DE102018112877A1

DE102018112877A1 - Bestimmung der Stickoxidkonzentration im Motorabgas

Info

Publication number: DE102018112877A1
Application number: DE102018112877.0A
Authority: DE
Inventors: Giorgio Sticchi; Francesco CASTORINA; Andrea Dutto
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2017-05-30
Filing date: 2018-05-29
Publication date: 2018-12-06
Anticipated expiration: 2038-05-30
Also published as: US20180347495A1; US10190521B2; DE102018112877B4; CN108979814A; CN108979814B

Abstract

Ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors, mit einem Turbolader, um einen Ansaugluftstrom unter Druck zu setzen und einem Abgasnachbehandlungssystem (AN) einschließlich einer AN-Vorrichtung zum Reduzieren der Stickstoffoxid-(NOx) Konzentration im vom Motor erzeugten Abgas. Das Verfahren beinhaltet das Betreiben des Motors mit einer Teilung der variablen Abgasrückführung (AGR) unter hohem Druck und der AGR unter niedrigem Druck im Ansaugluftstrom. Das Verfahren beinhaltet auch das Ermitteln der Konzentration von NOx im Abgas und das Ermitteln einer aktuellen Teilung der AGR unter hohem Druck und der AGR unter niedrigem Druck im Ansaugluftstrom. Das Verfahren beinhaltet darüber hinaus das Ermitteln eines AGR-Korrekturfaktors unter Verwendung der ermittelten aktuellen Teilung der AGR unter hohem Druck und der AGR unter niedrigem Druck und das Anwenden des ermittelten AGR-Korrekturfaktors auf die ermittelte Konzentration von NOx, um eine korrigierte Konzentration von NOx zu generieren. Ferner beinhaltet das Verfahren das Regeln des Betriebs des AN-systems, um das Abgas über die AN-Vorrichtung in Reaktion auf die generierte korrigierte Konzentration von NOx zu behandeln.

Description

EINLEITUNG
Die vorliegende Offenbarung betrifft die Bestimmung der Stickoxid-(NOx)-Emissionskonzentration im Abgas eines Verbrennungsmotors.
Moderne Verbrennungsmotoren verwenden in der Regel Abgasnachbehandlungssysteme (AT), die Partikelfilter und sonstige Vorrichtungen beinhalten, um die Abgasemissionen von Verbrennungsmotoren wirksam zu begrenzen. Eine der häufig verwendeten Vorrichtungen zur Abgasnachbehandlung bei einem modernen magerlauffähigen Verbrennungsmotor, wie etwa einem Selbstzünder- oder Dieselmotor, ist ein selektiver katalytischer Reduktions (SCR)-Katalysator.
Der SCR ist dazu konfiguriert, Stickoxide (NOx) in zweiatomigen Stickstoff (N₂) und Wasser (H₂O) mit Hilfe der NO₂, die durch eine weitere Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung erzeugt wird, umzuwandeln, typischerweise dem Diesel-Oxidationskatalysator (DOC nach Diesel Oxidation Catalyst). Zur effektiven Entfernung von NOx erfordert der SCR-Umwandlungsprozess zudem eine vorgegebene Menge von Ammoniak (NH₃) im Abgasstrom.
Der SCR-Umwandlungsprozess kann zudem eine gesteuerte oder gemessene Menge eines Reduktionsmittels in den Abgasstrom erfordern, das allgemein den Namen „Diesel-Abgas-Fluid“ (DEF) hat, wenn das Reduktionsmittel in Dieselmotoren verwendet wird. Diese Art Reduktionsmittel kann eine wässrige Harnstofflösung sein, die Wasser und Ammoniak beinhaltet.
Um den SCR-Umwandlungsprozess zu ermöglichen und um die Reduktion und/oder Entfernung von NOx-Emissionen zu gewährleisten, kann eine wirksame Bestimmung der NOx-Konzentration im Abgasstrom vom Motor von wesentlicher Bedeutung sein.
KURZDARSTELLUNG
Ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors mit einem Turbolader, der konfiguriert ist, um den Ansaugluftstrom unter Druck zu setzen und ein Abgasnachbehandlungssystem (AT) einschließlich einer AT-Vorrichtung, die konfiguriert ist, um eine Konzentration von Stickstoffoxid (NOx) in einem vom Motor erzeugten Abgas zu reduzieren. Der Motor kann ein Selbstzündermotor sein. Das Verfahren beinhaltet das Betreiben des Motors mit einer Teilung der variablen Abgasrückführung (AGR) unter hohem Druck und der AGR unter niedrigem Druck im Ansaugluftstrom. Das Verfahren beinhaltet auch das Ermitteln der Konzentration von NOx im Abgas und das Ermitteln einer aktuellen Teilung der AGR unter hohem Druck und der AGR unter niedrigem Druck im Ansaugluftstrom. Das Verfahren beinhaltet darüber hinaus das Ermitteln eines AGR-Korrekturfaktors unter Verwendung der ermittelten aktuellen Teilung der AGR unter hohem Druck und der AGR unter niedrigem Druck und das Anwenden des ermittelten AGR-Korrekturfaktors auf die ermittelte Konzentration von NOx im Abgas, um eine korrigierte Konzentration von NOx zu generieren. Ferner beinhaltet das Verfahren das Regulieren des Betriebs des AN-systems, um das Abgas über die AN-Vorrichtung in Reaktion auf die generierte korrigierte Konzentration von NOx zu behandeln.
Das Verfahren kann über eine elektronische Steuerung durchgeführt werden, die mit mindestens einer Datennachschlagtabelle programmiert ist. In einem solchen Fall kann die Bestimmung der Konzentration der NOx im Abgas das Zugreifen auf die mindestens einer Datennachschlagtabelle beinhalten.
