DE102017222175A1

DE102017222175A1 - Abgasreinigungssystem zur Steuerung der Einspritzmenge eines Reduktionsmittels

Info

Publication number: DE102017222175A1
Application number: DE102017222175.5A
Authority: DE
Inventors: Jin Woo Park; Ki Hyung Joo; Myung Jong Lee; Arun Palaniappan Muthukaruppan; Waldemar Josef Kansy; John Henry Kwee
Original assignee: FEV Europe GmbH; Hyundai Motor Co; Kia Motors Corp
Current assignee: FEV Europe GmbH; Hyundai Motor Co; Kia Corp
Priority date: 2017-10-16
Filing date: 2017-12-07
Publication date: 2019-04-18
Also published as: US20190112953A1; KR102383239B1; US10598067B2; KR20190042786A

Abstract

Offenbart wird ein Abgasreinigungssystem, das Folgendes umfassen kann: einen ersten Katalysator, der an einem hinteren Auspuffrohr eines Motors angeordnet ist; einen Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR-Katalysator), der an dem hinteren Auspuffrohr des ersten Katalysators angeordnet ist; eine Reduktionsmitteleinspritzdüse, die an einem Auspuffrohr zwischen dem ersten Katalysator und dem SCR-Katalysator angeordnet ist und so eingerichtet ist, dass sie ein Reduktionsmittel einspritzt; und eine Steuerung, die so konfiguriert ist, dass sie eine Menge an Reduktionsmittel steuert, die von der Reduktionsmitteleinspritzdüse eingespritzt wird. Die Steuerung kann eine Gesamtmenge an Ammoniak, die im SCR-Katalysator adsorbiert wurde, eine erforderliche Menge an Reduktionsmittel, basierend auf einer Gesamtmenge an Ammoniak, die im SCR-Katalysator adsorbiert wurde, und die Menge an Stickoxid, die in den SCR-Katalysator eingebracht wurde, berechnen und dann die Reduktionsmitteleinspritzdüse steuern, um die erforderliche Menge an Reduktionsmittel einzuspritzen.

Description

BEZUGNAHME AUF VERWANDTE ANMELDUNG
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität und den Nutzen der koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2017-0134051 , die am 16. Oktober 2017 beim koreanischen Amt für geistiges Eigentum eingereicht wurde und deren gesamter Inhalt hierin durch Bezugnahme aufgenommen wird.
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Abgasreinigungssystem, das eine Einspritzmenge eines Reduktionsmittels steuern kann. Das Abgasreinigungssystem kann diejenige Menge Ammoniak genau berechnen, die in einem Katalysator mit selektiver katalytischer Reduktion (SCR) adsorbiert wird, indem es die Gleichförmigkeit der Strömung entsprechend der Anordnung der Katalysatoren berücksichtigt und eine Einspritzmenge des Reduktionsmittels entsprechend der Ammoniakmenge im Abgasreinigungssystem steuert.
HINTERGRUND
Im Allgemeinen wird das Abgas, das von einem Motor eines Fahrzeugs über einen Abgaskrümmer abgeführt wird, in einen Katalysator geleitet, der in einem Auspuffrohr eingebaut ist. Das gereinigte Abgas wird über ein Endrohr in die Atmosphäre abgeleitet, nachdem der Lärm durch einen Schalldämpfer gedämpft wurde. Der Katalysator reinigt auch die im Abgas enthaltenen Schadstoffe. Zusätzlich ist am Auspuffrohr ein Partikelfilter zur Sammlung der im Abgas enthaltenen Feinstaubpartikel (PMs) montiert.
Ein Denitrifikationskatalysator (DeNOx-Katalysator) wurde im Katalysator eingesetzt, um die im Abgas enthaltenen Stickoxide (NOx) zu reinigen. Wenn beispielsweise das Reduktionsmittel wie Harnstoff, Ammoniak, Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoff (HC) dem Abgas zugeführt wird, kann das im Abgas enthaltene Stickoxid durch eine Oxidations-Reduktionsreaktion mit dem Reduktionsmittel im DeNOx-Katalysator reduziert werden.
Als DeNOx-Katalysator kann hauptsächlich ein magerer NOx-Fallen-Katalysator (LNT-Katalysator) verwendet werden. Wenn ein Motor beispielsweise in einer Atmosphäre mit einem mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnis betrieben wird, kann das LNT das im Abgas enthaltene Stickoxid adsorbieren, und wenn der Motor in einer Atmosphäre mit einem hohen Luft-Kraftstoff-Verhältnis betrieben wird, kann das LNT das adsorbierte Stickoxid desorbieren und das desorbierte Stickoxid und das im Abgas enthaltene Stickoxid reduzieren.
Als kürzlich die Abgasgesetzgebung verschärft wurde, kam es vermehrt zum Einsatz von SCR-Katalysatoren mit oder ohne LNT-Katalysator. So kann zum Beispiel, wenn der SCR-Katalysator im Wesentlichen an einem Fahrzeug angeordnet wird, eine Reduktionsmittel-Einspritzdüse in das Auspuffrohr eingebaut werden, um das Reduktionsmittel in das Abgas einzuspritzen, und das Reduktionsmittel kann mit dem Abgas in dem SCR-Katalysator eingeschlossen werden, um das Stickoxid im SCR-Katalysator zu reduzieren.
Um den SCR-Katalysator an dem Fahrzeug bereitzustellen, müssen jedoch viele Komponenten, wie z.B. ein Reduktionsmitteltank zur Bevorratung des Reduktionsmittels, ein Reduktionsmitteleinspritzventil zur Einspritzung des Reduktionsmittels, ein Mischer zur gleichmäßigen Vermischung des eingespritzten Reduktionsmittels mit dem Abgas, ein Rohr zur Zuführung des Reduktionsmittels vom Reduktionsmitteltank zum Reduktionsmitteleinspritzventil und dergleichen, in dem Fahrzeug eingebaut werden, was unter Umständen einen großen Platzbedarf für die Installation der Abgasreinigungsanlage erfordert.
Im Fahrzeug kann jedoch der Einbauraum für Katalysatoren durch Überschneidung mit anderen Komponenten eingeschränkt sein. Die Katalysatoren können sich beispielsweise in der Nähe des Auspuffkrümmers des Motors, des Unterlaufs der Karosserie oder ähnlichem befinden.
Da mindestens zwei Katalysatoren erforderlich sein können, um die strengen Abgasvorschriften zu erfüllen, wurden die Katalysatoren in jüngster Zeit durch Beschichtung des SCR-Katalysators auf dem Partikelfilter oder durch Annäherung des SCR-Katalysators an einen ersten Katalysator bereitgestellt. So kann z.B. die Reduktionsmitteleinspritzdüse zum Einspritzen des Reduktionsmittels zwischen dem ersten Katalysator und dem SCR-Katalysator installiert werden. Da der Abstand zwischen dem Reduktionsmittelinjektor und dem SCR-Katalysator gering sein kann, kann das aus dem Reduktionsmittelinjektor eingespritzte Reduktionsmittel gegebenenfalls nicht gleichmäßig mit dem Abgas vermischt und dem SCR-Katalysator zugeführt werden. Dementsprechend kann überschüssiger Ammoniak in einem Teilbereich des SCR-Katalysators zugeführt werden und dabei Ammoniakschlupf verursachen, außerdem kann ein Stickoxid-(NOx)-Sensor am hinteren Ende des SCR-Katalysators das entwichene Ammoniak fälschlich als NOx erkennen, wodurch die Zufuhrmenge an Reduktionsmittel erhöht wird. Daher kann sich die NOx-Reinigungsrate des SCR-Katalysators verschlechtern und die Menge an Ammoniak, die aus dem SCR-Katalysator entweicht, kann sich dabei kontinuierlich erhöhen.
Die oben genannten Informationen, die in diesem Hintergrundabschnitt offenbart werden, dienen nur dazu, das Verständnis für den Hintergrund der Erfindung zu verbessern, und können daher Informationen enthalten, die nicht zum Stand der Technik gehören, der hierzulande mit dem Stand der Technik vertrauten Fachleuten bekannt ist.
ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
In bevorzugten Ausführungen ist ein Abgasreinigungssystem vorgesehen, das genau berechnen kann, wie viel Ammoniak in einem Katalysator mit selektiver katalytischer Reduktion (SCR) adsorbiert wird. Insbesondere kann die Strömung entlang der Katalysatoranordnung als einheitlich angesehen werden, so dass das Abgasreinigungssystem eine Einspritzmenge eines Reduktionsmittels entsprechend der Ammoniakmenge steuern kann.
In einer Ausführung ist ein Abgasreinigungssystem vorgesehen, das die Einspritzmenge eines Reduktionsmittels steuert. Das Abgasreinigungssystem kann Folgendes umfassen: einen ersten Katalysator, der an einem hinteren Auspuffrohr eines Motors angeordnet ist; einen Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR-Katalysator), der an dem hinteren Auspuffrohr des ersten Katalysators angeordnet ist; eine Reduktionsmitteleinspritzdüse, die an einem Auspuffrohr zwischen dem ersten Katalysator und dem SCR-Katalysator angeordnet ist und so eingerichtet ist, dass er ein Reduktionsmittel einspritzt; und einen Regler, der so eingerichtet ist, dass er eine Menge des Reduktionsmittels steuert, die von der Reduktionsmitteleinspritzdüse eingespritzt wird. Vorzugsweise kann der SCR-Katalysator eine Vielzahl von Scheiben entlang eines Abgasstroms umfassen, und jede Scheibe kann eine Vielzahl von Zellen mit vorbestimmten Formen mit einer einheitlichen Fläche umfassen, wobei eine Gesamtzahl der Vielzahl der Scheiben durch n und eine Gesamtzahl der Zellen durch m dargestellt wird.
Der hier verwendete Begriff „Scheibe“ bezieht sich auf eine Komponente im SCR-Katalysator. Bevorzugte sind die Scheiben stapelbar oder gestapelt, um den SCR-Katalysator zu bilden, wie in 3 gezeigt. Eine Scheibe enthält in geeigneter Weise die für den SCR-Katalysator benötigten Materialien.
Der Begriff „Zelle“, wie er hier verwendet wird, bezieht sich auf ein Stück oder eine Komponente der Scheibe, ohne Beschränkung auf deren Größe oder Form. Zum Beispiel wird die Zelle in einer einzigen Scheibe so geformt, dass sie eine einheitliche Größe oder einheitliche Form hat, oder sie kann so geformt werden, dass sie unterschiedliche Formen oder Größen hat. Die Zelle kann in geeigneter Weise Materialien enthalten, die für den SCR-Katalysator erforderlich sind. Beim Stapeln der Scheiben können die Zellen der jeweiligen Scheibe entlang der Stapelrichtung gestapelt werden.
