DE102018131786A1

DE102018131786A1 - Abgasanlage sowie deren Steuerungsverfahren

Info

Publication number: DE102018131786A1
Application number: DE102018131786.7A
Authority: DE
Inventors: Arun Muthukaruppan; Jin Woo Park; Waldemar Kansy; Ki-Hyung Joo; Myung Jong Lee
Original assignee: FEV Europe GmbH
Current assignee: FEV Europe GmbH
Priority date: 2017-12-11
Filing date: 2018-12-11
Publication date: 2019-06-13
Also published as: KR102394582B1; KR20190069661A

Abstract

Ein Steuerungsverfahren einer Abgasanlage gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst einen Motor, der in einem Verbrennungsraum ein Gemisch aus Luft und Kraftstoff verbrennt und so einen Antrieb erzeugt und die bei dem Verbrennungsprozess entstandenen Abgase durch ein Abgasrohr nach außen ausstößt, ein Einspritzmodul, das an obigem Abgasrohr angebracht ist und Reduktionsmittel in die Abgase, die obiges Abgasrohr passieren, einspritzt, einen mit einem selektiven Reduktionskatalysator beschichteten SDPF (Selective Catalytic Reduction on Diesel Particulate Filter), der unter Verwendung der von obigem Einspritzmodul eingespritzten Reduktionsmittel die in den Abgasen enthaltenen Stickoxide reduziert, sowie ein Steuergerät, das entsprechend den Betriebsinformationen des obigen Motors die Einspritzmenge der Reduktionsmittel, die von obigem Einspritzmodul eingespritzt werden, mit einem festgelegten Wert der Einspritzmenge gesteuert und so die Stickoxide beseitigt, die in den obigen SDPF passierenden Abgasen enthalten sind, und obiges Steuergerät berechnet entsprechend den Betriebsinformationen des obigen Motors die Innentemperatur (T) des obigen SDPF, es berechnet anhand der berechneten obigen Innentemperatur den Steigungswert (dT/dt) bezüglich der Zeit (t), und wenn obiger Steigungswert größer ist als ein festgelegter Steigungswert, kann es eine Steuerlogik durchführen, die korrigiert, so dass die Einspritzmenge der Reduktionsmittel, die von obigem Einspritzmodul eingespritzt werden, auf der Basis des obigen festgelegten Wertes der Einspritzmenge erhöht oder verringert wird.

Description

[Technisches Gebiet]
Vorliegende Erfindung betrifft eine Abgasanlage, die mit einem Dieselpartikelfilter, der mit einem selektiven Reduktionskatalysator beschichtet ist (selective catalytic reduction catalyst on diesel particulate filter: SDPF), ausgestattet ist, sowie deren Steuerungsverfahren.
[Technischer Hintergrund der Erfindung]
Im Allgemeinen werden die Abgase, die vom Motor durch den Abgaskrümmer ausgestoßen werden, durch einen am Auspuffrohr installierten katalytischen Konverter (Catalytic Converter) geleitet und gereinigt, und nachdem das Geräusch beim Passieren eines Schalldämpfers reduziert wurde, werden sie durch das Auspuffendrohr in die Luft ausgestoßen.
Obiger katalytischer Konverter reinigt die in den Abgasen enthaltenen Schadstoffe. Und an dem Auspuffrohr ist ein Partikelfilter angebracht, um den in den Abgasen enthaltenen Feinstaub (Particulate Matters: PM) zu filtern.
Der selektive Reduktionskatalysator (Selective Catalytic Reduction: SCR) ist eine Form eines katalytischen Konverters, der die in den Abgasen enthaltenen Stickoxide (NOx) reinigt. Wenn Reduktionsmittel wie Harnstoff (Urea), Ammoniak (Ammonia), Kohlenmonoxid sowie Kohlenwasserstoff (Hydrocarbon: HC) den Abgasen zugeführt werden, werden in dem SCR-Katalysator die in den Abgasen enthaltenen Stickoxide durch eine Oxidations-/Reduktionsreaktion mit obigen Reduktionsmitteln reduziert.
In jüngster Zeit wird zusammen mit dem SCR-Katalysator ein NOx-Speicherkatalysator (Lean NOx Trap: LNT) verwendet, um auf die verschärften Abgasregelungen zu reagieren. Der NOx-Speicherkatalysator absorbiert die in den Abgasen enthaltenen Stickoxide, wenn er in einer Atmosphäre arbeitet, in der das Verbrennungsluftverhältnis des Motors mager ist, und wenn er in einer Atmosphäre arbeitet, in der das Verbrennungsluftverhältnis des Motors fett ist, setzt er die absorbierten Stickoxide frei und reduziert die freigesetzten Stickoxide und die in den Abgasen enthaltenen Stickoxide.
Aber wenn ein NOx-Speicherkatalysator und ein SCR-Katalysator zusammen verwendet werden, kann aufgrund räumlicher Beschränkung der Dieselpartikelfilter mit dem SCR-Katalysator beschichtet werden. Ein mit einem selektiven Reduktionskatalysator beschichteter Dieselpartikelfilter (selective catalytic reduction catalyst on diesel particulate filter: SDPF) filtert den in den Abgasen enthaltenen Feinstaub und beseitigt unter Verwendung von Reduktionsmitteln die in den Abgasen enthaltenen Stickoxide.
Wenn dabei der im SDPF gefilterte Feinstaub eine bestimmte Menge überschreitet, steigt die Temperatur der Abgase und der im SDPF gefilterte Feinstaub verbrennt und wird so beseitigt. Dies nennt man Regenerierung des SDPF.