Der Motor kann eine Kraftstoffeinspritzdüse, die über eine Einspritzventilleiste mit Kraftstoff versorgt wird und konfiguriert ist, um Kraftstoff in den Motor einzuspritzen, beinhalten. Zugriff auf die mindestens eine Datennachschlagetabelle kann das Zugreifen auf eine erste Datennachschlagtabelle beinhalten. In einem solchen Fall kann das Verfahren weiterhin das Ermitteln einer Temperatur der angesaugten Luft beinhalten. Darüber hinaus kann das Verfahren das Ermittelten eines Kraftstoffverteilungsdrucks und einer Zeit, die von der Kraftstoffeinspritzdüse verwendet wird, um den Motor zu betreiben; das Ermitteln einer Anzahl von Kraftstoffeinspritzungen; das Ermitteln eines Druckverhältnisses zwischen der Ansaugluft und dem Abgas; das Ermitteln eines Umgebungsfeuchtigkeitsniveaus; und das Ermitteln des Umgebungsdrucks beinhalten. Das Verfahren kann auch das Ermitteln der NOx Konzentration unter Verwendung der ermittelten Temperatur der angesaugten Luft, des Kraftstoffverteilungsdrucks, des Zeitverhaltens der Kraftstoffeinspritzdüse, der Anzahl der Kraftstoffeinspritzungen, des Druckverhältnisses zwischen der Ansaugluft und dem Abgas und des Umgebungsfeuchtigkeitsniveaus in der ersten Datennachschlagetabelle beinhalten.
Zugriff auf die mindestens eine Datennachschlagetabelle kann das Ermitteln des AGR-Korrekturfaktors über das Zugreifen auf eine zweite Datennachschlagetabelle beinhalten.
Das Zugreifen auf die mindestens eine Datennachschlagetabelle kann auch das Anwenden des ermittelten AGR-Korrekturfaktors auf die ermittelte NOx-Konzentration im Abgas über das Anwenden der dritten Datennachschlagetabelle beinhalten, um die korrigierte NOx Konzentration zu generieren.
Darüber hinaus kann das Verfahren das Folgende beinhalten: Ermitteln einer Temperatur des Motors; Ermitteln eines Korrekturfaktors der Motortemperatur unter Verwendung der ermittelten Temperatur des Motors; und Anwenden des Korrekturfaktors der Motortemperatur auf die ermittelte NOx-Konzentration im Abgas, um eine weitere korrigierte NOx-Konzentration zu generieren. Das Verfahren kann auch das Regulieren des Betriebs des AN-Systems beinhalten, um die Abgase über die AN-Vorrichtung in Reaktion auf die generierte weiter korrigierte NOx Konzentration zu behandeln.
Zugriff auf die mindestens eine Datennachschlagetabelle kann das Ermitteln des Korrekturfaktors der Motortemperatur über das Zugreifen auf eine vierte Datennachschlagetabelle beinhalten. Eine solche Ermittlung des Korrekturfaktors der Motortemperatur kann auf der tatsächlichen Motordrehzahl und Motorlast basieren.
Die erste bis vierte Datennachschlagetabelle können Untertabellen einer in der Steuerung programmierten Master-Datennachschlagtabelle sein.
Das Ermitteln der Temperatur des Motors kann das Erfassen einer Kühlmitteltemperatur des Motors über einen Sensor beinhalten.
Die AN-Vorrichtung kann ein Katalysator für selektive katalytische Reduktion (SCR-Katalysator) sein. In einem solchen Fall kann das Regulieren des Betriebs des AN-Systems das Einspritzen eines Reduktionsmittels in das sich stromaufwärts des SCR-Katalysators befindliche Abgas beinhalten.
Ein Nachbehandlungs (AN)-System für ein Abgas, das von einem Verbrennungsmotor unter Verwendung einer Steuerung erzeugt wird, die zum Ausführen des vorstehenden Verfahrens konfiguriert ist, wird ebenfalls offenbart.
Es wird auch ein Fahrzeug mit Anwendung des zuvor beschriebenen AN-Systems offenbart.
Die vorstehend aufgeführten Merkmale und Vorteile sowie andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der Ausführungsform(en) und der/den besten Art(en) zur Umsetzung der beschriebenen Offenbarung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen und hinzugefügten Ansprüchen ersichtlich.
Figurenliste

1 ist eine schematische Draufsicht eines Fahrzeugs mit einem Verbrennungsmotor, der mit einem Abgassystem verbunden ist, das ein Nachbehandlungs (AN)-System mit einer Anzahl an AN-Vorrichtungen zur Reduzierung der Abgasemissionen aufweist.
2 ist eine schematische Darstellung des Verbrennungsmotors, der mit dem Abgassystem mit der in 1 dargestellten AN verbunden ist.
3 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Verwendung des in 1 und 2 dargestellten Motors und seines AN-Systems.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, worin in mehreren Ansichten gleiche Referenznummern auf gleiche Komponenten verweisen, zeigt 1 eine schematische Ansicht eines Motorfahrzeugs 10. Das Fahrzeug 10 beinhaltet einen Verbrennungsmotor 12, der zum Antreiben des Fahrzeugs über angetriebene Räder 14 konfiguriert ist. Dabei kann der Verbrennungsmotor 12 ein Selbstzündermotor oder ein Dieselmotor sein. Im Allgemeinen erfolgt eine interne Verbrennung im Dieselmotor 12, wenn eine ermittelte Menge der Umgebungsluftströmung 16 mit einer abgemessenen Menge Kraftstoff 18 gemischt wird, der aus einem Kraftstoffbehälter 20 zugeführt wird, und das resultierende Luft-KraftstoffGemisch im Zylinder 13 des Motors komprimiert wird (in 2 dargestellt).
