar, dass verschiedene Anordnungen entworfen werden können, die, wenn auch hier nicht ausdrücklich beschrieben oder dargestellt, die Prinzipien des vorliegenden Gegenstands verkörpern. Ferner sollen alle Aussagen hierin, die Prinzipien, Aspekte und Ausführungsformen wie auch spezielle Beispiele nennen, andere Implementierungen enthalten, ohne vom Umfang des vorliegenden Gegenstands abzuweichen.
1 stellt eine Anlage bereit, die ein Abgasnachbehandlungssystem 100 gemäß einer Implementierung des vorliegenden Gegenstands zeigt. Das Abgasnachbehandlungssystem 100 ist ferner als das System 100 bezeichnet. Das System 100 enthält mehrere Sensoren 102-1, 2, 3, die gemeinsam als Sensor(en) 102 bezeichnet werden. In einem Beispiel kann (können) der (die) Sensor(en) 102 ein universeller Abgassauerstoff(UEGO)-Sensor sein. In einem Beispiel sind die UEGO-Sensoren auch als proportionale Sauerstoffsensoren bekannt. Jeder der mehreren Sensor(en) 102 kann zur Überwachung der mehreren LNTs in einem Motorabgas-Nachbehandlungssystem bereitgestellt sein. In einem Beispiel kann (können) der (die) mehreren Sensor(en) 102 Luft-Kraftstoff-Verhältnisse in verschiedenen Stufen im System 100 auswerten. Es sollte festgehalten werden, dass die Art, in der der (die) Sensor(en) 102 bereitgestellt ist (sind), von dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis abhängig ist, das ausgewertet wird. Es ist klar, dass Werte der Luft-Kraftstoff-Verhältnisse, die von dem (den) Sensor(en) 102 gemessen werden, davon abhängig sein können, wie der Motor betrieben wird und unter welchen Bedingungen der Motor betrieben wird.
Die mehreren Mager-NO_x-Fallen (LNTs) enthalten, ohne aber darauf beschränkt zu sein, eine erste LNT 108 und eine zweite LNT 110. Die erste LNT 108 und die zweite LNT 110 sind an einen Motor 104 gekoppelt. Die erste LNT 108 und die zweite LNT 110 haben eine NO_x-Speicherkapazität. In einem Beispiel ist die zweite LNT 110 stromabwärts der ersten LNT 108 relativ zur Strömungsrichtung der NO_x-haltigen reichen Dieselemission angeordnet. Die zweite LNT 110 hat einen stromabwärtigen Ausgang und ist mit der ersten LNT 108 gekoppelt. In einem anderen Beispiel ist ein Dieselteilchenfilter stromabwärts der ersten LNT 108 angeordnet.
Wie unter Bezugnahme auf 1 klar wird, wird der Emissionsstrom vom Motor 104 produziert und fließt durch einen Emissionseinlass aus dem Motor 104. Ferner ist ein Injektor 106 zwischen der ersten LNT 108 und der zweiten LNT 110 angeordnet. In einem Beispiel können mehrere Injektoren vorhanden sein. Der Injektor 106 kann ein Reduktionsmittel über eine Einführungsöffnung einführen, wenn es notwendig, ist, Luft-Kraftstoff-Verhältnisanforderungen zu erfüllen.
Ferner kann das System 100 einen Behandlungssystemmonitor 112 enthalten, der betriebsbereit an die Sensoren 102, Steuerungen und den Injektor 106 gekoppelt ist. Der Behandlungssystemmonitor 112 interagiert betriebsbereit mit den Signalen der Sensoren 102 für eine angemessene Überwachung der LNTs 108, 110.
In einem Beispiel können mehr als eine LNT irgendwo im Motorabgas-Nachbehandlungssystem montiert sein. Eine typische Anlage ist, wo die erste LNT im Motorabgas-Nachbehandlungssystem in der nahe dem Motor gekoppelten Position montiert ist und die zweite LNT im Motorabgas-Nachbehandlungssystem in einer Unterbodenposition montiert ist.
Es ist klar, dass eine Kombination von Werten verschiedener Luft-Kraftstoff-Verhältnisse als der Motoraktion entsprechend angesehen werden kann, die allgemein als angemessen erachtet wird. Zum Beispiel können angemessene Motoraktionen einen kraftstoffreichen Betrieb, Betrieb, der reich an Stöchiometrie ist, und stöchiometrischen Betrieb enthalten. In einem Beispiel können Werte von Luft-Kraftstoff-Verhältnissen, die angemessenen Aktionen entsprechen, vordefiniert sein. Solche Motoraktionen können so angesehen werden, dass sie ein gewünschtes Luft-Kraftstoff-Verhältnis erzeugen, das allgemein akzeptablen Aktionen entspricht, die als passend für die Überwachung des Motorabgas-Nachbehandlungssystems angesehen werden. In einem Beispiel beruht das gewünschte Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf historisch gesammelten Daten, die auf den Motoraktionen beruhen, die von anderen Fahrzeugen derselben Kategorie ausgeführt werden.