Die in diesem Bereich des technischen Hintergrunds dargestellten Sachverhalte wurden geschrieben, um das Verständnis für den Hintergrund der Erfindung zu fördern, daher wissen diejenigen, die in diesem technischen Bereich allgemeine Kenntnisse haben, dass auch Sachverhalte enthalten sein können, die keine bereits bekannte herkömmliche Technik sind.
[Entgegenhaltungen]
[Patentschrift]
Koreanisches Patent Anmeldung 10-2015-0044458
[Inhalt der Erfindung]
[Zu lösende Aufgaben]
Zweck der vorliegenden Erfindung ist es, eine Abgasanlage, mit der durch die Optimierung der Einspritzung von Harnstoff der Ausstoß von Ammoniakschlupf nach außen reduziert wird und die Stickoxide aus den Abgasen effektiv beseitigt werden können, sowie deren Steuerungsverfahren zur Verfügung zu stellen.
[Methode zur Lösung der Aufgabe]
Ein Steuerungsverfahren einer Abgasanlage gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung umfasst einen Motor, der in einem Verbrennungsraum ein Gemisch aus Luft und Kraftstoff verbrennt und so einen Antrieb erzeugt und die beim Verbrennungsprozess entstandenen Abgase durch ein Abgasrohr nach außen ausstößt, ein Einspritzmodul, das an obigem Abgasrohr angebracht ist und Reduktionsmittel in die Abgase, die obiges Abgasrohr passieren, einspritzt, einen mit einem selektiven Reduktionskatalysator beschichteten SDPF (Selective Catalytic Reduction on Diesel Particulate Filter), der unter Verwendung der von obigem Einspritzmodul eingespritzten Reduktionsmittel die in den Abgasen enthaltenen Stickoxide reduziert, sowie ein Steuergerät, das entsprechend den Betriebsinformationen des obigen Motors die Einspritzmenge der Reduktionsmittel, die von obigem Einspritzmodul eingespritzt werden, mit einem festgelegten Wert der Einspritzmenge steuert und so die Stickoxide beseitigt, die in den obigen SDPF passierenden Abgasen enthalten sind, und obiges Steuergerät berechnet entsprechend den Betriebsinformationen des obigen Motors die Innentemperatur (T) des obigen SDPF, es berechnet anhand der berechneten obigen Innentemperatur den Steigungswert (dT/dt) bezüglich der Zeit (t), und wenn obiger Steigungswert größer ist als ein festgelegter Steigungswert, kann es eine Steuerlogik durchführen, die korrigiert, so dass die Einspritzmenge der Reduktionsmittel, die von obigem Einspritzmodul eingespritzt werden, auf der Basis des obigen festgelegten Wertes der Einspritzmenge erhöht oder verringert wird.
Wenn obiger Steigungswert unter dem festgelegten Steigungswert liegt, kann es eine Steuerlogik durchführen, welche die bereits festgelegte NOx-Reinigungsrate betreffend den obigen SDPF korrigiert.
Sie kann zusätzlich einen 1. und 2. NOx-Sensor umfassen, die die Stickoxide messen, die in Richtung Eingang des obigen SDPF geleitet werden, und die Stickoxide messen, die in Richtung Ausgang des obigen SDPF ausgestoßen werden.
Obiges Steuergerät berechnet durch den 2. NOx-Sensor die tatsächliche Durchflussmenge der Stickoxide, die am hinteren Ende des obigen SDPF ausgestoßen werden, es wählt eine den Betriebsinformationen entsprechende Modelldurchflussmenge aus, und wenn der Differenzwert von obiger Modelldurchflussmenge minus obiger tatsächlicher Durchflussmenge größer ist als ein 1. festgelegter Wert, kann es eine Steuerlogik durchführen, die die Einspritzmenge der Reduktionsmittel, die von obigem Einspritzmodul eingespritzt werden, um ein festgelegtes Verhältnis verringert.
Wenn der Differenzwert von obiger Modelldurchflussmenge minus obiger tatsächlicher Durchflussmenge unter einem 2. festgelegten Wert liegt, kann es eine Steuerlogik durchführen, die die Einspritzmenge der Reduktionsmittel, die von obigem Einspritzmodul eingespritzt werden, um ein festgelegtes Verhältnis erhöht.
Sie umfasst einen Temperatursensor, der die Temperatur der obiges Abgasrohr passierenden Abgase misst, und obiges Steuergerät kann eine Steuerlogik durchführen, die unter Verwendung des von obigem Temperatursensor gemessenen Temperatursignals die Innentemperatur des obigen SDPF berechnet.
Sie kann zusätzlich einen Injektor umfassen, der von obigem Steuergerät gesteuert wird und so angebracht ist, dass er Diesel oder Benzin in das Innere des obigen Verbrennungsraums einspritzt.
Sie kann zusätzlich eine Abgasrückführungsvorrichtung umfassen, welche die obiges Abgasrohr passierenden Abgase in Richtung des Ansaugkrümmers des Motors zurückführt.
Sie kann zusätzlich einen NOx-Speicherkatalysator umfassen, der in einer Atmosphäre, in der die Abgase mager (lean) sind, die in den Abgasen enthaltenen Stickoxide (NOx) absorbiert, und in einer fetten (rich) Atmosphäre die absorbierten Stickoxide freisetzt und die in den Abgasen enthaltenen Stickoxide und die freigesetzten Stickoxide reduziert.
Sie kann zusätzlich einen Mischer enthalten, der so angebracht ist, dass er die Reduktionsmittel, die von obigem Einspritzmodul eingespritzt werden, mischt.
