DE102020106522A1 - Verfahren und systeme zur abgasemissionssteuerung - Google Patents

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Abstract

Die Offenbarung stellt ein Verfahren und Systeme zur Abgasemissionssteuerung bereit. Es werden Verfahren und Systeme für einen Niedertemperatur-NOx-Adsorber (LTNA) bereitgestellt. In einem Beispiel beinhaltet ein Verfahren Folgendes: das Betreiben in einem ersten Modus, wobei der erste Modus das Speichern von Abgas-NOx in einem LTNA beinhaltet, das Erwärmen des LTNA, bis eine LTNA-Auslasstemperatur eine erste Schwellenwerttemperatur erreicht, und dann das Umwandeln von freigesetztem NOx in einer nachgelagerten Vorrichtung zur selektiven Katalysatorreduktion (SCR), und das Betreiben in einem zweiten Modus, wobei der zweite Modus das Erwärmen des LTNA beinhaltet, bis die LTNA-Auslasstemperatur eine zweite Schwellenwerttemperatur erreicht, die höher als die erste Schwellenwerttemperatur ist, und das Umwandeln von Abgas-NOx in der SCR-Vorrichtung.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Beschreibung betrifft im Allgemeinen auf Verfahren und Systeme zur Steuerung von Abgasemissionen von einem Motor, der mit einem Niedertemperatur-NOx-Adsorber konfiguriert ist.
  • Allgemeiner Stand der Technik
  • Dieselmotoren können mit einem hohen mechanischen Wirkungsgrad und Luft-Kraftstoff-Verhältnissen (air/fuel ratios - AFRs) betrieben werden, die magerer als stöchiometrisch sind. Die Abgastemperaturen von Dieselmotoren sind daher tendenSolll wesentlich niedriger als die von stöchiometrischen Benzinmotoren. Aufgrund der niedrigeren Abgastemperaturen während eines Motorkaltstarts, kann ein erheblicher Zeitraum (z. B. in der Größenordnung von 1 bis 3 Minuten) erforderlich sein, damit sich Abgaskatalysatoren erwärmen und funktionsfähig werden (d. h. eine „Anspringtemperatur“ erreichen). Dies kann zu einem höheren Anteil an Kohlenwasserstoffen (HC), Kohlenmonoxiden (CO) und Stickoxiden (NOx) in Kaltstartabgasemissionen eines Dieselmotors führen.
  • Es wurden unterschiedliche Strategien entwickelt, um Motorkaltstartabgasemissionen zu verringern. Zum Beispiel können mehrere Katalysatoren und Abscheider in unterschiedlichen Konfigurationen in einem Abgaskanal angeordnet sein, um die unterschiedlichen Emissionen selektiv zu behandeln. Die Katalysatoren und/oder Abscheider können in einer Konfiguration angeordnet sein, so dass das Produkt eines Katalysators von einem anderen Katalysator als Reaktant verwendet werden kann und/oder so dass jeder Katalysator auf verschiedene Bestandteile des Abgases einwirken kann. Zum Beispiel können die Katalysatoren und/oder Abscheider einen Niedertemperatur-NOx-Adsorber (low-temperature NOx adsorber - LTNA) beinhalten, der NOx-Emissionen während eines Kaltstarts speichert und diese Emissionen beim Erwärmen thermisch freisetzt. Das NOx kann aus dem LTNA in einem Temperaturbereich freigesetzt werden, im ein nachgelagerter Katalysator, wie etwa ein Katalysator für selektive katalytische Reduktion (selective catalytic reduction - SCR), aktiv ist, so dass der nachgelagerte Katalysator das freigesetzte NOx verringern kann.
  • Die Erfinder haben jedoch in dieser Schrift mögliche Probleme mit derartigen Abgasbehandlungssystemen identifiziert. Wenn, als ein Beispiel, der Motor während der Kaltstartbedingungen über einen längeren Zeitraum mit niedriger Last betrieben wird, kann das Anspringen des SCR-Katalysators um einen derartig längeren Zeitraum verzögert werden, dass der LTNA seine NOx-Speicherkapazität erreichen kann, woraufhin NOx am LTNA entweichen kann, bevor der SCR-Katalysator das NOx umwandeln kann.