Fortsetzend mit der Implementierung wie in 1 dargestellt, kann (können) der (die) Sensor(en) 102 ferner an den Motor 104 und die LNTs 108, 110 gekoppelt sein. Der (die) Sensor(en) 102 erzeugt (erzeugen) ein Signal, dessen Größe proportional zum Sauerstoffwert (Luft-Kraftstoff-Verhältnis) in den Abgasen ist. Das Signal wird einer Steuerung (nicht dargestellt) bereitgestellt, die es in ein relatives Luft-Kraftstoff-Verhältnis umwandelt. Das Signal wird während der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Rückkopplungssteuerung verwendet, um ein durchschnittliches Luft-Kraftstoff-Verhältnis bei einem gewünschten Luft-Kraftstoff-Verhältnis wie beschrieben zu halten. In einem Beispiel kann (können) der (die) Sensor(en) 102 ein Abgassauerstoffsignal bereitstellen, das anzeigt, ob das Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis mager oder reich an Stöchiometrie ist. In einem anderen Beispiel kann (können) der (die) Sensor(en) 102 einen von einem Kohlenmonoxidsensor, einem Kohlenwasserstoffsensor und einem NO_x-Sensor enthalten, der ein Signal generiert, dessen Größe mit dem Wert an Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoff bzw. NO_x in den Abgasen zusammenhängt. In einem Beispiel kann ein zusätzlicher Sensor zwischen dem zweiten Sensor und stromaufwärts der zweiten LNT angeordnet sein. Der zusätzliche Sensor kann das Abgas mit einem vordefinierten Schwellenwert vergleichen.
Der Behandlungssystemmonitor 112 kann als logikbasiertes System implementiert sein. In einer Implementierung kann der Behandlungssystemmonitor 112 ferner einen Verarbeitungslogikschaltkreis zum Verarbeiten von Daten enthalten, die durch den (die) Sensor(en) 102 erhalten werden. In einem Beispiel kann der Behandlungssystemmonitor 112 ferner eine Überwachungsfunktion enthalten, die als Hardware implementiert sein kann (wie eine elektronische Schaltung mit eingebetteten Anweisungen) oder als Software (ausführbar von einer Verarbeitungsressource eines Rechnersystems) implementiert sein kann.
Das System 100 kann entweder als rechnerbasiertes System implementiert sein, das mit einem Motorabgas nach dem Behandlungssystem des Fahrzeugs integriert ist. Die Daten, die von dem (den) Sensor(en) 102 gesammelt werden, können beständig in einer Ablage (in 1 nicht dargestellt) gehalten werden. Abhängig von einer Anforderung kann eine Kommunikation zwischen der Ablage und dem System 100 errichtet werden. Der Behandlungssystemmonitor 112 kann bei Erhalten der Daten die Daten verarbeiten, um eine oder mehrere Überwachungsfunktion(en) bereitzustellen.
Der Betrieb und die Funktionsweise des Systems 100 wird in Verbindung mit einer ausführlichen Darstellung des Behandlungssystemmonitors 112 bereitgestellt, wie in 2 bereitgestellt. In einer Implementierung des vorliegenden Gegenstands, wie in 2 dargestellt, ist der Behandlungssystemmonitor 112 als Rechnervorrichtung zur Überwachung mehrerer Mager-NO_x-Fallen (LNTs) in einem Motorabgas-Nachbehandlungssystem implementiert. In einem Beispiel kann das Motorabgas-Nachbehandlungssystem im Inneren eines Fahrzeugs vorhanden sein. Fortsetzend mit der vorliegenden Implementierung kann der Behandlungssystemmonitor 112 ferner (eine) Schnittstelle(n) 200, eine Verarbeitungseinheit(en) 202 und einen Speicher 204 enthalten. Die Schnittstelle(n) 200 kann (können) eine Reihe von Schnittstellen enthalten, zum Beispiel Schnittstellen für Dateneingabe- und -ausgabevorrichtungen, bezeichnet als l/O-Vorrichtungen, Speichervorrichtungen, Netzwerkvorrichtungen und dergleichen für eine kommunikative Verknüpfung des Systems 100 mit der Schnittstelle 200 eines Fahrzeugs (in 2 nicht dargestellt). Die Schnittstelle(n) 200 kann (können) auch zur Erleichterung einer Kommunikation zwischen dem Behandlungssystemmonitor 112 und verschiedenen anderen Rechnervorrichtungen verwendet werden, die in einer Netzwerkumgebung verbunden sind.