Wie ersichtlich, kann der Motor 12 einen Abgaskrümmer 22 beinhalten, der konfiguriert ist, Abgas aus den Zylindern 13 des Motors einzusammeln. Der Motor beinhaltet auch einen mit Zylindern 13 in Fluidverbindung stehenden Turbolader 24, wie über den Abgaskrümmer 22. Der Turbolader 24 wird durch einen Abgasstrom gespeist oder angetrieben, insbesondere durch das Abgas 26, das von den einzelnen Zylindern 13 des Motors 12, wie durch den Abgaskrümmer 22, nach jedem Verbrennungsvorgang freigesetzt wird. Der Turbolader 24 ist mit einem Abgassystem 28 verbunden, welches das Abgas 26 aufnimmt und schließlich das Abgas an die Umgebung abgibt, typischerweise auf einer Seite oder auf der Rückseite des Fahrzeugs 10. Der Turbolader 24 nutzt auch den Abgas 26-Strom, um den Ansaugluftstrom 16 unter Druck zu setzen. Der Turbolader 24 kann als Turbolader mit variabler Geometrie (VGT) konfiguriert sein. Ein VGT ist typischerweise so gestaltet, dass das effektive Seitenverhältnis (A:R) des Turboladers abhängig von der Motordrehzahl verändert werden kann und somit eine höhere Wirtschaftlichkeit des Motors ermöglicht wird.
Die variable Geometrie eines derartigen VGT wird häufig über einen variablen Schaufelmechanismus erreicht (nicht dargestellt). VGTs sind bei Selbstzündungs- oder Dieselmotoren tendenziell häufiger anzutreffen als bei Fremdzündungs- oder Benzinmotoren, da niedrigere Abgastemperaturen eines Dieselmotors eine weniger extreme Umgebung für die beweglichen Komponenten des VGTs darstellen. Obwohl der Motor 12 dargestellt ist, als sei der Abgaskrümmer 22 am Motoraufbau befestigt, kann der Motor Abgaskanäle 22A beinhalten, wie sie im Allgemeinen in Abgaskrümmern gebildet sind. In einem solchen Fall können die oberen Kanäle 22A in den Motoraufbau integriert sein, wie zum Beispiel im Zylinderkopf bzw. den Zylinderköpfen des Motors.
Das Fahrzeug 10 beinhaltet zudem ein Motorabgas-Nachbehandlungs (AN)-System 30. Das AN-System 30 beinhaltet eine Anzahl von Abgasnachbehandlungs-Vorrichtungen, die methodisch große Kohlenstoffpartikel-Nebenprodukte und Emissionsbestandteile der Motorverbrennung aus dem Abgasstrom 26 entfernen. Wie in 1 und 2 gezeigt, arbeitet das AN-System 30 als Teil des Abgassystems 28. Das AN-System 30 beinhaltet mindestens eine AN-Vorrichtung, wie beispielsweise eine erste AN-Vorrichtung 32, die stromabwärts des Turboladers 24 angeordnet ist, und eine zweite AN-Vorrichtung 34, die stromabwärts der ersten AN-Vorrichtung angeordnet ist. Die erste AN-Vorrichtung 32 kann eng an den Turbolader 24 angekoppelt und in einem Motorraum 11 des Fahrzeugs 10 angeordnet sein, sodass sie in unmittelbarer Nähe zum Motor 12 liegt. Eine derartige enge Kopplung der ersten AN-Vorrichtung 32 zum Motor 12 kann eine kompakte Verpackungsanordnung bereitstellen, welche die Zeit zum Aktivieren, d. h. das Aktivieren des AN-Systems 30 in der Nachbehandlung des Abgases 26 nach einem Kaltstart des Motors 12, minimiert. Das AN-System kann auch zusätzliche AN-Vorrichtungen (nicht dargestellt) beinhalten, die im Abgasstrom stromabwärts der ersten und zweiten AN-Vorrichtungen 32, 34 angeordnet sind.
Wie gezeigt, kann die erste AN-Vorrichtung 32 ein Diesel-Oxidationskatalysator (DOC) sein, während die zweite AN-Vorrichtung 34 ein selektiver katalytischer Reduktions (SCRF)-Katalysator sein kann. Die primäre Funktion des DOC ist die Verringerung von Kohlenmonoxid (CO) und von Nicht-Methan-Kohlenwasserstoffen (NMHC). Wenn vorhanden, ist der DOC weiterhin zur Erzeugung von Stickstoffdioxid (NO₂) konfiguriert, das vom SCRF verwendet werden kann, der entfernt stromabwärts vom DOC angeordnet ist und unten ausführlicher beschrieben wird. Der DOC enthält typischerweise eine Katalysatorsubstanz aus Edelmetallen, wie Platin und/oder Palladium, deren Funktion zu den oben genannten Zielen führt. Im Allgemeinen wird der DOC bezüglich der Erzeugung von NO₂) bei erhöhten Temperaturen aktiviert und erreicht seine betriebliche Leistungsfähigkeit. Daher kann der DOC, wie in den 1 und 2 dargestellt, eng gekoppelt zum Turbolader 24 angeordnet sein, um den Verlust von Wärmeenergie aus dem Abgas-26-Strom vor dem Erreichen des DOC zu reduzieren.
Die Hauptfunktion des SCR-Katalysators besteht darin, die Konzentration 35 von Stickoxiden (NOx) im Abgas 26 zu reduzieren. Die Reduktion von NOx wird im Allgemeinen über eine Umwandlung von NOx in zweiatomigen Stickstoff (N₂) und Wasser (H₂O) durchgeführt, zum Beispiel mit Hilfe des von der ersten als DOC konfigurierten AN-Vorrichtung 32 erzeugten NO₂. Der SCR kann ein Einwegfilter sein, welcher Partikelmaterial oder Ruß filtert, oder ein Zweiwegefilter mit einer katalysierten Wash-Coat, der zwei Funktionen ausführt - Partikelmaterial filtert und NOx reduziert. Zum effektiven Entfernen von NOx erfordert der SCR-Umwandlungsprozess zudem eine vorgegebene Menge von Ammoniak (NH₃), um im kraftstoffreichen Abgas 26 vorhanden zu sein. Das SCR kann eng an die DOC gekoppelt und in einem gemeinsamen Gehäuse eingeschlossen sein, um einen Verlust an Wärmeenergie zu verringern, wenn der Abgas-26-Strom vom DOC zum SCR strömt.