Bei einem Steuerungsverfahren einer Abgasanlage gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann eine Stufe, in der entsprechend den Betriebsinformationen des Motors die Innentemperatur (T) des SDPF berechnet wird, eine Stufe, in der anhand der berechneten obigen Innentemperatur der Steigungswert (dT/dt) bezüglich der Zeit (t) berechnet wird, und eine Stufe, in der korrigiert wird, so dass, wenn obiger Steigungswert größer ist als ein festgelegter Steigungswert, die Einspritzmenge der Reduktionsmittel, die vom Einspritzmodul eingespritzt werden, auf der Basis des obigen festgelegten Wertes der Einspritzmenge erhöht oder verringert wird, durchgeführt werden.
Wenn obiger Steigungswert unter dem festgelegten Steigungswert liegt, kann die bereits festgelegte NOx-Reinigungsrate betreffend den obigen SDPF korrigiert werden.
Es kann eine Stufe, in der die tatsächliche Durchflussmenge der Stickoxide, die am hinteren Ende des obigen SDPF ausgestoßen werden, berechnet wird und eine den Betriebsinformationen entsprechende Modelldurchflussmenge ausgewählt wird, sowie eine Stufe, in der die Einspritzmenge der Reduktionsmittel, die von obigem Einspritzmodul eingespritzt werden, um ein festgelegtes Verhältnis verringert wird, wenn der Differenzwert von obiger Modelldurchflussmenge minus obiger tatsächlicher Durchflussmenge größer ist als ein 1. festgelegter Wert, durchgeführt werden.
Wenn der Differenzwert von obiger Modelldurchflussmenge minus obiger tatsächlicher Durchflussmenge unter einem 2. festgelegten Wert liegt, kann eine Stufe durchgeführt werden, in der die Einspritzmenge der Reduktionsmittel, die von obigem Einspritzmodul eingespritzt werden, um ein festgelegtes Verhältnis erhöht wird.
Es kann eine Stufe durchgeführt werden, in der unter Verwendung des von obigem Temperatursensor gemessenen Temperatursignals die Innentemperatur des obigen SDPF berechnet wird.
[Wirkung der Erfindung]
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann die Verbrauchsmenge von Harnstoff, der von obigem Einspritzmodul eingespritzt wird, verringert werden oder die Reinigungsleistung der Stickoxide verbessert werden.
Außerdem kann die durch eine Erhitzung des SDPF verursachte Verschlechterung der Reinigungsleistung verbessert werden, und Fehler bezüglich eines bereits festgelegten Modellwertes der Reinigungsrate können verringert werden.
[Kurze Erläuterung der Zeichnungen]
ist eine Skizze einer Abgasanlage gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
ist eine Konstruktionszeichnung einer Abgasanlage gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
ist ein Flussdiagramm, das ein Steuerungsverfahren einer Abgasanlage gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
ist ein Flussdiagramm, das eine Methode zur Korrektur der Einspritzmenge von Harnstoff in einer Abgasanlage gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
[Konkreter Inhalt zur Durchführung der Erfindung]
Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Verweis auf die beigefügten Zeichnungen detailliert erläutert.
Die Größe sowie die Dicke der einzelnen in den Zeichnungen dargestellten Strukturen wurden jedoch beliebig dargestellt, um die Erläuterung zu vereinfachen, deshalb ist die vorliegende Erfindung keinesfalls auf das in den Zeichnungen dargestellte Beispiel beschränkt, und um verschiedene Abschnitte sowie Bereiche deutlich darzustellen, wurde die Dicke vergrößert dargestellt.
Aber um das Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung deutlich zu erläutern, wurden Abschnitte, die keinen Bezug zur Erläuterung haben, weggelassen, in der gesamten Spezifikation werden gleiche oder ähnliche Konstruktionselemente durch Vergabe von gleichen Zeichnungsziffern erläutert.
In der nachstehenden Erläuterung sind die Bezeichnungen der Konstruktion in 1. und 2. unterteilt, dies dient dazu, die Bezeichnungen zu unterscheiden, weil die Bezeichnungen der Konstruktion gleich sind, und ist keinesfalls auf diese Reihenfolge beschränkt.
ist eine Skizze, die eine Abgasreinigungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
Wie in dargestellt, umfasst eine Abgasvorrichtung eines Verbrennungsmotors einen Motor (10), ein Abgasrohr (20), eine Abgasrückführungsvorrichtung (Exhaust Gas Recirculation: EGR) (30), einen NOx-Speicherkatalysator (Lean NOx Trap: LNT) (40), ein Einspritzmodul (50), einen Partikelfilter (Particulate Filter) (60) sowie ein Steuergerät (70). Der Motor (10) wandelt durch Verbrennung eines Gemischs aus Kraftstoff und Luft chemische Energie in mechanische Energie um. Der Motor (10) ist mit einem Ansaugkrümmer (16) verbunden und so wird Luft in das Innere des Verbrennungsraums (12) geleitet, die beim Verbrennungsprozess entstandenen Abgase werden im Abgaskrümmer (18) gesammelt und dann aus dem Motor ausgestoßen. In obigem Verbrennungsraum (12) ist ein Injektor (14) angebracht, der den Kraftstoff in das Innere des Verbrennungsraums (12) einspritzt.
Hier ist ein Dieselmotor als Beispiel gezeigt, es kann aber auch ein Benzinmotor mit magerer Verbrennung (lean burn) verwendet werden. Wenn ein Benzinmotor verwendet wird, wird das Gemisch durch den Ansaugkrümmer (16) in das Innere des Verbrennungsraums (12) geleitet, und im oberen Bereich des Verbrennungsraums (12) ist eine Zündkerze zur Zündung (nicht dargestellt) angebracht. Wird ferner ein Motor mit Benzindirekteinspritzung (Gasoline Direct Injection: GDI) verwendet, ist wie beim Dieselmotor ein Injektor (14) im oberen Bereich des Verbrennungsraums (12) angebracht.
