DE102018123469A1 - Verfahren und vorrichtung zur steuerung eines abgasbehandlungssystems - Google Patents

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Abstract

Vorgesehen ist ein Verfahren zum Steuern eines Abgasbehandlungssystems eines Fahrzeugs, worin das System einen Motor und eine Vorrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion beinhaltet, die zur Aufnahme von Abgas aus dem Motor und Reduktionsmittel aus einer Einspritzdüse konfiguriert ist. Das Verfahren umfasst das Ermitteln eines Bedarfs an einer Reduktionsmitteleinspritzung, das Ermitteln eines Bedarfs an einer Reduktionsmitteleinspritzung und das anschließende Durchführen eines oder mehrerer Reduktionsmitteleinspritzereignisse während eines oder mehrerer Verbrennungsereignisse des Motors. Ein Fahrzeugverbrennungsereignis umfasst die Verbrennung von Kraftstoff in einem Zylinder des ICE. Das Ermitteln eines Bedarfs für die Lärmminderung von Reduktionsmittel-Einspritzdüsen umfasst das Ermitteln, ob eine Motordrehzahl unter einem Schwellenwert liegt, ob eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs unter einem Schwellenwert liegt, ob ein Dezibelpegel eines Fahrzeug-Audiosystems unter einem Schwellenwert liegt, oder ob eine Freisprechanlage von einem Fahrgast des Fahrzeugs genutzt wird. Der Motor kann ein Dieselmotor sein.

Description

  • EINLEITUNG
  • Während eines Verbrennungszyklus eines Verbrennungsmotors (ICE - Internal Combustion Engine) werden Luft-/Kraftstoffgemische für Zylinder des ICE bereitgestellt. Die Luft-/Kraftstoffgemische werden komprimiert und/oder gezündet und verbrannt, um ein Abtriebsdrehmoment bereitzustellen. Nach der Verbrennung drängen die Kolben des Verbrennungsmotors die Abgase in den Zylindern durch Auslassventilöffnungen in ein Abgassystem. Das Abgas, das von einem ICE, insbesondere einem Dieselmotor, abgegeben wird, ist eine heterogene Mischung, die gasförmige Emissionen, wie Kohlenmonoxid (CO), unverbrannte Kohlenwasserstoffe und Stickstoffoxide (NOx) sowie kondensierte Phasenmaterialien (Flüssigkeiten und Feststoffe), enthält, die Partikel darstellen. Die Reduktion von NOx -Emissionen aus einem Abgasstrom, der überschüssigen Sauerstoff enthält, stellt eine Herausforderung für Fahrzeughersteller dar.
  • Abgasbehandlungssysteme können Katalysatoren in einer oder mehreren Komponenten einsetzen, die so konfiguriert sind, dass sie ein Nachbehandlungsverfahren, wie die Reduktion von NOx, durchführen, um tolerierbarere Abgasbestandteile von Stickstoff (N2) und Wasser (H2O) zu erzeugen. Eine Art von Abgastechnologie zur Reduktion von NOx-Emissionen ist eine selektive katalytische Reduktionsvorrichtung (SCR-Vorrichtung), die im Allgemeinen ein Substrat oder einen Träger mit einer darauf angeordneten Katalysatorverbindung beinhaltet. Durch Leiten des Abgases über den Katalysator werden bestimmte oder alle Abgasbestandteile in gewünschte Verbindungen, wie z. B. nicht regulierte Abgaskomponenten, umgewandelt. Ein Reduktionsmittel wird typischerweise in oder stromaufwärts des SCR eingespritzt, in Ammoniak zersetzt und vom SCR absorbiert. Der Ammoniak reduziert dann NOx zu Stickstoff und Wasser bei Vorhandensein des SCR-Katalysators.
  • KURZDARSTELLUNG
  • Es sind Verfahren zur Lärmminderung in einem Fahrzeug vorgesehen. Das Fahrzeug kann einen Verbrennungsmotor (ICE) beinhalten, der das Abgas an eine selektive katalytische Reduktionsvorrichtung (SCR) weiterleitet, die zur Aufnahme von Reduktionsmittel aus einer Einspritzdüse konfiguriert ist. Die Verfahren können die Durchführung eines oder mehrerer Reduktionsmittel-Einspritzereignisse während eines oder mehrerer ICE-Verbrennungsereignisse beinhalten, wobei ein Verbrennungsereignis eines Fahrzeugs die Verbrennung von Kraftstoff in einem Zylinder des ICE umfasst. Das eine oder mehrere Reduktionsmittel-Einspritzereignisse können ein Einspritzdüsen-Geräuschereignis sein. Das Einspritzdüsen-Geräuschereignis kann ein Schließen der Einspritzdüse sein. Das eine oder die mehreren Verbrennungsereignisse können jeweils während eines Arbeitstaktes eines Kolbens mit dem Zylinder des ICE auftreten. Der ICE kann einen Zylinder mit einem Kolben aufweisen, der so angeordnet ist, dass er sich innerhalb des Zylinders durch Drehen einer Kurbelwelle hin- und herbewegt, und das eine oder die mehreren Verbrennungsereignisse können jeweils in den ersten 60 Grad der Drehung der Kurbelwelle während eines Arbeitstaktes des Kolbens auftreten. Der Verbrennungsmotor kann ein Diesel-Verbrennungsmotor sein.
