DE102019207655A1 - Nachbehandlungssystem und Nachbehandlungsverfahren für einen Magermotor - Google Patents

Nachbehandlungssystem und Nachbehandlungsverfahren für einen Magermotor Download PDF

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Nahm Roh Joo
ChangHo Jung
Chang Hwan Kim
Dohyung Kim
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Hyundai Motor Co
Kia Motors Corp
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Abstract

Ein Nachbehandlungssystem für einen Magermotor wird offenbart. Das Nachbehandlungssystem ist sequenziell mit einem Ammoniakproduktionskatalysatormodul, einem Katalysator mit einer selektiven katalytischen Reduktion (SCR) und einem CO Reinigungskatalysator (CUC) an einem Abgasrohr ausgestattet, durch welches ein Abgas fließt und welches mit einem Magermotor verbunden ist. Ein Abgasstromwechsler ist zwischen dem Ammoniakproduktionskatalysatormodul und dem SCR Katalysator angeordnet. Der Abgasstromwechsler verändert einen Fluss eines von dem Ammoniakproduktionskatalysatormodul ausgegebenen Abgases entsprechend einer Temperatur des SCR Katalysators.

Description

  • Gebiet
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Nachbehandlungssystem und ein Nachbehandlungsverfahren für einen Magermotor. Offenbarung
  • Hintergrund
  • Die Aussagen in diesem Abschnitt stellen lediglich Hintergrundinformationen betreffend die vorliegende Offenbarung dar und sollen keinen Stand der Technik bilden.
  • Fahrzeuge können mit einem Katalysator zum Reduzieren von in einem Abgas enthaltenen Emissionen (EM). Das aus einem Motor durch einen Abgaskrümmer fließende Abgas wird in einen an einem Abgasrohr angebrachten Katalysator gelenkt und darin gereinigt. Danach wird ein Lärm des Abgases reduziert, während dieses durch einen Dämpfer läuft, und dann wird das Abgas an die Luft durch ein Auspuffendrohr abgelassen. Der Katalysator reinigt die in dem Abgas enthaltenen EM. Zusätzlich ist ein Partikelfilter zum Einfangen von Feinstaub (PM) in dem Abgas in dem Abgasendrohr angebracht.
  • Ein Dreiwegekatalysator (TWC) ist ein Typ eines Katalysators und reagiert mit Kohlenwasserstoff (HC) Verbindungen, Kohlenmonoxid (CO) und Stickoxiden (NOx), welche gefährliche Bestandteile des Abgases sind, um diese Verbindungen zu entfernen. Die TWCs werden hauptsächlich in benzinbetriebenen Fahrzeugen installiert und Pt/Rh, Pd/Rh oder Pt/Pd/Rh Systeme werden als die TWCs verwendet.
  • Ein Magermotor aus Benzinmotoren verbessert eine Kraftstoffeffizienz durch Verbrennen eines mageren Luft/Kraftstoffgemisches. Der Magermotor verbrennt das magere Luft/Kraftstoffgemisch, sodass ein Luft/Kraftstoffverhältnis (AFR) des Abgases ebenso mager ist. Allerdings, wenn das AFR mager ist, lässt der TWC das NOx ohne ausreichendes Reduzieren der in dem Abgas enthaltenen NOx hindurch. Entsprechend kann ein mit dem Magermotor ausgestattetes Fahrzeug einen Katalysator mit selektiver katalytischer Reduktion (SCR) zum Reinigen der von dem TWC hindurchgelassenen NOx umfassen. Der in dem mit dem Magermotor ausgestatteten Fahrzeug verwendete SCR Katalysator kann ein SCR Katalysator eines passiven Typs sein.
  • Wenn das AFR fett ist, kann der TWC das NOx reduzieren, um NH3 zu erzeugen, und das in dem TWC erzeugte NH3 in dem SCR Katalysator des passiven Typs speichern. Wenn das AFR mager ist, reinigt der SCR Katalysator eines passiven Typs das in dem Abgas enthaltene NOx unter Verwendung des gespeicherten NH3.
  • Selbst in den mit dem Magermotor ausgestatteten Fahrzeugen wird der Motor bei einem stöchiometrischen AFR bei Hochgeschwindigkeit/Hochlast-Bedingungen betrieben. Wenn der Motor bei dem stöchiometrischen AFR bei den Hochgeschwindigkeit/Hochlast-Bedingungen betrieben wird, kann eine Temperatur des in der Nähe des Motors angeordneten TWC auf 1000 °C ansteigen und kann eine Temperatur des SCR Katalysators auf 700 °C ansteigen. Wenn die Temperatur des SCR Katalysators ansteigt, vermindert sich die Ammoniakspeicherkapazität des SCR Katalysators. Beispielsweise, falls die Temperatur des SCR Katalysators oberhalb von 500 °C liegt, speichert der SCR Katalysator kaum das NH3. Daher, falls die Temperatur des SCR Katalysators auf 400 °C oder mehr ansteigt, wird das in dem SCR Katalysator gespeicherte NH3 durchgelassen. Selbst wenn eine Last des Motors in diesem Zustand reduziert wird, kann das in dem Abgas enthaltene NOx nicht gereinigt werden, sodass es schwierig ist, in ein mageres AFR einzutreten.
  • Die oben in dem Hintergrundabschnitt beschriebene Information dient lediglich zur Verbesserung des Verständnisses des Hintergrunds der Offenbarung und kann daher keine Information enthalten, welche keinen Stand der Technik bildet, welcher in diesem Land dem Fachmann bereits bekannt ist.
  • Offenbarungszusammenfassung
  • Die vorliegende Offenbarung wurde gemacht, um ein Nachbehandlungssystem und ein Nachbehandlungsverfahren für einen Magermotor bereitzustellen, welche die Vorteile beim Senden eines Abgases zu einem Katalysator einer selektiven katalytischen Reduktion (SCR) oder durch Umleiten des SCR Katalysators entsprechend einer Temperatur des SCR Katalysators aufweist.
  • Ein anderer Aspekt der vorliegenden Offenbarung stellt ein Nachbehandlungssystem und ein Nachbehandlungsverfahren für einen Magermotor bereit, welche weiter Vorteile zum Reduzieren von einer NH3 Menge, welches durch den SCR Katalysator hindurch gelassen wird, durch Verhindern oder Vermeiden eines Temperaturanstiegs des SCR Katalysators über eine vorbestimmte Temperatur.
  • Ein Nachbehandlungssystem für einen Magermotor gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann umfassen: ein Abgasrohr, welches mit dem Magermotor verbunden ist und durch welches ein in dem Magermotor erzeugtes Abgas fließt; ein Ammoniakproduktionskatalysatormodul, welches an dem Abgasrohr angebracht ist, zum Reinigen von in dem Abgas enthaltenen Emission geeignet ist und Ammoniak (NH3) erzeugt, unter Verwendung von in dem Abgas enthaltenen Stickoxid (NOx) oder dem darin bei einem fetten Luft/Kraftstoffverhältnis (AFR) gespeicherten NOx; einen Katalysator einer selektiven katalytischen Reduktion (SCR), welcher dem Ammoniakproduktionskatalysatormodul nachgelagert an dem Abgasrohr angebracht ist, welcher das in dem Ammoniakproduktionskatalysatormodul erzeugte NH3 speichert, und dass in dem Abgas enthaltene NOx unter Verwendung des gespeicherten NH3 reduziert; ein CO Reinigungskatalysator (CUC), welcher dem SCR Katalysator nachgelagert an dem Abgasrohr angebracht ist und in dem Abgas enthaltenes CO reinigt; und einen Abgasstromwechsler, welcher an dem Abgasrohr zwischen dem Ammoniakproduktionskatalysatormodul und dem SCR Katalysator angebracht ist und einen Fluss des Abgases derart steuert, dass das durch das Ammoniakproduktionskatalysatormodul hindurchfließende Abgas zu dem SCR Katalysator oder dem CUC fließt, wobei das durch den SCR Katalysator hindurchfließende Abgas kontinuierlich dem CUC zugeführt wird.
  • Das Nachbehandlungssystem kann weiter eine Steuereinheit umfassen, welche eine Information über das AFR des Abgases, eine Temperatur des SCR Katalysators und eine Temperatur des CUC detektiert und das AFR des Abgases und einen Betrieb des Abgasstromwechsler basierend auf der Information über das AFR des Abgases, die Temperatur des SCR Katalysators und die Temperatur des CUC steuert.
  • Der Betrieb des Abgasstromwechslers kann einen normalen Modus (Normalmodus) umfassen, bei welchem das durch das Ammoniakproduktionskatalysatormodul hindurchfließende Abgas zu dem SCR Katalysator fließt, und einen Bypassmodus, bei welchem das durch das Ammoniakproduktionskatalysatormodul hindurchfließende Abgas in den CUC fließt.
  • Die Steuereinheit kann den Abgasstromwechsler bei dem Bypassmodus betreiben, falls die Temperatur des SCR Katalysators größer oder gleich einer ersten vorbestimmten Temperatur in einem Zustand ist, bei welchem der Abgasstromwechsler bei dem normalen Modus betrieben wird und der Motor bei einem stöchiometrischen AFR betrieben wird.
  • Die Steuereinheit kann den Abgasstromwechsler bei dem normalen Modus betreiben, falls die Temperatur des SCR Katalysators geringer als eine zweite vorbestimmte Temperatur in einem Zustand ist, bei welchem der Abgasstromwechsler bei dem Bypassmodus betrieben wird und der Motor bei dem stöchiometrischen AFR betrieben wird, wobei die zweite vorbestimmte Temperatur geringer oder gleich der ersten vorbestimmten Temperatur ist.
  • Die Steuereinheit kann eine Fett-Dauer und ein Ziel-Fett-AFR berechnen und den Motor bei dem Ziel-Fett-AFR für die Fett-Dauer betreiben, falls eine NH3 Erzeugung notwendig ist oder in einem Zustand gewünscht ist, bei welchem der Motor bei einem mageren AFR betrieben wird und der Abgasstromwechsler bei dem normalen Modus betrieben wird.
  • Die Steuereinheit kann den Motor bei dem stöchiometrischen AFR betreiben und den Abgasstromwechsler bei dem Bypassmodus betreiben, bis die Temperatur des CUC größer oder gleich einer dritten vorbestimmten Temperatur ist, falls die NH3 Erzeugung in einem Zustand gewünscht ist, bei welchem der Motor bei dem mageren AFR betrieben wird und der Abgasstromwechsler bei dem normalen Modus betrieben wird.
  • Die Steuereinheit kann den Betrieb des Abgasstromwechslers in den normalen Modus umwandeln, eine Fett-Dauer und eine Ziel-Fett-AFR berechnen und den Motor bei dem Ziel-Fett-AFR für die Fett-Dauer betreiben, falls eine NH3 Erzeugung in einem Zustand gewünscht ist, bei welchem der Motor bei einer stöchiometrischen AFR betrieben wird und der Abgasstromwechsler bei dem Bypassmodus betrieben wird.
  • Die Steuereinheit kann den Motor bei der stöchiometrischen AFR betreiben, bis die Temperatur des SCR Katalysators geringer als die zweite vorbestimmte Temperatur ist, falls die NH3 Erzeugung in einem Zustand gewünscht ist, bei welchem der Motor bei dem stöchiometrischen AFR betrieben wird und der Abgasstromwechsler bei dem Bypassmodus betrieben wird.
  • Das Ammoniakproduktionskatalysatormodul kann zumindest einen Dreiwegekatalysator (TWC), einen Ammoniakproduktionskatalysator (APC), einen zusätzlichen TWC und/oder einen Mager-NOx-Falle-Katalysator (Stickoxidfallenkatalysator) umfassen.