  • Kurzdarstellung
  • Dementsprechend haben die Erfinder in dieser Schrift Verfahren und Systeme bereitgestellt, um die vorstehenden Probleme mindestens teilweise zu lösen. Ein beispielhaftes Verfahren beinhaltet das Betreiben in einem ersten Modus, wobei der erste Modus das Speichern von Abgas-NOx in einem Niedertemperatur-NOx-Adsorber (LTNA), das Erwärmen des LTNA, bis eine LTNA-Auslasstemperatur eine erste Schwellenwerttemperatur erreicht, und dann das Umwandeln von freigesetztem NOx in eine nachgelagerte Vorrichtung zur selektiven Katalysatorreduktion (SCR) beinhaltet. Das Verfahren beinhaltet ferner das Betreiben in einem zweiten Modus, wobei der zweite Modus das Erwärmen des LTNA, bis die LTNA-Auslasstemperatur eine zweite Schwellenwerttemperatur erreicht, die höher als die erste Schwellenwerttemperatur ist, und das Umwandeln von Abgas-NOx in der SCR-Vorrichtung beinhaltet.
  • Auf diese Weise kann der LTNA während eines Kaltstarts erwärmt werden (z. B. wenn NOx im LTNA gespeichert ist), um das Anspringen einer nachgelagerten SCR-Vorrichtung zu beschleunigen. Sobald der LTNA eine NOx-Freisetzungstemperatur erreicht, ist die SCR-Vorrichtung ausreichend erwärmt, um das freigesetzte NOx umzuwandeln, was das Entweichen von nichtumgesetztem NOx in die Atmosphäre während Kaltstartbedingungen verringern kann.
  • Sobald der LTNA die NOx-Freisetzungstemperatur erreicht hat (z. B. wenn NOx nicht mehr im LTNA gespeichert ist), kann der Wärmeerzeugungsmechanismus genutzt, der verwendet wird, um den LTNA während des ersten Modus zu erwärmen, um den LTNA während eines zweiten Modus zu erwärmen, obwohl der LTNA leer ist und kein NOx speichert. Zum Beispiel kann der LTNA erwärmt werden, um eine Partikelfilterregeneration zu unterstützen, was die Notwendigkeit verhindern kann, eine Nacheinspritzung von Kraftstoff in die Motorzylinder durchzuführen.
  • Figurenliste
    • 1 zeigt eine schematische Darstellung eines beispielhaften Zylinders eines Mehrzylindermotors mit einem Mehrkomponentenabgasbehandlungssystem.
    • Die 2A-2F zeigen beispielhafte Anordnungen für ein Abgasbehandlungssystem.
    • Die 3 und 4 zeigen Ablaufdiagramme für beispielhafte Verfahren für ein Mehrkomponentenabgas behandl ungssystem.
    • Die 5A und 5B zeigen ein Zeitablaufdiagramm von Betriebsparametern von Interesse, die während der Ausführung der Verfahren aus den 3 und 4 beobachtet werden können.