  • Es sind Verfahren zum Steuern eines Abgasbehandlungssystems eines Fahrzeugs vorgesehen. Das Abgasbehandlungssystem kann einen Verbrennungsmotor (ICE) und eine selektive katalytische Reduktionsvorrichtung (SCR) beinhalten, die zur Aufnahme des Abgases aus dem ICE und des Reduktionsmittels aus einer Einspritzdüse konfiguriert ist. Die Verfahren können das Ermitteln eines Bedarfs an einer Reduktionsmitteleinspritzung in das Abgasbehandlungssystem, das Ermitteln eines Bedarfs an einer Reduktionsmitteleinspritzung und das anschließende Durchführen eines oder mehrerer Reduktionsmittel-Einspritzereignisse während eines oder mehrerer ICE-Verbrennungsereignisse beinhalten, wobei ein Verbrennungsereignis eines Fahrzeugs die Verbrennung von Kraftstoff in einem Zylinder des ICE umfasst. Das Ermitteln eines Bedarfs für die Reduzierung des Geräuschpegels einer Einspritzdüse kann auch das Ermitteln beinhalten, ob eine ICE-Geschwindigkeit unter einem Schwellenwert liegt. Das Ermitteln eines Bedarfs für die Reduzierung des Geräuschpegels einer Einspritzdüse kann auch das Ermitteln beinhalten, ob eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs unter einem Schwellenwert liegt. Das Ermitteln des Bedarfs für die Reduzierung des Geräuschpegels einer Einspritzdüse kann auch das Ermitteln beinhalten, ob ein Dezibelpegel eines Fahrzeugaudiosystems unter einem Schwellenwert liegt. Das Ermitteln des Bedarfs für die Reduzierung des Geräuschpegels einer Einspritzdüse kann auch das Ermitteln beinhalten, ob eine Freisprecheinrichtung von einem Fahrzeuginsassen genutzt wird. Der Verbrennungsmotor kann ein Diesel-Verbrennungsmotor sein. Das eine oder mehrere Reduktionsmittel-Einspritzereignisse können das Einspritzgeräusch einer Einspritzdüse sein. Das Einspritzdüsen-Geräuschereignis kann ein Schließen und/oder Öffnen der Einspritzdüse sein. Das eine oder die mehreren Verbrennungsereignisse können jeweils während eines Arbeitstaktes eines Kolbens mit dem Zylinder des ICE auftreten. Der ICE kann einen Zylinder mit einem Kolben aufweisen, der so angeordnet ist, dass er sich innerhalb des Zylinders durch Drehen einer Kurbelwelle hin- und herbewegt, und das eine oder die mehreren Verbrennungsereignisse können jeweils in den ersten 60 Grad der Drehung der Kurbelwelle während eines Arbeitstaktes des Kolbens auftreten.
  • Weitere Zwecke, Vorteile und neuartige Merkmale der Ausführungsformbeispiele ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der Ausführungsbeispiele und den beigefügten Zeichnungen.
  • Figurenliste
    • 1 stellt eine schematische Ansicht eines Abgasbehandlungssystems gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen dar;
    • 2 veranschaulicht ein Fahrzeug gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen; und
    • 3 veranschaulicht ein Verfahren zum Reduzieren von Fahrzeuggeräuschen gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sind hierin beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und andere Ausführungsformen verschiedene und alternative Formen annehmen können. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgerecht; einige Merkmale können größer oder kleiner dargestellt sein, um die Einzelheiten bestimmter Komponenten zu veranschaulichen. Folglich sind die hierin offenbarten aufbau- und funktionsspezifischen Details nicht als einschränkend zu verstehen, sondern lediglich als repräsentative Grundlage, um den Fachleuten die verschiedenen Arten und Weisen der Nutzung der vorliegenden Erfindung zu vermitteln. Wie Fachleute verstehen, können verschiedene Merkmale, die mit Bezug auf beliebige der Figuren dargestellt und beschrieben werden, mit Merkmalen kombiniert werden, die in einer oder mehreren anderen Figuren dargestellt sind, um Ausführungsformen zu erzeugen, die nicht explizit dargestellt oder beschrieben sind. Die dargestellten Kombinationen von Merkmalen stellen repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen bereit. Verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die mit den Lehren dieser Offenbarung übereinstimmen, könnten jedoch für bestimmte Anwendungen und Implementierungen erwünscht sein.
  • Selektive katalytische Reduktions-(SCR)-Vorrichtungen werden üblicherweise zur Behandlung von Abgas für Fahrzeuge verwendet, die von ICEs angetrieben werden und regelmäßige Einspritzungen von Reduktionsmittel erfordern. Reduktionsmittel-Einspritzdüsen können geräuschvoll sein und das Fahrerlebnis eines Insassen in einem Fahrzeug beeinträchtigen. Die hierin enthaltenen Ausführungsformen minimieren Geräusche, die durch Reduktionsmitteleinspritzung verursacht werden, ohne die Leistung eines SCR nachteilig zu beeinflussen.