Die Verarbeitungseinheit(en) 202 kann (können) auch als Signalprozessor(en), Zustandsmaschine(n), logische Schaltungen und/oder jede andere Vorrichtung oder Komponente implementiert sein, die Signale basierend auf Betriebsanweisungen manipuliert. In einem Beispiel enthält die Steuerung, ohne aber darauf beschränkt zu sein, die Verarbeitungseinheit(en) 202. In einem anderen Beispiel kann (können) die Verarbeitungseinheit(en) 202 als eine Steuerung zur Steuerung oder Ausführung verschiedener Funktionen implementiert sein, die mit dem Behandlungssystemmonitor 112 zusammenhängen. In einem Beispiel können die Steuerungen eine erste Steuerung, eine zweite Steuerung und eine dritte Steuerung enthalten. In einem Beispiel sind die Steuerungen betriebsbereit an den (die) Sensor(en) 102 gekoppelt.
Der Speicher 204 kann eine oder mehrere computerlesbare Anweisung(en) speichern, die abgerufen und ausgeführt werden können, um ein oder mehrere Luft-Kraftstoff-Verhältnis(se) den Steuerungen des Monitors 112 bereitzustellen. Der Speicher 204 kann jedes nicht flüchtige computerlesbare Medium enthalten, enthaltend zum Beispiel einen flüchtigen Speicher, wie einen RAM, oder einen nicht flüchtigen Speicher, wie einen EPROM, Flash-Speicher und dergleichen.
Der Behandlungssystemmonitor 112 kann ferner (ein) Modul(e) 206 und Daten 208 enthalten. Das (die) Modul(e) 206 kann (können) als Kombination aus Hardware und Programmierung (z.B. programmierbare Anweisungen) implementiert sein, um eine oder mehrere Funktionalität(en) des Moduls bzw. der Module 206 zu implementieren. In einem Beispiel enthält das (enthalten die) Modul(e) 206 ein Steuermodul 210, ein Überwachungsmodul 212, ein Bestimmungsmodul 214 und (ein) andere(s) Modul(e) 216. Die Daten 208 enthalten andererseits Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Daten 218, vordefinierte Schwellenwertdaten 220 und andere Daten 222.
In hier beschriebenen Beispielen können solche Kombinationen aus Hardware und Programmierung auf zahlreiche verschiedene Weisen implementiert sein. Zum Beispiel kann die Programmierung für das (die) Modul(e) 206 prozessorausführbare Anweisungen sein, die auf einem nicht flüchtigen, maschinenlesbare Speichermedium gespeichert sind, und die Hardware für das (die) Modul(e) 206 kann eine Verarbeitungsressource enthalten (z.B. eine oder mehrere Verarbeitungseinheit(en)), um solche Anweisungen auszuführen. In den vorliegenden Beispielen kann das maschinenlesbare Speichermedium Anweisungen speichern, die, wenn sie von der Verarbeitungsressource ausgeführt werden, (ein) Module(e) 206 oder die zugehörigen Funktionalitäten implementieren. In solchen Beispielen kann der Behandlungssystemmonitor 112 das maschinenlesbare Speichermedium, das die Anweisungen speichert, und die Verarbeitungsressource zur Ausführung der Anweisungen enthalten, oder das maschinenlesbare Speichermedium kann getrennt von dem Behandlungssystemmonitor 112 und der Verarbeitungsressource, aber für diese zugänglich sein. In anderen Beispielen, kann (können) das (die) Modul(e) 206 durch eine elektronische Schaltung implementiert sein.
In Betrieb kann der Behandlungssystemmonitor 112 Werte erhalten, die dem einen oder den mehreren Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Datum (-Daten) 218 entsprechen. In einem Beispiel können die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Daten 218 von dem (den) Sensor(en) 102 erhalten werden. Wie zuvor erklärt, können die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Daten 218 das stöchiometrische Verhältnis, reich-an-Stöchiometrie-Verhältnis, gewünschte Luft-Kraftstoff-Verhältnis, Luft-Kraftstoff-Verhältnisse am Auslass der LNTs enthalten, ohne aber darauf beschränkt zu sein. Ferner können Werte, die in den Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Daten 218 gespeichert sind, von der Art abhängig sein, in der der Motor betrieben wird. Zum Beispiel können sich Werte der Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Daten 218 für neue Motoren von jenen eines Betriebs in einem älteren Motor unterscheiden.
Eine Motorsteuereinheit (nicht dargestellt) betreibt den Motor 104 unter einer kraftstoffreichen Bedingung. In einem Beispiel kann die Motorsteuereinheit an die Verarbeitungseinheit(en) 202 gekoppelt sein. Der Betrieb unter kraftstoffreicher Bedingung ist im Allgemeinen ein Betrieb reich an Stöchiometrie oder ein stöchiometrischer Betrieb. Der Motor wird betrieben, um ein Abgas mit einem gewissen Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu erzeugen. Beim Erreichen des gewissen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, das im Speicher 204 als die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Daten 218 gespeichert sein kann, kann der erste Sensor 102-1 das gewisse Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases speichern, das stromaufwärts der ersten LNT 108 vom Motor 104 erhalten wird.