Das AN-System 30 beinhaltet auch einen Abgasdurchgang 22A, der ein Teil des Abgaskrümmers 22 sein kann, der konfiguriert ist, um den Abgasstrom 26 von den Zylindern des Motors 13 zum Turbolader 24 zu tragen, und einen Abgasdurchgang 36, der konfiguriert ist, um den Abgasstrom 26 heckwärts des Turboladers 24 zur ersten AN-Vorrichtung 32 zu tragen. Der Ansaugluftstrom 16 wird dem Motor 12 über einen Ansaugkanal 38 zugeführt, um mit dem Kraftstoff 18 zu vermischen, die Verbrennung zu erzeugen, den Motor zu betreiben und einen Abgasstrom 26 zu erzeugen. Der Motor 12 kann eine Kraftstoffeinspritzdüse 40 beinhalten, die über eine Einspritzventilleiste 42 mit dem Kraftstoff 18 versorgt wird und die konfiguriert ist, um Kraftstoff in die Zylinder des Motors einzuspritzen. Ein Luftmassensensor 44 kann im Ansaugtrakt 38 angeordnet und so konfiguriert sein, dass er eine Menge des dem Motor 12 während seines Betriebs zugeführten Luftstroms 16 erfasst. Ein Abgasdurchgang 46 ist dazu konfiguriert, behandeltes Abgas 26A heckwärts der zweiten AN-Vorrichtung 34 aufzunehmen und das behandelte Abgas durch den Rest des Abgassystems 28 und den Rest des AN-Systems 30 zu leiten.
Das AN-System 30 beinhaltet auch einen ersten Abgasrückführungs (AGR)-Kanal 48. Der erste AGR-Kanal 48 ist dazu konfiguriert, einen Abschnitt 26A-1 des behandelten Abgases 26A aus dem Abgaskanal 46 in den Ansaugtrakt 38 zurückzuleiten, während der Rest 26-2 des behandelten Abgases durch den Rest des Abgassystems 28 geleitet wird. Auch als Teil des AN-Systems 30 kann eine Einspritzdüse 50 so konfiguriert sein, dass es ein Reduktionsmittel 52 in das Abgas 26 stromaufwärts des SCR-Katalysators einspritzt. In Dieselmotoranwendungen enthält das Reduktionsmittel 52 typischerweise Ammoniak (NH₃), wie beispielsweise eine wässrige Harnstofflösung, ein so genanntes Diesel-Abgas-Fluid (DEF). Wie in 1 gezeigt, kann die Einspritzdüse 50 das Reduktionsmittel 52 aus einem nachfüllbaren Behälter 54 empfangen. Dementsprechend ist in einer derartigen Ausführungsform die Ausführungsform des SCR der zweiten AN-Vorrichtung 34 so konfiguriert, dass sie das Abgas 26 mit dem eingespritzten Reduktionsmittel 52 behandelt.
Wie in 2 ersichtlich, beinhaltet das AN-System 30 auch ein Abgasmodulationsventil (EPM) 58, welches konfiguriert ist, den Durchgang des Abschnitts 26A-1 des behandelten Abgases 26A durch den ersten AGR Durchgang 48 zu regulieren. In einer derartigen Ausführungsform regelt das EPM-Ventil 58 den ersten AGR-Kanal 48 zum Rückführen des Abschnitts 26A-1 des behandelten Abgases 26A durch Umleiten des behandelten Abgases aus dem Abgaskanal in den Turbolader 24. Um die Lebensdauer des Turboladers 24 zu verlängern, wird die Rückführung des Abschnitts 26A-1 des behandelten Abgasstroms 26A zum Turbolader über das EPM-Ventil 58 in Form einer Niederdruck-Abgasrückführung (LPEGR) erzielt, d.h. er wird in den drucklosen Ansaugluftstrom 16 stromaufwärts des Turboladers 24 umgeleitet.
Unter weiterer Bezugnahme auf 2 beinhaltet das AN-System 30 auch einen zweiten AGR-Durchgang 60, der konfiguriert ist, um einen Abschnitt 26-1 des unbehandelten Abgases 26 aus dem Abgaskrümmer 22/Abgasdurchgang 22A, stromaufwärts des Turboladers, 24 zurück in die Zylinder 13 des Motors umzuleiten. Das AN-System 30 beinhaltet darüber hinaus ein AGR-Ventil 62, welches konfiguriert ist, den Durchgang des Abschnitts 26-1 des unbehandelten Abgases 26 durch den zweiten AGR-Durchgang 60 zu regulieren. Der rückgeführte Abschnitt 26-1 des unbehandelten Abgasflusses 26 über das AGR-Ventil 62 wird in Form einer Hochdruck-Abgasrückführung (HPEGR) erzielt, d. h. in den unter Druck stehenden Ansaugluftstrom 16 stromaufwärts des Zylinders 13 zurückgeführt.