  • Bezugnehmend nun auf 1A betrifft eine exemplarische Ausführungsform ein Abgasbehandlungssystem 10 zur Reduzierung von geregelten Abgasbestandteilen von einem ICE 12. Das hierin beschriebene Abgasbehandlungssystem 10 kann in verschiedenen ICE-Systemen implementiert werden, die Dieselmotorsysteme, Benzin-Direkteinspritzsysteme und homogene Ladungs-Selbstzündermotorsysteme einschließen können, aber nicht darauf beschränkt sind. Die Motoren werden hierin zur Verwendung bei der Erzeugung von Drehmoment für Fahrzeuge beschrieben, doch liegen andere Nicht-Fahrzeuganwendungen innerhalb des Umfangs dieser Offenbarung. Wenn daher auf ein Fahrzeug Bezug genommen wird, sollte diese Offenbarung dahingehend ausgelegt werden, dass sie für jede Anwendung eines ICE gilt. Darüber hinaus kann der ICE 12 im Allgemeinen jede Vorrichtung darstellen, die in der Lage ist, einen Abgasstrom 15 zu erzeugen, der NOx-Spezies umfasst, und die Offenbarung hierin sollte dementsprechend als auf alle diese Vorrichtungen anwendbar angesehen werden. Es versteht sich außerdem, dass die hierin offenbarten Ausführungsformen zur Behandlung von Ableitungsströmen anwendbar sein können, die keine NOx-Spezies umfassen, und in solchen Fällen kann der ICE 12 auch im Allgemeinen jede Vorrichtung repräsentieren, die zum Erzeugen eines Ableitungsstroms in der Lage ist, der NOx-Spezies umfasst bzw. nicht umfasst.
  • Das Abgasnachbehandlungssystem 10 beinhaltet im Allgemeinen eine oder mehrere Abgasleitungen 14 sowie eine oder mehrere Abgasnachbehandlungsvorrichtungen. Die Abgasleitung 14, die mehrere Segmente umfassen kann, befördert Abgas 15 vom ICE-Motor 12 an verschiedene Abgasnachbehandlungsvorrichtungen des Abgasnachbehandlungssystems 10. In einigen exemplarischen Ausführungsformen kann das Abgas 15 NOx Substanzen umfassen. Wie hierin verwendet, bezieht sich „NOx“ auf ein oder mehrere Stickoxide. NOx Substanzen können NyOx Substanzen beinhalten, worin y>0 und x>0. Nichteinschränkende Beispiele von Stickoxiden können NO, NO2, N2O, N2O2, N2O3, N2O4, und N2O5 beinhalten.
  • In der veranschaulichten Ausführungsform beinhalten die Vorrichtungen des Abgasbehandlungssystems 10 ein SCR 26 und einen Partikelfilter (PF) 30. Die dargestellte Implementierung stellt den PF 30 in einem gemeinsamen Gehäuse mit dem SCR-Katalysator 124 bereit, doch ist diese Implementierung optional und Implementierungen, die getrennte Gehäuse für den SCR-Katalysator 124 und den PF 30 bereitstellen, sind geeignet. In einigen Ausführungsformen kann der SCR 26 eine selektive katalytische Reduktionsfiltervorrichtung (SCRF) umfassen, die im Allgemeinen Aspekte von sowohl SCRs als auch PFs in eine einzige Vorrichtung integriert, worin die katalytischen Elemente eines SCR auf ein Filtersubstrat aufgebracht werden.
  • Wie ersichtlich ist, kann das Abgasbehandlungssystem 10 der vorliegenden Offenbarung verschiedene Kombinationen von einer oder mehreren der in 1 dargestellten Abgasbehandlungsvorrichtungen und/oder andere Abgasbehandlungsvorrichtungen (nicht dargestellt) umfassen, und ist nicht auf das vorliegende Beispiel beschränkt. So kann beispielsweise das Abgasbehandlungssystem 10 optional eine Oxidationskatalysatorvorrichtung (nicht dargestellt), einen Durchflussbehälter von absorbierenden Partikeln (nicht dargestellt), eine Vorrichtung (nicht dargestellt) mit elektrisch beheiztem Katalysator (EHC) beinhalten, und Kombinationen derselben. Das Abgasbehandlungssystem 10 kann weiterhin ein Steuermodul 50 beinhalten, das über eine Anzahl von Sensoren betriebsfähig verbunden ist, um den ICE 12 und/oder das Abgasbehandlungssystem 10 zu überwachen. Der hier verwendete Begriff „Modul“ bezieht sich auf eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppenprozessor) und einen Speicher, der ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten ausführt, die die beschriebene Funktionalität bieten.