Ferner ist (sind) die Verarbeitungseinheit(en) 202, die als die Steuerung implementiert ist (sind), an den ersten Sensor 102-1 gekoppelt, um festzustellen, ob das gewisse Luft-Kraftstoff-Verhältnis ein gewünschtes Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist. In einem Beispiel ist die erste Steuerung an den ersten Sensor 102-1 gekoppelt. Das gewünschte Luft-Kraftstoff-Verhältnis kann aus den vordefinierten Schwellenwertdaten 220 gewählt werden. Sobald festgestellt ist, dass das gewisse Luft-Kraftstoff-Verhältnis das gewünschte Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, wird das empfangene Luft-Kraftstoffgemisch als ein erstes Luft-Kraftstoffgemisch bezeichnet. Danach kann die erste LNT 108 das Abgas des gewünschten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses über eine Öffnung (nicht dargestellt) empfangen.
Sobald das Abgas des ersten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses empfangen wird, wird das Steuermodul 210 durch die erste Steuerung aktiviert, um eine reiche Regeneration der ersten LNT 108 einzuleiten. Die reiche Regeneration der ersten LNT 108 kann NO_x, das in der ersten LNT eingefangen wurde, umsetzen und dies führt schließlich zur Freisetzung eines Abgases eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses stromabwärts der ersten LNT 108. Der zweite Sensor 102-2, der an die zweite Steuerung gekoppelt und stromabwärts der ersten LNT 108 angeordnet ist, empfängt das Luft-Kraftstoff-Abgasgemisch des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses stromabwärts der ersten LNT 108. Der zweite Sensor 102-2 kann das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases auswerten, das stromabwärts der ersten LNT 108 empfangen wurde. Der zweite Sensor 102-2 sendet das Signal zur zweiten Steuerung und das Überwachungsmodul 212, das an die erste Steuerung und die zweite Steuerung gekoppelt ist, kann das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases überwachen, das stromabwärts der ersten LNT 108 empfangen wird, und feststellen, ob das überwachte Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das stromabwärts der ersten LNT 108 empfangen wird, höher ist als das gewünschte Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Falls das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Luft-Kraftstoff-Abgasgemisches nicht höher als das gewünschte Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, kann dasselbe Abgas zur nächsten Stufe geleitet werden.
Falls dies nicht der Fall ist und das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases höher als das gewünschte Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, aktiviert die Steuerung den Injektor 106. Der Injektor 106 ist an die Steuerung und das Überwachungsmodul 212 gekoppelt. Der Injektor 106 ist stromabwärts der ersten LNT 108 und des zweiten Sensors 102-2 angeordnet und ist auch stromaufwärts der zweiten LNT 110 angeordnet. Der Injektor 106 kann aktiviert werden, um eine Reduktionsmitteleinspritzung in das Abgas auszulösen, das stromabwärts der ersten LNT 108 empfangen wird und von dem zweiten Sensor 102-2 überwacht wird. Die Reduktionsmitteleinspritzung kann ausgelöst werden, um das Abgas des gewünschten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses durch Einspritzen des Reduktionsmittels bis zu einer vordefinierten Grenze zu erreichen, wodurch das Abgas des gewünschten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in Übereinstimmung mit den vordefinierten Schwellenwertdaten 220 erhalten wird. Sobald das Abgas des gewünschten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses erhalten ist, kann anschließend die zweite LNT 110 das Abgas des gewünschten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses über eine Öffnung (nicht dargestellt) empfangen.
Sobald das Abgas des zweiten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses durch die zweite LNT 110 empfangen wird, wird ferner das Steuermodul 210 durch die Steuerung aktiviert, um eine reiche Regeneration der zweiten LNT 110 einzuleiten. Die reiche Regeneration der zweiten LNT 110 kann zur Freisetzung von NO_x führen, das in der zweiten LNT 110 eingefangen wurde, und führt schließlich zur Freisetzung eines anderen Abgases eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses stromabwärts der zweiten LNT 110. Der dritte Sensor 102-3, der an die dritte Steuerung gekoppelt und stromabwärts der zweiten LNT 110 angeordnet ist, empfängt das andere Abgas des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses stromabwärts der zweiten LNT 110. Der dritte Sensor 102-3 kann das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des anderen Abgases, das stromabwärts der zweiten LNT 110 empfangen wird, auswerten. Der Sensor 102 sendet das Signal zur Steuerung, um einen Arbeitszustand des Motorabgas-Nachbehandlungssystems 100 näher zu bestimmen.