Die Steuerung kann sequentiell Folgendes berechnen: i) eine entsprechende Menge an Ammoniak, die in den Zellen jeder Scheibe von einer ersten Scheibe zu einer n-ten Scheibe adsorbiert wird, wobei die Menge an Ammoniak, die in den Zellen, die die i-te Scheibe bilden, adsorbiert wird, berechnet werden kann, indem nacheinander eine Menge an Ammoniak, die in jeder Zelle von einer ersten Zelle zu einer m-ten Zelle der i-ten Scheibe adsorbiert wird, hinzugefügt wird; ii) eine Gesamtmenge an Ammoniak, die in dem SCR-Katalysator adsorbiert wird, und iii) eine erforderliche Menge des Reduktionsmittels, bezogen auf die Gesamtmenge an Ammoniak, die in dem SCR-Katalysator adsorbiert wird, und eine Menge an Stickoxid, die in den SCR-Katalysator eingebracht wird. Der Regler kann die Reduktionsmitteleinspritzdüse so steuern, dass diese die erforderliche Menge an Reduktionsmittel einspritzt.
Die Steuerung kann auch Folgendes berechnen: i) die Menge an Ammoniak, die in jeder Scheibe adsorbiert wird, basierend auf der Menge an Ammoniak, die in jeder Zelle adsorbiert wird, ii) eine zusätzliche Adsorptionsmenge an Ammoniak in jeder Zelle entsprechend der Menge an Ammoniak, die der jeweiligen Zelle zugeführt wird, iii) eine Menge an Ammoniak, die an einer chemischen Reaktion der einzelnen Zellen teilnimmt, und iv) eine Menge an Ammoniak, die aus jeder Zelle entwichen ist.
Die Steuerung kann auch i) die Menge an Ammoniak berechnen, die jeder Zelle, die die i-te Scheibe bildet, zugeführt wird, abhängig von einer Ammoniakkonzentration, die der i-ten Scheibe zugeführt wird; ii) ein Volumen der einzelnen Zelle, die die i-te Scheibe bildet; und iii) einen Durchflussfaktor der einzelnen Zelle, die die i-te Scheibe bildet.
Der Begriff „Adsorptionsmenge“, wie er hier verwendet wird, bezieht sich auf eine Menge an Material, die in jeder Zelle, jeder Scheibe oder dem SCR-Katalysator adsorbiert wird. Die Menge des in jeder Zelle, jeder Scheibe oder dem SCR-Katalysator adsorbierten Materials kann anhand von Plänen und Modellen, die die Eigenschaften des SCR-Katalysators definieren, vorhergesagt werden.
Der Begriff „Durchflussfaktor“, wie er hier verwendet wird, bezieht sich auf einen Faktor, der mit der Gleichförmigkeit der Strömung in Verbindung gebracht wird. Wenn der Durchflussfaktor 1 ist, ist eine Menge Ammoniak, die durch jede Zelle fließt, gleich. Ist der Durchflussfaktor jedoch 0, fließt das gesamte Ammoniak durch nur eine Zelle.
Unter dem Begriff „entwichener Ammoniak“ versteht man das Ammoniak, das aus jeder Zelle, jeder Scheibe oder dem nicht auf das NOx reagierenden SCR-Katalysator entweicht und von jeder Zelle, jeder Scheibe oder dem SCR-Katalysator verbraucht wird. Das entwichene Ammoniak wird detektiert, indem man ein Rohr an jede Zelle anschließt und einen Sensor an jedem Rohr anordnet. Durch die Experimente wird die Entweichcharakteristik jeder Zelle im Modell oder in der Karte festgelegt.
Die „i-te“ Scheibe ist eine Scheibe, die in i-ter Position von der ersten Scheibe entlang einer ersten Richtung oder alternativ von der ersten Scheibe entlang einer zweiten Richtung der Stapelrichtung angeordnet ist.
Der Durchflussfaktor der einzelnen Zellen kann durch eine Anordnung des ersten Katalysators und des SCR-Katalysators vorgegeben werden.
Der Durchflussfaktor der j-ten Zelle der i-ten Scheibe kann gleich dem Durchflussfaktor der j-ten Zelle der (i+1)-ten Scheibe sein.
Die Menge an Ammoniak, die aus einer j-ten Zelle der i-ten Scheibe entwichen ist, entspricht der Menge an Ammoniak, die einer j-ten Zelle der (i+1)-ten Scheibe zugeführt wird.
Eine Gesamtmenge an Ammoniak, die aus jeder Zelle der i-ten Scheibe entwichen ist, kann die gleiche Menge an Ammoniak sein wie die Menge an Ammoniak, die aus der i-ten Scheibe entwichen ist.
Eine Gesamtmenge an Ammoniak, die aus jeder Zelle der n-ten Scheibe entwichen ist, kann gleich sein wie eine Menge an Ammoniak, die aus dem SCR-Katalysator entwichen ist.
Der Regler kann weiter berechnen: i) eine zusätzliche Adsorptionsmenge Ammoniak der einzelnen Zellen der i-ten Scheibe auf der Grundlage einer Menge Ammoniak, die jeder Zelle der i-ten Scheibe zugeführt wird; ii) eine relative Adsorptionsrate der einzelnen Zellen der i-ten Scheibe; und iii) einen Adsorptionsgrad der einzelnen Zellen der i-ten Scheibe entsprechend einer Temperatur des SCR-Katalysators.
Die Menge an Ammoniak, die an der chemischen Reaktion der einzelnen Zellen beteiligt ist, kann von der Steuerung auf der Grundlage einer Gesamtmenge an Ammoniak, die bei der Reduktion von Stickoxiden in jeder Zelle verbraucht wird, einer Menge an Ammoniak, die an der Erzeugung von Lachgas (N₂O) in jeder Zelle beteiligt ist, und einer Menge an Ammoniak, die in jeder Zelle oxidiert wird, berechnet werden.
Die Menge an Ammoniak, die bei der Reduktion von Stickoxiden in jeder Zelle verbraucht wird, kann von der Steuerung auf der Grundlage einer Stickoxid-Reinigungsrate der einzelnen Zellen, einer in jede Zelle eingeführten Menge an Stickoxiden, einer Temperatur des SCR-Katalysators, eines Verhältnisses von Ammoniak zu Stickoxiden in jeder Zelle, eines Verschlechterungsfaktors der einzelnen Zellen und eines injizierten Zustands des Reduktionsmittels berechnet werden.
Der Begriff „Verschlechterungsfaktor“, wie er hier verwendet wird, bezieht sich auf die Verschlechterung der Leistungsfähigkeit im Laufe der Zeit. Beispielsweise verschlechtert sich die Fähigkeit, das Ammoniak in jeder Zelle zu adsorbieren, mit der Zeit. Daher bedeutet der Verschlechterungsfaktor ein Verhältnis zwischen der Fähigkeit eines alten Katalysators und der Fähigkeit eines frischen Katalysators.
Die Menge an Ammoniak, die an der Erzeugung von Lachgas in jeder Zelle beteiligt ist, kann von der Steuerung auf der Grundlage der Temperatur des SCR-Katalysators, der Durchflussrate des Abgases, der Menge an in jeder Zelle adsorbiertem Ammoniak, der zusätzlichen Adsorptionsmenge an Ammoniak in jeder Zelle entsprechend der Menge an Ammoniak, die jeder Zelle zugeführt wird, und der Menge an Ammoniak, die bei der Reduktion von Stickstoffoxid in jeder Zelle verbraucht wird, berechnet werden.
Die Menge an Ammoniak, die in jeder Zelle oxidiert wird, kann von der Steuerung auf der Grundlage der Temperatur des SCR-Katalysators, der Durchflussrate des Abgases, der Menge an Ammoniak, die in jeder Zelle adsorbiert wird, der zusätzlichen Adsorptionsmenge an Ammoniak in jeder Zelle entsprechend der Menge an Ammoniak, die jeder Zelle zugeführt wird, und der Menge an Ammoniak, die bei der Reduktion von Stickstoffoxid in jeder Zelle verbraucht wird, berechnet werden.
Die Menge an Ammoniak, die aus jeder Zelle entwichen ist, kann von der Steuerung auf der Grundlage der Temperatur des SCR-Katalysators, der Durchflussrate des Abgases, der Menge an Ammoniak, die in jeder Zelle adsorbiert wird, der zusätzlichen Adsorptionsmenge an Ammoniak der einzelnen Zelle entsprechend der Menge an Ammoniak, die der einzelnen Zelle zugeführt wird, der Menge an Ammoniak, die bei der Reduktion von Stickoxiden in jeder Zelle verbraucht wird, des Verschlechterungsfaktors der einzelnen Zelle berechnet werden.
Die erforderliche Menge des Reduktionsmittels kann von der Steuerung auf der Grundlage der in den SCR-Katalysator eingebrachten Stickoxidmenge, der gesamten Menge des im SCR-Katalysator adsorbierten Ammoniaks, der Stickoxid-Reinigungsrate des SCR-Katalysators, der Temperatur des SCR-Katalysators, einer Volumengeschwindigkeit des Abgases und des Verschlechterungsfaktors des SCR-Katalysators berechnet werden.
Das Abgasreinigungssystem kann auch einen Partikelfilter enthalten, der so konfiguriert ist, dass er die im Abgas enthaltenen Partikel sammelt. Vorzugsweise kann der Partikelfilter eine selektive katalytische Reduktion des Dieselpartikelfilters (SDPF) sein, der mit dem SCR-Katalysator beschichtet ist. Das hintere Auspuffrohr des SDPF kann darüber hinaus einen zusätzlichen SCR-Katalysator enthalten, der die Stickoxide im Abgas reduziert, indem er Ammoniak verwendet, das aus dem SDPF entwichen ist.
Das Abgasreinigungssystem kann auch einen Partikelfilter enthalten, der so konfiguriert ist, dass er die im Abgas enthaltenen Partikel sammelt. Vorzugsweise können die Reduktionsmitteleinspritzdüse und der SCR-Katalysator sequentiell an dem hinteren Auspuffrohr des Partikelfilters angeordnet werden.
Der erste Katalysator kann in geeigneter Weise ein magerer NOx Falle (LNT)-Katalysator sein. Zum Beispiel kann der LNT-Katalysator Pt, Pd, Rh, Ce, Ba, etc. enthalten.
Der erste Katalysator kann in geeigneter Weise ein Oxidationskatalysator sein. Der Oxidationskatalysator kann z.B. Pt, Pd, etc. enthalten.