  • Der SCR 26 kann stromabwärts des ICE 12 angeordnet sein. Im Allgemeinen enthält der SCR 26 alle Vorrichtungen, die ein Reduktionsmittel 36 und einen Katalysator zum Umwandeln von NOx (z. B. NO and NO2) in harmlose Komponenten verwenden. Der SCR 26 kann beispielsweise ein Durchfluss-Keramik- oder Metall-Monolith-Substrat beinhalten, das in einer Edelstahlhülle oder einem Behälter mit einem Einlass und einem Auslass in Fluidverbindung mit der Abgasleitung 14 verpackt werden kann. Das Substrat kann eine SCR-Katalysatorverbindung beinhalten, die darauf aufgebracht wird. Die SCR-Katalysatorzusammensetzung ist im Allgemeinen ein poröses Material mit großer Oberfläche, das effizient arbeiten kann, um NOx-Bestandteile im Abgas 15 bei Vorhandensein eines Reduktionsmittels 36, wie Ammoniak, umzuwandeln. So kann beispielsweise die Katalysatorzusammensetzung einen Zeolith und eine oder mehrere Basismetallkomponenten, wie Eisen (Fe), Kobalt (Co), Kupfer (Cu) oder Vanadium (V), Natrium (Na), Barium (Ba), Titan (Ti), Wolfram (W), Kupfer (Cu) und Kombinationen davon, enthalten. In einigen Ausführungsformen kann der Zeolith ein β-Zeolith, ein Y-Zeolith, ein ZM5-Zeolith oder eine beliebige andere kristalline Zeolithstruktur, wie ein Chabazit oder ein USY (ultrastabiler Y-Typ)-Zeolith, sein. Geeignete SCR-Katalysatorzusammensetzungen können eine hohe thermische Strukturstabilität aufweisen, wenn sie im Tandem mit dem PF 30 verwendet werden, der über eine Hochtemperaturabgas-Rußverbrennung regeneriert wird.
  • Die SCR-Katalysatorzusammensetzung kann auf einen Substratkörper, der in einem Behälter untergebracht ist, der mit der Abgasleitung 14 und gegebenenfalls anderen Abgasbehandlungsvorrichtungen in Fluidverbindung steht, per Washcoat-Verfahren aufgebracht werden. Der Substratkörper kann beispielsweise ein keramischer Ziegelstein, eine Plattenstruktur oder jede andere geeignete Struktur sein, wie eine monolithische Wabenstruktur, die mehrere hundert bis mehrere tausend parallele Durchflusszellen pro Quadratzoll enthält, obwohl andere Konfigurationen geeignet sind. Jede der Durchflusszellen kann durch eine Wandoberfläche definiert werden, auf der die SCR-Katalysatorzusammensetzung per Washcoat-Verfahren aufgetragen werden kann. Der Substratkörper kann aus einem Material ausgebildet sein, das den Temperaturen und der chemischen Umgebung, die mit dem Abgas 15 verbunden ist, standhalten kann. Einige spezifische Beispiele für Materialien, die verwendet werden können, beinhalten Keramik, wie extrudiertes Cordierit, α-Aluminiumoxid, Siliciumcarbid, Siliciumnitrid, Zirkonoxid, Mullit, Spodumen, Aluminiumoxid-Siliciumdioxid-Magnesiumoxid, Zirkoniumsilikat, Sillimanit, Petalit, oder ein hitze- und korrosionsbeständiges Metall, wie Titan oder Edelstahl.
  • Die SCR 26-Vorrichtung verwendet im Allgemeinen ein Reduktionsmittel 36, um NOx-Spezies (z. B. NO und NO2) in unschädliche Bestandteile zu reduzieren. Harmlose Bestandteile umfassen beispielsweise eine oder mehrere Spezies, die keine NOx-Spezies, zweiatomigen Stickstoff, stickstoffhaltige inerte Spezies oder Spezies, die als annehmbare Emissionen angesehen werden. Das Reduktionsmittel 36 kann Ammoniak (NH3) sein, wie z. B. wasserfreies Ammoniak oder wässriges Ammoniak, oder aus einer Stickstoff- und wasserstoffreichen Substanz, wie Harnstoff (CO(NH2)2), erzeugt werden. Zusätzlich oder alternativ kann das Reduktionsmittel 36 jede Verbindung sein, die in der Lage ist, sich bei Vorhandensein von Abgas 15 zu zersetzen oder zu reagieren, um Ammoniak auszubilden. Die Gleichungen (1) - (5) liefern exemplarische chemische Reaktionen für NOx-Reduktion mit Ammoniak. 6NO+4NH3→5N2+6H2O (1) (1) 4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O (2) (2) 6NO2+8NH3→7N2+12H2O (3) (3) 2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O (4) (4) NO+NO2+2NH3→2N2+3H2O (5) (5)
  • Es versteht sich, dass die Gleichungen (1) - (5) lediglich veranschaulichend sind und nicht dazu gedacht sind, die SCR 26-Vorrichtung auf einen bestimmten NOx-Reduktionsmechanismus oder -mechanismen zu begrenzen, noch den Betrieb anderer Mechanismen auszuschließen. Die SCR 26-Vorrichtung kann so konfiguriert sein, dass sie eine der oben genannten NOx-Reduktionsreaktionen, Kombinationen der vorstehenden NOx-Reduktionsreaktionen und andere NOx-Reduktionsreaktionen ausführt.