  • Das Ammoniakproduktionskatalysatormodul kann weiter einen Partikelfilter umfassen, welcher Feinstaub in dem Abgas einfängt.
  • Ein Nachbehandlungsverfahren gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ausgebildet zum Steuern eines Nachbehandlungssystems, welches mit einem Ammoniakproduktionskatalysatormodul, einem Katalysator mit einer selektiven katalytischen Reduktion (SCR) und einen CO Reinigungskatalysator (CUC) an einem Abgasrohr sequenziell ausgestattet ist, durch welches ein Abgas fließt und welches mit einem Magermotor verbunden ist.
  • Das Nachbehandlungssystem kann weiter einen Abgasstromwechsler umfassen, welcher zwischen dem Ammoniakproduktionskatalysatormodul und dem SCR Katalysator angeordnet ist und einen Fluss des Abgases derart steuert, dass das durch das Ammoniakproduktionskatalysatormodul hindurchfließende Abgas zu dem SCR Katalysator oder dem CUC fließt.
  • Das durch den SCR Katalysator hindurchfließende Abgas kann dauerhaft dem CUC zugeführt werden.
  • Einen Betrieb des Abgasstromwechslers kann einen normalen Modus umfassen, bei welchem der durch das Ammoniakproduktionskatalysatormodul hindurchfließende Abgas an den SCR Katalysator fließt, und einen Bypassmodus, bei welchem das durch das Ammoniakproduktionskatalysatormodul hindurchfließende Abgas in den CUC fließt.
  • Das Nachbehandlungsverfahren kann umfassen: ein Bestimmen, ob eine Temperatur des SCR Katalysators höher oder gleich einer ersten vorbestimmten Temperatur während eines Betriebs des Motors bei einem stöchiometrischen AFR ist; und ein Umwandeln des Betriebs des Abgasstromwechslers in den Bypassmodus, falls die Temperatur des SCR Katalysators größer oder gleich der ersten vorbestimmten Temperatur ist.
  • Das Nachbehandlungsverfahren kann weiter umfassen: ein Bestimmen, ob die Temperatur des SCR Katalysators geringer als eine zweite vorbestimmte Temperatur ist, während der Motor bei dem stöchiometrischen AFR betrieben wird und der Abgasstromwechsler bei dem Bypassmodus betrieben wird; und ein Umwandeln des Betriebs des Abgasstromwechslers in den normalen Modus, falls die Temperatur des SCR Katalysators geringer als die zweite vorbestimmte Temperatur ist, wobei die zweite vorbestimmte Temperatur geringer oder gleich der ersten vorbestimmten Temperatur ist.
  • Das Nachbehandlungsverfahren kann weiter umfassen: ein Bestimmen, ob eine NH3 Erzeugung gewünscht ist, während der Motor bei einem mageren AFR betrieben wird und der Abgasstromwechsler bei dem normalen Modus betrieben wird; Berechnen einer Fett-Dauer und eines Ziel-Fett-AFR, falls die NH3 Erzeugung gewünscht ist; und Betreiben des Motors bei dem Ziel-Fett-AFR für die Fett-Dauer.
  • Das Nachbehandlungsverfahren kann weiter umfassen: ein Bestimmen, vor einem Berechnen der Fett-Dauer und des Ziel-Fett-AFR, ob eine Temperatur des CUC geringer als eine vorbestimmte dritte Temperatur ist; ein Betreiben des Motors bei dem stöchiometrischen AFR, falls die Temperatur des CUC geringer als die dritte vorbestimmte Temperatur ist; und ein Umwandeln des Betriebs des Abgasstromwechslers in den Bypassmodus.
  • Das Nachbehandlungsverfahren kann weiter umfassen ein Beibehalten oder Umwandeln des Betriebs des Abgasstromwechsler in den normalen Modus, falls die Temperatur des CUC größer oder gleich der dritten vorbestimmten Temperatur ist.
  • Das Nachbehandlungsverfahren kann weiter umfassen: ein Bestimmen, ob eine NH3 Erzeugung gewünscht ist, während der Motor bei dem stöchiometrischen AFR betrieben wird und der Abgasstromwechsler bei dem Bypassmodus betrieben wird; ein Bestimmen, ob die Temperatur des SCR Katalysators geringer als eine zweite vorbestimmte Temperatur ist, falls die NH3 Erzeugung gewünscht ist; ein Umwandeln des Betriebs des Abgasstromwechslers in den normalen Modus, falls die Temperatur des SCR Katalysators geringer als die zweite vorbestimmte Temperatur ist; Berechnen einer Fett-Dauer und eines Ziel-Fett-AFR; und Betreiben des Motors bei dem Ziel-Fett-AFR für die Fett-Dauer.
  • Das Nachbehandlungsverfahren kann weiter umfassen ein Betreiben des Motors dauerhaft bei dem stöchiometrischen AFR, falls die Temperatur des SCR Katalysators größer oder gleich der zweiten vorbestimmten Temperatur ist.
  • Ein Betreiben des Motors bei einem mageren AFR kann verboten sein, falls der Abgasstromwechsler bei dem Bypassmodus betrieben wird.
  • Die Fett-Dauer entsprechend dem Ziel-Fett-AFR und einer Temperatur des CUC berechnet werden kann.
  • Gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung wird ein Abgas an einen SCR Katalysator gesendet oder um den SCR Katalysator geleitet, entsprechend der Temperatur des SCR Katalysators, wodurch verhindert oder vermieden wird, dass die Temperatur des SCR Katalysators übermäßig ansteigt. Daher kann eine durch den SCR Katalysator hindurchgelassene NH3 Menge reduziert werden.
  • Gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung kann eine CU Reinigungseffizienz durch kontinuierliches Zuführen des Abgases in einen CUC verbessert werden, unbeachtlich davon, ob das Abgas um den SCR Katalysator umgeleitet wird oder nicht.
  • Zusätzlich sollten andere Effekte oder Aspekte der vorliegenden Offenbarung direkt oder implizit in der hier vorgesehenen Beschreibung beschrieben werden. Verschiedene Effekte, welche entsprechend den Aspekten der vorliegenden Offenbarung vorhergesagt werden, werden in der hier vorgesehenen Beschreibung beschrieben.
  • Weitere Anwendungsbereiche werden aus der hier vorgesehenen Beschreibung deutlich werden. Es versteht sich, dass die Beschreibung und bestimmte Beispiele lediglich Zweck der Darstellung gedacht sind und nicht dazu gedacht sind, den Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung zu beschränken.
  • Figurenliste
  • Damit die Offenbarung gut verstanden wird, werden nun verschiedene Formen davon beschrieben, welche beispielhaft angeführt sind, wobei auf die beigefügten Figuren Bezug genommen wird, wobei:
  • Die Offenbarung durch Bezugnahme auf die nachstehende Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Figuren besser verstanden werden kann, wobei ähnliche Bezugszeichen identische oder funktional ähnliche Elemente anzeigen, wobei:
    • 1 ein schematisches Diagramm eines Nachbehandlungssystems für einen Magermotor gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist;
    • 2 ein schematisches Diagramm ist, welches einen Fluss von Abgas darstellt, wenn ein Abgasstromwechsler gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung bei einem normalen Modus betrieben wird;
    • 3 ein schematisches Diagramm ist, welches einen Fluss von Abgas darstellt, wenn ein Abgasstromwechsler gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung bei einem Bypassmodus betrieben wird;
    • 4 ein schematisches Diagramm eines Ammoniakproduktionskatalysatormoduls gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist;
    • 5 ein schematisches Diagramm eines Ammoniakproduktionskatalysatormoduls gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist;
    • 6 ein schematisches Diagramm eines Ammoniakproduktionskatalysatormoduls gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist;
    • 7 ein schematisches Diagramm eines Ammoniakproduktionskatalysatormoduls gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist;
    • 8 ein schematisches Diagramm eines Ammoniakproduktionskatalysatormoduls gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist;
    • 9 ein Blockdiagramm eines Nachbehandlungssystems für einen Magermotor gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist;
    • 10 ein Graph ist, welcher eine in einem SCR Katalysator gespeicherte NH3 Menge und eine NOx Reinigungseffizienz des SCR Katalysators gemäß einer Temperatur des SCR Katalysators zeigt;
    • 11 bis 14 Flussdiagramme eines Nachbehandlungsverfahren gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung sind;
    • 15 ein Graph ist, welcher eine Temperatur eines SCR Katalysators zeigt, falls ein Abgas um den SCR Katalysator umgeleitet wird, und falls das Abgas nicht um den SCR Katalysator umgeleitet wird, wenn ein Motor bei einer vorbestimmten Betriebsbedingung betrieben wird; und
    • 16 ein Graph ist, welcher eine Temperatur eines CUC zeigt, falls ein Abgas um den CUC umgeleitet wird, und falls das Abgas nicht um den CUC umgeleitet wird, wenn ein Motor bei einer vorbestimmten Betriebsbedingung betrieben wird.
  • Es versteht sich, dass die oben beschriebenen Figuren nicht notwendigerweise maßstabsgetreu sind, wobei eine in gewisser Weise vereinfachte Darstellung von verschiedenen Merkmalen dargestellt ist, welche die grundlegenden Prinzipien der Offenbarung darstellen. Die spezifischen Designelemente der vorliegenden Offenbarung werden zum Teil durch die besonders angedachte Anwendung und Nutzungsumgebung bestimmt, wobei beispielsweise bestimmte Abmessungen, Orientierungen, Positionen und Formen beispielhaft umfasst sind.
  • Die hierin beschriebenen Figuren sind lediglich zu Darstellungszwecken und sind nicht dazu gedacht, den Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung in irgendeiner Weise zu beschränken.
  • Detailbeschreibung
  • Die nachstehende Beschreibung ist lediglich beispielhaft in dessen Natur und ist nicht dazu gedacht die vorliegende Offenbarung, Anwendung oder Nutzungen zu beschränken. Es versteht sich, dass durch die Figuren zugehörige Bezugszeichen ähnliche oder zugehörige Teile und Merkmale angeben.
  • Die hierin verwendeten Begriffe dienen lediglich dem Zweck der Beschreibung von bestimmten Aspekten und sind nicht dazu gedacht die vorliegende Offenbarung zu beschränken. Wie hierin verwendet, sind die Singularformen „ein“, „einer“ und „der“ dazu gedacht die Pluralformen ebenso zu umfassen, es sei denn der Zusammenhang gibt klar etwas anderes an. Es versteht sich weiter, dass die Begriffe „umfassen“ und/oder „umfassend“, wenn diese in dieser Beschreibung verwendet werden, das Vorhandensein von angegebenen Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Operationen, Elementen und/oder Komponenten bestimmen, allerdings nicht das Vorhandensein oder das Hinzufügen von einem oder mehreren anderen Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Operationen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen davon ausschließen. Wie hierin verwendet, umfasst der Begriff „und/oder“ eine beliebige oder alle Kombinationen von einem oder mehreren der verknüpften aufgelisteten Elemente. Der Begriff „gekoppelt“ bezeichnet eine physische Beziehung zwischen 2 Komponenten, wobei die Komponenten entweder direkt miteinander verbunden sind oder indirekt über eine oder mehrere Zwischenkomponenten verbunden sind.
  • Es versteht sich, dass der Begriff „Fahrzeug“, „Fahrzeug-“, „Auto“ oder andere ähnliche Begriffe, wie sie hierin verwendet werden, Motorfahrzeuge umfassen, im Allgemeinen wie beispielsweise PKWs, umfassend Sports-Utility-Vehicles (SUV), Busse, LKWs, verschiedene kommerzielle Fahrzeuge, Wasserfahrzeuge, umfassend eine Vielzahl von Booten und Schiffen, Flugzeuge und etwas Ähnliches, und Hybridfahrzeuge, Elektrofahrzeuge, Hybrid-Elektrofahrzeug, wasserstoffangetriebene Fahrzeuge und andere alternative Kraftstofffahrzeuge (beispielsweise aus anderen Ressourcen als Öl abgeleitete Kraftstoffe) umfassen.