Überdies wird hierin auch ein Fahrzeug inklusive Abgasreinigungssystem wie beschrieben zur Verfügung gestellt.
Nach verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann eine Menge an Ammoniak, die in einem SCR-Katalysator adsorbiert wird, genau berechnet werden, indem man die Gleichförmigkeit der Strömung entsprechend der Anordnung der Katalysatoren berücksichtigt und so eine Einspritzmenge des Reduktionsmittels, das aus der Reduktionsmitteleinspritzdüse eingespritzt wird, genau kontrolliert.
Darüber hinaus kann die für den SCR-Katalysator erforderliche Menge an Reduktionsmittel eingespritzt werden, wodurch die Entweichmenge an Ammoniak verringert und die NOx-Reinigungsrate verbessert wird. Weitere Aspekte der Erfindung werden nachstehend offenbart.
Figurenliste

1 zeigt eine beispielhafte Abgasreinigungsanlage nach einer beispielhaften Verkörperung der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt einen beispielhaften Regler und eine beispielhafte Verbindung zwischen Ein- und Ausgang des Reglers, der in einer beispielhaften Methode zur Berechnung der Einspritzmenge eines Reduktionsmittels in einer beispielhaften Abgasreinigungsanlage nach einer beispielhaften Verkörperung der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
3 zeigt einen exemplarischen SCR-Katalysator mit n Scheiben in einer exemplarischen Verkörperung der vorliegenden Erfindung.
4 ist ein Querschnitt durch eine beispielhafte Konfiguration von Zellen einer i-ten Scheibe in einer exemplarischen Verkörperung der vorliegenden Erfindung.
5 ist ein Querschnitt, der eine beispielhafte Konfiguration von Zellen einer i-ten Scheibe in einer exemplarischen Verkörperung der vorliegenden Erfindung illustriert.
6 ist eine beispielhafte Methode zur Berechnung der Einspritzmenge eines Reduktionsmittels in der Abgasreinigungsanlage nach einer beispielhaften Verkörperung der vorliegenden Erfindung.
7 ist eine beispielhafte Methode zur Berechnung der Einspritzmenge eines Reduktionsmittels in der Abgasreinigungsanlage nach einer beispielhaften Verkörperung der vorliegenden Erfindung.
8 ist eine beispielhafte Methode zur Berechnung der Einspritzmenge eines Reduktionsmittels in der Abgasreinigungsanlage nach einer beispielhaften Verkörperung der vorliegenden Erfindung.
9 ist eine beispielhafte Konfiguration eines beispielhaften Katalysators, der in einer beispielhaften Abgasreinigungsanlage nach einer beispielhaften Verkörperung der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden kann.
10 ist eine beispielhafte Konfiguration eines beispielhaften Katalysators, der in einer beispielhaften Abgasreinigungsanlage nach einer beispielhaften Verkörperung der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden kann.
11 ist eine beispielhafte Konfiguration eines beispielhaften Katalysators, der in einer beispielhaften Abgasreinigungsanlage nach einer beispielhaften Verkörperung der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden kann.
12 ist eine beispielhafte Konfiguration eines beispielhaften Katalysators, der in einer beispielhaften Abgasreinigungsanlage nach einer beispielhaften Verkörperung der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden kann.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungsfiguren, in denen beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung gezeigt werden, näher beschrieben. Wie Fachleuten sofort klar ist, können die beschriebenen Ausführungsformen auf verschiedene Weise verändert werden, ohne dabei vom Geist oder Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Dementsprechend sind die Zeichnungen und Beschreibungen als anschaulich und nicht einschränkend zu betrachten. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen dabei über die gesamte Beschreibung gleiche Elemente.
In der folgenden Beschreibung soll die Unterteilung der Namen von Komponenten in erste, zweite und ähnliche Teile die Namen unterscheiden, da die Namen der Komponenten jeweils gleich sind und die Reihenfolge der Komponenten nicht besonders begrenzt ist.
Die in der vorliegenden Beschreibung verwendeten Begriffe dienen lediglich der Beschreibung spezifischer beispielhafter Ausführungsformen und sollen die vorliegende Erfindung nicht einschränken. Wie in der vorliegenden Beschreibung verwendet, sollen Singularformen Pluralformen einschließen, es sei denn, sie haben in diesem Zusammenhang eindeutig entgegengesetzte Bedeutungen. In der vorliegenden Spezifikation ist davon auszugehen, dass der Begriff „einschließen “ oder „aufweisen“ darauf hinweist, dass Merkmale, ganze Zahlen, Schritte, Operationen, Bestandteile und/oder Komponenten, die oben beschrieben wurden, vorhanden sind, aber nicht ein oder mehrere andere Merkmale, ganze Zahlen, Schritte, Operationen, Bestandteile, Komponenten und/oder Gruppen davon ausschließt. Wie in der vorliegenden Beschreibung verwendet, umfasst der Begriff „und/oder“ einen oder mehrere assoziierte und aufgeführte Gegenstände und alle Kombinationen davon. Der Begriff „gekoppelt“ bezeichnet eine physikalische Verbindung zwischen zwei Komponenten und hierin sind die Komponenten direkt miteinander verbunden oder indirekt über eine oder mehrere Zwischenkomponenten miteinander verbunden.
Sofern nicht ausdrücklich angegeben oder aus dem Kontext ersichtlich, wie hierin verwendet, wird der Begriff „ungefähr“ als innerhalb eines Bereichs normaler Toleranz in der Technik verstanden, zum Beispiel innerhalb von 2 Standardabweichungen des Mittelwerts. „Ungefähr“ kann als 10 %, 9 %, 8 %, 8 %, 7 %, 6 %, 5 %, 5 %, 4 %, 3 %, 2 %, 1 %, 0,5 %, 0,1 %, 0,05 % oder 0,01 % des angegebenen Wertes verstanden werden. Sofern sich aus dem Kontext nichts anderes ergibt, werden alle hier angegebenen Zahlenwerte durch den Begriff „ungefähr“ abgedeckt.
Wie in der vorliegenden Beschreibung verwendet, schließen die Begriffe „Fahrzeug“ und „fahrzeugartig“ oder andere ähnliche Begriffe Autos, Personenkraftwagen ein, typischerweise einschließlich Sport Utility Vehicles (SUV), Busse, Lastkraftwagen, verschiedene Nutzfahrzeuge, Schiffe einschließlich verschiedener Boote und Schiffe, Flugzeuge usw. umfassen, und umfasst Hybridfahrzeuge, Elektrofahrzeuge, Hybridfahrzeuge, Fahrzeuge mit Wasserstoffantrieb und andere Fahrzeuge mit alternativen Kraftstoffen (z. B. Kraftstoffe, die aus anderen Ressourcen als Erdöl gewonnen werden). Wie in der vorliegenden Erfindung beschrieben, ist das Elektrofahrzeug (EV) ein Fahrzeug, das elektrische Energie aus einem wiederaufladbaren Energiespeicher (z.B. eine oder mehrere wiederaufladbare elektrochemische Zellen oder andere Batterietypen) als Teil der Fortbewegungsfähigkeiten enthält. Das EV ist nicht auf die Fahrzeuge beschränkt, sondern kann auch Motorräder, Karren, Roller und dergleichen umfassen. Darüber hinaus können die Hybridfahrzeuge Fahrzeuge auch mit zwei oder mehr Stromquellen, z.B. Benzin- und Elektroantrieb (z.B. ein Hybrid-Elektrofahrzeug (HEV)) versehen sein.
Zusätzlich können eine oder mehrere der folgenden Methoden oder Aspekte davon von mindestens einer Steuerung, einem Controller Area Network (CAN), einem Bus oder einem Fahrzeugnetzwerk ausgeführt werden. Die Steuerung, das Controller Area Network (CAN), der Bus oder das Fahrzeugnetzwerk können in dem in der vorliegenden Beschreibung beschriebenen Fahrzeug implementiert sein. Der Begriff „Steuerung“ kann sich auf ein Hardware-Gerät beziehen, das aus einem Speicher und einem Prozessor besteht. Der Speicher ist so eingerichtet, dass er Programmbefehle speichert, und der Prozessor ist so programmiert, dass er die Programmbefehle ausführt, die einen oder mehrere Prozesse ausführen, die im Folgenden näher beschrieben werden. Darüber hinaus können die folgenden Methoden vom System einschließlich der Steuerung in Verbindung mit einer oder mehreren Zusatzkomponenten ausgeführt werden, wie im Folgenden detailliert beschrieben wird.
Weiterhin kann das Verfahren der vorliegenden Beschreibung durch ein nichtflüchtiges, computerlesbares Speichermedium auf computerlesbaren Speichermedien einschließlich ausführbarer Programmbefehle, die vom Prozessor, der Steuerung und dergleichen ausgeführt werden, implementiert werden. Beispiele für computerlesbare Speichermedien sind ROMs, RAMs, Compact Disk (CD)-ROMs, Magnetbänder, Disketten, Flash-Treiber, Smartcards und optische Datenspeichergeräte, aber nicht darauf beschränkt. Die computerlesbaren Speichermedien können auch über ein Netzwerk verteilt werden, das an die zu speichernden und auszuführenden Computersysteme gekoppelt ist, und zwar in Formen, die z.B. von einem Telematik-Server oder einem CAN.
1 ist eine schematische Darstellung einer exemplarischen Abgasreinigungsanlage nach einer beispielhaften Ausführung der vorliegenden Erfindung.
Wie in 1 dargestellt, kann ein Abgasreinigungssystem eines Verbrennungsmotors einen Motor 10, ein Abgasrohr 20, eine Abgasrückführvorrichtung 30, einen mageren NOx-Falle (LNT)-Katalysator 40, eine Reduktionsmitteleinspritzdüse 50, einen Partikelfilter 60 und eine Steuerung 70 umfassen.
Der Motor 10 verbrennt ein Gemisch, in dem Kraftstoff und Luft vermischt werden, um chemische Energie in mechanische Energie umzuwandeln. Der Motor 10 kann an einen Ansaugkrümmer 16 angeschlossen werden, um die Luft in eine Brennkammer 12 zu leiten, und das bei der Verbrennung entstehende Abgas kann in einem Auspuffkrümmer 18 gesammelt und dann nach außen abgeführt werden. Eine Düse 14 kann in der Brennkammer 12 installiert werden, um den Kraftstoff in die Brennkammer 12 einzuspritzen.