  • Das Reduktionsmittel 36 kann in verschiedenen Implementierungen mit Wasser verdünnt werden. Bei Implementierungen, bei denen das Reduktionsmittel 36 mit Wasser verdünnt wird, verdampft die Wärme (z. B. aus dem Abgas) das Wasser, und Ammoniak wird der SCR 26-Vorrichtung zugeführt. Nicht-Ammoniak-Reduktionsmittel können wie gewünscht als vollständige oder teilweise Alternative zu Ammoniak verwendet werden. Bei Implementierungen, bei denen das Reduktionsmittel 36 Harnstoff enthält, reagiert der Harnstoff mit dem Abgas, um Ammoniak zu erzeugen, und Ammoniak wird der SCR 26-Vorrichtung zugeführt. Der SCR 26 kann Ammoniak, das vom Reduktionsmittel 36 zum Zusammenwirken mit dem Abgas 15 zugeführt wird, speichern (d. h. absorbieren und/oder adsorbieren). Die nachfolgende Gleichung (6) stellt eine exemplarische chemische Reaktion der Ammoniakproduktion durch Harnstoffzersetzung bereit. CO(NH2)2+H2O→2NH3+CO2 (6) (6)
  • Es versteht sich, dass die Gleichung (6) lediglich veranschaulichend, und nicht dazu gedacht ist, die Zersetzung von Harnstoff oder eines anderen Reduktionsmittels 36 auf einen bestimmten einzigen Mechanismus zu beschränken und den Betrieb anderer Mechanismen auszuschließen.
  • Ein Reduktionsmittel 36 kann von einer Reduktionsmittel-Zuführquelle (nicht dargestellt) zugeführt und in die Abgasleitung 14 an einer Stelle stromaufwärts des SCR 26 unter Verwendung einer Einspritzdüse 46 oder eines anderen geeigneten Verfahrens zur Zufuhr des Reduktionsmittels 36 in das Abgas 15 eingespritzt werden. Das Reduktionsmittel 36 kann in Form eines Gases, einer Flüssigkeit oder einer wässrigen Lösung, wie einer wässrigen Harnstofflösung, vorliegen. Das Reduktionsmittel 36 kann mit Luft in der Einspritzdüse 46 gemischt werden, um die Dispersion des eingespritzten Sprays zu unterstützen. Ein Mischer oder ein Turbulator 48 kann auch innerhalb der Abgasleitung 14 in unmittelbarer Nähe der Einspritzdüse 46 angeordnet sein, um das gründliche Mischen des Reduktionsmittels 36 mit dem Abgas 15 und/oder sogar die Verteilung über den gesamten SCR 26 weiter zu unterstützen.
  • Das Steuermodul 50 ist betriebsmäßig mit dem ICE 12 und der Reduktionsmitteleinspritzdüse 46 verbunden. Das Steuermodul 50 kann weiterhin mit den oben beschriebenen optionalen Abgasbehandlungsvorrichtungen betriebsfähig verbunden sein. 1 zeigt das Steuermodul 50 in Verbindung mit zwei in der Abgasleitung 14 befindlichen Temperatursensoren 52 und 54. Der erste Temperatursensor 52 befindet sich stromaufwärts des SCR 26 und der zweite Temperatursensor 54 befindet sich stromabwärts des SCR 26. Die Temperatursensoren 52 und 54 senden elektrische Signale an das Steuermodul 50, die jeweils die Temperatur in der Abgasleitung 14 an bestimmten Stellen angeben. Das Steuermodul 50 steht auch mit zwei NOx-Sensoren 60 und 62 in Verbindung, die in Fluidverbindung mit der Abgasleitung 14 stehen. Insbesondere ist der erste stromaufwärtige NOx-Sensor 60 stromabwärts des ICE 12 und stromaufwärts des SCR 26 positioniert, um ein NOx-Konzentrationsniveau zu erkennen. Der zweite stromaufwärtige NOx-Sensor 62 befindet sich stromabwärts des SCR 26 zum Erkennen des NOx-Konzentrationsniveaus in der Abgasleitung 14 an bestimmten Stellen. Bei allen derartigen Ausführungsformen kann der SCR 26 eine SCRF-Vorrichtung 40 umfassen.
  • Die genaue Menge der eingespritzten Masse des Reduktionsmittels 36 und die Einspritzhäufigkeit sind entscheidende Faktoren für die Einhaltung der gewünschten Emissionswerte des Abgases 15 (z. B. NOx-Konzentration). Eine Einspritzdosierungsrate von Reduktionsmittel 36 (z. B. Gramm pro Sekunde) und der Häufigkeit (z. B. Dosis pro Zeiteinheit) kann durch ein oder mehrere Kriterien, wie NOx-Konzentration stromaufwärts eines SCR 26 NOx-Konzentration stromabwärts eines SCR 26 einer stromabwärtigen Ammoniakkonzentration, einer stromabwärtigen Temperatur, einer Drehmomentabgabe des ICE 12, einer Abgasströmungsrate, eines Abgasdrucks, einer Drehzahl des ICE 12 (z. B. U/min), des Lufteinlasses des ICE 12, anderen geeigneten Kriterien und Kombinationen derselben bestimmt werden. So kann beispielsweise der stromaufwärtige NOx-Sensor 60 NOx in dem Abgas an einer Stelle stromaufwärts des SCR messen. Der erste stromaufwärtige NOx-Sensor 60 kann ausschließlich beispielsweise eine NOx-Massendurchflussgeschwindigkeit von NOx (z. B. Gramm pro Sekunde), eine NOx-Konzentration (z. B. Teile pro Million) oder eine andere geeignete Maßeinheit der Menge an NOx messen. In diesem Beispiel kann die stromaufwärtige NOx-Konzentration verwendet werden, um eine geeignete Einspritzdosierungsrate und/oder Häufigkeit von Reduktionsmittel 36 zu bestimmen. Zusätzlich oder alternativ kann die Dosierungsrate des Reduktionsmittels 36 basierend auf der Temperatur des Abgases 15 oder anderer Komponenten des Abgasbehandlungssystems 10 bestimmt werden, wie beispielsweise der Katalysatortemperatur des SCR 26. So kann beispielsweise der Temperatursensor 54 die Temperatur des Abgases stromabwärts des SCR 26 messen. Der Temperatursensor 54 kann ein Temperatursignal basierend auf der Temperatur des Abgases stromabwärts des SCR 26 erzeugen und diese an das Steuermodul 50 übermitteln.