Das Fahrzeug 10 beinhaltet zusätzlich eine elektronische Steuerung 64, die dazu konfiguriert ist, das AN-System 30 zu regeln, und somit kann die Steuerung Teil des AN-Systems sein. Die Steuerung 64 kann eine eigenständige Einheit oder Teil einer elektronischen Steuerung (ECU) sein, die den Betrieb des Motors 12 regelt. Die Steuerung 64 ist auf dem Fahrzeug 10 und beinhaltet einen Prozessor und einen gut zugänglichen nichtflüchtigen Speicher. Anweisungen zur Steuerung des Betriebs des AN-Systems 30 sind programmiert oder im Speicher der Steuerung 64 und der Prozessor ist zur Ausführung der Anweisungen aus dem Speicher während des Betriebs des Fahrzeuges 10 konfiguriert. Die Steuerung 64 ist im Allgemeinen so programmiert, dass sie die Einspritzdüse 50 zum Einleiten des Reduktionsmittels 52 stromaufwärts der zweiten SCR AN-Vorrichtung 34, d. h. zwischen den ersten und zweiten AN-Vorrichtungen 32, 34, während des Betriebs des Motors 12, regelt. Die Steuerung 64 ist auch programmiert, um den Wirkungsgrad der zweiten AN-Vorrichtung 34 zu ermitteln und um die Konzentration 35 des NOx im Abgas 26 ohne Verwendung eines dedizierten NOx Sensors zu reduzieren.
Die Steuerung 64 ist auch programmiert, um den Motor 12 mit einer variablen Hochdruck-AGR und Niederdruck AGR Teilung im Ansaugluftstrom 16 zu betreiben. Die Steuerung 64 ist auch programmiert, um eine aktuelle Hochdruck-AGR zu Niederdruck-AGR Teilung 66 im Ansaugluftstrom 16 zu ermitteln. Die Steuerung 64 ist darüber hinaus programmiert, um den AGR-Korrekturfaktor 68 unter Verwendung der aktuell ermittelten Hochdruck-AGR zur Niedrigdruck AGR-Teilung 66 zu ermitteln. Die Steuerung 64 ist programmiert, um den AGR-Korrekturfaktor 68 auf die ermittelte Konzentration 35 des NOx im Abgas 26 anzuwenden, um eine korrigierte Konzentration 35A der NOx zu generieren. Ferner ist die Steuerung 64 programmiert, um den Betrieb des AN-Systems 30 zu regulieren, um das Abgas 26 über die zweite AN-Vorrichtung 34 in Reaktion auf die generierte korrigierte Konzentration 35A des NOx zu behandeln. Ein derartiges Regulieren des AN-Systems 30 kann das Einführen des Reduktionsmittels 52 über die Einspritzdüse 50 beinhalten, sowie das Regulieren einer Menge des eingespritzten Reduktionsmittels, stromaufwärts der zweiten SCR-AN-Vorrichtung 34 in Reaktion auf die korrigierte Konzentration 35A des NOx um die NOx Konzentration im Abgasstrom 26 somit zu reduzieren.
Die Steuerung 64 kann mit mindestens einer Datennachschlagetabelle, die im Allgemeinen mit einer Referenznummer 70 angegeben wird, programmiert werden. Ferner ist die Steuerung 64 programmiert, um die Konzentration 35 des NOx im Abgas 26 über das Zugreifen auf die Datennachschlagetabellen des Subjekts zu ermitteln, die mindestens eine erste Datennachschlagetabelle 70-1 beinhalten können. Unter Bezugnahme auf 2 kann die Steuerung 64 auch darauf programmiert werden, eine Temperatur 72 des Ansaugluftstroms 16 zu ermitteln. Um die Temperatur 72 des Ansaugluftstroms 16 zu ermitteln, kann die Steuerung 64 sich in elektronischer Kommunikation mit einem Sensor 74 befinden, der konfiguriert ist, um die Temperatur des Luftstroms zu erfassen. Die Steuerung 64 kann darüber hinaus darauf programmiert werden, einen Druck 76 in der Einspritzventilleiste 42 und einen Einspritzzeitpunkt 78 der Kraftstoffeinspritzdüse 40 zu ermitteln, die verwendet werden, um den Motor 12 zu betreiben. Die Steuerung 64 kann auch darauf programmiert werden, eine Anzahl von Einspritzimpulsen 80 des Kraftstoffs 18 pro Motortakt zu ermitteln.
Die Steuerung 64 kann darüber hinaus darauf programmiert werden, ein Druckverhältnis 82 zwischen der Ansaugluft und dem Abgas zu ermitteln, der eine Ermittlung des Ansaugluftdrucks, wie über einen dedizierten Sensor 84 stromaufwärts des Turboladers 24, und eine Ermittlung des Abgasdrucks, wie über einen entsprechenden Sensor 86 stromabwärts des Turboladers 24 beinhalten würde. Die Steuerung 64 kann auch darauf programmiert werden, einen Umgebungsdruck 88 zu ermitteln, wie über die Kommunikation mit einem spezifischen Sensor 90 (in 1 dargestellt), der konfiguriert ist, um den Umgebungsdruck zu erfassen. Die Steuerung 64 kann darüber hinaus darauf programmiert werden, eine Umgebungsfeuchtigkeit 92 zu ermitteln, wie über die Kommunikation mit einem spezifischen Sensor 94 (in 1 dargestellt), der konfiguriert ist, um die Umgebungsfeuchtigkeit zu erfassen. Ferner kann die Steuerung 64 darauf programmiert werden, die Konzentration 35 von NOx über das Zugreifen auf die ermittelte Temperatur 72 des Ansaugluftstroms 16, des Einspritzventilleistendrucks 76, des Kraftstoffeinspritzzeitpunkts 78, der Anzahl der Kraftstoffeinspritzungen 80, des Druckverhältnisses 82 zwischen der Ansaugluft und dem Abgas, dem Umgebungsdruck 88, und der Umgebungsfeuchtigkeit 92 in der ersten Datennachschlagetabelle 70-1 zu ermitteln.