  • Zusätzlich versteht es sich, dass eines oder mehrere der nachstehenden Verfahren oder Aspekte davon durch zumindest eine Steuereinheit ausgeführt werden können. Der Begriff „Steuereinheit“ kann sich auf ein Gerät beziehen, welches einen Speicher und einen Prozessor umfasst. Der Speicher ist ausgebildet zum Speichern von Programmanweisungen und der Prozessor ist besonders programmiert zum Ausführen der Programmanweisungen, um einen oder mehrere Prozesse auszuführen, welche weiter nachstehend beschrieben sind. Darüber hinaus versteht es sich, dass die nachstehenden Verfahren durch ein die Steuereinheit umfassendes System ausgeführt werden können, wie nachstehend genau beschrieben.
  • Weiter kann die Steuereinheit der vorliegenden Offenbarung als ein nicht flüchtiges computerlesbares Medium ausgebildet sein, welches ausführbare Programmanweisungen enthält, welche durch einen Prozessor oder etwas Ähnliches ausgeführt werden. Beispiele der computerlesbaren Medien umfassen, sind allerdings nicht darauf beschränkt, ROM, RAM, Compact Disc (CD)-ROMs, magnetische Bänder, Floppydisks, Flashdrives, Smartcards und optische Datenspeichergeräte. Das computerlesbare Speichermedium kann ebenso durch ein Computernetzwerk verteilt werden, sodass die Programmanweisungen in einer verteilten Weise gespeichert und ausgeführt werden, beispielsweise durch einen Telematikserver oder ein Steuereinheit-Bereichsnetzwerk (CAN).
  • Nachfolgend werden Aspekte der vorliegenden Offenbarung genau mit Bezug zu den beiliegenden Figuren beschrieben.
  • 1 ist ein schematisches Diagramm eines Nachbehandlungssystems für einen Magermotor gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung.
  • Wie in 1 gezeigt, umfasst ein Nachbehandlungssystem gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung einen Motor 10, einen Abgasrohr 20, ein Ammoniakproduktionskatalysatormodul 30, einen Abgasstromwechsler 95, einen Katalysator mit einer selektiven katalytischen Reduktion (SCR) 50 und einen CO Reinigungskatalysator (CUC) und 60.
  • Der Motor 10 verbrennt ein Luft/Kraftstoffgemisch, um chemische Energie in mechanische Energie umzuwandeln. Der Motor 10 ist mit einem Einlasskrümmer 16 verbunden, damit Luft in die Brennkammer 12 fließt. Ein in einem Verbindungsprozess erzeugtes Abgas wird in einem Abgaskrümmer 18 gesammelt und dann aus dem Motor 10 ausgeleitet. Die Brennkammer 12 ist mit einer Zündkerze 14 ausgestattet, um das Luft/Kraftstoffgemisch innerhalb der Brennkammer 12 zu zünden. Der Motor 10 kann ein Benzinmotor sein. In Abhängigkeit von Typen von Benzinmotoren, kann Kraftstoff direkt in die Brennkammer 12 eingespritzt werden oder kann das Luft/Kraftstoffgemisch an die Brennkammer 12 über den Einlasskrümmer 16 zugeführt werden. Zusätzlich kann der Motor 10 ein Magermotor sein. Daher wird der Motor 10 bei einem mageren Luft/Kraftstoffverhältnis (AFR) mit Ausnahme von speziellen Betriebsbedingungen betrieben.
  • Das Abgasrohr 20 ist mit dem Abgaskrümmer 18 verbunden, um das Abgas nach Außen von dem Fahrzeug auszugeben. Das Abgasrohr 20 ist mit dem Ammoniakproduktionskatalysatormodul 30, dem SCR Katalysator 50 und dem CUC 60 ausgestattet, um in dem Abgas enthaltene Emissionen und Feinstaub zu reinigen oder zu entfernen.
  • Das Ammoniakproduktionskatalysatormodul 30 umfasst einen Dreiwegekatalysator (TWC) 35. Das Ammoniakproduktionskatalysatormodul 30 kann NH3 unter Verwendung von in dem Abgas enthaltenen NOx oder in dem Ammoniakproduktionskatalysatormodul 30 bei einem fetten AFR gespeicherten NOx erzeugen. Das Ammoniakproduktionskatalysatormodul 30 enthält ein Sauerstoffspeichermaterial mit einer Sauerstoffspeicherkapazität (OSC).
  • Der TWC 35 ist an dem Abgasrohr 20 angeordnet, durch welches das von dem Motor 10 ausgeworfene Abgas fließt, und in dem Abgas enthaltene CO, HC und NOx umfassende schädliche Materialien in unschädliche Komponenten durch eine Oxidationsreaktion-Reaktion in dem TWC 35 umgewandelt werden. Insbesondere kann der TWC 35 das in dem Abgas enthaltene NOx in NH3 bei dem fetten AFR reduzieren. Zu diesem Zeitpunkt kann TWC 35 das CO und das HC in dem Abgas nicht ausreichend reinigen und das CO und das HC kann davon austreten. Zusätzlich oxidiert der TWC 35 das in dem Abgas enthaltene CO und das HC bei dem mageren AFR. Im Allgemeinen kann der TWC 35 CO, HC und NOx bei einem stöchiometrischen AFR reinigen. Da der TWC 35 dem Fachmann gut bekannt ist, wird eine Beschreibung davon ausgelassen.
  • Der SCR Katalysator 50 ist an dem Abgas 20 dem Ammoniakproduktionskatalysatormodul 30 nachgelagert angebracht. Der SCR Katalysator 50 speichert das in dem Ammoniakproduktionskatalysatormodul 30 bei dem fetten AFR erzeugte NH300 und reduziert das in dem Abgas enthaltene NOx unter Verwendung des gespeicherten NH3 bei dem mageren AFR. Dieser Typ des SCR Katalysators 50 kann als ein passiver Typ eines SCR Katalysators 50 bezeichnet werden.
  • Der SCR Katalysator 50 kann aus einem oder einer Kombination von Zeolith-Katalysator und Metallkatalysator gebildet sein, unterstützt in einem porösen Al2O3. Zumindest Cu, Pt, Mn, Fe, Co, Ni, Zn, Cs und/oder Ga kann im Ionenaustausch in dem Zeolith-Katalysator sein. In dem in dem porösen Al2O3 gestützten Metallkatalysator kann zumindest ein Metall aus Pt, Pd, Rh, Ir, Ru, W, Cr, Mn, Fe, Co, Cu, Zn und/oder Ag in dem porösen Al2O3 unterstützt werden.
  • Die CUC 60 ist an dem Abgasrohr 20 dem SCR Katalysator 50 nachgelagert angeordnet. Der CUC 60 reinigt das in dem Abgas enthaltene CO. Insbesondere kann das CO aus dem Ammoniakproduktionskatalysatormodul 30 bei dem fetten AFR entweichen. Daher kann eine Emission des CO nach Außen des Fahrzeugs durch Anordnen des CUC 60 an dem am meisten nachgelagerten Nachbehandlungssystem verhindert oder vermieden werden. Der CUC 60 umfasst Pt, Pd, Rh und Ba, gestützt in CeO2 und Al2O3.
  • In einem Aspekt umfasst der CUC 60 0,2 - 1,5 wt% Pt, 0 - 0,4 wt% Pd, 0 - 0,4 wt% Rh, 0 - 5,0 wt% Ba, 40 - 90 wt% of CeO2, 9,8 - 59,8 wt% of Al2O3 und 0 - 10 wt% eines Additivs basierend auf einem Gesamtgewicht des CUC 60.
  • In einem anderen Aspekt umfasst der CUC 60 2 - 1,5 wt% Pt, 0 - 0,4 wt% Pd, 0 - 0,4 wt% Rh, 0 - 5,0 wt% Ba, 40 - 90 wt% CeO2, 9,8 - 59,8 wt% Al2O3 und 0 - 20 wt% eines Additivs basierend auf einem Gesamtgewicht des CUC 60.
  • Das Additiv wird zum Verbessern einer Leistungsfähigkeit des CeO2 und des Al2O3 hinzugefügt und umfasst zumindest La, Zr, Mg und/oder Pr.
  • Der CUC 60 kann hauptsächlich aus Pt-CeO2 bestehen. Hier fungiert das Pt zum Oxidieren des CO und das CeO2 enthält ein Sauerstoffspeichermaterial mit OSC, um bei der Oxidation des CO bei einer geringen Temperatur bei dem mageren AFR zu helfen. Pd/Al2O3 spielt ebenso eine ähnliche Rolle wie das Pt/CeO2, allerdings kann eine Menge des Pt/CeO2 größer als die die des Pt/Al2O3 sein, um eine Oxidationsfähigkeit bei der geringen Temperatur zu verbessern.
  • Das in dem CUC 60 enthaltene Ba fungiert zum Entfernen eines kleinen Betrags von dem NOx, welches von dem SCR Katalysator 50 nicht entfernt ist, wenn das AFR fett ist.
  • Das in dem CUC 60 umfasst Rh ist dazu gedacht eine Reduktion des NOx zu fördern.
  • Der Abgasstromwechsler 95 ist an dem Abgasrohr 20 zwischen dem Ammoniakproduktionskatalysatormodul 30 und dem SCR Katalysator 50 angebracht. Der Abgasstromwechsler 95 steuert einen Fluss des Abgases derart, dass das Abgas in den SCR Katalysator 50 fließt oder um den SCR Katalysator 50 geleitet wird und in den CUC 60 fließt. Hierbei umfasst ein Betrieb des Abgasstromwechslers 95 einen normalen Modus und einen Bypassmodus.
  • 2 ist ein schematisches Diagramm, welches einen Fluss eines Abgases darstellt, wenn ein Abgasstromwechsler gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung bei einem normalen Modus betrieben wird; und 3 ist ein schematisches Diagramm, welches einen Fluss eines Abgases darstellt, wenn ein Abgasstromwechsler gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung bei einem Bypassmodus betrieben wird. Eine gestrichelte Linie in 2 und 3 stellt den Fluss des Abgases dar, welches durch den Abgasstromwechsler 95 hindurchtritt.
  • Wie in 2 gezeigt, falls der Abgasstromwechsler 95 bei dem normalen Modus betrieben wird, wird das durch das Ammoniakproduktionskatalysatormodul 30 hindurchtretende Abgas an den SCR Katalysator 50 und den CUC 60 sequenziell zugefügt. In diesem Fall wird das dem SCR Katalysator 50 zugeführte Abgas an den CUC 60 zugeführt. Daher wird das in dem Abgas enthaltene NOx durch den SCR Katalysator 50 entfernt und das in dem Abgas enthaltene CO wird durch den CUC 60 entfernt.
  • Wie in 3 gezeigt, falls der Abgasstromwechsler 95 bei dem Bypassmodus betrieben wird, wird das durch das Ammoniakproduktionskatalysatormodul 30 hindurchtretende Abgas nicht dem SCR Katalysator 50 zugeführt, sondern wird direkt dem CUC 60 zugeführt in diesem Fall kann das in dem Abgas enthaltene NOx an das Fahrzeug äußere ausgeworfen werden, ohne entfernt zu werden. Daher, falls der Abgasstromwechsler 95 bei dem Bypassmodus betrieben wird, kann der Motor 10 nicht bei dem mageren AFR betrieben werden.
  • Indessen kann das Abgasrohr 20 mit einer Vielzahl von Sensoren 32, 34, 62 und 64 zum Detektieren des AFR des Abgases und eines Betriebs der Katalysatoren 30, 50 und 60 ausgestattet sein.