Sobald die Luft-Kraftstoff-Verhältnisse stromaufwärts und stromabwärts der ersten und zweiten LNT 108, 110 ausgewertet sind, werden die Arbeitszustände der ersten und zweiten LNT 108, 110 bestimmt. Der Arbeitszustand der LNT ist die Fähigkeit der LNT, Schadstoffe einzufangen und sie freizusetzen, wenn sie während der Regeneration oxidiert werden. Die Überwachung der LNT kann die Alterung der LNT definieren und kann den Zustand anzeigen, wenn die LNT versagt. Dazu wird das Bestimmungsmodul 214, das an die Steuerungen und den dritten Sensor 102-3 gekoppelt ist, aktiviert. Das Bestimmungsmodul 214 sammelt die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Daten 218 stromaufwärts und stromabwärts der ersten LNT 108 und der zweiten LNT 110. Das Bestimmungsmodul 214 lenkt die gesammelten Daten zum Steuermodul 210. Das Steuermodul 210 vergleicht die gesammelten Daten stromaufwärts und stromabwärts der ersten LNT 108 und der zweiten LNT 110 mit den vordefinierten Schwellenwertdaten 220. Basierend auf dem Vergleich wird bestimmt, ob ein weiteres Spülen erforderlich ist oder die LNT getauscht werden muss.
Durch die Auswirkung des Behandlungssystemmonitors 112 wird ein gut kontrolliertes Luft-Kraftstoff-Verhältnis zur Überwachung des Motorabgas-Nachbehandlungssystems 100 in jeder Stufe des Abgaszyklus erhalten. Der Behandlungssystemmonitor 112 überwacht das Motorabgas-Nachbehandlungssystem 100 mit den mehreren LNTs während eines Spülvorgangs durch Verwendung des Injektors 106, um die Überwachungsfrequenz zu maximieren und den Kraftstoffverbrauch zu minimieren, indem Reduktionsmittel in einer Quantität eingespritzt wird, die erforderlich ist, um das Abgas eines beliebigen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zu dem gewünschten Luft-Kraftstoff-Verhältnis umzuwandeln. Die Komplexität von zwei aufeinanderfolgenden Spülungen wird mit dem vorliegenden, hier beschriebenen Behandlungssystemmonitor 112 eliminiert.
3 zeigt eine grafische Darstellung 300 von Lambda-Signalen stromaufwärts und stromabwärts der ersten LNT 108 während einer Regeneration, wenn die Reduktionsmitteleinspritzung aktiviert wird, gemäß einer Implementierung des vorliegenden Gegenstands. Die Lambda-Signale zeigen Luft-Kraftstoff-Verhältnisse an. Die Grafik zeigt eine Kurve, die zwischen Teilen je Million (PPM) NO_x und den Luft-Kraftstoff-Verhältnissen stromaufwärts und stromabwärts der LNT gezeichnet wird. Die grafische Darstellung 300 zeigt ein normalisiertes Luft-Kraftstoff-Verhältnis im Laufe der Zeit. Das untere Signal ist das Lambda stromaufwärts der LNT und das höhere Signal ist das Lambda stromabwärts der LNT. Die Pfeile zeigen das Delta-Luft-Kraftstoff-Verhältnis, kompensiert durch den Injektor. Das Abgas des gewünschten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, das von der ersten LNT empfangen wird, ist als Lambda stromaufwärts der ersten LNT 108 dargestellt. Dies kann zur Freisetzung von NO_x führen, das in der ersten LNT 108 eingefangen wurde, und führt schließlich zur Freisetzung eines Abgases eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses stromabwärts der ersten LNT 108. Wenn sich das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases unter einen Lambda-Zielwert verschlechtert, wird die Reduktionsmitteleinspritzung aktiviert. Die Reduktionsmitteleinspritzung bringt das Lambda stromabwärts der ersten LNT 108 in einen vordefinierten Schwellenwertbereich.
4 zeigt ein beispielhaftes Verfahren 400 zur Überwachung von mehr als einer Mager-NO_x-Falle (LNT) 108, 110 in einem Motorabgas-Nachbehandlungssystem 100 gemäß einer Implementierung des vorliegenden Gegenstands. Die Reihenfolge, in der das Verfahren beschrieben ist, soll nicht als Einschränkung ausgelegt werden und es kann eine beliebige Anzahl der beschriebenen Verfahrensblöcke in einer beliebigen Reihenfolge kombiniert werden, um die obengenannten Verfahren oder ein alternatives Verfahren zu implementieren. Ferner kann das Verfahren 400 durch eine Verarbeitungsressource oder Rechenvorrichtung(en) durch jede geeignete Hardware, nicht flüchtige maschinenlesbare Anweisungen oder eine Kombination daraus implementiert werden.