Das Abgasrohr (20) ist mit obigem Abgaskrümmer (18) verbunden und stößt die Abgase aus dem Fahrzeug aus. An obigem Abgasrohr (20) sind ein NOx-Speicherkatalysator (40), ein Einspritzmodul (50) sowie ein Partikelfilter (60) angebracht und beseitigen Kohlenwasserstoff, Kohlenmonoxid, Feinstaub und Stickoxide, die in den Abgasen enthalten sind.
Die Abgasrückführungsvorrichtung (30) ist an dem Abgasrohr (20) angebracht und so wird ein Teil der Abgase, die vom Motor (10) ausgestoßen werden, durch obige Abgasrückführungsvorrichtung (30) zum Motor (10) zurückgeführt. Ferner ist obige Abgasrückführungsvorrichtung (30) mit obigem Ansaugkrümmer (16) verbunden, so wird ein Teil der Abgase mit Luft vermischt und die Verbrennungstemperatur gesteuert. Eine solche Steuerung der Verbrennungstemperatur wird dadurch durchgeführt, dass durch die Steuerung des Steuergeräts (70) die Menge der Abgase, die dem Ansaugkrümmer (16) zugeführt werden, reguliert wird.
Daher kann an der Verbindung zwischen der Abgasrückführungsvorrichtung (30) und dem Ansaugkrümmer (16) ein Rückführventil (nicht dargestellt) angebracht werden, das durch das Steuergerät (70) gesteuert wird.
An dem Abgasrohr (20) an der hinteren Seite der obigen Abgasrückführungsvorrichtung (30) ist ein 1. Sauerstoffsensor (72) angebracht und misst die Sauerstoffmenge in den Abgasen, die die Abgasrückführungsvorrichtung (30) passieren, und übermittelt dies an obiges Steuergerät (70), so kann er unterstützen, dass obiges Steuergerät (70) die Mager-/Fett-Steuerung (lean/rich control) der Abgase durchführt. In vorliegender Spezifikation wird der Messwert des obigen 1. Sauerstoffsensors (72) als Verbrennungsluftverhältnis (lambda) des vorderen Endes des NOx-Speicherkatalysators bezeichnet.
Außerdem ist an dem Abgasrohr (20) an der hinteren Seite der Abgasrückführungsvorrichtung (30) ein 1. Temperatursensor (74) angebracht und misst die Temperatur der Abgase, die die Abgasrückführungsvorrichtung (30) passieren.
Der NOx-Speicherkatalysator (40) ist an dem Abgasrohr (20) an der hinteren Seite der obigen Abgasrückführungsvorrichtung (30) angebracht. Obiger NOx-Speicherkatalysator (40) absorbiert in einer mageren (lean) Atmosphäre die in den Abgasen enthaltenen Stickoxide (NOx) und setzt in einer fetten (rich) Atmosphäre die absorbierten Stickoxide frei und reduziert die in den Abgasen enthaltenen Stickoxide und die freigesetzten Stickoxide. Ferner oxidieren im NOx-Speicherkatalysator (40) Kohlenmonoxid (CO) sowie Kohlenwasserstoff (HC), die in den Abgasen enthalten sind.
Hier sollte Kohlenwasserstoff als Bezeichnung für alle aus Kohlenstoff und Wasserstoff bestehenden Gemische, die in den Abgasen und dem Kraftstoff enthalten sind, verstanden werden.
An dem Abgasrohr (20) an der hinteren Seite des obigen NOx-Speicherkatalysators (40) sind ein 2. Sauerstoffsensor (76), ein 2. Temperatursensor (78) sowie ein 1. NOx-Sensor (80) angebracht.
Obiger 2. Sauerstoffsensor (76) misst die Sauerstoffmenge, die in den Abgasen, die in obigen Partikelfilter (60) geleitet werden, enthalten sind, und übermittelt ein diesbezügliches Signal an obiges Steuergerät (70). Auf der Basis der Messwerte des obigen 1. Sauerstoffsensors (72) und 2. Sauerstoffsensors (76) kann obiges Steuergerät (70) die Mager-/Fett-Steuerung der Abgase durchführen. In vorliegender Spezifikation wird der Messwert des obigen 2. Sauerstoffsensors (76) als Verbrennungsluftverhältnis (lambda) des vorderen Endes des Filters bezeichnet.
Obiger 2. Temperatursensor (78) misst die Temperatur der Abgase, die in obigen Partikelfilter (60) geleitet werden, und übermittelt ein diesbezügliches Signal an obiges Steuergerät (70). Hier kann ein 3. Temperatursensor (90) zusätzlich angebracht werden, der die Temperatur der Abgase, die von obigem Partikelfilter (60) ausgestoßen werden, misst und dies an obiges Steuergerät (70) übermittelt.
Der 1. NOx-Sensor (80) misst die NOx-Menge, die in den Abgasen, die in den Partikelfilter (60) geleitet werden, enthalten ist, und übermittelt ein diesbezügliches Signal an obiges Steuergerät (70). Die von obigem 1. NOx-Sensor (80) gemessene NOx-Menge kann dazu dienen, die Menge der Reduktionsmittel, die von obigem Einspritzmodul (50) eingespritzt werden, festzulegen.
Das Einspritzmodul (50) ist an dem Abgasrohr (20) am vorderen Ende des obigen Partikelfilters (60) angebracht, es wird durch das Steuergerät (70) gesteuert und spritzt die Reduktionsmittel in die Abgase ein. Im Allgemeinen spritzt das Einspritzmodul (50) Harnstoff ein, und der eingespritzte Harnstoff wird durch Hydrolyse in Ammoniak umgewandelt.