  • Ein erster Sauerstoffsensor 32 ist an dem Abgasrohr 20 vor dem Ammoniakproduktionskatalysatormodul 30 angebracht, detektiert eine O2 Konzentration in dem Abgas vor dem Ammoniakproduktionskatalysatormodul 30 und überträgt ein dazugehöriges Signal an eine Steuereinheit 90. Das AFR (dies wird nachfolgend als λ bezeichnet) des Abgases, welches hierin beschrieben ist, kann sich auf einen durch den ersten Sauerstoffsensor 32 detektierten Wert beziehen. Zusätzlich kann eine hier beschriebene AFR Steuerung sich auf die Steuerung des AFR des Abgases beziehen, um ein Ziel-AFR zu sein.
  • Ein zweiter Sauerstoffsensor 34 ist an dem Abgasrohr 20 nach dem Ammoniakproduktionskatalysatormodul 30 angebracht, detektiert eine O2 Konzentration in dem Abgas nach dem Ammoniakproduktionskatalysatormodul 30 und überträgt ein dazugehöriges Signal an die Steuereinheit 90.
  • Ein erster Temperatursensor 62 ist an dem Abgasrohr 20 nach dem SCR Katalysator 50 angebracht, detektiert eine Temperatur des Abgases nach dem SCR Katalysator 50 und überträgt ein dazugehöriges Signal an die Steuereinheit 90. Wie in 2 gezeigt, da das durch den Abgasstromwechsler 95 hindurchtretende Abgas an den SCR Katalysator 50 zugeführt wird, wenn der Abgasstromwechsler 95 bei dem normalen Modus betrieben wird, kann der erste Temperatursensor 62 an dem Abgasrohr 20 zwischen dem Abgasstromwechsler 95 und dem SCR Katalysator 50 angebracht sein.
  • Ein zweiter Temperatursensor 64 ist an dem Abgasrohr 20 nach dem SCR Katalysator 50 angebracht, detektiert die Temperatur des Abgases nach dem SCR Katalysator 50 und überträgt ein dazugehöriges Signal an die Steuereinheit 90. Wie in 1 gezeigt, kann der zweite Temperatursensor 64 bei einem Verbindungspunkt des Abgasrohrs 20 positioniert sein, welcher den Abgasstromwechsler 95 mit dem CUC 60 verbindet, und dem Abgasrohr 20, welches den SCR Katalysator 50 mit dem CUC 60 verbindet, ist allerdings nicht darauf beschränkt.
  • Zusätzlich zu den Sensoren 32, 34, 62 und 64, welche hier beschrieben sind, kann das Nachbehandlungssystem weiter verschiedene Sensoren umfassen. Beispielsweise können zusätzliche Temperatursensoren an dem Abgasrohr 20 vor und nach dem Ammoniakproduktionskatalysatormodul 30 angebracht sein, um die Temperatur des Abgases vor und nach dem Ammoniakproduktionskatalysatormodul 30 jeweils zu detektieren. Zusätzlich, wie in 9 gezeigt, kann das Nachbehandlungssystem weiter einen Luftflussmesser 60 umfassen, weiter kann das Nachbehandlungssystem einen NOx Sensor, einen HC Sensor oder einen CO Sensor, angebracht an dem Abgasrohr 20, umfassen und eine in dem Abgas enthaltene Emissionskonzentration kann über diese Sensoren detektiert werden.
  • Die Steuereinheit 90 ist mit den Sensoren 32, 34, 62, 64 und 66 elektrisch verbunden, um die zu den durch die Sensoren 32, 34, 62, 64 und 66 detektierten Werten gehörigen Signale zu empfangen, und bestimmt eine Betriebsbedingung des Fahrzeugs, das AFR und die Temperaturen der Katalysatoren 30, 50 und 60 basierend auf den Signalen. Die Steuereinheit 90 kann einen Zündzeitpunkt, einen Kraftstoffeinspritzungszeitpunkt, eine Kraftstoffmenge weiter durch Steuern des Motors 10 basierend auf den Bestimmungsergebnissen steuern. Die Steuereinheit 90 kann mit zumindest einem durch ein vorbestimmtes Programm ausgeführten Prozessor umgesetzt werden und das vorbestimmte Programm kann programmiert sein, um jeden Schritt eines Nachbehandlungsverfahrens gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung auszuführen.
  • 4 ist ein schematisches Diagramm eines Ammoniakproduktionskatalysatormoduls gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung. Das in 4 gezeigte Ammoniakproduktionskatalysatormodul 30 ist eine Modifikation des in 1 gezeigten Ammoniakproduktionskatalysatormoduls 30.
  • Wie in 4 gezeigt, umfasst das Ammoniakproduktionskatalysatormodul 30 gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung sequenziell den TWC 35, einen zusätzlichen TWC 70 und einen Partikelfilter 40. Da der TWC 35 oben beschrieben ist, wird eine detaillierte Beschreibung davon ausgelassen.
  • Der zusätzliche TWC 70 ist an dem Abgasrohr 20 zwischen dem TWC 35 und dem Partikelfilter 40 angebracht. Der zusätzliche TWC 70 führt im Wesentlichen dieselbe Funktion wie der TWC 35 aus. Mit anderen Worten wandelt der zusätzliche TWC 70 schädliche Materialien, welche das in dem Abgas enthaltene CO, dass HC und NOx umfassen, in unschädliche Komponenten durch eine Oxidationsreaktion Reaktion um. Zusätzlich erhöht der zusätzliche TWC 70 den an den SCR Katalysator 50 zugeführten NH3 Betrag durch reduzieren des in dem Abgas enthaltenen NOx in NH3, wenn das AFR fett ist. Zusätzlich kann ein Mager-NOx-Falle (LNC) Katalysator weiter in dem zusätzlichen TWC 70 und dem TWC 35 beschichtet sein. Der LNC Katalysator absorbiert das NOx bei dem mageren AFR und gibt das absorbierte NOx frei und reduziert das freigegebene NOx in dem N2 Gas oder das NH3 bei dem fetten AFR. Somit unterstützt der LNC Katalysator den TWC mit einer niedrigen NOx Reinigungsleistung bei dem mageren AFR. Der LNC Katalysator umfasst zumindest ein oder eine Kombination von K, Na, Li und Cs umfassenden alkalischen Metallen und ein Ba und Ca umfassenden alkalischen Erdmetallen, ein Ir und La umfassendes Seltenerdmetall und ein Pt, Pd und Rh umfassendes Edelmetall.
  • Das Partikelfilter 40 ist an dem Abgasrohr 20 nach dem zusätzlichen TWC 70 angebracht, fängt die in dem Abgas enthaltenen Teilchen (Feinstaub) ein und verbrennt die eingefangenen Teilchen. Der Partikelfilter 40 ist mit Einlasszellen und Auslasszellen versehen, welche wechselweise in einem Gehäuse angeordnet sind, und wobei eine Wand zwischen der Einlasszelle und der Auslasszelle angeordnet ist. Die Einlasszelle weist ein Ende auf, welches geöffnet ist, und ein anderes Ende, welches blockiert ist, und die Auslasszelle weist ein Ende auf, welches blockiert ist, und ein anderes Ende, welches geöffnet ist. Das Abgas fließt in den Partikelfilter 40 durch das geöffnete Ende der Einlasszelle, fließt in die Auslasszelle durch die Wand und fließt an einer Außenseite des Partikelfilters 40 durch das geöffnete Ende der Auslasszelle hinaus. Wenn das Abgas durch die Wand hindurchtritt, tritt der in dem Abgas enthaltene Feinstaub nicht durch die Wand hindurch und verbleibt in der Einlasszelle.
  • 5 ist ein schematisches Diagramm eines Ammoniakproduktionskatalysatormoduls gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung. Das in 5 gezeigte Ammoniakproduktionskatalysatormodul 30 ist eine Modifikation des in 1 gezeigten Ammoniakproduktionskatalysatormoduls 30.
  • Wie in 5 gezeigt, umfasst das Ammoniakproduktionskatalysatormodul 30 gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung sequenziell einen mit dem LNT Katalysator beschichteten TWC 35' und ein Partikelfilter 40. Da der mit dem LNT Katalysator beschichtete TWC 35' und der Partikelfilter 40 oben beschrieben sind, wird eine Detailbeschreibung davon ausgelassen.
  • 6 ist ein schematisches Diagramm eines Ammoniakproduktionskatalysatormoduls gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung. Das in 6 gezeigte Ammoniakproduktionskatalysatormodul 30 ist eine Modifikation des in 1 gezeigten Ammoniakproduktionskatalysatormoduls 30.
  • Wie in 6 gezeigt, umfasst das Ammoniakproduktionskatalysatormodul 30 gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung sequenziell das TWC 35 und einen Ammoniakproduktionskatalysator (APC) 80. Da der TWC 35 oben beschrieben ist, wird eine Detailbeschreibung davon ausgelassen.
  • Der APC 80 ist an dem Abgasrohr 20 nach dem TWC 35 angeordnet. Der APC 80 speichert das in dem Abgas enthaltene NOx bei dem mageren AFR und erzeugt H2, um das gespeicherte NOx freizugeben, und erzeugt NH3 mittels dem freigegebenen NOx und dem erzeugten H2.
  • In einem Aspekt umfasst der APC 80 0,4 - 0,9 wt% Pt, 0,057 - 0,3 wt% Pd, 0,03 - 0,1 wt% Rh, 5,0 - 15,0 wt% Ba, 10 - 30 wt% CeO2, 48,7 - 84,513 wt% einer Verbindung von MgO and Al2O3 und 0 - 5 wt% eines Additivs basierend auf einem Gesamtgewicht des APC 80.
  • In einem anderen Aspekt umfasst der APC 80 0,4 - 0,9 wt% Pt, 0,057 - 0,3 wt% Pd, 0,03 - 0,1 wt% Rh, 5,0 - 15,0 wt% Ba, 10 - 25 wt% CeO2, 48,7 - 79,513 wt% einer Verbindung von MgO and Al2O3 und 0 - 10 wt% des Additivs basierend auf dem Gesamtgewicht des APC 80.
  • Das Additiv wird für die Leistungsverbesserung von CeO2 und Al2O3 hinzugefügt und umfasst zumindest La, Zr, Mg und/oder Pr.
  • Das in dem APC 80 enthaltene Pt fungiert zum Oxidieren des NOx für den APC 80, um das NOx zu speichern. Zusätzlich erhöht Pt einen in dem APC 80 erzeugten Betrag von H2.
  • Das in dem APC 80 enthaltene Pd verbessert eine Wärmewiderstands Fähigkeit des APC 80 da der APC 80 nahe dem Motor 10 angeordnet ist, kann eine Temperatur des APC 80 auf 59 °C ansteigen. Daher wird das Pd in dem APC 80 hinzugefügt, um die Wärmewiderstands Fähigkeit zu verbessern.
  • Um die NH3 Erzeugung und die H2 Erzeugung zu verbessern, kann ein Gewichtsverhältnis von Pt zu Pd in dem APC 80 gleich 3:1 bis 7:1 sein. Das Gewichtsverhältnis von Pt zu Pd in dem APC 80 kann 3:1 bis 5:1 sein.
  • Das in dem APC 80 enthaltene Rh reinigt das in dem Abgas enthaltene NOx bei einem stöchiometrischen AFR.
  • Das in dem APC 80 enthaltene BA und das CeO2 ist ausgebildet, um das NOx in einer Nitratsform zu speichern.
  • Zusätzlich erhöht das CeO2 eine H2 Erzeugung. Allerdings, falls der APC 80 eine große Menge an CeO2 enthält, kann das erzeugte NH3 neu oxidiert werden. Somit kann der APC 80 10 bis 30 wt% von CeO2 basierend auf einem Gesamtgewicht des APC 80 umfassen.