Das AN-System 30 kann ferner eine zweite Datennachschlagetabelle 70-2 als Teil der Nachschlagetabelle(n) 70 beinhalten. In einer derartigen Ausführungsform des AN-Systems 30 kann die Steuerung 64 darauf programmiert werden, den AGR-Korrekturfaktor 68 über das Zugreifen auf die zweite Datennachschlagetabelle 70-2 zu ermitteln. Das AN-System 30 kann ferner eine dritte Datennachschlagetabelle 70-3 beinhalten. In einer derartigen Ausführungsform des AN-Systems 30 kann die Steuerung 64 darauf programmiert werden, den ermittelten AGR-Korrekturfaktor 68 auf die ermittelte Konzentration 35 des NOx im Abgas 26 über das Zugreifen auf die dritte Datennachschlagetabelle 70-3 anzuwenden, um die korrigierte Konzentration 35A des NOx zu generieren.
Die Steuerung 64 kann darüber hinaus darauf programmiert werden, eine Temperatur 96 des Motors 12 zu ermitteln. Die Temperatur 96 des Motors 12 kann, wie durch einen Sensor 98 erfasst, durch eine Temperatur des Motorkühlmittels 97 dargestellt werden. Dementsprechend kann die Steuerung 64 sich in elektronischer Kommunikation mit dem Sensor 98 befinden, und konfiguriert sein, um vom Sensor des Subjekts ein Signal zu empfangen, welches die erfasste Kühlmitteltemperatur 96 angibt. Die Steuerung 64 kann auch darauf programmiert werden, einen Korrekturfaktor 100 der Motortemperatur unter Verwendung der ermittelten Temperatur 96 des Motors 12 zu ermitteln. Die Steuerung 64 kann darüber hinaus darauf programmiert werden, den ermittelten Korrekturfaktor 100 der Motortemperatur auf die ermittelte Konzentration 35 von NOx im Abgas 26 anzuwenden, um eine weiter korrigierte Konzentration 35B von NOx. zu generieren. Die Steuerung 64 kann ferner darauf programmiert werden, den Betrieb des AN-Systems 30 zu regulieren, um das Abgas 26 über die zweite AN-Vorrichtung 34 in Reaktion auf die generierte weiter korrigierte Konzentration 35B von NOx zu behandeln.
Die Datennachschlagetabelle(n) 70 kann (können) auch eine zweite Datennachschlagetabelle 70-4 beinhalten. In einer derartigen Ausführungsform kann die Steuerung 64 darüber hinaus darauf programmiert werden, den Korrekturfaktor 100 der Motortemperatur über das Zugreifen auf die vierte Datennachschlagetabelle 70-4 zu ermitteln. Ein derartiges Ermitteln eines Korrekturfaktors 100 der Motortemperatur kann auf der ermittelten Drehzahl und Last des Motors 12 basieren, die mit empirisch abgeleiteten Datenpunkten zur Motordrehzahl und der Last des Motors aus der vierten Datennachschlagetabelle 70-4 verglichen oder damit in Verbindung gesetzt werden. Die erste bis vierte Datennachschlagetabelle, d. h. die Tabellen 70-1 bis 70-4 können Untertabellen einer Master-Datennachschlagetabelle sein, die in die Steuerung hineinprogrammiert wurden, wie die im Allgemeinen angegebene Datennachschlagetabelle 70.
Im Allgemeinen verwendet das AN-System 30 die Steuerung 64 wie beschrieben, um den Betrieb des Motors 12 und des AN-Systems kontinuierlich zu überwachen. Darüber hinaus ist die Steuerung 64 programmiert, um den Wirkungsgrad der zweiten AN-Vorrichtung 34 zu ermitteln und um die Konzentration 35 des NOx im Abgas 26 ohne Verwendung eines dedizierten NOx Sensors zu reduzieren. Darüber hinaus kann die Steuerung 64 mit einer Serie von empirisch abgeleiteten Datennachschlagetabelle 70 programmiert sein, um die Konzentration 35 von NOx im Abgas 26 zu ermitteln. Ferner verwendet das AN-System 30 die Steuerung 64, um das Abgas 26 über die zweite AN-Vorrichtung 34 in Reaktion auf die generierte korrigierte Konzentration 35A und/oder die weiter korrigierte Konzentration 35B von NOx zu behandeln, um die Konzentration von NOx im Abgas wirksam zu reduzieren.
3 bildet ein Verfahren 200 zum Betreiben des Motors 12 unter Verwendung des Nachbehandlungs (AN)-Systems 30 ab, das unter anderem die zweite Nachbehandlungs (AT)-Vorrichtung 34 aufweist, die beispielsweise als Katalysator für die selektive katalytische Reduktion (SCR) konfiguriert ist, wie vorstehend in Bezug auf die 1 und 2 beschrieben ist. Das Verfahren 200 kann über die elektronische Steuerung 64 durchgeführt werden, die mit mindestens einer Datennachschlagetabelle 70 programmiert ist. Verfahren 200 beginnt Rahmen 202 mit dem Betrieb des Motors 12 mit der variablen Hochdruck- und Niederdruck-AGR-Teilung im Ansaugluftstrom 16. Durch das gesamte Verfahren hindurch, und beginnend mit dem Rahmen 202 beinhaltet das Verfahren im Allgemeinen das Liefern der im Voraus ermittelten Mengen des Luftstroms 16 und Kraftstoffs 18 an den Motor 12. Nach dem Rahmen 202 geht das Verfahren zu Rahmen 204 über, wo das Verfahren das Ermitteln der Konzentration 35 von NOx im Abgas 26 beinhaltet.