Hier ist ein Dieselmotor beispielhaft dargestellt, aber es kann auch ein magerer Verbrennungs(-otto-)motor verwendet werden. Bei Verwendung des Ottomotors kann das Gemisch über den Ansaugkrümmer 16 in den Brennraum 12 eingeleitet werden, und an dem Brennraum 12 kann eine Zündkerze (ohne Abbildung) für die Zündung angeordnet werden. Wenn das Benzin in einem Motor mit Direkteinspritzung (GDI) verwendet wird, kann die Düse 14 wie beim Dieselmotor an der Brennkammer 12 angeordnet werden.
Das Auspuffrohr 20 kann an den Auspuffkrümmer 18 angeschlossen werden, um das Abgas nach außen abzuleiten. Ein LNT-Katalysator 40, eine Reduktionsmitteleispritzdüse 50 und ein Partikelfilter 60 können an dem Auspuffrohr 20 angeordnet werden, um Kohlenwasserstoffe, Kohlenmonoxid, Partikel und Stickoxide, die im Abgas enthalten sind, zu entfernen.
Das AGR-Gerät 30 kann am Auspuffrohr 20 angebracht werden, um einen Teil des vom Motor 10 abgeleiteten Abgases über das AGR-Gerät 30 an den Motor 10 weiterzuleiten. Weiterhin kann das AGR-Gerät 30 an den Ansaugkrümmer 16 angeschlossen werden, um eine Verbrennungstemperatur zu regeln, indem ein Teil des Abgases mit der Luft vermischt wird. Diese Regelung der Verbrennungstemperatur kann durch die Regelung einer Abgasmenge erfolgen, die dem Ansaugkrümmer 16 unter der Kontrolle der Steuerung 70 zugeführt wird. Dementsprechend kann ein von der Steuerung 70 gesteuertes Rezirkulationsventil (ohne Abbildung) an einer Leitung angeordnet werden, die das AGR-Gerät 30 mit dem Ansaugkrümmer 16 verbindet.
Ein erster Sauerstoffsensor 72 kann an einem hinteren Auspuffrohr 20 des AGR-Gerätes 30 angeordnet werden, um eine Sauerstoffmenge im Abgas zu erfassen, die durch das AGR-Gerät 30 strömt, und die ermittelte Sauerstoffmenge an die Steuerung 70 zu übertragen, so dass die Steuerung 70 eine magere bzw. reiche Kontrolle des Abgases durchführen kann. Beispielsweise wird ein Messwert des ersten Sauerstoffsensors 72 als Luft-Kraftstoff-Verhältnis am vorderen Ende des LNT bezeichnet.
Weiterhin kann ein erster Temperatursensor 74 am hinteren Auspuffrohr 20 des AGR-Gerätes 30 angeordnet werden, um eine Temperatur des Abgases zu erfassen, das durch das AGR-Gerät 30 strömen kann.
Der LNT-Katalysator 40 kann an dem hinteren Auspuffrohr 20 des AGR-Gerätes 30 angeordnet werden. Der LNT-Katalysator 40 kann Stickoxide (NOx), die im Abgas enthalten sind, in magerer Atmosphäre adsorbieren, das in reicher Atmosphäre adsorbierte Stickoxid desorbieren und das im Abgas enthaltene Stickoxid oder das desorbierte Stickoxid reduzieren. Weiterhin kann der LNT-Katalysator 40 Kohlenmonoxid (CO) und Kohlenwasserstoffe (HC), die im Abgas enthalten sind, oxidieren. Die Desorption des im LNT-Katalysator 40 adsorbierten Stickoxids durch Bildung der reichhaltigen Atmosphäre wird hier als „Regeneration des LNT“ bezeichnet.
Hierbei versteht es sich, dass sich Kohlenwasserstoff auf alle Verbindungen bezieht, die aus Kohlenstoff und Wasserstoff bestehen, die im Abgas und im Kraftstoff enthalten sind.
Ein zweiter Temperatursensor 78 und ein erster NOx-Sensor 80 können am hinteren Auspuffrohr 20 des LNT-Katalysators 40 angeordnet werden.
Der zweite Temperatursensor 78 kann eine Temperatur des in den Partikelfilter 60 eingeleiteten Abgases messen, um ein Signal der gemessenen Temperatur an die Steuerung 70 zu übertragen.
Der erste NOx-Sensor 80 kann eine Menge NOx messen, die in dem in den Partikelfilter 60 eingeleiteten Abgas enthalten ist, um ein Signal der gemessenen Menge an die Steuerung 70 zu senden. Die vom ersten NOx-Sensor 80 gemessene NOx-Menge kann zur Bestimmung der Menge an Reduktionsmittel verwendet werden, die von der Reduktionsmitteleinspritzdüse 50 eingespritzt werden soll.
Die Reduktionsmitteleinspritzdüse 50 kann in das vordere Auspuffrohr 20 des Partikelfilters 60 eingebaut und von der Steuerung 70 gesteuert werden, um das Reduktionsmittel in das Abgas einzuspritzen. Wie im Stand der Technik kann die Reduktionsmitteleispritzdüse 50 Harnstoff injizieren, und der injizierte Harnstoff kann durch Hydrolyse in Ammoniak umgewandelt werden, allerdings ist das Reduktionsmittel nicht auf das Ammoniak beschränkt.
Am hinteren Auspuffrohr 20 des Reduktionsmitteleinspritzventils 50 kann ein Mischer 55 installiert werden, um das Reduktionsmittel gleichmäßig mit dem Abgas zu mischen.
Der Partikelfilter 60 kann am hinteren Auspuffrohr 20 des Mischers 55 angeordnet werden, um die im Abgas enthaltenen Partikel zu sammeln und die im Abgas enthaltenen Stickoxide zu reduzieren, indem das Reduktionsmittel, das von der Reduktionsmitteleinspritzdüse 50 eingespritzt wird, verwendet wird. Zu diesem Zweck kann der Partikelfilter 60 eine selektive katalytische Reduktion des Dieselpartikelfilters (SDPF) sein, der mit dem SCR-Katalysator beschichtet ist, ist aber nicht darauf beschränkt.
Der SCR-Katalysator kann sowohl den SCR-Katalysator selbst als auch den SDPF enthalten. Weiterhin können der LNT-Katalysator 40 und der SDPF 60 in einer geraden Linie angeordnet sein, aber die Anordnung ist nicht darauf beschränkt. Um eine erhöhte Raumeffizienz zu erreichen, können beispielsweise der LNT-Katalysator 40 und der SDPF 60 gebogen oder parallel angeordnet werden. Das Abgas kann jedoch den LNT-Katalysator 40 und den SDPF 60 nacheinander passieren.
Der SDPF 60 kann ausgebildet werden, indem der SCR-Katalysator auf eine Trennwand aufgetragen wird, die einen Kanal des DPF bildet. Zum Beispiel kann die DPF eine Vielzahl von Ein- und Auslasskanälen umfassen. Ein Ende des Einlasskanals kann geöffnet und das andere Ende geschlossen werden, so dass der Einlasskanal das Abgas vom vorderen Ende des DPF empfangen kann. Außerdem kann ein Ende des Auslasskanals geschlossen und das andere Ende geöffnet werden, so dass der Auslasskanal das Abgas im DPF ableiten kann. Das Abgas, das durch den Einlasskanal in den DPF eingeleitet wird, kann durch eine poröse Trennwand, die den Einlasskanal und den Auslasskanal trennt, in den Auslasskanal eindringen und kann dann durch den Auslasskanal aus dem DPF abgeleitet werden. Die im Abgas enthaltenen Feinstaubpartikel können gesammelt werden, während das Abgas durch die poröse Trennwand strömen kann. Darüber hinaus kann der auf dem SDPF 60 beschichtete SCR-Katalysator das im Abgas enthaltene Stickoxid reduzieren, indem er das Reduktionsmittel verwendet, das von der Reduktionsmitteleispritzdüse 50 eingespritzt wird.
Unterdessen kann ein Differenzdrucksensor 66 am Auspuffrohr 20 angeordnet werden. Der Differenzdrucksensor 66 kann eine Druckdifferenz zwischen dem vorderen und dem hinteren Ende des SDPF 60 messen und ein Signal für die gemessene Differenz an die Steuerung 70 senden. Die Steuerung 70 kann die Reproduzierbarkeit des SDPF 60 steuern, wenn die vom Differenzdrucksensor 66 gemessene Druckdifferenz gleich oder größer als ein vorgegebener Druck ist. In diesem Fall können die im SDPF 60 gesammelten Feinstaubpartikel durch Nachinjektion des Kraftstoffs mit der Düse 14 verbrannt werden.
Weiterhin können ein zweiter Sauerstoffsensor 76 und ein zweiter NOx-Sensor 82 am hinteren Auspuffrohr 20 des SDPF 60 angeordnet werden.
Der zweite Sauerstoffsensor 76 kann eine Sauerstoffmenge messen, die im Abgas des SDPF 60 enthalten ist, und ein Signal für die gemessene Menge an die Steuerung 70 senden. Die Steuerung 70 kann die Mager-/Reichregelung des Abgases auf der Grundlage der Detektionswerte des ersten Sauerstoffsensors 72 und des zweiten Sauerstoffsensors 76 durchführen. Der Messwert des zweiten Sauerstoffsensors 76 wird als Luft-Kraftstoff-Verhältnis am hinteren Ende des SDPF bezeichnet.
Der zweite NOx-Sensor 82 kann eine im Abgas enthaltene Stickoxidmenge aus dem SDPF 60 erfassen und ein Signal für die gemessene Menge an die Steuerung 70 senden. Die Steuerung 70 kann anhand des Detektionswertes des zweiten NOx-Sensors 82 überwachen, ob der SDPF 60 normalerweise das im Abgas enthaltene Stickoxid entfernt. Mit anderen Worten, der zweite NOx-Sensor 82 kann zur Bewertung der Leistung des SDPF 60 verwendet werden.
Die Steuerung 70 kann einen Betriebszustand des Motors auf der Grundlage der von den Sensoren erfassten Signale bestimmen und steuert die Mager-/Reichregelung und die Menge an Reduktionsmittel, die durch den Reduktionsmittelinjektor 50 eingespritzt wird, basierend auf dem Betriebszustand des Motors. Beispielsweise kann die Steuerung 70 das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zur reichhaltigen Atmosphäre steuern, um Stickoxide aus dem LNT-Katalysator 40 zu entfernen und Stickoxide aus dem SDPF 60 durch Injektion des Reduktionsmittels zu entfernen, was als „Regeneration des LNT“ bezeichnet wird. Die Mager-/Reichweitenregulierung kann durch Anpassung der Einspritzmenge der Düse 14 und eines Einspritzzeitpunktes erfolgen.