  • Die in dem APC 80 enthaltene Verbindung von MgO und Al2O3 fungiert als ein Trägermaterial. Die Verbindung von MgO und AL2O3 kann 15 bis 25 wt% von MgO basierend auf einem Gesamtgewicht der Verbindung von MgO und AL2O3 umfassen. Das MgO verbessert eine Wärmestabilität von Ba.
  • 7 ist ein schematisches Diagramm eines Ammoniakproduktionskatalysatormoduls gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung. Das in 7 gezeigte Ammoniakproduktionskatalysatormodul 30 ist eine Modifikation des in 6 gezeigten Ammoniakproduktionskatalysatormoduls 30.
  • Wie in 7 gezeigt umfasst das Ammoniakproduktionskatalysatormodul 30 gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung sequenziell den TWC 35, den Partikelfilter 40 und den APC 80. Da der TWC 35, der Partikelfilter 40 und der APC 80 oben beschrieben sind, wird eine detaillierte Beschreibung davon ausgelassen.
  • 8 ist ein schematisches Diagramm eines Ammoniakproduktionskatalysatormoduls gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung. Das in 8 gezeigte Ammoniakproduktionskatalysatormodul 30 ist eine Modifikation des in 6 gezeigten Ammoniakproduktionskatalysatormoduls 30.
  • Wie in 8 gezeigt, umfasst das Ammoniakproduktionskatalysatormodul 30 gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung sequenziell den TWC 35, den APC 80 und den Partikelfilter 40. Da der TWC 38, der APC 80 und der Partikelfilter 40 oben beschrieben sind, wird eine detaillierte Beschreibung davon ausgelassen.
  • Gemäß den Aspekten der vorliegenden Offenbarung sind Katalysatoren, welche zum Erzeugen von NH3 bei dem fetten AFR (beispielsweise der TWC, der zusätzliche TWC, der LNT, der APC, usw.) geeignet sind, an einem vorderen Endabschnitt des Nachbehandlungssystems angeordnet, ist der SCR Katalysator, welcher zum Speichern des NH3 und zum Reinigen des NOx mittels dem gespeicherten NH3 geeignet ist, an einem Mittelabschnitt des Nachbehandlungssystems angeordnet und ist der CUC an einem hinteren Endabschnitt des Nachbehandlungssystems angeordnet. Daher kann eine Reinigungsleistung der in dem Abgas enthaltenen Emissionen verbessert werden.
  • In dieser Beschreibung werden die Katalysatoren, welche zum Reinigen der Emissionen in dem Abgas und zum Erzeugen von NH3 mittels dem in dem Abgas enthaltenen NOx oder zum Speichern darin bei dem fetten AFR (insbesondere die vor dem SCR Katalysator angeordneten Katalysatoren) geeignet sind, als das Ammoniakproduktionskatalysatormodul bezeichnet. Das heißt, das Ammoniakproduktionskatalysatormodul kann zumindest den TWC, den APC, den zusätzlichen TWC und/oder den LNT Katalysator umfassen. Zusätzlich enthält das Ammoniakproduktionskatalysatormodul ein Sauerstoffspeichermaterial mit einer Sauerstoffspeicherkapazität (OSC). Weiter kann das Ammoniakproduktionskatalysatormodul den Partikelfilter umfassen.
  • 9 ist ein Blockdiagramm eines Nachbehandlungssystems für einen Magermotor gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung.
  • 9 stellt ein einfaches Beispiel von Eingaben und Ausgaben der Steuereinheit 90 da, um das Nachbehandlungssystem gemäß den Aspekten der vorliegenden Offenbarung umzusetzen. Es versteht sich, dass die Eingaben und die Ausgaben der Steuereinheit 90 gemäß den Aspekten der vorliegenden Offenbarung nicht auf die in 9 dargestellten Beispiele beschränkt sind.
  • Wie in 9 gezeigt, ist die Steuereinheit 90 elektrisch mit dem ersten und dem zweiten Sauerstoffsensor 32 und 34, den ersten und dem zweiten Temperatursensor 62 und a 64 und dem Luftflussmesser 66 verbunden und empfängt die zu den durch die Sensoren 32, 34, 62, 64 und 66 detektierten Werte gehörigen Signale.
  • Der erste Sauerstoffsensor 32 detektiert die Konzentration des in dem Abgas enthaltenen O2 vor dem Ammoniakproduktionskatalysatormodul 30 und überträgt das dazugehörige Signal an die Steuereinheit 90. Der zweite Sauerstoffsensor 34 detektiert die Konzentration des in dem Abgas enthaltenen O2 nach dem Ammoniakproduktionskatalysatormodul 30 und überträgt das dazu gerade an die Steuereinheit 90. Die Steuereinheit 90 kann bestimmen, ob das Ammoniakproduktionskatalysatormodul 30 normal arbeitet, basierend auf den Signalen des ersten und des zweiten Sauerstoffsensors 32 und 34, und führt die AFR Steuerung des Motors 10 aus.
  • Der erste Temperatursensor 62 detektiert die Temperatur des Abgases vor dem SCR Katalysator 50 und überträgt das dazugehörige Signal an die Steuereinheit 90. Der zweite Temperatursensor 64 detektiert die Temperatur des Abgases nach dem SCR Katalysator 50 und überträgt das zugehörige Signal an die Steuereinheit 90. Die Steuereinheit 90 kann die Temperaturen des Ammoniakproduktionskatalysatormoduls 30, des SCR Katalysators 50 und des CUC 60 basierend auf den Signalen des ersten und des zweiten Temperatursensor 62 und 64 berechnen.
  • Der Luftflussmesser 66 ist an einem Einlassrohr oder einem Einlasskanal angebracht, um die Menge an Luft zu detektieren, welche in das Einlasssystem fließt, und überträgt das dazugehörige Signal an die Steuereinheit 90.
  • Die Steuereinheit 90 steuert einen Betrieb des Motors 10 und den Abgasstromwechsler 95 basierend auf den durch die Sensoren 32, 34, 62, 64 und 66 detektierten Werten. Das heißt, die Steuereinheit 90 stellt die Kraftstoffeinspritzmenge ein, um das Ziel-AFR einzustellen, und kann den Zündzeitpunkt zum Aufwärmen der Katalysatoren 30, 50 und 60 verzögern. Zusätzlich steuert die Steuereinheit 90 in Reaktion auf ein Detektieren, dass eine NH3 Erzeugung gewünscht ist, eine Fett-Dauer und ein Ziel-Fett-AFR derart, dass das in dem SCR Katalysator 50 gespeicherte NH3 eine Ziel-NH3-Menge wird. Die Ziel-NH3-Menge kann gemäß der Temperatur und einer Temperaturänderungsrate des SCR Katalysators 50 gesteuert werden. Zusätzlich kann die Steuereinheit 90 den Abgasstromwechsler 95 bei dem normalen Modus oder dem Bypassmodus gemäß der Temperatur des SCR Katalysators 50 betreiben.
  • 10 ist ein Graph, welcher eine in einem SCR Katalysator gespeicherte NH3 Menge und eine NOx Reinigungseffizienz des SCR Katalysators gemäß einer Temperatur des SCR Katalysators zeigt.
  • In 10 stellt eine durchgezogene Linie die NOx Reinigungseffizienz des SCR Katalysators 50 dar und stellt eine gestrichelte Linie eine in dem SCR Katalysator 50 gespeicherte NH3 Menge dar.
  • Wie in 10 gezeigt, wenn die Temperatur des SCR Katalysators 50 gleich 200 °C ist, ein Maximalbetrag des NH3 in dem SCR Katalysator 50 gespeichert ist und wenn die Temperatur des SCR Katalysators 50 zunimmt, wird die in dem SCR Katalysator 50 gespeicherte NH3 Menge reduziert.
  • Allerdings ist die NOx Reinigungseffizienz des SCR Katalysators 50 nahe an 100 % bei einer Temperatur des SCR Katalysators 50 von 250 °C bis 400 °C.
  • Falls die Temperatur des SCR Katalysators 50 geringer als 250 °C ist, ist die in dem SCR Katalysator 50 gespeicherte NH3 Menge hoch, allerdings ist die NOx Reinigungseffizienz des SCR Katalysators 50 gering. Daher reinigt der SCR Katalysator 50 das NOx in dem Abgas nicht effizient.
  • Falls die Temperatur des SCR Katalysators 50 höher als 400 °C ist, ist die NOx Reinigungseffizienz des SCR Katalysators 50 hoch, allerdings ist die in dem SCR Katalysator 50 gespeicherte NH3 Menge klein. Daher reinigt der SCR Katalysator 50 das NOx in dem Abgas nicht effizient. In diesem Fall, selbst wenn in dem Ammoniakproduktionskatalysatormodul 30 NH3 erzeugt wird, wird das NH3 nicht in dem SCR Katalysator 50 gespeichert, sondern tritt aus dem SCR Katalysator 50 aus. Somit wird das Abgas nicht dem SCR Katalysator 50 zugeführt und wird direkt dem CUC 60 zugeführt, falls der Motor 10 bei dem stöchiometrischen AFR betrieben wird und die Temperatur des SCR Katalysators 50 höher als eine erste vorbestimmte Temperatur (beispielsweise 350 °C) ist, gemäß den Aspekten der vorliegenden Offenbarung.
  • Ein Nachbehandlungsverfahren gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird nachstehend genau beschrieben.
  • Die 11 bis 14 sind Flussdiagramme eines Nachbehandlungsverfahrens gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung.
  • Wie in 11 gezeigt, wenn der Motor 10 bei dem Schritt S110 gestartet wird, berechnet die Steuereinheit 90 die Temperaturen der Katalysatoren 30, 50 und 60. Um das Nachbehandlungsverfahren gemäß dem Aspekt der vorliegenden Offenbarung auszuführen, müssen die Katalysatoren 30, 50 und 60 aktiviert werden. Entsprechend wärmt die Steuereinheit 90 die Katalysatoren 30, 50 und 60 bei dem Schritt S120 auf, falls die Katalysatoren 30, 50 und 60 nicht aktiviert sind. Das heißt, der Zündzeitpunkt wird verzögert oder die Menge der Kraftstoffeinspritzung wird erhöht, um die Temperatur des Abgases zu erhöhen.
  • Wenn ein Aufwärmen der Katalysatoren 30, 50 und 60 abgeschlossen ist, betreibt die Steuereinheit 90 den Abgasstromwechsler 95 bei dem normalen Modus und betreibt den Motor 10 bei dem mageren AFR im Schritt S130. Daher reinigt das Ammoniakproduktionskatalysatormodul 30 das in dem Abgas enthaltene CO und das HC. Zusätzlich wird das durch das Ammoniakproduktionskatalysatormodul 30 hindurchtretende Abgas an den SCR Katalysator 50 gesendet, und wird das in dem Abgas enthaltene NOx mittels dem in dem SCR Katalysator 50 gespeicherten NH3 reduziert. Das aus dem SCR Katalysator 50 herausfließende Abgas wird an den CUC 60 gesendet und das in dem Abgas enthaltene CO wird in dem CUC 60 entfernt.
  • Danach bestimmt die Steuereinheit 90, ob die NH3 Erzeugung durch das Ammoniakproduktionskatalysatormodul 30 gewünscht ist, im Schritt S140.
  • Um zu bestimmen, ob die NH3 Erzeugung gewünscht ist, berechnet die Steuereinheit 90 die Menge an in dem SCR Katalysator 50 gespeicherten NH3. Das heißt, die Menge des in dem SCR Katalysator 50 gespeicherten NH3 wird basierend auf einem Betriebsverlauf des Motors 10, einem Temperaturverlauf des SCR Katalysators 50 und etwas Ähnlichem berechnet.