Aber das Reduktionsmittel ist nicht auf Ammoniak beschränkt. Nachstehend wird zum Beispiel zur Vereinfachung der Erläuterung als Reduktionsmittel Ammoniak verwendet und von dem Einspritzmodul (50) Harnstoff eingespritzt. Aber innerhalb des technischen Begriffs sollte die Verwendung auch von anderen Reduktionsmittel außer Ammoniak so verstanden werden, dass sie im Umfang der vorliegenden Erfindung enthalten ist.
Am Abgasrohr (20) am hinteren Ende des obigen Einspritzmoduls (50) ist ein Mischer (55) angebracht und mischt die Reduktionsmittel gleichmäßig in die Abgase.
Der Partikelfilter (60) ist am Abgasrohr (20) am hinteren Ende des Mischers (55) angebracht, er filtert den in den Abgasen enthaltenen Feinstaub und reduziert unter Verwendung der von obigem Einspritzmodul (50) eingespritzten Reduktionsmittel die in den Abgasen enthaltenen Stickoxide. Zu diesem Zweck kann obiger Partikelfilter (60) einen mit einem selektiven Reduktionskatalysator beschichteten Dieselpartikelfilter (Selective Catalytic Reduction on Diesel Particulate Filter: SDPF) (62) und einen zusätzlichen selektiven Reduktionskatalysator (SCR) (64) umfassen, aber dies ist nicht darauf beschränkt.
Ferner sollte in vorliegender Spezifikation sowie den Ansprüchen die Bezeichnung SCR-Katalysator so verstanden werden, dass sie den SCR-Katalysator an sich und alle SDPF umfasst.
Der SDPF (62) ist an der Trennwand, die den DPF-Kanal bildet, mit einem SCR-Katalysator beschichtet. Im Allgemeinen umfasst ein DPF mehrere Eingangskanäle und Ausgangskanäle. Ein Ende der Eingangskanäle ist offen und das andere Ende ist verschlossen, und die Abgase werden vom vorderen Ende des DPF eingeleitet.
Ferner ist ein Ende der Ausgangskanäle verschlossen und das andere Ende ist offen, und sie stoßen die Abgase im Inneren des DPF aus. Die Abgase, die durch die Eingangskanäle in den DPF geleitet wurden, gelangen durch die Trennwand mit mehreren Löchern, die in Eingangskanäle und Ausgangskanäle geteilt ist, in die Ausgangskanäle und werden danach durch die Ausgangskanäle aus dem DPF ausgestoßen.
Bei dem Prozess, bei dem die Abgase die Trennwand mit mehreren Löchern passieren, wird der in den Abgasen enthaltene Feinstaub gefiltert. Außerdem reduziert der SCR-Katalysator, mit dem der SDPF (62) beschichtet ist, unter Verwendung der vom Einspritzmodul (50) eingespritzten Reduktionsmittel die in den Abgasen enthaltenen Stickoxide.
Der zusätzliche SCR-Katalysator (64) ist am hinteren Ende des obigen SDPF (62) angebracht. Der zusätzliche SCR-Katalysator (64) kann die Stickoxide zusätzlich reduzieren, wenn in obigem SDPF (62) die Stickoxide nicht vollständig gereinigt werden können. Der zusätzliche SCR-Katalysator (64) kann von obigem SDPF (62) auch physikalisch separat angebracht werden.
Zudem ist an obigem Abgasrohr (20) ein Differenzdrucksensor (66) angebracht. Der Differenzdrucksensor (66) misst den Druckunterschied zwischen dem vorderen Ende und dem hinteren Ende des obigen Partikelfilters (60) und übermittelt ein diesbezügliches Signal an obiges Steuergerät (70). Obiges Steuergerät (70) kann steuern, dass obiger Partikelfilter (60) regeneriert wird, wenn der von obigem Differenzdrucksensor (66) gemessene Druckunterschied über einem festgelegten Druck liegt.
In diesem Fall kann durch Nachspritzen von Kraftstoff durch den Injektor (14) der im Inneren des Partikelfilters (60) gefilterte Feinstaub verbrannt werden.
Außerdem ist an dem Abgasrohr (20) am hinteren Ende des obigen Partikelfilters (60) ein 2. NOx-Sensor (82) angebracht. Obiger 2. NOx-Sensor (82) misst die Menge der Stickoxide, die in den Abgasen enthalten sind, welche von dem Partikelfilter (60) ausgestoßen wurden, und übermittelt ein diesbezügliches Signal an das Steuergerät (70). Das Steuergerät (70) kann auf der Basis der Messwerte des 2. NOx-Sensors (82) überwachen, ob der Partikelfilter (60) die in den Abgasen enthaltenen Stickoxide ordnungsgemäß beseitigt. D.h., der 2. NOx-Sensor (82) kann dazu verwendet werden, die Leistung des Partikelfilters (60) zu beurteilen.
Das Steuergerät (70) beurteilt auf der Basis der von den jeweiligen Sensoren gemessenen Signale die Betriebsbedingungen des Motors und führt auf der Basis der obigen Betriebsbedingungen des Motors die Mager-/Fett-Steuerung durch und steuert die Menge der Reduktionsmittel, die vom Einspritzmodul (50) eingespritzt werden.
Zum Beispiel kann das Steuergerät (70) dafür sorgen, dass die Stickoxide im NOx-Speicherkatalysator (40) beseitigt werden (in der vorliegenden Spezifikation als Regenerierung des NOx-Speicherkatalysators bezeichnet), indem es das Verbrennungsluftverhältnis in eine fette Atmosphäre steuert, und dass die Stickoxide im SDPF (62) durch Einspritzung von Reduktionsmitteln beseitigt werden. Die Mager-/Fett-Steuerung kann dadurch durchgeführt werden, dass die Menge des Kraftstoffs, der vom Injektor (14) eingespritzt wird, sowie die Einspritzzeit reguliert werden.