In der Zwischenzeit kann die Steuerung 70 eine Vielzahl von Karten und eine Vielzahl von Modellen speichern, die die Eigenschaften des LNT definieren, die Menge des im SDPF adsorbierten Ammoniaks auf der Grundlage der Pläne und der Modelle berechnen und die Injektionsmenge des Reduktionsmittels entsprechend der Menge des im SDPF adsorbierten Ammoniaks steuern. Die Vielzahl der Pläne und Modelle kann durch viele Experimente definiert werden.
Weiterhin kann die Steuerung70 die Regeneration des SDPF 60 und die Entschwefelung des LNT-Katalysators 40 durchführen.
So kann die Steuerung 70 von einem oder mehreren Prozessoren implementiert werden, die durch ein vorgegebenes Programm bedient werden können, und das eingestellte Programm kann so programmiert werden, dass es jeden Schritt der Methode zur Berechnung der Injektionsmenge des Reduktionsmittels entsprechend der beispielhaften Verkörperung der vorliegenden Erfindung durchführt.
2 ist ein Blockschaltbild, das eine beispielhafte Steuerung und einen beispielhaften Zusammenhang zwischen Ein- und Ausgang der Steuerung veranschaulicht, die in einem beispielhaften Verfahren zur Berechnung der Einspritzmenge eines Reduktionsmittels in der Abgasreinigungsanlage nach einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
Wie in 2 dargestellt, können der erste Sauerstoffsensor 72, der erste Temperatursensor 74, der zweite Sauerstoffsensor 76, der zweite Temperatursensor 78, der erste NOx-Sensor 80, der zweite NOx-Sensor 82, der Differenzdrucksensor 66 und ein Einlassmengensensor 11 elektrisch mit der Steuerung 70 verbunden werden und die ermittelten Werte an die Steuerung 70 übertragen werden.
Der erste Sauerstoffsensor 72 kann eine Sauerstoffmenge im Abgas erkennen, die durch das AGR-Gerät 30 geleitet wird, um ein Signal für die Menge an die Steuerung 70 zu senden. Basierend auf der Menge an Sauerstoff im Abgas, die durch den ersten Sauerstoffsensor 72 erfasst wird, kann die Steuerung 70 die Durchführung einer mager/reich-Steuerung des Abgases fördern. Der von der ersten Sauerstoffsonde 72 erfasste Wert kann durch ein vorderes Lambda dargestellt werden. Das Lambda stellt ein Verhältnis eines tatsächlichen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zu einem theoretischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis dar, und wenn das Lambda größer als etwa 1 ist, ist die Atmosphäre mager und wenn das Lambda kleiner als 1 ist, ist die Atmosphäre reichhaltig.
Der erste Temperatursensor 74 kann eine Temperatur des Abgases erfassen, das durch das AGR-Gerät 30 strömt, um ein Signal der gemessenen Temperatur an die Steuerung 70 zu senden.
Der zweite Temperatursensor 78 kann eine Temperatur des in den SDPF 60 eingeleiteten Abgases messen, um ein Signal für die gemessene Temperatur an die Steuerung 70 zu senden.
Der erste NOx-Sensor 80 kann eine NOx-Menge messen, die in dem in den SDPF 60 eingeleiteten Abgas enthalten ist, um ein Signal für die gemessene Menge an die Steuerung 70 zu senden.
Der zweite Sauerstoffsensor 76 kann eine Sauerstoffmenge messen, die im Abgas des SDPF 60 enthalten ist, um ein Signal für die gemessene Menge an die Steuerung 70 zu senden. Der von der zweiten Sauerstoffsonde 76 erfasste Wert kann durch ein hinteres Lambda dargestellt werden. Die Steuerung 70 kann die Regeneration des LNT-Katalysators 40 auf Basis des vorderen und hinteren Lambdas durchführen.
Der zweite NOx-Sensor 82 kann eine Menge Stickoxid im Abgas des SDPF 60 erfassen, um ein Signal für die detektierte Menge an die Steuerung 70 zu senden.
Der Differenzdrucksensor 66 kann eine Druckdifferenz zwischen dem vorderen und dem hinteren Ende des SDPF 60 messen, um ein Signal für die gemessene Differenz an die Steuerung 70 zu senden.
Der Einlassmengensensor 11 kann eine Menge an Einlassluft erfassen, die der Einlassvorrichtung des Motors 10 zugeführt wird, um ein Signal für die erfasste Menge an die Steuerung 70 zu senden.
Die Steuerung 70 kann einen Motorbetriebszustand, eine Kraftstoffeinspritzmenge, eine Kraftstoffeinspritzzeit, ein Kraftstoffeinspritzmuster, eine Reduktionsmitteleinspritzmenge, eine Regenerationszeit des SDPF 60 und eine Regenerations-/Entschwefelungszeit des LNT-Katalysators 40 auf der Grundlage der übertragenen Werte und Ausgangssignale für die Steuerung der Düse 14 und der Reduktionsmitteleinspritzdüse 50 an die Düse 14 und die Reduktionsmitteleinspritzdüse 50 bestimmen. Darüber hinaus kann die Steuerung 70 auf der Grundlage der übermittelten Werte eine im SDPF 60 adsorbierte Ammoniakmenge berechnen und auf der Grundlage der berechneten Menge eine von der Reduktionsmitteleinspritzdüse 50 einzuspritzende Reduktionsmittelmenge berechnen.
In einer beispielhaften Abgasreinigungsanlage nach einer beispielhaften Ausführung der vorliegenden Erfindung können neben den in 2 gezeigten Sensoren auch eine Vielzahl von weiteren Sensoren installiert werden, die jedoch aus Gründen der Übersichtlichkeit weggelassen werden.
Darüber hinaus können die Positionen der Sensoren bei Bedarf geändert werden und sind nicht auf die in 1 dargestellten Positionen beschränkt.
Nachfolgend wird ein Verfahren zur Berechnung der Injektionsmenge eines Reduktionsmittels nach einer beispielhaften Variante der vorliegenden Erfindung detailliert beschrieben.
6 bis 8 zeigen Flussdiagramme, die exemplarische Verfahren zur Berechnung der Einspritzmenge eines Reduktionsmittels in beispielhaften Abgasreinigungssystemen anhand verschiedener exemplarischer Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung veranschaulichen.
Um das Verfahren zur Berechnung der Injektionsmenge des Reduktionsmittels nach einer beispielhaften Ausführung der vorliegenden Erfindung durchzuführen, kann der die Steuerung r 70 die SDPF 60 in n Scheiben teilen und erkennen, wie in 3 dargestellt. Zum Beispiel kann der SDPF 60 in n Scheiben 60a, 60b, ..., ..., 60n unterteilt werden, so dass der SDPF 60 die Scheiben von der ersten Scheibe 60a bis zur n-ten Scheibe 60n umfassen kann.
Die n Scheiben 60a, 60b, ..., 60n können in der Reihenfolge des Abgasstromes angeordnet und physikalisch oder virtuell aufgeteilt werden. Dabei können die Längen der jeweiligen Scheiben gleich groß sein. Dadurch können Speicherplatz, Rechenzeit und Ähnliches minimiert werden.
Weiterhin kann die Steuerung 70 jede Scheibe in m-Zellen teilen und erkennen. Beispiele für die Konfiguration der Zelle werden in den 4 und 5 dargestellt. In 4 ist dargestellt, dass die i-te Scheibe 60i durch 8 Zellen 60i_1, 60i_2, ..., 60i_8 und in 5 durch 9 Zellen 60i_1, 60i_2, ..., 60i_9 konfiguriert ist, wobei die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt ist. Jede Scheibe kann m-Zellen enthalten. Die Anzahl der Zellen, aus denen sich jede Scheibe zusammensetzt, kann von einem Konstrukteur unter Berücksichtigung der Genauigkeit der Berechnung, der Speicherkapazität und der Rechenzeit bestimmt werden. Weiterhin kann die j-te Zelle einer Scheibe an der gleichen Position wie die j-te Zelle der anderen Scheibe in radialer Richtung angeordnet sein, und die Umfangsrichtungen und deren Formen können auch gleich sein. Außerdem können die Bereiche der Zellen identisch sein. Beispielsweise kann, wie in 4 gezeigt, jede Zelle eine Fächerform haben und deren zentraler Winkel kann jeweils gleich sein. Darüber hinaus können, wie in 5 gezeigt, kreisförmige Zellen in der Mitte angeordnet sein, und die Zellen der fächerförmigen Stücke mit gleichem Zentralwinkel können durch Schneiden des kreisförmigen Zellabschnitts um die kreisförmigen Zellen herum angeordnet sein. Die Fläche der kreisförmigen Zelle kann durch Division der gesamten Querschnittsfläche des SDPF 60 durch m erhalten werden, wobei m die Anzahl der Zellen ist. Die Bereiche der jeweiligen Zellen können gleich sein und die Position und Form der j-ten Zelle in jeder Schicht kann gleich sein, wodurch die Kapazität des Speichers und die Rechenzeit minimiert werden.
Die Anzahl der Scheiben, die Form der Scheibe, die Anzahl der Zellen und die Form der Zelle sind nicht auf die hier beispielhaft aufgeführten beschränkt und können vom Konstrukteur unter Berücksichtigung der Genauigkeit der Modellrechnung festgelegt werden.
In jeder Zelle können physikalisch-chemische Eigenschaften wie die Konzentration von Stickoxiden, die Ammoniakkonzentration und die Temperatur gleich sein. Weiterhin wird auch davon ausgegangen, dass das Abgas, das NOx, das Ammoniak und dergleichen nicht zwischen den Zellen, aus denen jede Scheibe gebildet ist, beweglich sein dürfen. Zum Beispiel dürfen sich das Abgas, das NOx, das Ammoniak und dergleichen in der j-ten Zelle der i-ten Scheibe nicht in andere Zellen (andere Zellen als die j-ten Zellen) der i-ten Scheibe bewegen. Stattdessen dürfen sich das Abgas, das NOx, das Ammoniak und dergleichen in der j-ten Zelle der i-ten Scheibe nur in die j-te Zelle der (i +1)-ten Scheibe bewegen.