  • Danach bestimmt die Steuereinheit 90, ob die NH3 Erzeugung gewünscht ist, das heißt eine Umwandlung zu dem fetten AFR gewünscht ist, basierend auf der in dem SCR Katalysator 50 gespeicherten Menge an NH3.
  • In einem Aspekt, um zu bestimmen, ob die Umwandlung zu dem fetten AFR gewünscht ist, berechnet die Steuereinheit 90 die Menge des in den SCR Katalysator 50 zufließenden NOx. Die in dem Motor 10 erzeugte Menge an NOx wird basierend auf einem Verbrennungszustand (beispielsweise eine Verbrennungstemperatur, einen Verbrennungsgasdruck, die Luftmenge, die Kraftstoffmenge usw.) des Motors 10 berechnet, und der aus dem Ammoniakproduktionskatalysatormodul 30 entweichende Betrag an NOx wird basierend auf dem AFR des Abgases, der Temperatur des Ammoniakproduktionskatalysatormoduls 30 usw. berechnet.
  • Danach bestimmt die Steuereinheit 90, ob der SCR Katalysator 50 das NOx reinigen kann. Das heißt, es wird bestimmt, ob die in dem SCR Katalysator 50 gespeicherte Menge von NH3 ausreichend ist, um das in den SCR Katalysator 50 fließende NOx zu reinigen. Beispielsweise, falls die in dem SCR Katalysator 50 gespeicherte Menge an NH3 größer oder gleich einer zum Reinigen des in den SCR Katalysator 50 zufließenden NOx ausreichende Menge an NH3 ist, bestimmt die Steuereinheit 90, dass der SCR Katalysator 50 das NOx reinigen kann. Im Gegensatz dazu, falls die in dem SCR Katalysator 50 gespeicherte Menge an NH3 geringer als die zum Reinigen des in den SCR Katalysator 50 zufließenden NOx benötigten Menge an NH3 ist, bestimmt die Steuereinheit 90, dass die Umwandlung zu dem fetten AFR gewünscht ist, das heißt die NH3 Erzeugung gewünscht ist.
  • In einem anderen Aspekt, um zu bestimmen, ob die Umwandlung auf das fette AFR gewünscht ist, bestimmt die Steuereinheit 90, ob die in dem SCR Katalysator 50 gespeicherte Menge an NH3 größer oder gleich einem unteren Schwellenwert von NH3 ist. Beispielsweise, falls die in dem SCR Katalysator 50 gespeicherte Menge an NH3 größer oder gleich dem unteren Schwellenwert von NH3 ist, bestimmt die Steuereinheit 90, dass die Umwandlung auf das fette AFR nicht gewünscht ist. Im Gegensatz dazu, falls die in dem SCR Katalysator gespeicherte Menge an NH3 geringer als der untere Schwellenwert von NH3 ist, bestimmt die Steuereinheit 90, dass die Umwandlung auf das fette AFR gewünscht ist, das heißt dass die Erzeugung von NH3 gewünscht ist.
  • Falls bestimmt wird, in dem Schritt S140, dass die NH3 Erzeugung nicht gewünscht ist, bestimmt die Steuereinheit 90, ob eine Hochlastfahrbedienung erfüllt ist, im Schritt S150. Die Hochlastfahrbedingung kann vorab entsprechen einer Absicht eines Motordesigners eingestellt werden. Beispielsweise, falls eine aktuelle Fahrbedingung eine Ausgangsleistung des Motors 10 über eine vorbestimmte Motorausgabe nutzen könnte, kann die Hochlastfahrbedingung erfüllt sein.
  • Falls Sie Hochlastfahrbedingung nicht erfüllt ist, im Schritt S150, kehrt die Steuereinheit 90 zu dem Schritt S130 zurück, um den Abgasstromwechsler 95 bei dem normalen Modus und den Motor 10 bei dem mageren AFR kontinuierlich zu betreiben.
  • Falls die Hochlastfahrbedingung erfüllt ist, in dem Schritt S150, betreibt die Steuereinheit 10 den Motor 10 bei dem stöchiometrischen AFR (λ = 1) bei dem Schritt S160. In diesem Fall wird der Abgasstromwechsler 95 ebenso bei dem normalen Modus betrieben. In diesem Fall steigt die Temperatur des von dem Ammoniakproduktionskatalysatormodul 30 ausgestoßenen Abgas an.
  • In diesem Zustand berechnet oder detektiert die Steuereinheit 90 die Temperatur des SCR Katalysators 50. Beispielsweise detektiert/berechnet die Steuereinheit 90 die Temperatur des SCR Katalysators 50 basierend auf den detektierten Werten des ersten und des zweiten Temperatursensors 62 und 64. Danach bestimmt die Steuereinheit 90, ob die Temperatur des SCR Katalysators 50 höher oder gleich der ersten vorbestimmten Temperatur ist, im Schritt S170. Die erste vorbestimmte Temperatur ist bestimmt, um zu ermöglichen, dass das Abgas von dem Ammoniakproduktionskatalysatormodul 30 um den SCR Katalysator 50 geleitet wird, und kann durch einen Fachmann entsprechend einer Designabsicht beliebig eingestellt werden. In einem Aspekt kann die erste vorbestimmte Temperatur ein Wert zwischen 330 °C und 360 °C sein. In einem anderen Aspekt kann die erste vorbestimmte Temperatur gleich 350 °C sein.
  • Falls die Temperatur des SCR Katalysators 50 geringer als die erste vorbestimmte Temperatur bei dem Schritt S170 ist, kehrt die Steuereinheit 90 zu dem Schritt S160 zurück und fährt fort den Motor 10 bei dem stöchiometrischen AFR zu betreiben.
  • Falls die Temperatur des SCR Katalysators 50 höher oder gleich der ersten vorbestimmten Temperatur ist, in dem Schritt S170, betreibt die Steuereinheit 90 den Abgasstromwechsler 95 bei dem Bypassmodus im Schritt S180. Entsprechend wird das von dem Ammoniakproduktionskatalysatormodul 30 ausgegebene Abgas um den SCR Katalysator 50 geleitet und wird direkt in den CUC 60 gesendet. In diesem Fall wird die Temperatur des SCR Katalysators 50 verringert und steigt die Temperatur des CUC 60 an. Falls die Temperatur des CUC 60 ansteigt, wird das in dem CUC 60 enthaltene OSC erhöht und eine CO Reinigungskraft bei dem fetten AFR wird erhöht. Weiter, falls der Abgasstromwechsler 95 bei dem Bypassmodus betrieben wird, wird das Abgas um den SCR Katalysator 50 geleitet, sodass das in dem Abgas enthaltene NOx nicht gereinigt werden kann und an das Fahrzeug äußere ausgegeben werden kann. Daher, falls der Abgasstromwechsler 95 bei dem Bypassmodus betrieben wird, wird verhindert, dass der Motor 10 bei dem mageren AFR betrieben wird.
  • Danach bestimmt die Steuereinheit 90, ob die NH3 Erzeugung durch das Ammoniakerzeugungskatalysatormodul 30 gewünscht ist, im Schritt S190. Wie oben beschrieben, bestimmt die Steuereinheit 90, ob die NH3 Erzeugung gewünscht ist, das heißt, ob die Umwandlung auf das fette AFR gewünscht ist, basierend auf dem in dem SCR Katalysator 50 gespeicherten NH3.
  • Falls bestimmt wird, im Schritt S190, dass die NH3 Erzeugung nicht gewünscht ist, bestimmt die Steuereinheit 90, ob die Temperatur des SCR Katalysators 50 geringer als eine zweite vorbestimmte Temperatur ist, bei dem Schritt S200. Die zweite vorbestimmte Temperatur ist eine Temperatur, bei welcher das NH3 nicht von dem SCR Katalysator 50 freigegeben wird, selbst wenn der Abgasstromwechsler 95 bei dem normalen Modus betrieben wird, und kann durch einen Fachmann entsprechend der Designabsicht beliebig eingestellt werden. In einem Aspekt kann die zweite vorbestimmte Temperatur einen Wert zwischen 330 °C und 360 °C sein. In einem anderen Aspekt kann die zweite vorbestimmte Temperatur gleich 350 °C sein. Unter Berücksichtigung der Designabsicht kann die zweite vorbestimmte Temperatur niedriger oder gleich der ersten vorbestimmten Temperatur sein.
  • Falls die Temperatur des SCR Katalysators 50 höher oder gleich der zweiten vorbestimmten Temperatur ist, in dem Schritt S200, kehrt die Steuereinheit 90 zu dem Schritt S180 zurück, um den Abgasstromwechsler 95 bei dem Bypassmodus kontinuierlich zu betreiben. Daher wird das von dem Ammoniakproduktionskatalysatormodul 30 ausgegebene Abgas direkt in den CUC 60 zugeführt.
  • Falls die Temperatur des SCR Katalysators 50 geringer als die zweite vorbestimmte Temperatur ist, bei dem Schritt S200, wird die Steuereinheit 90 den Abgasstromwechsler 95 einem normalen Modus betreiben, im Schritt S210. Daher wird das von dem Ammoniakproduktionskatalysatormodul 30 ausgegebene Abgas sequenziell an den SCR Katalysator 50 und den CUC 60 gesendet.
  • Danach bestimmt die Steuereinheit 90, ob eine Umwandlung auf das magere AFR notwendig oder gewünscht ist, im Schritt S220. Beispielsweise, falls die Hochlastfahrbedingung nicht erfüllt ist, kann die Steuereinheit 90 bestimmen, dass die Umwandlung auf das magere AFR gewünscht ist. Ob die Umwandlung auf das magere AFR gewünscht ist oder nicht kann durch einen Fachmann gemäß der Designabsicht eingestellt werden.
  • Falls bestimmt wird, im Schritt S220, dass die Umwandlung auf das magere AFR nicht gewünscht ist, kehrt die Steuereinheit 90 zu dem Schritt S160 zurück, um den Motor 10 bei dem stöchiometrischen AFR kontinuierlich zu betreiben.
  • Falls bestimmt wird, im Schritt S220, dass die Umwandlung auf das magere AFR gewünscht ist, kehrt die Steuereinheit 90 zu dem Schritt S130 zurück, um den Motor 10 bei dem mageren AFR kontinuierlich zu betreiben.
  • Indessen, in einem Aspekt wird bei dem Schritt S140 bestimmt, dass eine NH3 Erzeugung gewünscht ist, berechnet die Steuereinheit 90, wie in 12 gezeigt, die Fett-Dauer und das Ziel-Fett-AFR zu Erzeugung des NH3 im Schritt S300. Die Fett-Dauer und das Ziel-Fett-AFR werden derart berechnet, dass der in dem SCR Katalysator 50 gespeicherte NH3 Betrag der Ziel NH3 Betrag wird. Das heißt, falls der Motor 10 bei dem Ziel-Fett-AFR für die Fett-Dauer betrieben wird, wird die Ziel-NH3-Menge in dem SCR Katalysator 50 gespeichert.
  • Das Ziel-Fett-AFR kann 0,97 sein, was ein fettes AFR ist, aber ist nicht hierauf beschränkt. Zusätzlich kann die Fett-Dauer gemäß dem Ziel-Fett-AFR und der Temperatur des CUC 60 berechnet werden. Eine CO Reinigungskapazität des CUC 60 schwankt mit der Temperatur des CUC 60. Um das nach Außen des Fahrzeugs ausgegebene CO zu reduzieren, kann die Fett-Dauer gemäß der CO Reinigungskapazität des CUC 60 berechnet werden. Das heißt, die Fett-Dauer kann gemäß dem Ziel-Fett-AFR und der Temperatur des CUC 60 berechnet werden.