  • Im Allgemeinen kann eine Dosierungsrate des Reduktionsmittels 36 kontinuierlich durch das Steuermodul 50 unter Verwendung eines oder mehrerer Kriterien, wie beispielsweise der vorstehend beschriebenen Kriterien, bestimmt werden. Während der Einspritzung des Reduktionsmittels 36 kann die Einspritzdüse 46 unerwünschte Geräusche durch die mechanische Bewegung der Komponenten der Einspritzdüse 46 erzeugen. Während des Betriebs wird eine Einspritzdüse geöffnet, um die Einspritzung zu ermöglichen, und anschließend geschlossen, wenn die Einspritzung beendet ist. Einige Einspritzdüsen 46 sind insbesondere beispielsweise beim Öffnen und/oder Schließen der Einspritzdüsen besonders geräuschvoll. Ein Geräuschereignis kann insbesondere bei einer bestimmten Einspritzdüse 46 auftreten. 2 veranschaulicht eine schematische Ansicht eines Fahrzeugs 1, das durch den ICE 12 angetrieben wird. Laut der Beschreibung des Abgasbehandlungssystems 10 übermittelt der ICE 12 das Abgas an den SCR 26. Das Geräusch der Einspritzdüse kann beispielsweise aus der Sicht eines Fahrgastes in einer Fahrzeugkabine verstärkt wirken, wenn sich die Einspritzdüse 46 außerhalb der Lärmminderungszonen des Fahrzeugs befindet (z. B. ein schallgedämmter ICE-Raum 2). Die Einspritzdüsen 46, die unter der Fahrzeugkarosserie (z. B. direkt unter der Fahrgastkabine 3 eines Fahrzeugs) angebracht sind, liegen typischerweise, wie dargestellt, außerhalb der Lärmminderungszonen des Fahrzeugs.
  • Dementsprechend sind Verfahren zur Reduzierung der Geräusche des Fahrzeugs 1, die durch die Einspritzung des Reduktionsmittels 36 verursacht werden, vorgesehen. 3 veranschaulicht ein Verfahren 100 zur Reduzierung von Geräuschen des Fahrzeugs 1, umfassend das Durchführen 130 einer oder mehrerer Einspritzereignisse des Reduktionsmittels 36 während einem oder mehrerer Arbeitstakte des ICE 12 während einer Fahrzeugbetriebsdauer. Ein Einspritzereignis kann das Öffnen der Einspritzdüse 46, das anschließende Einspritzen des Reduktionsmittels 36 über die Einspritzdüse 46 und das Schließen der Einspritzdüse 46 umfassen. In einigen Ausführungsformen umfasst das Einspritzereignis ein Geräuschereignis der Einspritzdüse 46. Ein Einspritzdüsen-Geräuschereignis umfasst einen oder mehrere Teile während des Einspritzereignisses, welche die höchste Geräuschentwicklung erzeugen. In einer Ausführungsform umfasst ein Einspritzdüsen-Geräuschereignis das Schließen und/oder Öffnen einer Einspritzdüse. Insbesondere umfasst das Verfahren 100 das Durchführen 130 eines oder mehrerer Einspritzereignisse des Reduktionsmittels 36 während eines oder mehrerer Verbrennungsereignisse des ICE 12. Das Verfahren reduziert die Geräuschentwicklung bei gleichbleibender Leistung des SCR 26. Die Lärmminderung kann beispielsweise aus der Sicht eines Fahrgastes innerhalb einer Fahrgastkabine 3 des Fahrzeugs 1 ermittelt werden. Ein Verbrennungsereignis beinhaltet im Allgemeinen eine Kraftstoffzündung innerhalb eines ICE-12-Zylinders (nicht dargestellt), während sich der Kolbenkopf (nicht dargestellt) nahe einer oberen Totpunktposition befindet. So wird beispielsweise beim Betrieb eines Viertakt-ICE ein Zylinder während eines Ansaugtaktes mit Kraftstoff und Luft gefüllt, wobei der Kraftstoff und die Luft während eines Kompressionshubs komprimiert werden (an dessen Ende sich der Kolbenkopf einer oberen Totpunktposition annähert), wobei der Kraftstoff während des Arbeitstaktes verbrannt wird und das Abgas während des Auslasshubs aus dem Zylinder ausgestoßen wird.