Es ist auch klar, dass das Verfahren 400 durch programmierte Rechenvorrichtungen, wie den Behandlungssystemmonitor 112, wie in 2 dargestellt, implementiert werden kann. Ferner kann das Verfahren 400 auf der Basis von Anweisungen ausgeführt werden, die in einem nicht flüchtigen computerlesbaren Medium gespeichert sind, wie leicht zu verstehen ist. Das nicht flüchtige computerlesbare Medium kann zum Beispiel digitale Speicher, Magnetspeichermedien, wie eine oder mehrere Magnetplatte(n) und Magnetbänder, Festplattenlaufwerke oder optisch lesbare Digitaldatenspeichermedien enthalten. Das Verfahren 400 ist unten unter Bezugnahme auf den oben beschriebenen Behandlungssystemmonitor 112 beschrieben; andere geeignete Systeme für die Ausführung dieses Verfahrens können ebenso verwendet werden. Zusätzlich ist eine Implementierung dieser Verfahren nicht auf solche Beispiele beschränkt.
Unter erneuter Bezugnahme auf 4 kann bei Block 402 die erste LNT 108 das Abgas des gewünschten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses empfangen. Bevor die erste LNT 108 das Abgas des gewünschten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses empfängt, kann der erste Sensor 102-1 das Abgas des gewissen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auswerten, das stromaufwärts der ersten LNT 108 empfangen wird. Die erste Steuerung, die an den ersten Sensor 102-1 gekoppelt ist, stellt fest, ob das gewisse Luft-Kraftstoff-Verhältnis ein gewünschtes Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist. In einem Beispiel kann das empfangene Abgas als ein erstes Abgas bezeichnet werden. In einem Beispiel können die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Daten durch einen oder mehrere Sensor(en) 102 erhalten werden, die im Fahrzeug eingesetzt werden. Sobald sie erhalten sind, kann die erste Steuerung das Abgas des gewünschten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses basierend auf den Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Daten 218 erzeugen. In einem Beispiel können die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Daten 218 Daten enthalten, die für die Weise repräsentativ sind, in der der Motor 104 betrieben wird. In einem anderen Beispiel können sie als eine Darstellung einer oder mehrerer Aktion(en) angesehen werden, die von der Motorsteuereinheit ausgeführt wird (werden), während der betreffende Motor betrieben wird.
In Block 404 wird eine reiche Regeneration der ersten LNT 108 durch das Steuermodul 210 aktiviert. Die reiche Regeneration der ersten LNT 108 kann zu einer Freisetzung von NO_x führen, das in der ersten LNT eingefangen wurde, und führt schließlich zur Freisetzung eines Abgases eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses stromabwärts der ersten LNT 108. Ferner kann der zweite Sensor 102-2, der an die zweite Steuerung gekoppelt und stromabwärts der ersten LNT 108 angeordnet ist, das Abgas des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses stromabwärts der ersten LNT 108 empfangen.
In Block 406 kann der zweite Sensor 102-2 das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases auswerten, das stromabwärts der ersten LNT 108 empfangen wird. Der Sensor 102-2 sendet das Signal zu einer der Steuerungen und die Steuerung kann das Überwachungsmodul 212 aktivieren, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das stromabwärts der ersten LNT 108 empfangen wird, zu überwachen und festzustellen, ob das überwachte Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das stromabwärts der ersten LNT 108 empfangen wird, höher als das gewünschte Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist.
Falls das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases höher als das gewünschte Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, aktiviert die Steuerung in Block 408 den Injektor 106. Der Injektor 106 kann aktiviert werden, um eine Reduktionsmitteleinspritzung in das Abgas auszulösen, das stromabwärts der ersten LNT 108 empfangen wird und durch den zweiten Sensor 102-2 überwacht wird. Die Reduktionsmitteleinspritzung kann ausgelöst werden, um das Abgas des gewünschten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses durch Einspritzen des Reduktionsmittels bis zu einer vordefinierten Grenze zu erhalten, wodurch das Abgas des gewünschten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses erhalten wird, das mit den vordefinierten Schwellenwertdaten 220 übereinstimmt. Auf diese Weise muss der Injektor 106 nur das Kraftstoff-Delta zwischen dem Lambda der stromabwärtigen ersten LNT 108 und dem Ziel-Lambda addieren, wodurch die Kraftstoffmenge, die zugegeben wird, begrenzt ist. Daher wird die Effizienz des Motorabgas-Nachbehandlungssystems mit minimiertem Kraftstoff und vereinfachter Technik effizient überwacht.
In Block 410 kann die zweite LNT 110 das Abgas des gewünschten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses empfangen. In einem Beispiel kann die Steuerung, die an die zweite LNT 110 gekoppelt ist, das erhaltene Abgas des gewünschten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zur zweiten LNT 110 für eine spätere Abgasbehandlungslösung lenken.