  • Detaillierte Beschreibung
  • Die folgende Beschreibung bezieht sich auf Systeme und Verfahren für ein Abgasbehandlungssystem, das einen Niedertemperatur-NOx-Adsorber (LTNA) beinhaltet. LTNAs adsorbieren NOx unterhalb einer Schwellenwerttemperatur und setzen NOx oberhalb einer Schwellenwerttemperatur thermisch frei (desorbieren), um die Steuerung von NOx zu unterstützen, wenn das Haupt-NOx-Steuersystem nicht funktionsfähig ist, z. B. bei Temperaturen, die für den normalen Betrieb zu niedrig sind. Die typische Schwellenwerttemperatur für die Freisetzung von LTNA-NOx kann bis zu 200 °C oder bis zu 400 °C betragen. Die Freisetzung von NOx ist ideal auf den Beginn des Betriebs des Haupt-NOx-Steuersystems, wie etwa der selektiven katalytischen Reduktion (SCR), als Haupt-NOx-Steuerung abgestimmt. Eine beispielhafte Systemkonfiguration für eine LTNA- und SCR-Vorrichtung ist in 1 gezeigt. Der LTNA ist der SCR-Vorrichtung vorgelagert, die einem Rußfilter (z. B. Dieselpartikelfilter oder DPF) vorgelagert ist. Die SCR-Vorrichtung kann einen einspritzvorrichtung beinhalten, der dazu konfiguriert ist, Reduktionsmittel wie Harnstoff einzuspritzen, um die Umwandlung von NOx-Emissionen an der SCR-Vorrichtung zu erleichtern. Der Rußfilter kann eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung und einen exothermen Katalysator aufweisen, um die Rußoxidation zu unterstützen, die auch als Filterregeneration bekannt ist. Der Filter kann katalysiert oder unkatalysiert sein. Die Harnstoffeinspritzung in die SCR-Vorrichtung beginnt typischerweise, wenn sich die Abgastemperaturen im Bereich 150-200 °C befinden. Dies entspricht etwas höheren vorgelagerten Temperaturen im LTNA-Teilstück, z. B. 200-250 °C. Wenn der LTNA den größten Teil seines NOx bei 250 °C desorbiert, wäre die nachgelagerte SCR-Vorrichtung daher bereit, das freigesetzte NOx in Stickstoff und Wasser umzuwandeln. Wenn der Kaltstartzeitraum des Fahrzeugs (nach dem Einschalten der Zündung und bevor die SCR-Vorrichtung betriebsbereit ist), aufgrund dessen, dass längere Zeit bei niedrigen Geschwindigkeiten gefahren ist, länger als erwartet ist, könnte die NOx-Speicherkapazität des LTNA überschritten werden, bevor die Auslösetemperatur erreicht ist, was zu einem Entweichen von NOx in die SCR-Vorrichtung führt, die nicht auf ihre Anspringtemperatur erwärmt ist. Ferner kann ein Betrieb mit niedriger Abgastemperatur, wie etwa ein längerer Leerlauf des Fahrzeugs, auf lange Sicht zu im Wesentlichen ungesteuerten NOx-Emissionen führen.
  • Gemäß in dieser Schrift offenbarten Ausführungsformen wird neben der natürlichen Erwärmung über Abgas ein zusätzliches Erwärmungsverfahren bereitgestellt, um LTNA- und SCR-Systeme auf hohen NOx-Umwandlungsniveaus zu halten. Die Zusatzwärme kann unter Verwendung von Nacheinspritzung in den Zylinder erzeugt werden (z. B. Einspritzung nach dem Kompressionshub, wie etwa während des Arbeitstakts oder des Ausstoßtakts), aber die Nacheinspritzung kann nur genutzt werden, wenn der LTNA in der Lage ist, die überschüssigen Kohlenwasserstoffe (hydrocarbons - HC) zu oxidieren, die sich typischerweise aus diesem Prozess ergeben. Somit beinhaltet in einigen Beispielen das in dieser Schrift offenbarte Abgasbehandlungssystem die Hinzufügung von elektrischen Heizmechanismen, entweder der LTNA vorgelagert oder das LTNA-Material kann direkt auf die elektrische Heizeinrichtung selbst aufgetragen sein (wie in den 2A bzw. 2B gezeigt). Somit ist die Erwärmung des LTNA unabhängig von seiner HC-Anspringtemperatur und kann besser gesteuert werden. Ein anderer in dieser Schrift offenbarter Ansatz besteht darin, Kraftstoff in einen speziellen exothermen Katalysator mit hoher Edelmetallbeladung und einer niedrigeren HC-Anspringtemperatur (wie in 2C gezeigt) einzuspritzen. Noch ein anderer in dieser Schrift offenbarter Ansatz besteht darin, Kraftstoff auf einen elektrisch beheizten Katalysator zur Oxidation (wie in 2D gezeigt) einzuspritzen. Ferner kann der LTNA auf der elektrischen Heizeinrichtung mit Kraftstoffeinspritzung (wie in 2E gezeigt) aufgetragen sein, oder der LTNA kann der elektrischen Heizeinrichtung mit Kraftstoffeinspritzung (wie in 2F gezeigt) nachgelagert sein. Verfahren zur Steuerung der LTNA-Wärmeerzeugungsmechanismen sind in den 3 und 4 gezeigt und ein Zeitablaufdiagramm, das Betriebsparameter von Interesse während der Ausführung der Verfahren aus den 3 und 4 zeigt, sind in den 5A und 5B gezeigt.