Außerdem berechnet obiges Steuergerät (70) auf der Basis der Betriebsbedingungen des Motors die Innentemperatur des SDPF (62), die Menge des im SDPF (62) absorbierten Ammoniaks, die NOx-Ausstoßmenge am hinteren Ende des NOx-Speicherkatalysators (40) und berechnet darauf basierend die NOx-Reinigungsrate des SDPF (62) voraus.
Zu diesem Zweck sind in obigem Steuergerät (70) die Eigenschaft der Absorption/Oxidation von Ammoniak entsprechend der Innentemperatur des Partikelfilters (60), die Eigenschaft der Freisetzung von Ammoniak entsprechend der Innentemperatur des Partikelfilters (60) und die Eigenschaft des Nox-Schlupfs des NOx-Speicherkatalysators (40) in einer fetten Atmosphäre etc. gespeichert.
Die Eigenschaft der Absorption/Oxidation von Ammoniak entsprechend der Innentemperatur des Partikelfilters (60), die Eigenschaft der Freisetzung von Ammoniak entsprechend der Innentemperatur des Partikelfilters (60) und die Eigenschaft des NOx-Schlupfs des NOx-Speicherkatalysators (40) in einer fetten Atmosphäre können anhand zahlreicher Experimente als Karte festgelegt werden. Zudem führt obiges Steuergerät (70) die Regenerierung des Partikelfilters (60) und die Entschwefelung des NOx-Speicherkatalysators (40) durch.
Zu diesem Zweck kann obiges Steuergerät (70) durch mindestens einen durch ein festgelegtes Programm betriebenen Prozessor realisiert werden, und obiges festgelegtes Programm kann so programmiert werden, dass die einzelnen Stufen des Steuerungsverfahrens der Abgasreinigungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden.
ist ein Blockdiagramm, in dem der Bezug zwischen Eingabe und Ausgabe im Steuergerät, das für die Abgasreinigungsmethode gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung verwendet wird, dargestellt ist.
Wie in dargestellt, sind der 1. Sauerstoffsensor (72), der 1. Temperatursensor (74), der 2. Sauerstoffsensor (76), der 2. Temperatursensor (78), der 1. NOx-Sensor (80), der 2. NOx-Sensor (82), der 3. Temperatursensor (90) und der Differenzdrucksensor (66) mit dem Steuergerät (70) elektrisch verbunden und übermitteln die gemessenen Werte an das Steuergerät (70).
Der 1. Sauerstoffsensor (72) misst die Sauerstoffmenge in den Abgasen, die die Abgasrückführungsvorrichtung (30) passiert haben, und übermittelt ein diesbezügliches Signal an obiges Steuergerät (70). Er kann dabei helfen, dass obiges Steuergerät (70) auf der Basis der von obigem ersten Sauerstoffsensor (72) gemessenen Sauerstoffmenge in den Abgasen die Mager-/Fett-Steuerung durchführt. Der von dem 1. Sauerstoffsensor (72) gemessene Wert kann als Lambda (A) bezeichnet werden. Lambda zeigt das Verhältnis des tatsächlichen Verbrennungsluftverhältnisses zum theoretischen Verbrennungsluftverhältnis, und wenn Lambda 1 überschreitet, wird dies als magere Atmosphäre betrachtet, und wenn Lambda unter 1 liegt, wird dies als fette Atmosphäre angesehen.
Der 1. Temperatursensor (74) misst die Temperatur der Abgase, die die Abgasrückführungsvorrichtung (30) passiert haben, und übermittelt ein diesbezügliches Signal an obiges Steuergerät (70).
Obiger 2. Sauerstoffsensor (76) misst die Sauerstoffmenge, die in den Abgasen enthalten ist, welche in obigen Partikelfilter (60) geleitet werden, und gibt ein diesbezügliches Signal an obiges Steuergerät (70).
Der 2. Temperatursensor (78) misst die Temperatur der Abgase, die in obigen Partikelfilter (60) geleitet werden, und übermittelt ein diesbezügliches Signal an obiges Steuergerät (70).
Der 1. NOx-Sensor (80) misst die NOx-Menge, die in den Abgasen, die in den Partikelfilter (60) geleitet werden, enthalten ist, und übermittelt ein diesbezügliches Signal an obiges Steuergerät (70).
Obiger 2. NOx-Sensor (82) misst die Stickoxidmenge, die in den aus dem Partikelfilter (60) ausgestoßenen Abgasen enthalten ist, und gibt ein diesbezügliches Signal an das Steuergerät (70).
Der Differenzdrucksensor (66) misst den Druckunterschied zwischen dem vorderen Ende und dem hinteren Ende des obigen Partikelfilters (60) und übermittelt ein diesbezügliches Signal an obiges Steuergerät (70), der 3. Temperatursensor (90) misst die Temperatur der Abgase, die von obigem Partikelfilter (60) ausgestoßen werden, und übermittelt ein diesbezügliches Signal an obiges Steuergerät (70).
Das Steuergerät (70) entscheidet auf der Grundlage der obigen übermittelten Werte über die Betriebsbedingungen des Motors, die Einspritzmenge des Kraftstoffs, die Einspritzzeit des Kraftstoffs, das Einspritzmuster des Kraftstoffs, die Einspritzmenge der Reduktionsmittel, die Regenerierungszeit des Partikelfilters (60) sowie die Regenerierungs-/Entschwefelungszeit des NOx-Speicherkatalysators (40) und gibt ein Signal zur Steuerung des Injektors (14) sowie des Einspritzmoduls (50) an den Injektor (14) sowie das Einspritzmodul (50) aus.
Aber bei einer Abgasreinigungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung können mehrere Sensoren außer den in dargestellten Sensoren angebracht werden, diese wurden zur Vereinfachung der Erläuterung weggelassen.
ist ein Flussdiagramm, das ein Steuerungsverfahren einer Abgasanlage gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
Unter Verweis auf beginnt in S300 das Steuergerät (70) mit der Steuerung, wenn der Motor (10) angelassen wird.