Im Rahmen 204 kann das Ermitteln der Konzentration 35 von NOx im Abgas 26 das Zugreifen auf die Datennachschlagetabelle(n) 70 über die Steuerung 64 beinhalten. Darüber hinaus kann das Ermitteln der Konzentration 35 von NOx im Abgas 26 im Rahmen 204 Folgendes beinhalten: das Ermitteln, wie das Erfassen über den Sensor 74, der Temperatur 72 des Ansaugluftstroms 16; das Ermitteln des Drucks 76 der Einspritzventilleiste 42 und des Einspritzzeitpunkts 78 der Kraftstoffeinspritzdüse 40, die verwendet wird, um den Motor 12 zu betreiben; das Ermitteln der Anzahl der Einspritzimpulse 80 von Kraftstoff 18 pro Motortakt; das Ermitteln eines Ansaugkrümmer-Abgas-Druckverhältnisses 82, der sich infolge des Turbolader-24-Betriebs ergibt; das Ermitteln wie das Erfassen über den Sensor 90, des Umgebungsdrucks 88; und das Ermitteln, wie das Erfassen über den Sensor 94, der Umgebungsfeuchtigkeit 92. Ferner kann das Verfahren im Rahmen 204 über die Steuerung 64 auch Ermitteln der Konzentration 35 von NOx unter Verwendung der ermittelten Temperatur 72 des Ansaugluftstroms 16, des Drucks 76 der Einspritzventilleiste, des Einspritzzeitpunkts 78 der Kraftstoffeinspritzdüse, der Anzahl der Einspritzungen 80 von Kraftstoff 18, des Ansaug-Abgas-Druckverhältnisses 82, des Umgebungsdrucks 88, und der Umgebungsfeuchtigkeit 92 in der ersten Datennachschlagetabelle 70-1 beinhalten.
Nach Rahmen 204 fährt das Verfahren mit Rahmen 206 fort. Im Rahmen 206 beinhaltet das Verfahren das Ermitteln einer gegenwärtigen Hochdruck-AGR zu Niederdruck-AGR Teilung 66 im Ansaugluftstrom 16. Nach Rahmen 206 geht das Verfahren zu Rahmen 208 über, wo das Verfahren das Ermitteln des AGR Korrekturfaktors 68 unter Verwendung der ermittelten aktuellen Hochdruck-AGR zur Niederdruck-AGR-Teilung 66 beinhaltet. Im Rahmen 208 kann das Verfahren auch das Zugreifen auf die zweite Datennachschlagetabelle 70-2 über die Steuerung 64 beinhalten, um den AGR-Korrekturfaktor 68 zu ermitteln. Nach dem Rahmen 208 fährt das Verfahren mit dem Rahmen 210 fort. Im Rahmen 210 beinhaltet das Verfahren das-Anwenden des ermittelten AGR-Korrekturfaktors 68 auf die ermittelte Konzentration 35 von NOx im Abgas 26, um die korrigierte Konzentration 35A von NOx generieren.
Im Rahmen 210 kann das Verfahren auch das Zugreifen auf die dritte Datennachschlagetabelle 70-3 über die Steuerung 64 beinhalten, um den ermittelten AGR-Korrekturfaktor 68 auf die ermittelte Konzentration 35 von NOx im Abgas 26 anzuwenden, um die korrigierte Konzentration 35A von NOx zu generieren. Nach dem Rahmen 210 fährt das Verfahren mit dem Rahmen 212 fort. Im Rahmen 212 beinhaltet das Verfahren das Regulieren des Betriebs des AN-Systems 30, um das Abgas 26 über die zweite AN-Vorrichtung 34 in Reaktion auf mindestens die generierte korrigierte Konzentration 35A von NOx zu behandeln. Die vorhergehende Behandlung des Abgases 26 über die zweite AN-Vorrichtung 34 ist dafür vorgesehen, um die NOx Konzentration im Abgasstrom ohne Verwendeten eines dedizierten NOx zu reduzieren, um die Konzentration von NOx zu erfassen.
Nach Rahmen 212 kann das Verfahren mit Rahmen 214 fortfahren. Im Rahmen 214 kann das Verfahren das Ermitteln der Temperatur 96 des Motors 12 beinhalten, wie durch Erfassen der Temperatur des Motorkühlmittels 97 über den Sensor 98; das Ermitteln des Korrekturfaktors 100 der Motortemperatur unter Verwendung der ermittelten Temperatur 96 des Motors 12; und das Anwenden des ermittelten Korrekturfaktors 100 der Motortemperatur auf die ermittelte Konzentration 35 von NOx im Abgas 26, um eine weitere korrigierte Konzentration 35B NOx zu generieren. Das Ermitteln des Korrekturfaktors 100 der Motortemperatur kann über die Steuerung 64 erreicht werden, die durch Korrelieren der empirisch ermittelten Drehzahl und Last des Motors 12 mit dem Korrekturfaktor 100 der Motortemperatur auf die vierte Datennachschlagetabelle 70-4 zugreift. Darüber hinaus kann das Verfahren in Rahmen 214 die Steuerung 64 beinhalten, welche in Reaktion auf die generierte weiter korrigierte Konzentration 35B von NOx, den Betrieb des AN-Systems 30 reguliert, um das Abgas 26 über die zweite AN-Vorrichtung 34 zu behandeln.
Nach entweder Rahmen 212 oder 214 kann das Verfahren zur weiteren Ermittlung der Konzentration 35 von NOx im Abgas 26 zu Rahmen 204 zurückkehren. Dementsprechend kann die Steuerung 64 darauf programmiert werden, den Betrieb des Motors 12 und des AN-Systems 30 zum Ermitteln der korrigierten Konzentration 35A von NOx und der Regulierung der zweiten AN-Vorrichtung 34 in Reaktion darauf kontinuierlich zu überwachen. Darüber hinaus versetzt eine derartige Ermittlung der mindestens korrigierten 35A NOx Konzentration im Abgas 26 das Verfahren 200 in die Lage, die Funktionstüchtigkeit der AN-Vorrichtung 34 zu überwachen und die Konzentration von NOx im Abgas 26 ohne Verwendung eines dedizierten NOx Sensors zur physikalischen Erfassung der NOx Konzentration zu reduzieren.