Unterdessen kann jede Zelle einen Durchflussfaktor aufweisen, der mit der Gleichmäßigkeit der Durchflussmenge von Abgas und Ammoniak verbunden ist. Wenn beispielsweise der Durchflussfaktor der ersten Zelle in jeder Scheibe k1 und der Durchflussfaktor der j-ten Zelle in jeder Scheibe kj ist, kann der Durchflussfaktor der j-ten Zelle in der i-ten Scheibe gleich dem Durchflussfaktor der j-ten Zelle in der (i +1)-ten Scheibe sein. Die Durchflussfaktoren können entsprechend der Anordnung des LNT-Katalysators 40 und des SDPF 60 voreingestellt werden. Beispielsweise können die Durchflussfaktoren vorgegeben werden, indem mindestens ein Abgasrohr installiert wird, das mit jeder Scheibe verbunden ist, und die Menge an Ammoniak gemessen wird, die aus jedem Abgasrohr austritt. Vorzugsweise kann der Mittelwert der Durchflussfaktoren aller Zellen, aus denen sich die einzelnen Scheiben zusammensetzen, etwa 1 betragen. Weiter liegen die Werte der Durchflussfaktoren aller Zellen bei etwa 1, wenn Abgas und Ammoniak ideal gleichmäßig gemischt werden. Die Menge an Ammoniak, die jeder Zelle, die die i-te Scheibe bildet, zugeführt wird, kann durch Multiplikation der Ammoniakkonzentration, die der i-ten Scheibe zugeführt wird, mit dem Volumen der entsprechenden Zelle und dem Durchflussfaktor der entsprechenden Zelle berechnet werden. Die Menge an Ammoniak, die einer Zelle, die die i-te Scheibe bildet, zugeführt wird, kann auch nach einer anderen Methode als der oben genannten berechnet werden.
Wie in 6 dargestellt, kann die Steuerung 70 die Menge an Ammoniak berechnen, die in den Zellen adsorbiert wird, die die erste Scheibe (S200) bilden. Die Steuerung 70 kann auf die gleiche Weise die Menge an Ammoniak berechnen, die in den Zellen adsorbiert wird, die die zweite bis n-te Schicht bilden (S210 und S220).
Die folgende Beschreibung zeigt ein beispielhaftes Verfahren zur Berechnung derjenigen Menge an Ammoniak, die in den Zellen der i-ten Schicht adsorbiert wird.
Zum Beispiel kann die i-te Scheibe m-Zellen enthalten. Wie in 7 dargestellt, kann die Steuerung 70 die Menge an Ammoniak berechnen, die in der ersten Zelle der i-ten Scheibe (S310) adsorbiert wird. Die Steuerung 70 kann auf die gleiche Weise diejenige Menge an Ammoniak berechnen, die in den Zellen adsorbiert wird, die die zweiten bis m-ten Scheiben bilden (S310 und S320). Wenn die Steuerung 70 die Menge an Ammoniak berechnet, die in den Zellen der m-ten Schicht adsorbiert wurde, kann die Steuerung 70 zu Schritt S210 zurückkehren und die Menge an Ammoniak berechnen, die in den Zellen der (i +1)-ten Schicht adsorbiert wurde.
Die folgende Beschreibung zeigt ein beispielhaftes Verfahren zur Berechnung der Menge an Ammoniak, die in der j-ten Zelle der i-ten Scheibe adsorbiert wird.
Wie in 8 dargestellt, kann die Steuerung 70 eine anfängliche Adsorptionsmenge Ammoniak der j-ten Zelle der i-ten Scheibe (S410) berechnen. Die anfängliche Adsorptionsmenge an Ammoniak der j-ten Zelle kann gleich der zuvor berechneten Adsorptionsmenge an Ammoniak der j-ten Zelle sein. Wenn das Abgasreinigungssystem (d. h. das Fahrzeug) zum ersten Mal verwendet wird, kann die anfängliche Adsorptionsmenge an Ammoniak in allen Zellen, die das Abgasreinigungssystem bilden, etwa 0 oder genau 0 betragen.
Danach kann die Steuerung 70 eine erste korrigierte Adsorptionsmenge Ammoniak entsprechend derjenigen Menge Ammoniak berechnen, die der j-ten Zelle (S420) zugeführt wird. Die Menge an Ammoniak, die der j-ten Zelle der i-ten Scheibe zugeführt wird, kann die gleiche sein wie diejenige Menge an Ammoniak, die in der j-ten Zelle der (i-1)-ten Scheibe entwichen ist. Außerdem kann die Menge an Ammoniak, die der j-ten Zelle zugeführt wird, anhand der Menge an Reduktionsmittel berechnet werden, die nach der vorherigen Berechnung der Adsorptionsmenge an Ammoniak injiziert wurde.
Insbesondere kann die Menge an Reduktionsmittel, die nach der vorherigen Berechnung der Adsorptionsmenge an Ammoniak eingespritzt wurde, in die Menge an Ammoniak umgewandelt werden, die nach einer Umwandlungsrate in das Ammoniak des Reduktionsmittels eingespritzt wurde. Die Steuerung 70 kann die Ammoniakkonzentration aus der eingespritzten Ammoniakmenge und dem Volumenstrom des Abgases berechnen. Danach kann die Menge an Ammoniak, die der entsprechenden Zelle zugeführt wird, unter Verwendung der Ammoniakkonzentration, des Durchflussfaktors jeder Zelle, die die erste Scheibe bildet, und des Volumens der entsprechenden Zelle berechnet werden. Weiterhin kann eine relative Adsorptionsrate der entsprechenden Zelle, z.B. die aktuelle Adsorptionsmenge von Ammoniak der entsprechenden Zelle/maximale Adsorptionsmenge von Ammoniak der entsprechenden Zelle bei einer aktuellen Temperatur von SDPF und ein Adsorptionsfaktor der entsprechenden Zelle entsprechend der Temperatur des SDPF 60 berechnet werden. Danach kann der Regler eine additive Adsorptionsmenge an Ammoniak der entsprechenden Zelle berechnen, indem er den Adsorptionsfaktor der entsprechenden Zelle mit der Menge an Ammoniak multipliziert, die der entsprechenden Zelle zugeführt wird. Als Ergebnis kann die erste korrigierte Adsorptionsmenge an Ammoniak entsprechend der Menge an Ammoniak, die der j-ten Zelle zugeführt wird, nach folgender Gleichung berechnet werden. ${NH}_{3} (ads_cor1) = {NH}_{3} (ads_ini) + {NH}_{3} (ads_add)$
Hierin stellt NH₃(ads_cor1) die erste korrigierte Adsorptionsmenge von Ammoniak dar, NH₃(ads_ini) die anfängliche Adsorptionsmenge von Ammoniak und NH₃(ads_add) die zusätzliche Adsorptionsmenge von Ammoniak.
Hiernach kann die Steuerung 70 die Schritte S420 bis S440 in Bezug auf alle Zellen, die die erste Scheibe bilden, durchführen, um die zusätzliche Adsorptionsmenge an Ammoniak aller Zellen, die die erste Scheibe bilden, die Menge an Ammoniak, die an einer chemischen Reaktion in allen Zellen teilnimmt, und die Menge an Ammoniak, die aus allen Zellen herausgerutscht ist, zu berechnen und schließlich die Menge an Ammoniak, die in allen Zellen adsorbiert wird, zu berechnen.
Danach kann die Steuerung 70 zu Schritt S310 zurückkehren und die Schritte S410 bis S440 in Bezug auf die zweite Scheibe zur (i-1)-ten Scheibe ausführen. Wie oben beschrieben, kann die Menge an Ammoniak, die der j-ten Zelle der (i-1)-ten Scheibe entwichen ist, gleich der Menge an Ammoniak sein, die der j-ten Zelle der i-ten Scheibe zugeführt wird.
Nachdem die erste korrigierte Adsorptionsmenge an Ammoniak entsprechend der Menge an Ammoniak, die der j-ten Zelle zugeführt wird, berechnet wurde, kann die Steuerung 70 eine zweite korrigierte Adsorptionsmenge an Ammoniak entsprechend der Menge an NH₃ berechnen, die bei der Reduktion von Stickoxiden in der j-ten Zelle (S430) verbraucht wird.
Die folgende Beschreibung zeigt ein beispielhaftes Verfahren zur Berechnung der Menge der zweiten korrigierten Adsorptionsmenge von Ammoniak.
Die Steuerung 70 kann eine Stickoxid-Reinigungsrate der j-ten Zelle berechnen. Die Stickoxid-Reinigungsrate kann anhand einer Temperatur des SDPF 60, einer Durchflussrate des Abgases, eines Verschlechterungsfaktors, eines injizierten Zustands des Reduktionsmittels und eines Verhältnisses von NO₂/NOx in der entsprechenden Zelle berechnet werden. Dabei kann der Verschlechterungsfaktor aus der Gebrauchshistorie des SDPF 60 berechnet werden, und der injizierte Zustand des Reduktionsmittels kann ein Wert sein, der angibt, ob das Reduktionsmittel injiziert wird. Beispielsweise gibt der eingespritzte Zustand des Reduktionsmittels beim Einspritzen des Reduktionsmittels einen Wert von ,1' aus, und wenn das Reduktionsmittel nicht eingespritzt wird, kann der eingespritzte Zustand des Reduktionsmittels einen Wert von ,0' ausgeben. Eine Funktion zur Berechnung der Stickoxid-Reinigungsrate kann je nach eingespritztem Zustand des Reduktionsmittels variieren. Weiterhin kann das Verhältnis von NO₂/NOx in der entsprechenden Zelle aus dem Verhältnis von NO₂ und NOx, das in die entsprechende Zelle eingebracht wird, berechnet werden. In einem Beispiel kann das Verhältnis von NO₂ und NOx, das in den SDPF 60 eingebracht wurde, durch das Verhältnis von NO₂/NOx in der entsprechenden Zelle dargestellt werden.
Danach kann die Steuerung die Menge an Ammoniak berechnen, die bei der Reduktion von Stickoxiden in der j-ten Zelle verbraucht wird. Die Menge an Ammoniak, die bei der Reduktion von Stickoxid in der j-ten Zelle verbraucht wird, kann in Abhängigkeit von der Stickoxid-Reinigungsrate der Zelle, der Menge an Stickoxid, die in die entsprechende Zelle eingebracht wird, der Temperatur des SDPF 60, dem Verhältnis von NH₃/NOx in jeder Zelle, dem Verschlechterungsfaktor der entsprechenden Zelle und dem injizierten Zustand des Reduktionsmittels berechnet werden. Das Verhältnis von NH₃/NOx in jeder Zelle kann aus der Menge an NH₃, die in jeder Zelle adsorbiert wird, und der Menge an NOx, die in jede Zelle eingebracht wird, berechnet werden.
Als Ergebnis wird die zweite korrigierte Adsorptionsmenge (NH₃(ads_cor2)) von Ammoniak in Abhängigkeit von der Menge an NH₃, die bei der Stickoxidreduktion in der j-ten Zelle verbraucht wird, nach folgender Gleichung berechnet. ${NH}_{3} (ads_cor2) = {NH}_{3} (ads_cor1) - {NH}_{3} (nox)$
NH₃(nox) bezeichnet dabei die Menge an Ammoniak, die bei der Reduktion von Stickoxiden verbraucht wird.