  • Jeder der vier Hübe definiert eine Bewegung des Kolbenkopfes innerhalb des Zylinders und erfolgt jeweils für eine 180-Grad-Umdrehung einer Kurbelwelle, an welcher der Kolben befestigt ist (d. h. jeder Hub erfolgt jeweils nach zwei vollständigen, 360-Grad-Umdrehungen der Kurbelwelle). Im Allgemeinen kann die zeitliche Frequenz und Dauer der Verbrennungsereignisse des ICE 12 basierend auf der Drehzahl des ICE 12 bestimmt werden, die allgemein als Drehzahl der Kurbelwelle in Umdrehungen pro Minute (U/min) definiert ist. Ein Verbrennungsereignis, das während des Arbeitstaktes auftritt, erfolgt (U/min/60)/2 mal pro Sekunde und der Arbeitstakt dauert 1/[4*(U/min/60)/2] Sekunden. Wenn beispielsweise der ICE 12 mit 600 U/min arbeitet, erfährt ein Zylinder 5 Verbrennungsvorgänge pro Sekunde, wobei jeder Arbeitstakt .05 Sekunden dauert. Die Dauer des Verbrennungsvorgangs kann abhängig von der physikalischen Auslegung des ICE 12 und der Kraftstoff- und Lufteinspritzstrategie variieren. Im Allgemeinen tritt das Verbrennungsereignis während des ersten Teils des Arbeitstaktes auf. Die Verbrennung erfolgt beispielsweise während der 180-Grad-Kurbelwellendrehdauer des Arbeitstaktes sogar während der ersten 30 bis 60 Grad. In einem derartigen Beispiel dauert das Verbrennungsereignis etwa 0,008 Sekunden bis etwa 0,017 Sekunden.
  • Das Verfahren 100 kann optional zunächst das Ermitteln 110 eines Bedarfs an einer Einspritzung des Reduktionsmittels 36 in das Abgasbehandlungssystem 10 und/oder das Ermitteln 120 eines Bedarfs an einer Einspritzung des Reduktionsmittels 36 vor dem Durchführen 130 eines oder mehrerer Reduktionsmitteleinspritzereignisse während eines oder mehrerer Verbrennungsereignisse des ICE 12 beinhalten. Zwischen dem Ermitteln 110 und dem Ermitteln 120 wird keine Reihenfolge festgelegt. Das Ermitteln 110 des Bedarfs einer Reduktionsmittel- 36-Einspritzung kann die vorstehend beschriebenen Verfahren umfassen. Reduktionsmitteleinspritzungen erfolgen im Allgemeinen mit einer wesentlich geringeren Geschwindigkeit als Verbrennungsereignisse. So kann beispielsweise ein 6-Zylinder-ICE, der mit ca. 930 U/min arbeitet, in einem Zeitraum von 2,5 Sekunden etwa 111 Verbrennungsereignisse erfahren, und das zugehörige Abgasbehandlungssystem kann etwa 9 diskrete Reduktionsmitteleinspritzungen steuern. Das Ermitteln 120 des Bedarfs für die Reduzierung der Geräuschentwicklung von Einspritzdüsen umfasst im Allgemeinen das Ermitteln, ob die Geräusche, die zu verschiedenen Aspekten eines Fahrzeugs gehören, einen Schwellenwert überschreiten, wodurch unerwünschte Geräusche, die durch die Einspritzdüse 46 verursacht werden, nicht merklich hörbar sind. In einer Ausführungsform umfasst das Ermitteln 120 eines Bedarfs für die Reduzierung des Geräuschpegels einer Einspritzdüse auch das Ermitteln, ob eine ICE 12 Geschwindigkeit unter einem Schwellenwert liegt. Ein Geschwindigkeitsschwellenwert kann basierend auf den Eigenschaften des ICE 12, der Schalldämmung der Fahrgastkabine 3 und anderen Faktoren ermittelt werden. Ein Schwellenwert des ICE 12 kann beispielsweise 1.500 U/min betragen. In einer Ausführungsform umfasst das Ermitteln 120 eines Bedarfs für die Reduzierung des Geräuschpegels einer Einspritzdüse auch das Ermitteln, ob die Fahrzeuggeschwindigkeit unter einem Schwellenwert liegt. Ein Geschwindigkeitsschwellenwert kann basierend auf den Eigenschaften des ICE 12, der Schalldämmung der Fahrgastkabine 3 und anderen Faktoren ermittelt werden. Ein Geschwindigkeitsschwellenwert des Fahrzeugs 1 kann beispielsweise 35 Meilen pro Stunde betragen. In einer Ausführungsform umfasst das Ermitteln 120 eines Bedarfs für die Reduzierung des Geräuschpegels einer Einspritzdüse auch das Ermitteln, ob der Dezibelpegel eines Fahrzeug-Audiosystems (z. B. eines Radios) unter einem Schwellenwert liegt. In einer Ausführungsform umfasst das Ermitteln 120 eines Bedarfs für die Reduzierung des Geräuschpegels einer Einspritzdüse auch das Ermitteln, ob eine Freisprecheinrichtung von einem Fahrzeuginsassen des Fahrzeugs 1 genutzt wird.