Die ausführliche Beschreibung und die Zeichnungen oder Figuren unterstützen und beschreiben die Offenbarung, während der Umfang der Offenbarung jedoch einzig und allein durch die Patentansprüche definiert wird. Während einige der besten Modi und weitere Ausführungsformen der beanspruchten Offenbarung ausführlich beschrieben wurden, gibt es verschiedene alternative Konzepte und Ausführungsformen zur Umsetzung der in den hinzugefügten Ansprüchen definierten Offenbarung. Darüber hinaus sollen die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen oder die Merkmale von verschiedenen Ausführungsformen, die in der vorliegenden Beschreibung erwähnt sind, nicht unbedingt als voneinander unabhängige Ausführungsformen aufgefasst werden. Vielmehr ist es möglich, dass jedes der in einem der Beispiele einer Ausführungsform beschriebenen Merkmale mit einem oder einer Vielzahl von anderen gewünschten Merkmalen aus anderen Ausführungsformen kombiniert werden kann, was andere Ausführungsformen zur Folge hat, die nicht in Worten oder durch Bezugnahme auf Zeichnungen beschrieben sind. Dementsprechend fallen derartige andere Ausführungsformen in den Rahmen des Schutzumfangs der angehängten Ansprüche.

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors mit einem Turbolader, der konfiguriert ist, um den Ansaugluftstrom unter Druck zu setzen und ein Abgasnachbehandlungssystem (AT) einschließlich einer AT-Vorrichtung, die konfiguriert ist, um eine Konzentration von Stickstoffoxid (NOx) in einem vom Motor erzeugten Abgas zu reduzieren, umfassend: Betreiben des Motors mit einer Teilung der variablen Abgasrückführung (AGR) unter hohem Druck und der AGR unter niedrigem Druck im Ansaugluftstrom; Ermitteln der Konzentration der NOx im Abgas; Ermitteln einer gegenwärtigen Hochdruck-AGR zu Niederdruck-AGR Teilung im Ansaugluftstrom; Ermitteln eines AGR Korrekturfaktors unter Verwendung der ermittelten aktuellen Hochdruck-AGR zu Niederdruck-AGR Teilung; Anwenden des ermittelten EGR Korrekturfaktors auf die ermittelte Konzentration von NOx im Abgas, um eine korrigierte Konzentration von NOx zu generieren; und Regeln des Betriebs des AN-systems, um das Abgas über die AN-Vorrichtung in Reaktion auf die generierte korrigierte Konzentration von NOx zu behandeln.
Verfahren nach Anspruch 1, worin das Verfahren über eine elektronische Steuerung durchgeführt wird, die mit mindestens einer Datentabelle programmiert ist, und worin das Ermitteln der Konzentration von NOx im Abgas das Zugreifen auf die mindestens eine Datennachschlagetabelle beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 2, worin der Motor eine Kraftstoffeinspritzdüse beinhaltet, die über eine Einspritzventilleiste mit Kraftstoff versorgt wird und konfiguriert ist, um Kraftstoff in den Motor einzuspritzen, worin das Zugreifen auf die mindestens eine Nachschlagetabelle das Zugreifen auf eine erste Datennachschlagetabelle beinhaltet, das Verfahren ferner umfassend: Ermitteln einer Temperatur des Ansaugluftstroms; Ermitteln eines Drucks der Einspritzventilleiste und eines Einspritzzeitpunkts der Kraftstoffeinspritzdüse; Ermitteln einer Anzahl von Kraftstoffeinspritzimpulsen pro Motortakt; Ermitteln eines Druckverhältnisses zwischen der Ansaugluft und dem Abgas; Ermitteln eines Umgebungsdrucks; Ermitteln einer Umgebungsfeuchtigkeit; und Ermitteln der Konzentration der NOx unter Verwendung der ermittelten Temperatur des Ansaugluftstroms, des Einspritzventilleistendrucks, des Kraftstoffeinspritzzeitpunkts, der Anzahl der Kraftstoffeinspritzungen, des Druckverhältnisses zwischen der Ansaugluft und dem Abgas, dem Umgebungsdruck, und der Umgebungsfeuchtigkeit in der ersten Datennachschlagetabelle.
Verfahren nach Anspruch 3, worin der Zugriff auf die mindestens eine Datennachschlagetabelle das Ermitteln des AGR-Korrekturfaktors über das Zugreifen auf eine zweite Datennachschlagetabelle beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 4, worin das Zugreifen auf die mindestens eine Datennachschlagetabelle auch das Anwenden des ermittelten AGR-Korrekturfaktors auf die ermittelte NOx-Konzentration im Abgas über das Anwenden der dritten Datennachschlagetabelle beinhaltet, um die korrigierte NOx-Konzentration zu generieren.
Verfahren nach Anspruch 5, ferner umfassend: das Ermitteln einer Temperatur des Motors; das Ermitteln eines Korrekturfaktors der Motortemperatur unter Verwendung der ermittelten Temperatur des Motors; das Anwenden des ermittelten Korrekturfaktors der Motortemperatur auf die ermittelte Konzentration von NOx im Abgas, um eine weiter korrigierte Konzentration von NOx zu generieren, und das Regeln des Betriebs des AN-Systems, um das Abgas über die AN-Vorrichtung in Reaktion auf mindestens die generierte weiter korrigierte Konzentration von NOx zu behandeln.
Verfahren nach Anspruch 6, worin der Zugriff auf die mindestens eine Datennachschlagetabelle das Ermitteln des Korrekturfaktors der Motortemperatur über das Zugreifen auf eine vierte Datennachschlagetabelle beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 7, worin die erste bis vierte Datennachschlagetabelle Untertabellen einer Master-Datennachschlagetabelle sind.
Verfahren nach Anspruch 6, worin das Ermitteln der Temperatur des Motors das Erfassen einer Kühlmitteltemperatur des Motors über einen Sensor beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 1, worin die AN-Vorrichtung ein Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR) ist, und worin das Regeln des Betriebs des AN-Systems das Einspritzen eines Reduktionsmittels in das Abgas stromaufwärts des SCR-Katalysators beinhaltet.