Die Steuerung 70 kann eine endgültige Adsorptionsmenge an Ammoniak der j-ten Zelle berechnen, abhängig von einer Menge an Ammoniak, die der j-ten Zelle entwichen ist, einer Menge an Ammoniak, die mit der Bildung von Lachgas (N₂O) in der j-ten Zelle assoziiert ist, und einer Menge an Ammoniak, die in jeder Zelle oxidiert ist (S440). Hierin kann die Menge an Ammoniak, die mit der Erzeugung von Lachgas (N₂O) verbunden ist, das in der j-ten Zelle oxidiert wird, die Menge an Ammoniak, die in jeder Zelle oxidiert wird, und die Menge an Ammoniak, die bei der Reduktion von Stickoxid in der j-ten Zelle verbraucht wird, gemeinhin als die Menge an Ammoniak bezeichnet werden, die an der chemischen Reaktion in der j-ten Zelle teilnimmt.
Die folgende Beschreibung zeigt ein exemplarisches Verfahren zur Berechnung der endgültigen Adsorptionsmenge von Ammoniak in der j-ten Zelle, die im Folgenden detailliert beschrieben wird.
Die Steuerung 70 kann die Menge an Ammoniak berechnen, die in die j-te Zelle in Abhängigkeit von einer Temperatur des SDPF 60, einer Durchflussrate des Abgases, einer zweiten korrigierten Adsorptionsmenge an Ammoniak, einem Verhältnis der zweiten korrigierten Adsorptionsmenge an Ammoniak und einer maximalen Adsorptionsmenge an Ammoniak bei einer aktuellen Temperatur, einem Verschlechterungsfaktor und dem injizierten Zustand des Reduktionsmittels entweicht. Darüber hinaus kann die Steuerung 70 die Menge an Ammoniak berechnen, die mit der Erzeugung von Lachgas (N₂O) in der j-ten Zelle assoziiert ist, und die Menge an Ammoniak, die in der j-ten Zelle oxidiert wurde, abhängig von der Temperatur des SDPF 60, der Durchflussrate des Abgases, der zweiten korrigierten Adsorptionsmenge an Ammoniak und dem Verhältnis der zweiten korrigierten Adsorptionsmenge an Ammoniak und der maximalen Adsorptionsmenge an Ammoniak bei der aktuellen Temperatur. Dabei bedeutet die Oxidation von Ammoniak, dass das Ammoniak in Stickoxide umgewandelt oder in Stickstoffgas (N2) umgewandelt wird. Danach kann Die Steuerung 70 die endgültige Adsorptionsmenge (NH₃(ads_fin)) von Ammoniak der j-Zelle wie folgt berechnen. ${NH}_{3} (ads_fin) = {NH}_{3} (ads_cor2) - {NH}_{3} (sli) - {NH}_{3} (oxi) - {NH}_{3} (n2o)$
worin NH₃(sli) die Menge an Ammoniak darstellt, die in die j-te Zelle entweicht, NH₃(oxi) die Menge an Ammoniak darstellt, die in der j-ten Zelle oxidiert ist, und NH₃(n2o) die Menge an Ammoniak darstellt, die an der Erzeugung von Lachgas (N₂O) in der j-ten Zelle beteiligt ist.
Die Steuerung 70 kann die endgültige Adsorptionsmenge (NH₃(ads_fin)) des Ammoniaks der j-Zelle als die Menge des in der j-ten Zelle adsorbierten Ammoniaks speichern und kehrt zu Schritt S320 zurück.
Die Steuerung 70 kann die Schritte S320 und S330 und die Schritte S410 bis S440 wiederholen, basierend auf den Schritten zum Berechnen/Speichern der Menge an Ammoniak, die in allen Zellen adsorbiert wird, die die ersten bis n-ten Scheiben bilden. Danach kann die Steuerung 70 zu Schritt S220 zurückkehren.
Die Steuerung 70 kann die gesamte Menge des im SDPF 60 adsorbierten Ammoniaks berechnen, basierend auf der Menge des in allen Zellen adsorbierten Ammoniaks, die die ersten bis n-ten Scheiben (S230) bilden. Beispielsweise kann die gesamte Menge an Ammoniak, die im SDPF 60 adsorbiert wird, die Summe der Mengen an Ammoniak sein, die in allen Zellen adsorbiert werden, die die ersten bis n-ten Scheiben bilden. Außerdem kann die Steuerung 70 die Menge an Ammoniak berechnen, die aus dem SDPF 60 ausgeleitet wird, indem er die Mengen an Ammoniak, die aus allen Zellen, die die n-te Schicht bilden, entweichen, addiert.
Die Steuerung 70 kann die Einspritzmenge des Reduktionsmittels oder alternativ eine erforderliche Menge des Reduktionsmittels berechnen, basierend auf der Gesamtmenge des im SDPF 60 (S240) adsorbierten Ammoniaks. So kann z.B. die erforderliche Menge an Reduktionsmittel in Abhängigkeit von der in den SDPF 60 eingeführten Stickoxidmenge, die sich aus der Menge an Stickoxid, die je nach Betriebszustand des Motors erzeugt wird, und der Menge an Stickoxid, die im LNT-Katalysator 40 adsorbiert wird, der Gesamtmenge an Ammoniak, die im SDPF 60 adsorbiert wird, der Stickoxid-Reinigungsrate des SDPF 60 berechnet werden, die sich wiederum aus der Temperatur des SDPF 60, dem Verhältnis aus in den SDPF 60 eingebrachtem Stickoxid und dem NO₂ oder dergleichen, der Temperatur des SDPF 60, der Temperatur, dem Verhältnis von Ammoniak zu Stickoxid in jeder Zelle, dem Verschlechterungsfaktor jeder Zelle und dem injizierten Zustand der Reduktion berechnen lässt. Danach kann die Steuerung 70 die Reduktionsmitteleinspritzdüse 50 so steuern, dass sie das Reduktionsmittel um die erforderliche Menge Ammoniak (S250) einspritzt. Dementsprechend kann die Entweichmenge von Ammoniak reduziert und die Stickoxidreinigungsrate verbessert werden.
9 bis 12 zeigen schematische Diagramme, die verschiedene beispielhafte Ausführungsformen von Katalysatoren veranschaulichen, die in exemplarischen Abgasreinigungsanlagen gemäß verschiedener beispielhafter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eingesetzt werden können.
Wie in 9 dargestellt, können der LNT-Katalysator 40, die Reduktionsmitteleinspritzdüse 50, der SDPF 60 und der zusätzliche SCR-Katalysator 90 nach einer beispielhaften Ausführung exemplarischer Katalysatoren nacheinander zum Auspuffrohr 20 aus dem Motor entfernt werden. Der LNT-Katalysator 40, die Reduktionsmitteleinspritzdüse 50 und der SDPF 60 sind oben beschrieben, die detaillierte Beschreibung entfällt.
Der zusätzliche SCR-Katalysator 90 kann in das hintere Auspuffrohr 20 des SDPF 60 eingebaut werden. Der zusätzliche SCR-Katalysator 90 kann das Stickoxid zusätzlich reduzieren, wenn das Stickoxid im SDPF 60 nicht vollständig gereinigt ist. Der zusätzliche SCR-Katalysator 90 kann sowohl physikalisch vom SDPF 62 getrennt als auch in einem Katalysator integriert werden. Das in den SDPF 60 entweichende Ammoniak wirkt als Reduktionsmittel zur Reduktion von Stickoxiden im zusätzlichen SCR-Katalysator 90. Dementsprechend kann der zusätzliche SCR-Katalysator 90 ein passiver SCR-Katalysator sein.
Wie in 10 dargestellt, können der LNT-Katalysator 40, der Partikelfilter 62, die Reduktionsmitteleinspritzdüse 50 und der SCR 64 nach einer beispielhaften Ausführung exemplarischer Katalysatoren nacheinander an dem Auspuffrohr 20 angeordnet werden. Vergleicht man die zweite Konfiguration der Katalysatoren mit der ersten Konfiguration der Katalysatoren, so kann der SDPF 60 der ersten Konfiguration in den Partikelfilter 62 und den SCR-Katalysator 64 unterteilt werden und die Reduktionsmitteleinspritzdüse 50 kann zwischen dem Partikelfilter 62 und dem SCR-Katalysator 64 angeordnet werden. Obwohl es einen Unterschied in der Anordnung der Katalysatoren gibt, wird die Methode zur Berechnung der in der oben beschriebenen SDPF adsorbierten Ammoniakmenge auf den SCR-Katalysator 64 in gleicher Weise angewendet.
Wie in 11 dargestellt, können nach einer beispielhaften Konfiguration exemplarischer Katalysatoren ein Oxidationskatalysator 100, die Reduktionsmitteleinspritzdüse 50, der SDPF 60 und der zusätzliche SCR-Katalysator 90 nacheinander an dem Auspuffrohr 20 angeordnet werden. Der Oxidationskatalysator 100 kann CO, HC, NO und dergleichen, die im Abgas enthalten sind, oxidieren. Beim Vergleich der dritten Konfiguration mit der ersten Konfiguration kann der LNT-Katalysator 40 der ersten Konfiguration durch den Oxidationskatalysator 100 ersetzt werden. Ob der LNT-Katalysator 40 oder der Oxidationskatalysator 100 verwendet wird, kann vom Konstrukteur unter Berücksichtigung des Betriebszustandes des Motors, der Zielleistung und ähnlichem festgelegt werden. Weiterhin können sowohl der LNT-Katalysator 40 als auch der Oxidationskatalysator 100 eingesetzt werden, wenn der Einbauraum für die Katalysatoren ausreicht. Dabei werden die am vorderen Ende des LNT-Katalysators 40 oder des Oxidationskatalysators 100 angeordneten Katalysatoren alle als erster Katalysator bezeichnet.
Wie in 12 dargestellt, können der Oxidationskatalysator 100, der Partikelfilter 62, der Reduktionsmittelinjektor 50 und der SCR-Katalysator 64 nach einer beispielhaften Ausführungsform exemplarischer Katalysatoren nacheinander entfernt werden. Obwohl es einen Unterschied in der Anordnung der Katalysatoren gibt, wird die Methode zur Berechnung der in der oben beschriebenen SDPF adsorbierten Ammoniakmenge auf den SCR-Katalysator 64 in gleicher Weise angewendet.