  • Während oben exemplarische Ausführungsformen beschrieben wurden, ist nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsformen alle möglichen Formen beschreiben, die von den Ansprüchen umfasst sind. Vielmehr dienen die in der Spezifikation verwendeten Worte der Beschreibung und nicht der Beschränkung und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Umfang der Offenbarung abzuweichen. Wie zuvor beschrieben, können die Merkmale verschiedener Ausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden, die nicht explizit beschrieben oder veranschaulicht werden. Während verschiedene Ausführungsformen beschrieben worden sein könnten, um Vorteile zu bieten oder gegenüber anderen Ausführungsformen oder Implementierungen des Standes der Technik in Bezug auf eine oder mehrere gewünschte Merkmale bevorzugt zu sein, werden Fachleute auf dem Gebiet erkennen, dass ein oder mehrere oder Eigenschaften beeinträchtigt werden können, um gewünschte Gesamtsystemattribute zu erreichen, die von der spezifischen Anwendung und Implementierung abhängen. Diese Attribute können Kosten, Festigkeit, Haltbarkeit, Lebenszykluskosten, Marktfähigkeit, Aussehen, Verpackung, Größe, Gebrauchstauglichkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, Leichtigkeit der Montage usw. beinhalten, sind aber nicht darauf beschränkt. Daher sind Ausführungsformen, die nach dem Stand der Technik, in Bezug auf eine oder mehrere Eigenschaften als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Implementierungen beschrieben sind, nicht außerhalb des Schutzumfangs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.

Claims (10)

  1. Verfahren zur Geräuschreduzierung in einem Fahrzeug, worin das Fahrzeug einen Verbrennungsmotor (ICE) beinhaltet, der Abgas an eine selektive katalytische Reduktionsvorrichtung (SCR) weiterleitet, die zur Aufnahme eines Reduktionsmittels von einer Einspritzdüse konfiguriert ist, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Durchführen eines oder mehrerer Reduktionsmittel-Einspritzereignisse während eines oder mehrerer ICE-Verbrennungsereignisse, worin ein Verbrennungsereignis eines Fahrzeugs die Verbrennung von Kraftstoff in einem Zylinder des ICE umfasst.
  2. Verfahren zum Steuern eines Abgasbehandlungssystems eines Fahrzeugs, worin das Abgasbehandlungssystem einen Verbrennungsmotor (ICE) und eine selektive katalytische Reduktionsvorrichtung (SCR) beinhaltet, die zur Aufnahme von Abgas aus dem ICE und Reduktionsmittel aus einer Einspritzdüse konfiguriert ist, das Verfahren umfassend: das Bestimmen eines Bedarfs für eine Reduktionsmitteleinspritzung in das Abgasbehandlungssystem; Bestimmen eines Bedarfs für die Lärmminderung der Einspritzdüsen; und nachträgliches Durchführen eines oder mehrerer Reduktionsmittel-Einspritzereignisse während eines oder mehrerer ICE-Verbrennungsereignisse, worin ein Fahrzeugverbrennungsereignis die Verbrennung von Kraftstoff innerhalb eines Zylinders des ICE umfasst.
  3. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, worin das eine oder die mehreren Reduktionsmittel-Einspritzereignisse ein Einspritzdüsen-Geräuschereignis umfassen.
  4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, worin das Einspritzdüsen-Geräuschereignis ein Schließen und/oder Öffnen der Einspritzdüse umfasst.
  5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, worin das Einspritzdüsen-Geräuschereignis ein Schließen der Einspritzdüse umfasst.
  6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, worin das eine oder die mehreren Verbrennungsereignisse jeweils während eines Arbeitstaktes eines Kolbens mit dem Zylinder des ICE auftreten.
  7. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, worin der ICE einen Zylinder mit einem Kolben umfasst, der so angeordnet ist, dass er sich innerhalb des Zylinders durch Drehen einer Kurbelwelle hin- und herbewegt, wobei das eine oder die mehreren Verbrennungsereignisse in den ersten 60 Grad der Drehung der Kurbelwelle während eines Arbeitstaktes des Kolbens auftreten.
  8. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, worin der ICE einen Diesel-ICE umfasst.
  9. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, worin das Bestimmen eines Bedarfs an einer Reduzierung des Geräuschpegels einer Einspritzdüse ein oder mehrere von dem Bestimmen umfasst, ob eine ICE-Geschwindigkeit unter einem Schwellenwert liegt, dem Bestimmen, ob eine Geschwindigkeit des Fahrzeugs unter einem Schwellenwert liegt, dem Bestimmen, ob ein Dezibelpegel eines Fahrzeug-Audiosystems unter einem Schwellenwert liegt, dem Bestimmen, ob eine Freisprecheinrichtung von einem Fahrgast des Fahrzeugs verwendet wird.
  10. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, worin das eine oder die mehreren Verbrennungsereignisse jeweils während eines Arbeitstaktes eines Kolbens mit dem Zylinder des ICE auftreten.
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