In S310 misst das Steuergerät (70) die Temperatur am vorderen Ende und am hinteren Ende des obigen SDPF (62), in S315 berechnet das Steuergerät (70) die Innentemperatur des obigen SDPF (62).
In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann obiges Steuergerät (70) entsprechend den Betriebsinformationen die Innentemperatur des obigen SDPF (62) berechnen. Hier können die Betriebsinformationen die UpM des Motors (10), die Einspritzmenge des Kraftstoffs, die Außentemperatur und die Temperatur des Kühlwassers umfassen.
In S320 berechnet das Steuergerät (70) die Steigung der Temperaturveränderung (Temperaturgradient: dT/dt) entsprechend der Veränderung der Innentemperatur des obigen SDPF (62).
In S325 beurteilt das Steuergerät (70), ob der berechnete Steigungswert (Temperaturgradient) größer ist als ein festgelegter Steigungswert. Und wenn die Bedingung von S325 erfüllt wird, wird S340 durchgeführt, wenn sie nicht erfüllt wird, wird S330 durchgeführt.
In S340 korrigiert das Steuergerät (70) die Einspritzmenge von Harnstoff, der von obigem Einspritzmodul (50) eingespritzt wird, in S330 korrigiert das Steuergerät die NOx-Reinigungsrate des obigen SDPF (62) und legt sie neu fest. Und wenn der Motor (10) ausgeschaltet wird, beendet das Steuergerät (70) in S350 die Steuerung.
Unter Verweis auf wird der Steuerungsablauf von S340 detailliert erläutert.
ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Korrektur der Einspritzmenge von Harnstoff in einer Abgasanlage gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt.
Unter Verweis auf misst in S400 das Steuergerät (70) durch den 2. NOx-Sensor (82) am hinteren Ende des obigen SDPF (62) die tatsächliche Durchflussmenge der Stickoxide. Hier bedeutet die NOx-Durchflussmenge die Durchflussmenge der Stickoxide, dies kann durch Dichte der Stickoxide etc. ersetzt werden.
In S410 wählt das Steuergerät (70) anhand der Betriebsinformationen eine Modelldurchflussmenge der Stickoxide, die vom hinteren Ende des obigen SDPF (62) ausgestoßen werden, aus. Und in S420 berechnet das Steuergerät (70) den Differenzwert von tatsächlicher Durchflussmenge minus Modelldurchflussmenge.
In S430 beurteilt das Steuergerät (70), ob obiger Differenzwert größer ist als ein 1. festgelegter Wert. Wenn die Bedingung in S430 erfüllt wird, führt das Steuergerät (70) S450 durch, wenn die Bedingung in S430 nicht erfüllt wird, führt das Steuergerät (70) S440 durch.
In S450 verringert das Steuergerät (70) den festgelegten Wert der Einspritzmenge von Harnstoff, der von obigem Einspritzmodul (50) eingespritzt wird, um ein festgelegtes Verhältnis.
Und in S440 beurteilt das Steuergerät (70), ob obiger Differenzwert unter einem 2. festgelegten Wert liegt, wenn die Bedingung von S440 erfüllt wird, erhöht das Steuergerät (70) in S460 den festgelegten Wert der Einspritzmenge von Harnstoff, der von obigem Einspritzmodul (50) eingespritzt wird, um ein festgelegtes Verhältnis. Ferner werden, wenn die Bedingung von S440 nicht erfüllt wird, S400 oder S310 erneut durchgeführt.
Oben stehend wurde ein empfehlenswertes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erläutert, aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf obiges Ausführungsbeispiel beschränkt, sie umfasst alle Änderungen in einem Bereich, in dem anhand des Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung derjenige, der in dem betreffenden technischen Bereich der Erfindung allgemeine Kenntnisse hat, einfach Veränderungen vornimmt und diese als gleich anerkannt werden.
Bezugszeichenliste

10:: Motor
70:: Steuergerät
62:: SDPF
50:: Einspritzmodul

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

KR 1020150044458 [0009]

Claims

Abgasanlage, die einen Motor, der in einem Verbrennungsraum ein Gemisch aus Luft und Kraftstoff verbrennt und so einen Antrieb erzeugt und die beim Verbrennungsprozess entstandenen Abgase durch ein Abgasrohr nach außen ausstößt; ein Einspritzmodul, das an obigem Abgasrohr angebracht ist und in die obiges Abgasrohr passierenden Abgase Reduktionsmittel einspritzt; einen mit einem selektiven Reduktionskatalysator beschichteten SDPF (Selective Catalytic Reduction on Diesel Particulate Filter), der unter Verwendung der von obigem Einspritzmodul eingespritzten Reduktionsmittel die in den Abgasen enthaltenen Stickoxide reduziert; sowie ein Steuergerät, das entsprechend den Betriebsinformationen des obigen Motors die Einspritzmenge der Reduktionsmittel, die von obigem Einspritzmodul eingespritzt werden, mit einem festgelegten Wert der Einspritzmenge steuert und so die Stickoxide beseitigt, die in den obigen SPDF passierenden Abgasen enthalten sind; Stickoxide umfasst, und bei der obiges Steuergerät entsprechend den Betriebsinformationen des obigen Motors die Innentemperatur (T) des obigen SDPF berechnet, anhand der berechneten obigen Innentemperatur den Steigungswert (dT/dt) bezüglich der Zeit (t) berechnet, und wenn obiger Steigungswert größer ist als ein festgelegter Steigungswert, eine Steuerlogik durchführt, die korrigiert, so dass die Einspritzmenge der Reduktionsmittel, die von obigem Einspritzmodul eingespritzt werden, auf der Basis des obigen festgelegten Wertes der Einspritzmenge erhöht oder verringert wird.