In Block 412 wird eine reiche Regeneration der zweiten LNT 110 durch weitere Aktivierung des Steuermoduls 210 eingeleitet. Die reiche Regeneration der zweiten LNT 110 kann zu einer Freisetzung von NO_x führen, das in der zweiten LNT 110 eingefangen wurde, und führt schließlich zur Freisetzung von Abgas eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses stromabwärts der zweiten LNT 110. Der dritte Sensor 102-3, der an die dritte Steuerung gekoppelt und stromabwärts der zweiten LNT 110 angeordnet ist, kann das Abgas des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses stromabwärts der zweiten LNT 110 empfangen.
In Block 414 kann das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, das stromabwärts der zweiten LNT 110 empfangen wird, durch den dritten Sensor 102-3 ausgewertet werden. Der Sensor 102 sendet das Signal zur Steuerung, um einen Arbeitszustand des Motorabgas-Nachbehandlungssystems näher zu bestimmen.
In Block 416 werden auf der Basis der Auswertung der Luft-Kraftstoff-Verhältnisse stromaufwärts und stromabwärts der ersten und zweiten LNT 108, 110 die Arbeitszustände der ersten und zweiten LNT 108, 110 durch das Bestimmungsmodul 214 bestimmt. Der Arbeitszustand der LNT ist die Fähigkeit der LNT, Schadstoffe einzufangen und sie freizusetzen, wenn sie während der Regeneration reduziert werden. Die Überwachung der LNT kann die Alterung der LNT definieren und den Zustand anzeigen, wenn die LNT versagt. Dazu wird das Bestimmungsmodul 214, das an die Steuerung und den dritten Sensor 102-3 gekoppelt ist, aktiviert. Das Bestimmungsmodul 214 sammelt die Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Daten 220 stromaufwärts und stromabwärts der ersten LNT 108 und der zweiten LNT 110. Das Bestimmungsmodul 214 lenkt die gesammelten Daten zum Steuermodul 210. Das Steuermodul 210 vergleicht die gesammelten Daten stromaufwärts und stromabwärts der ersten LNT 108 und der zweiten LNT 110 mit den vordefinierten Schwellenwertdaten 220. Auf der Basis des Vergleichs wird bestimmt, ob eine weitere Spülung erforderlich ist oder die LNT getauscht werden muss.
Obwohl Beispiele für die vorliegende Offenbarung in einer Ausdrucksweise beschrieben wurden, die für Strukturelemente und/oder Verfahren speziell ist, sollte klar sein, dass die beiliegenden Ansprüche nicht unbedingt auf die speziellen beschriebenen Elemente oder Verfahren beschränkt sind. Vielmehr sind die speziellen Elemente oder Verfahren als Beispiele der vorliegenden Offenbarung offenbart und erklärt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 20160003123 A1 [0003]

Claims

Verfahren zur Überwachung eines Motorabgas-Nachbehandlungssystems (100), wobei das Verfahren umfasst: Empfangen eines ersten Abgases eines gewünschten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses stromaufwärts einer ersten Mager-NO_x-Falle (LNT) (108); Einleiten einer reichen Regeneration der ersten LNT (108), um ein zweites Abgas mit einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu erhalten; Auswerten des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des zweiten Abgases, das stromabwärts der ersten LNT (108) empfangen wird; wenn das ausgewertete Luft-Kraftstoff-Verhältnis höher als das gewünschte Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, Aktivieren einer Reduktionsmitteleinspritzung durch einen Injektor (106), der stromabwärts der ersten LNT (108) angeordnet ist, in das zweite Abgas, um das gewünschte Luft-Kraftstoff-Verhältnis des zweiten Abgases zu erhalten; Empfangen des zweiten Abgases des gewünschten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses stromaufwärts der zweiten LNT (110), die mit der ersten LNT (108) gekoppelt ist; Einleiten einer reichen Regeneration der zweiten LNT (110), um ein drittes Abgas mit einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis stromaufwärts der zweiten LNT (110) zu erhalten; Auswerten des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des dritten Abgases, das stromabwärts der zweiten LNT (110) empfangen wird; und Bestimmen des Arbeitszustands einer entsprechenden LNT (108, 110) auf der Basis der Auswertung der Luft-Kraftstoff-Verhältnisse stromaufwärts und stromabwärts dieser LNT (108, 110).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das gewünschte Luft-Kraftstoff-Verhältnis ein stöchiometrisches Verhältnis oder ein unterstöchiometrisches Verhältnis ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Aktivierung der Reduktionsmitteleinspritzung ein Auslösen eines Steuermechanismus zum Steuern des Injektors (106) auf der Basis der Auswertung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die reiche Regeneration der ersten LNT (108) durch Betreiben eines Motors unter einer kraftstoffreichen Bedingung eingeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bestimmen des Arbeitszustands einer entsprechenden LNT (108, 110) umfasst: Überwachen einer Menge an Sauerstoff, die stromaufwärts der LNT (108, 110) eintritt, über einen Zeitraum nach der reichen Regeneration; Überwachen einer Menge an Sauerstoff, die stromabwärts der LNT (108, 110) austritt, über einen Zeitraum nach der reichen Regeneration; Bestimmen einer Menge an Sauerstoff, die in der LNT (108, 110) eingefangen ist, auf der Basis der Sauerstoffmenge, die in die LNT (108, 110) eintritt und aus dieser austritt; und Vergleichen der Sauerstoffmenge, die in der LNT (108, 110) eingefangen ist, mit einem vorgegebenen Schwellenwert.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bestimmen des Zustands einer entsprechenden LNT (108, 110) umfasst: Auswerten des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, das in die LNT (108, 110) während der reichen Regeneration eintritt; Auswerten des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, das aus der LNT (108, 110) während der reichen Regeneration austritt; Berechnen eines relativen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses unter Verwendung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, das in die LNT (108, 110) eintritt und aus dieser austritt; und Vergleichen des berechneten relativen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses mit einem vorgegebenen Schwellenwert.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die reiche Regeneration der ersten LNT (108) ausgelöst wird, wenn eine optimale Temperatur erfasst wird und wenn eine Raumgeschwindigkeit eines Katalysators für eine reiche Regeneration erfüllt ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die zweite LNT (110) stromabwärts der ersten LNT (108) angeordnet ist.