Während diese Erfindung im Zusammenhang mit den derzeit als verschiedene beispielhafte Ausführungsformen angesehenen Ausführungen beschrieben wurde, versteht es sich, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist, sondern vielmehr verschiedene Modifikationen und gleichwertige Anordnungen einschließen soll, die von Geist und Schutzumfang der beigefügten Ansprüche umfasst sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

KR 1020170134051 [0001]

Claims

BEANSPRUCHT WIRD:
Abgasreinigungssystem zur Steuerung einer Einspritzmenge eines Reduktionsmittels, umfassend: einen ersten Katalysator, der an einem hinteren Auspuffrohr eines Motors angeordnet ist; einen selektiven katalytischen Reduktionskatalysator (SCR-Katalysator), der an dem hinteren Auspuffrohr des ersten Katalysators angeordnet ist; einer Reduktionsmitteleinspritzdüse, die an einem Auspuffrohr zwischen dem ersten Katalysator und dem SCR-Katalysator angeordnet und derart eingerichtet ist, dass sie ein Reduktionsmittel einspritzt; und eine Steuerung, die so eingerichtet ist, dass sie eine Menge des Reduktionsmittels steuert, das von der Reduktionsmitteleinspritzdüse eingespritzt wird; wobei der SCR-Katalysator eine Vielzahl von Scheiben entlang eines Abgasstroms umfasst und jede Scheibe eine Vielzahl von Zellen mit vorbestimmten Formen mit einem einheitlichen Bereich umfasst, wobei eine Gesamtzahl der Vielzahl der Scheiben durch eine Variable n dargestellt wird und eine Gesamtzahl der Zellen durch eine Variable m dargestellt wird, wobei die Steuerung Folgendes nacheinander berechnet: i) eine entsprechende Menge an Ammoniak, die in den Zellen jeder Scheibe adsorbiert wird, nacheinander von einer ersten Scheibe bis zu einer n-ten Scheibe, wobei eine Menge an Ammoniak, die von einer i-ten Scheibe adsorbiert wird, berechnet wird, indem nacheinander eine Menge an Ammoniak, die in jeder Zelle von einer ersten Zelle bis zu einer m-ten Zelle der i-ten Scheibe adsorbiert wird, hinzugefügt wird, ii) eine Gesamtmenge an Ammoniak, die in dem SCR-Katalysator adsorbiert wurde, und iii) eine erforderliche Menge des Reduktionsmittels, bezogen auf die Gesamtmenge des im SCR-Katalysator adsorbierten Ammoniaks und eine in den SCR-Katalysator eingebrachte Menge an Stickoxid; wobei die Steuerung die Reduktionsmitteleinspritzdüse steuert, um die erforderliche Menge des Reduktionsmittels einzuspritzen.
Abgasreinigungssystem nach Anspruch 1, wobei: die Steuerung Folgendes berechnet: i) die Menge an Ammoniak, die in jeder Scheibe adsorbiert wird, aus der Menge an Ammoniak, die in jeder Zelle adsorbiert wird, ii) eine zusätzliche Adsorptionsmenge an Ammoniak der einzelnen Zellen entsprechend der Menge an Ammoniak, die der jeweiligen Zelle zugeführt wird, iii) eine Menge Ammoniak, die an einer chemischen Reaktion der einzelnen Zellen beteiligt ist, und iv) eine Menge Ammoniak, die aus den einzelnen Zellen entwichen ist.
Abgasreinigungssystem nach Anspruch 2, wobei: die Steuerung Folgendes berechnet: i) die Menge an Ammoniak, die jeder Zelle der i-ten Scheibe zugeführt wird, in Abhängigkeit von einer Ammoniakkonzentration, die der i-ten Scheibe zugeführt wird, ii) ein Volumen der einzelnen Zellen der i-ten Scheibe und iii) einem Durchflussfaktor der einzelnen Zellen der i-ten Scheibe.
Abgasreinigungssystem nach Anspruch 3, wobei: der Durchflussfaktor der einzelnen Zellen gemäß einer Anordnung des ersten Katalysators und des SCR-Katalysators vorgegeben ist.
Abgasreinigungssystem nach Anspruch 4, wobei: der Durchflussfaktor einer j-ten Zelle der i-ten Scheibe gleich einem Durchflussfaktor der j-ten Zelle der (i+1)-ten Scheibe ist.
Abgasreinigungssystem nach Anspruch 3, wobei die Menge an Ammoniak, aus der in einer j-ten Zelle der i-ten Scheibe entwichen ist, gleich derjenigen Menge an Ammoniak ist, die einer j-ten Zelle der (i+1)-ten Scheibe zugeführt wird.
Abgasreinigungssystem nach Anspruch 6, wobei: Gesamtmengen an Ammoniak, die aus den jeweiligen Zellen der i-ten Scheibe entwichen sind, gleich derjenigen Menge an Ammoniak ist, die aus der i-ten Scheibe entwichen ist.
Abgasreinigungssystem nach Anspruch 7, wobei: Gesamtmengen an Ammoniak, die aus den jeweiligen Zellen der n-ten Scheibe entwichen sind, gleich derjenigen Menge an Ammoniak ist, die aus dem SCR-Katalysator entwichen ist.
Abgasreinigungssystem nach Anspruch 3, wobei: die Steuerung Folgendes berechnet: i) eine zusätzliche Adsorptionsmenge an Ammoniak der einzelnen Zellen der i-ten Scheibe in Abhängigkeit von einer Menge an Ammoniak, die jeder Zelle, die die i-te Scheibe bildet, zugeführt wird, ii) eine relative Adsorptionsrate der einzelnen Zellen der i-ten Scheibe und iii) einem Adsorptionsfaktor der einzelnen Zellen der i-ten Scheibe entsprechend einer Temperatur des SCR-Katalysators.
Abgasreinigungssystem nach Anspruch 2, wobei die Menge an Ammoniak, die an der chemischen Reaktion der einzelnen Zellen beteiligt ist, von der Steuerung berechnet wird, basierend auf einer Gesamtmenge an Ammoniak, die bei der Reduktion von Stickoxiden in jeder Zelle verbraucht wird, einer Menge an Ammoniak, die an der Erzeugung von Lachgas (N₂O) in jeder Zelle beteiligt ist, und einer Menge an Ammoniak, die in jeder Zelle oxidiert wird.
Abgasreinigungssystem nach Anspruch 10, wobei: die Menge an Ammoniak, die bei der Reduktion von Stickoxiden in jeder Zelle verbraucht wird, von der Steuerung berechnet wird, basierend auf einer Stickoxid-Reinigungsrate der jeweiligen Zelle, einer Menge an Stickoxiden, die in die jeweilige Zelle eingebracht wird, einer Temperatur des SCR-Katalysators, einem Verhältnis von Ammoniak zu Stickoxiden in jeder Zelle, einem Verschlechterungsfaktor der jeweiligen Zelle und einem Injektionsstatus des Reduktionsmittels.
Abgasreinigungssystem nach Anspruch 10, wobei die Menge an Ammoniak, die an der Erzeugung von Lachgas in jeder Zelle beteiligt ist, von der Steuerung auf der Grundlage der Temperatur des SCR-Katalysators, der Durchflussrate des Abgases, der Menge an Ammoniak, die in jeder Zelle adsorbiert wird, der zusätzlichen Adsorptionsmenge an Ammoniak in jeder Zelle entsprechend der Menge an Ammoniak, die jeder Zelle zugeführt wird, und der Menge an Ammoniak, die bei der Reduktion von Stickstoffoxid in jeder Zelle verbraucht wird, berechnet wird.
Abgasreinigungssystem nach Anspruch 10, wobei die Menge an Ammoniak, die in jeder Zelle oxidiert wird, von der Steuerung auf der Grundlage der Temperatur des SCR-Katalysators, der Durchflussrate des Abgases, der Menge an Ammoniak, die in jeder Zelle adsorbiert wird, der zusätzlichen Adsorptionsmenge an Ammoniak in jeder Zelle entsprechend der Menge an Ammoniak, die jeder Zelle zugeführt wird, und der Menge an Ammoniak, die bei der Reduktion von Stickoxiden in jeder Zelle verbraucht wird, berechnet wird.
Abgasreinigungssystem nach Anspruch 10, wobei die Menge an Ammoniak, die aus der jeweiligen Zelle entweicht, von der Steuerung berechnet wird, basierend auf der Temperatur des SCR-Katalysators, der Durchflussrate des Abgases, der Menge an Ammoniak, die in der jeweiligen Zelle adsorbiert wird, der zusätzlichen Adsorptionsmenge an Ammoniak der jeweiligen Zelle entsprechend der Menge an Ammoniak, die der jeweiligen Zelle zugeführt wird, der Menge an Ammoniak, die bei der Reduktion von Stickoxiden in der jeweiligen Zelle verbraucht wird sowie dem Verschlechterungsfaktor der jeweiligen Zelle.
Abgasreinigungssystem nach Anspruch 1, wobei die erforderliche Menge des Reduktionsmittels von der Steuerung auf der Grundlage der in den SCR-Katalysator eingeführten Stickoxidmenge, der gesamten Menge an Ammoniak, die im SCR-Katalysator adsorbiert wird, der Stickoxid-Reinigungsrate des SCR-Katalysators, der Temperatur des SCR-Katalysators, einer Volumengeschwindigkeit des Abgases und des Verschlechterungsfaktors des SCR-Katalysators berechnet wird.
Abgasreinigungssystem nach Anspruch 1, ferner umfassend: einen Partikelfilter, der so eingerichtet ist, dass er die im Abgas enthaltenen Partikel sammelt, wobei der Partikelfilter durch eine selektive katalytische Reduktion auf einem Dieselpartikelfilter (SDPF) gebildet ist, der mit dem SCR-Katalysator beschichtet ist.
Abgasreinigungssystem nach Anspruch 16, wobei: das hintere Auspuffrohr des SDPF weiterhin einen zusätzlichen SCR-Katalysator enthält, der die Stickoxide im Abgas reduziert, indem er Ammoniak verwendet, das in den SDPF entwichen ist.
Abgasreinigungssystem nach Anspruch 1, ferner umfassend: einen Partikelfilter, der so eingerichtet ist, dass er die im Abgas enthaltenen Partikel sammelt, wobei die Reduktionsmitteleinspritzdüse und der SCR-Katalysator nacheinander an dem hinteren Auspuffrohr des Partikelfilters angeordnet sind.
Abgasreinigungssystem nach Anspruch 1, wobei der erste Katalysator ein magerer NOx-Falle-Katalysator (LNT-Katalysator) ist.
Abgasreinigungssystem nach Anspruch 1, wobei: der erste Katalysator ein Oxidationskatalysator ist.