  • Falls die Fett-Dauer 100 das Ziel-Fett-AFR in dem Schritt S300 berechnet sind, betreibt die Steuereinheit 90 den Motor 10 bei dem Ziel-Fett-AFR für die Fett-Dauer bei dem Schritt S310. Das heißt, die Ziel-NH3-Menge wird in den SCR Katalysator 50 durch Betreiben des Motors 10 bei dem Ziel-Fett-AFR für die Fett-Dauer gespeichert.
  • Danach kehrt die Steuereinheit 90 zu dem Schritt S140 zurück, um zu bestimmen, ob die NH3 Erzeugung notwendig oder gewünscht ist.
  • In einem anderen Aspekt, falls bestimmt wird, in dem Schritt S140, dass die NH3 Erzeugung gewünscht ist, bestimmt die Steuereinheit 90, wie in 13 gezeigt, ob die Temperatur des CUC 60 höher oder gleich einer dritten vorbestimmten Temperatur ist, im Schritt S400. Wie oben beschrieben, je höher die Temperatur des CUC 60 ist, desto mehr des in dem Abgas enthaltenen CO kann gereinigt werden bei den fetten AFR. Daher, falls die Temperatur des CUC 60 geringer als die dritte vorbestimmte Temperatur ist, ist es gewünscht, den CUC 60 aufzuwärmen. Hier ist die dritte vorbestimmte Temperatur eine Temperatur, bei welcher der CUC 60 das in dem Abgas enthaltene CO ausreichend entfernen kann, und kann durch einen Fachmann gemäß der Designabsicht eingestellt werden. In einem Aspekt kann die dritte vorbestimmte Temperatur gleich 220 °C oder höher und 250 °C oder weniger sein. In einem anderen Aspekt kann die dritte vorbestimmte Temperatur 230 °C sein.
  • Falls die Temperatur des CUC 60 geringer als die dritte vorbestimmte Temperatur bei dem Schritt S400 ist, wird die Steuereinheit 90 den Motor 10 bei dem stöchiometrischen AFR betreiben, um die Temperatur des CUC 60 zu erhöhen, im Schritt S440, und betreibt den Abgasstromwechsler 95 bei dem Bypassmodus im Schritt S450.
  • Falls die Temperatur des CUC 60 höher oder gleich der dritten vorbestimmten Temperatur ist, im Schritt S400, wandelt die Steuereinheit 90 den Betrieb des Abgasstromwechslers 95 auf den normalen Modus um oder fährt fort den Abgasstromwechsler 95 bei dem normalen Modus zu betreiben, im Schritt S410.
  • Danach berechnet die Steuereinheit 90 die Fett-Dauer und das Ziel-Fett-AFR zum erzeugen des NH3 im Schritt S420. Die Fett-Dauer und das Ziel-Fett-AFR werden derart berechnet, dass die in den SCR Katalysator 50 gespeicherte NH3 Menge die Ziel-NH3-Menge wird. Das heißt, falls der Motor 10 bei dem Ziel-Fett-AFR für die Fett-Dauer betrieben wird, wird die Ziel-NH3-Menge in dem SCR Katalysator 50 gespeichert.
  • Falls die Fett-Dauer und das Ziel-Fett-AFR in dem Schritt S420 berechnet sind, betreibt die Steuereinheit 90 den Motor 10 bei dem Ziel-Fett-AFR für die Fett-Dauer bei dem Schritt S430. Das heißt, die Ziel NH3 Menge wird in dem SCR Katalysator 50 durch Betreiben des Motors 10 bei dem Ziel-Fett-AFR für die Fett-Dauer gespeichert.
  • Danach kehrt die Steuereinheit 90 zu dem Schritt S140 zurück, um zu bestimmen, ob die NH3 Erzeugung gewünscht ist.
  • Andererseits, falls bestimmt wird, in dem Schritt S190, dass die NH3 Erzeugung gewünscht ist, bestimmt die Steuereinheit 90, wie in 14 gezeigt, ob die Temperatur des SCR Katalysator 50 geringer als die zweite vorbestimmte Temperatur ist, im Schritt S500.
  • Falls die Temperatur des SCR Katalysator 50 höher oder gleich der zweiten vorbestimmten Temperatur ist, im Schritt S 500, kann das NH3 in dem SCR Katalysator 50 nicht gespeichert werden und tritt aus dem SCR Katalysator 50 aus, selbst wenn das NH3 in dem Ammoniakproduktionskatalysatormodul 30 erzeugt wird. In diesem Fall betreibt die Steuereinheit 90 den Motor 10 bei dem stöchiometrischen AFR im Schritt S 540, sodass das in dem Abgas enthaltene NOx in dem Ammoniakproduktionskatalysatormodul 30 reduziert wird. Weiter, um zu unterbinden oder zu verhindern, dass die Temperatur des SCR Katalysator 50 ansteigt, wird der Abgasstromwechsler 95 bei dem Bypassmodus kontinuierlich betrieben.
  • Falls Temperatur des SCR Katalysator 50 geringer als die zweite vorbestimmte Temperatur ist, in dem Schritt S 500, betreibt die Steuereinheit 90 den Abgasstromwechsler 95 bei dem normalen Modus im Schritt S 510. Entsprechend wird das von dem Ammoniakproduktionskatalysatormodul 30 ausgegebene Abgas sequenziell an den SCR Katalysator 50 und den CUC 60 gesendet.
  • Danach berechnet die Steuereinheit 90 die Fett-Dauer das Ziel-Fett-AFR im Schritt S 520 und betreibt den Motor 10 bei dem Ziel-Fett-AFR für die Fett-Dauer bei dem Schritt S530.
  • (Testverfahren 1)
  • Das Ammoniakproduktionskatalysatormodul 30, der SCR Katalysator 50 und der CUC 60 werden sequenziell an dem Abgasrohr 20 angeordnet. Danach wird ein 2 l, Vierzylinder mager Benzinmotor an das Abgasrohr 20 verbunden und eine Alterung ausgeführt. Die Alterung wird bei 1000 °C an dem Ammoniakproduktionskatalysatormodul (insbesondere dem TWC 35) auf einer Basis von 50 Stunden ausgeführt.
  • Nach dem Alterungsprozess wird der Motor 10 bei dem mageren AFR betrieben und der Abgasstromwechsler 95 wird bei dem normalen Modus bei einer Motorgeschwindigkeit von 2000 Umdrehungen/min und einem effektiven Mitteldruck (BMEP) von 3 bar betrieben, um die Temperatur des SCR Katalysator 50 auf 260 °C zu erhöhen. Danach wird der Motor 10 bei dem stöchiometrischen AFR 420 Sekunden bei der Muttergeschwindigkeit von 2000 Umdrehungen/min und dem BMEP von 8 bar betrieben. Zu diesem Zeitpunkt, falls die Temperatur des SCR Katalysators 50 350 °C erreicht, wird der Abgasstromwechsler 95 bei dem Bypassmodus in Beispiel 1 betrieben, während der Abgasstromwechsler 95 bei dem normalen Modus im Vergleichsbeispiel 1 kontinuierlich betrieben wird.
  • Nachdem der Betrieb des Abgasstromwechslers 95 auf den normalen Modus umgewandelt ist und der Motor bei dem fetten AFR 15 Sekunden betrieben wird, wird der Motor 10 bei dem mageren AFR für 120 Sekunden bei der Motorgeschwindigkeit von 2000 Umdrehungen/min und dem BMEP von 3 bar betrieben, und der Abgasstromwechsler 95 wird bei dem normalen Modus betrieben.
  • 15 ist ein Graph, welcher eine Temperatur eines SCR Katalysators zeigt, falls ein Abgas um den SCR Katalysator geleitet wird und falls das Abgas nicht um den SCR Katalysator geleitet wird, wenn ein Motor unter einer vorbestimmten Vorbedingung betrieben wird.
  • In 15 stellt eine durchgezogene Linie die Temperatur des SCR Katalysators 50 im Vergleichsbeispiel 1 dar und stellt eine gestrichelte Linie die Temperatur des SCR Katalysators 50 in Beispiel 1 dar.
  • Wie in 15 gezeigt, wird die Temperatur des SCR Katalysators 50 bei 400 °C in Beispiel 1 beibehalten, während die Temperatur des SCR Katalysators 50 auf 440 °C im Vergleichsbeispiel ansteigt. Das heißt, unbeachtlich der Temperatur des SCR Katalysators 50, falls der Abgasstromwechsler 95 bei dem normalen Modus (siehe Vergleichsbeispiel 1) kontinuierlich betrieben wird, kann eine große Menge an NH3 aus dem SCR Katalysator 50 austreten.
  • (Testverfahren 2)
  • Das Ammoniakproduktionskatalysatormodul 30, der SCR Katalysator 50 und der CUC 60 werden an dem Abgasrohr 20 sequenziell angeordnet. Danach wird ein 2 l, Vierzylinder mager Benzinmotor an das Abgasrohr 20 verbunden und eine Alterung wird ausgeführt. Die Alterung wird bei 1000 °C an dem Ammoniakproduktionskatalysatormodul (insbesondere dem TWC 35) auf einer Basis von 50 Stunden ausgeführt.
  • Nach dem Alterungsprozess wird der Motor 10 bei dem mageren AFR und wird der Abgasstromwechsler 95 bei dem normalen Modus bei der motorischen Ähnlichkeit von 2000 Umdrehungen/min und dem BMEP von betreibbar betrieben, um die Temperatur des CUC 60 auf 230 °C zu erhöhen. Danach wird der Motor 10 bei dem stöchiometrischen AFR für 120 Sekunden bei der Motorgeschwindigkeit von 2000 Umdrehungen/min und dem BMEP von 8 bar betrieben. Zu diesem Zeitpunkt wird der Abgasstromwechsler 95 bei dem normalen Modus für 30 Sekunden betrieben und wird bei dem Bypassmodus für 90 Sekunden betrieben. Während der Abgasstromwechsler 95 bei dem Bypassmodus betrieben wird, wird das von dem Ammoniakproduktionskatalysatormodul 30 ausgegebene Abgas an den CUC 60 in Beispiel 1 gesendet, während das von dem Ammoniakproduktionskatalysatormodul 30 ausgegebene Abgas nicht an den SCR Katalysator 50 und den CUC 60 im Vergleichsbeispiel 2 gesendet wird.
  • Nachdem der Betrieb des Abgasstromwechsler 95 auf den normalen Modus gewechselt ist und der Motor 10 bei dem fetten AFR 15 Sekunden betrieben ist, wird der Motor 10 bei dem mageren AFR für 120 Sekunden bei der Muttergeschwindigkeit von 2000 Umdrehungen/min und dem BMEP von 3 bar betrieben, und der Abgasstromwechsler 95 wird bei dem normalen Modus betrieben.
  • 16 ist ein Graph, welcher eine Temperatur eines CUC zeigt, falls ein Abgas um den CUC geleitet wird und falls das Abgas nicht um den CUC geleitet wird, wenn ein Motor bei einer vorbestimmten Vorbedingung betrieben wird.
  • In 16 stellt eine durchgezogene Linie die Temperatur des CUC 60 in einem Vergleichsbeispiel 2 dar und stellt eine gestrichelte Linie die Temperatur des CUC 60 in Beispiel 1 dar.
  • Wie in 16 gezeigt, während der Abgasstromwechsler 95 bei dem Bypassmodus betrieben wird, steigt Temperatur des CUC 60 auf über 300 °C in Beispiel 1 an, während die Temperatur des CUC 60 auf 210 °C im Vergleichsbeispiel 2 abfällt. Wie oben beschrieben, erhöht sich die CO Reinigungskraft des CUC 60 mit einer Erhöhung der Temperatur des CUC 60 bei dem fetten AFR. In dem Reinigungsaspekt des in dem Abgas enthaltenen CO ist es vorteilhaft, dass von den an der Produktionskatalysatormodul 30 ausgegebene Abgas an den CUC 60 zuzuführen, während der Abgasstromwechsler 95 bei dem Bypassmodus betrieben wird.