Behandlungssystemmonitor (112) zur Überwachung eines Motorabgas-Nachbehandlungssystems (100), wobei der Monitor (112) umfasst: einen ersten Sensor (102-1), der an eine erste Steuerung gekoppelt ist, um ein gewünschtes Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines ersten Abgases auszuwerten; eine erste LNT (108), die stromabwärts des ersten Sensors (102-1) angeordnet ist, um das erste Abgas des gewünschten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zu empfangen; ein Steuermodul (210), das an die erste Steuerung gekoppelt ist, um eine reiche Regeneration der ersten LNT (108) einzuleiten, um ein zweites Abgas mit einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu erhalten, wenn die erste LNT (108) das erste Abgas empfängt; einen zweiten Sensor (102-2), der an eine zweite Steuerung gekoppelt und stromabwärts der ersten LNT (108) angeordnet ist, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des zweiten Abgases auszuwerten, das stromabwärts der ersten LNT (108) empfangen wird; ein Überwachungsmodul (212), das an die erste Steuerung, die zweite Steuerung und beide Sensoren (102-1, 102-2) gekoppelt ist, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des zweiten Abgases über einen Zeitraum zu überwachen; einen Injektor (106), der an das Überwachungsmodul (212) und die Steuerungen gekoppelt ist, um eine Reduktionsmitteleinspritzung in das zweite Abgas zu aktivieren, um das gewünschte Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu erhalten, wenn das überwachte Luft-Kraftstoff-Verhältnis höher als das gewünschte Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist; eine zweite LNT (110), die stromabwärts der ersten LNT (108) angeordnet ist, um das zweite Abgas des gewünschten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zu empfangen; wobei das Steuermodul (210) eine reiche Regeneration der zweiten LNT (110) einleitet, um ein drittes Abgas stromaufwärts der zweiten LNT zu erhalten; einen dritten Sensor (102-3), der an eine dritte Steuerung gekoppelt und stromabwärts der zweiten LNT (110) angeordnet ist, um ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis des dritten Abgases stromabwärts der zweiten LNT (110) auszuwerten; und ein Bestimmungsmodul (214), das an die Steuerungen und die stromaufwärtigen und stromabwärtigen Sensoren (102) gekoppelt ist, um einen Arbeitszustand einer entsprechenden LNT (108, 110) auf der Basis der Auswertung der Luft-Kraftstoff-Verhältnisse stromaufwärts und stromabwärts dieser LNT (108, 110) zu bestimmen.
Behandlungssystemmonitor (112) nach Anspruch 9, wobei das Steuermodul (210) zum Vergleichen der Luft-Kraftstoff-Verhältnisse stromaufwärts und stromabwärts der LNTs (108, 110) mit einem vordefinierten Schwellenwert dient.
Behandlungssystemmonitor (112) nach Anspruch 9, wobei der Sensor (102) ein universeller Abgassauerstoff(UEGO)-Sensor ist.
Behandlungssystemmonitor (112) nach Anspruch 9, wobei die Steuerung eine reiche Regeneration der ersten LNT (108) durch Steuern einer Motorsteuereinheit einleitet, um einen Motor (104) unter einer kraftstoffreichen Bedingung zu steuern.
Behandlungssystemmonitor (112) nach Anspruch 9, wobei der Injektor (106) ein externer Injektor ist.
Behandlungssystemmonitor (112) nach Anspruch 9, wobei der Injektor (106) ein Zerstäuber ist.
Behandlungssystemmonitor (112) nach Anspruch 9, wobei der Injektor (106) einen Steuermechanismus umfasst, der den Injektor (106) auf der Basis der Auswertung durch die Sensoren (102) aktiviert.