Abgasanlage nach Anspruch 1, bei der eine Steuerlogik durchgeführt wird, die die vorab festgelegte NOx-Reinigungsrate betreffend den obigen SDPF korrigiert, wenn obiger Steigungswert unter einem festgelegten Steigungswert liegt.
Abgasanlage nach Anspruch 1, die zusätzlich einen 1. und 2. NOx-Sensor umfasst, die die Stickoxide messen, die in Richtung Eingang des obigen SDPF geleitet werden, und die Stickoxide messen, die in Richtung Ausgang des obigen SDPF ausgestoßen werden, messen.
Abgasanlage nach Anspruch 3, bei der obiges Steuergerät durch den 2. NOx-Sensor die tatsächliche Durchflussmenge der Stickoxide, die am hinteren Ende des obigen SDPF ausgestoßen werden, berechnet, eine den Betriebsinformationen entsprechende Modelldurchflussmenge auswählt, und wenn der Differenzwert von obiger Modelldurchflussmenge minus obiger tatsächlicher Durchflussmenge über einem 1. festgelegten Wert liegt, eine Steuerlogik durchführt, die die Einspritzmenge der Reduktionsmittel, die von obigem Einspritzmodul eingespritzt werden, um ein festgelegtes Verhältnis verringert.
Abgasanlage nach Anspruch 4, bei der eine Steuerlogik durchgeführt wird, die die Einspritzmenge der Reduktionsmittel, die von obigem Einspritzmodul eingespritzt werden, um ein festgelegtes Verhältnis erhöht, wenn der Differenzwert von obiger Modelldurchflussmenge minus obiger tatsächlicher Durchflussmenge unter einem 2. festgelegten Wert liegt.
Abgasanlage nach Anspruch 1, die einen Temperatursensor umfasst, der die Temperatur der Abgase, die obiges Abgasrohr passieren, misst, und bei der obiges Steuergerät eine Steuerlogik durchführt, die unter Verwendung des von obigem Temperatursensor gemessenen Temperatursignals die Innentemperatur des obigen SDPF berechnet.
Abgasanlage nach Anspruch 1, die zusätzlich einen Injektor umfasst, der durch obiges Steuergerät gesteuert wird und so angebracht ist, dass er Diesel oder Benzin in obigen Verbrennungsraum einspritzt.
Abgasanlage nach Anspruch 1, die zusätzlich eine Abgasrückführungsvorrichtung umfasst, die die Abgase, die obiges Abgasrohr passieren, in Richtung Ansaugkrümmer des obigen Motors zurückführt.
Abgasanlage nach Anspruch 1, die zusätzlich einen NOx-Speicherkatalysator umfasst, der in einer Atmosphäre, in der die Abgase mager (lean) sind, die in den Abgasen enthaltenen Stickoxide (NOx) absorbiert, und in einer fetten (rich) Atmosphäre die absorbierten Stickoxide freisetzt und die in den Abgasen enthaltenen Stickoxide und die freigesetzten Stickoxide reduziert.
Nach Anspruch 1, Abgasanlage, die zusätzlich einen Mischer umfasst, der so angebracht wird, dass er die von obigem Einspritzmodul eingespritzten Reduktionsmittel mischt.
Steuerungsverfahren einer Abgasanlage, bei dem eine Stufe, in der entsprechend den Betriebsinformationen des Motors die Innentemperatur (T) des SDPF berechnet wird; eine Stufe, in der anhand der gemessenen obigen Innentemperatur der Steigungswert (dT/dt) bezüglich der Zeit (t) berechnet wird; eine Stufe, die korrigiert, so dass die Einspritzmenge der Reduktionsmittel, die von dem Einspritzmodul eingespritzt werden, auf der Basis des obigen festgelegten Wertes der Einspritzmenge erhöht oder verringert wird, wenn obiger Steigungswert über einem festgelegten Steigungswert liegt, durchgeführt wird.
Nach Anspruch 11, Steuerungsverfahren einer Abgasanlage, bei dem die vorab festgelegte NOx-Reinigungsrate betreffend den obigen SDPF korrigiert wird, wenn obiger Steigungswert unter einem festgelegten Steigungswert liegt.
Nach Anspruch 11, Steuerungsverfahren einer Abgasanlage, bei dem eine Stufe, in der die tatsächliche Durchflussmenge der Stickoxide, die am hinteren Ende des obigen SDPF ausgestoßen werden, berechnet wird und eine den Betriebsinformationen entsprechende Modelldurchflussmenge ausgewählt wird; sowie eine Stufe, in der die Einspritzmenge der Reduktionsmittel, die von obigem Einspritzmodul eingespritzt werden, um ein festgelegtes Verhältnis verringert wird, wenn der Differenzwert von obiger Modelldurchflussmenge minus obiger tatsächlicher Durchflussmenge über einem 1. festgelegten Wert liegt, durchgeführt wird.
Steuerungsverfahren einer Abgasanlage nach Anspruch 13, bei dem eine Stufe, in der die Einspritzmenge der Reduktionsmittel, die von obigem Einspritzmodul eingespritzt werden, um ein festgelegtes Verhältnis erhöht wird, wenn der Differenzwert von obiger Modelldurchflussmenge minus obiger tatsächlicher Durchflussmenge unter einem 2. festgelegten Wert liegt, durchgeführt wird.
Steuerungsverfahren einer Abgasanlage nach Anspruch 11, bei der eine Stufe, in der unter Verwendung des von obigem Temperatursensor gemessenen Temperatursignals die Innentemperatur des obigen SDPF berechnet wird, durchgeführt wird.