  • Während diese Offenbarung in Verbindung damit beschrieben wurde, was aktuell als praktische Aspekte angesehen werden, versteht es sich, dass die Offenbarung nicht auf die beschriebenen Aspekte begrenzt ist. Im Gegensatz dazu ist es gedacht verschiedene Modifikationen und äquivalente Anordnungen abzudecken, welche innerhalb des Geistes und des Schutzbereichs der beigefügten Ansprüche umfasst sind.

Claims (20)

  1. Ein Nachbehandlungssystem für einen Magermotor, umfassend: ein Abgasrohr, welches mit dem Magermotor verbunden ist und durch welches ein in dem Magermotor erzeugtes Abgas fließt; ein Ammoniakproduktionskatalysatormodul, welches an dem Abgasrohr angebracht ist, und welches zum Reinigen von in dem Abgas enthaltenen Emissionen und zum Erzeugen von Ammoniak (NH3) mittels in dem Abgas enthaltenem Stickoxid (NOx) oder darin bei einem fetten Luft/Kraftstoffverhältnis (AFR) gespeicherten NOx geeignet ist; ein Katalysator mit einer selektiven katalytischen Reduktion (SCR), welcher an dem Abgasrohr nach dem Ammoniakproduktionskatalysatormodul angebracht ist, das in dem Ammoniakproduktionskatalysatormodul erzeugte NH3 speichert und das in dem Abgas enthaltene NOx mittels dem gespeicherten NH3 reduziert; ein CO-Reinigungskatalysator (CUC), welcher an dem Abgasrohr nach dem SCR Katalysator angebracht ist und in dem Abgas enthaltenes CO reinigt; und einen Abgasstromwechsler, welcher an dem Abgasrohr zwischen dem Ammoniakproduktionskatalysatormodul und dem SCR Katalysator angebracht ist und einen Fluss des Abgases derart steuert, dass das durch das Ammoniakproduktionskatalysatormodul hindurchtretende Abgas in den SCR Katalysator oder den CUC fließt, wobei das durch den SCR Katalysator hindurchtretende Abgas kontinuierlich an den CUC zugeführt wird.
  2. Nachbehandlungssystem gemäß Anspruch 1, weiter umfassend eine Steuereinheit, welche eine Information über das AFR des Abgases, eine Temperatur des SCR Katalysators und eine Temperatur des CUC detektiert und das AFR des Abgases und einen Betrieb des Abgasstromwechslers basierend auf der Information über das AFR des Abgases, der Temperatur des SCR Katalysators und der Temperatur des CUC steuert, wobei der Betrieb des Abgasstromwechslers einen Normalmodus umfasst, bei welchem das durch das Ammoniakproduktionskatalysatormodul hindurchtretende Abgas in den SCR Katalysator fließt und einen Bypassmodus, bei welchem das durch das Ammoniakproduktionskatalysatormodul hindurchtretende Abgas in den CUC fließt.
  3. Nachbehandlungssystem gemäß Anspruch 2, wobei die Steuereinheit den Abgasstromwechsler bei dem Bypassmodus betreibt, falls die Temperatur des SCR Katalysators größer oder gleich einer ersten vorbestimmten Temperatur in einem Zustand ist, bei welchem der Abgasstromwechsler bei dem Normalmodus betrieben ist und der Motor bei einem stöchiometrischen AFR betrieben ist.
  4. Nachbehandlungssystem gemäß Anspruch 3, wobei die Steuereinheit den Abgasstromwechsler bei dem Normalmodus betreibt, falls die Temperatur des SCR Katalysators geringer als eine zweite vorbestimmte Temperatur in einem Zustand ist, bei welchem der Abgasstromwechsler bei dem Bypassmodus betrieben ist und der Motor bei dem stöchiometrischen AFR betrieben ist, und wobei die zweite vorbestimmte Temperatur geringer oder gleich der ersten vorbestimmten Temperatur ist.
  5. Nachbehandlungssystem gemäß Anspruch 2, wobei die Steuereinheit eine Fett-Dauer und ein Ziel-Fett-AFR berechnet und den Motor bei dem Ziel-Fett-AFR für die Fett-Dauer betreibt, falls eine NH3 Erzeugung in einem Zustand gewünscht ist, bei welchem der Motor bei einem mageren AFR betrieben ist und der Abgasstromwechsler bei dem Normalmodus betrieben ist.
  6. Nachbehandlungssystem gemäß Anspruch 5, wobei die Steuereinheit den Motor bei einem stöchiometrischen AFR betreibt und den Abgasstromwechsler bei dem Bypassmodus betreibt, bis die Temperatur des CUC höher oder gleich einer dritten vorbestimmten Temperatur ist, falls die NH3 Erzeugung in einem Zustand gewünscht ist, bei welchem der Motor bei dem mageren AFR betrieben ist und der Abgasstromwechsler bei dem Normalmodus betrieben ist.
  7. Nachbehandlungssystem gemäß Anspruch 4, wobei die Steuereinheit den Betrieb des Abgasstromwechslers auf den Normalmodus wechselt, eine Fett-Dauer und ein Ziel-Fett-AFR berechnet und den Motor bei dem Ziel-Fett-AFR für die Fett-Dauer betreibt, falls eine NH3 Erzeugung in einem Zustand gewünscht ist, bei welchem der Motor bei einem stöchiometrischen AFR betrieben ist und der Abgasstromwechsler bei dem Bypassmodus betrieben ist.
  8. Nachbehandlungssystem gemäß Anspruch 7, wobei die Steuereinheit den Motor bei dem stöchiometrischen AFR betreibt, bis die Temperatur des SCR Katalysators geringer als die zweite vorbestimmte Temperatur ist, falls die NH3 Erzeugung in einem Zustand gewünscht ist, bei welchem der Motor beim stöchiometrischen AFR betrieben ist und der Abgasstromwechsler bei dem Bypassmodus betrieben ist.
  9. Nachbehandlungssystem gemäß Anspruch 1, wobei das Ammoniakproduktionskatalysatormodul zumindest einen Dreiwegekatalysator (TWC), einen Ammoniakproduktionskatalysator (APC), einen zusätzlichen TWC und/oder einen Mager-NOx-Falle-Katalysator umfasst.
  10. Nachbehandlungssystem gemäß Anspruch 9, wobei das Ammoniakproduktionskatalysatormodul weiter einen Partikelfilter umfasst, welcher Feinstaub in einem Abgas einfängt.
  11. Ein Nachbehandlungsverfahren zum Steuern eines Nachbehandlungssystems, welches sequenziell mit einem Ammoniakproduktionskatalysatormodul, einem Katalysator mit einer selektiven katalytischen Reduktion (SCR) und einen CO Reinigungskatalysator (CUC) an einem Abgasrohr ausgestattet ist, durch welches ein Abgas fließt und welches mit einem Magermotor verbunden ist, wobei das Nachbehandlungssystem weiter einen Abgasstromwechsler umfasst, welcher zwischen dem Ammoniakproduktionskatalysatormodul und dem SCR Katalysator angeordnet ist und einen Fluss des Abgases derart steuert, dass das durch das Ammoniakproduktionskatalysatormodul hindurchtretende Abgas in den SCR Katalysator oder den CUC fließt, wobei das durch den SCR Katalysator hindurchtretende Abgas kontinuierlich an den CUC zugeführt wird, und wobei ein Betrieb des Abgasstromwechslers einen Normalmodus umfasst, bei welchem das durch das Ammoniakproduktionskatalysatormodul hindurchtretende Abgas in den SCR Katalysator fließt, und einen Bypassmodus, bei welchem das durch das Ammoniakproduktionskatalysatormodul hindurchtretende Abgas in den CUC fließt, wobei das Nachbehandlungsverfahren umfasst: Bestimmen, ob eine Temperatur des SCR Katalysators höher oder gleich einer ersten vorbestimmten Temperatur ist, während eines Betriebs des Motors bei einem stöchiometrischen AFR; und Wechseln des Betriebs des Abgasstromwechslers in den Bypassmodus, falls die Temperatur des SCR Katalysators höher oder gleich der ersten vorbestimmten Temperatur ist.
  12. Nachbehandlungsverfahren gemäß Anspruch 11, weiter umfassend: Bestimmen, ob die Temperatur des SCR Katalysators geringer als eine zweite vorbestimmte Temperatur ist, während der Motor bei dem stöchiometrischen AFR betrieben wird und der Abgasstromwechsler bei dem Bypassmodus betrieben wird; und Wechseln des Betriebs des Abgasstromwechslers in den Normalmodus, falls die Temperatur des SCR Katalysators geringer als die zweite vorbestimmte Temperatur ist, wobei die zweite vorbestimmte Temperatur geringer oder gleich der ersten vorbestimmten Temperatur ist.
  13. Nachbehandlungsverfahren gemäß Anspruch 11, weiter umfassend: Bestimmen, ob eine NH3 Erzeugung gewünscht ist, während der Motor bei einem mageren AFR betrieben wird und der Abgasstromwechsler bei dem Normalmodus betrieben wird; Berechnen einer Fett-Dauer und eines Ziel-Fett-AFR, falls die NH3 Erzeugung gewünscht ist; und Betreiben des Motors bei dem Ziel-Fett-AFR für die Fett-Dauer.
  14. Nachbehandlungsverfahren gemäß Anspruch 13, weiter umfassend: Bestimmen, vor einem Berechnen der Fett-Dauer und des Ziel-Fett-AFR, ob eine Temperatur des CUC geringer als eine dritte vorbestimmte Temperatur ist; Betreiben des Motors bei dem stöchiometrischen AFR, falls die Temperatur des CUC geringer als die dritte vorbestimmte Temperatur ist; und Wechseln des Betriebs des Abgasstromwechslers in den Bypassmodus.
  15. Nachbehandlungsverfahren gemäß Anspruch 14, weiter umfassend Beibehalten oder Wechseln des Betriebs des Abgasstromwechslers in den Normalmodus, falls die Temperatur des CUC höher oder gleich der dritten vorbestimmten Temperatur ist.
  16. Nachbehandlungsverfahren gemäß Anspruch 11, weiter umfassend: Bestimmen, ob eine NH3 Erzeugung gewünscht ist, während der Motor bei dem stöchiometrischen AFR betrieben wird und der Abgasstromwechsler bei dem Bypassmodus betrieben wird; Bestimmen, ob die Temperatur des SCR Katalysators geringer als eine zweite vorbestimmte Temperatur ist, falls die NH3 Erzeugung gewünscht wird; Wechseln des Betriebs des Abgasstromwechslers in den Normalmodus, falls die Temperatur des SCR Katalysators geringer als die zweite vorbestimmte Temperatur ist; Berechnen einer Fett-Dauer und eines Ziel-Fett-AFR; und Betreiben des Motors bei dem Ziel-Fett-AFR für die Fett-Dauer.
  17. Nachbehandlungsverfahren gemäß Anspruch 16, weiter umfassend Betreiben des Motors kontinuierlich bei dem stöchiometrischen AFR, falls die Temperatur des SCR Katalysators größer oder gleich der zweiten vorbestimmten Temperatur ist.
  18. Nachbehandlungsverfahren gemäß Anspruch 11, wobei ein Betreiben des Motors bei einem mageren AFR verhindert wird, falls der Abgasstromwechsler bei dem Bypassmodus betrieben wird.
  19. Nachbehandlungsverfahren gemäß Anspruch 13, wobei die Fett-Dauer gemäß dem Ziel-Fett-AFR und einer Temperatur des CUC berechnet wird.
  20. Nachbehandlungsverfahren gemäß Anspruch 16, wobei die Fett-Dauer gemäß dem Ziel-Fett-AFR und einer Temperatur des CUC berechnet wird.
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