  • Unter Bezugnahme auf 1 ist nun eine schematische Darstellung mit einem Zylinder 30 eines Mehrzylindermotors 10 gezeigt, wobei der Zylinder 30 in einem Motorsystem 7 eines Fahrzeugs 5 beinhaltet sein kann. Der Motor 10 kann mindestens zum Teil durch ein Steuersystem, das eine Steuerung 12 beinhaltet, und durch Eingabe von einem Fahrzeugführer 132 über eine Eingabevorrichtung 130 gesteuert werden. In diesem Beispiel beinhaltet die Eingabevorrichtung 130 ein Gaspedal und einen Pedalstellungssensor 134 zum Erzeugen eines proportionalen Pedalstellungssignals PP. Eine Brennkammer (d. h. ein Zylinder) 30 des Motors 10 kann Brennkammerwände 32 mit einem darin positionierten Kolben 36 beinhalten. Der Kolben 36 kann an eine Kurbelwelle 40 gekoppelt sein, sodass eine Wechselbewegung des Kolbens in eine Drehbewegung der Kurbelwelle übersetzt wird. Die Kurbelwelle 40 kann über ein Zwischengetriebesystem an mindestens ein Antriebsrad des Fahrzeugs 5 gekoppelt sein. Ferner kann ein Anlasser über ein Schwungrad (nicht gezeigt) an die Kurbelwelle 40 gekoppelt sein, um einen Anlassvorgang des Motors 10 zu ermöglichen.
  • Die Brennkammer 30 kann Ansaugluft von einem Ansaugkrümmer 44 über einen Ansaugkanal 42 aufnehmen und Verbrennungsgase über einen Abgaskanal 48 ablassen. Der Ansaugkrümmer 44 und der Abgaskanal 48 können über ein Einlassventil 52 bzw. ein Auslassventil 54 selektiv mit der Brennkammer 30 in Verbindung stehen. In einigen Ausführungsformen kann die Brennkammer 30 zwei oder mehr Einlassventile und/oder zwei oder mehr Auslassventile beinhalten.
  • Im Beispiel, das in 1 dargestellt ist, können das Einlassventil 52 und das Auslassventil 54 durch Nockenbetätigung über die Nockenbetätigungssysteme 51 bzw. 53 gesteuert werden. Die Nockenbetätigungssysteme 51 und 53 können jeweils einen oder mehrere Nocken umfassen und eines oder mehrere eines Nockenprofilumschalt-(cam profile switching - CPS-), eines variablen Nockensteuerungs-(variable cam timing - VCT-), eines variablen Ventilsteuerungs-(variable valve timing - VVT-) und/oder eines variablen Ventilhub-(variable valve lift - VVL-)Systems nutzen, die durch die Steuerung 12 betrieben werden können, um den Ventilbetrieb zu variieren. Die Stellung des Einlassventils 52 und des Auslassventils 54 kann durch die Ventilstellungssensoren 55 bzw. 57 bestimmt werden. In alternativen Ausführungsformen können das Einlassventil 52 und/oder das Auslassventil 54 durch eine elektrische Ventilbetätigung gesteuert sein. Zum Beispiel kann der Zylinder 30 alternativ ein über eine elektrische Ventilbetätigung gesteuertes Einlassventil und ein über Nockenbetätigungssysteme, die CPS- und/oder VCT-Systeme beinhalten, gesteuertes Auslassventil beinhalten.
  • In einigen Ausführungsformen kann jeder Zylinder des Motors 10 mit einer oder mehreren Einspritzvorrichtungen zum Bereitstellen von Kraftstoff an diesen konfiguriert sein. Als ein nichteinschränkendes Beispiel ist der Zylinder 30 eine Krafstoffeinspritzvorrichtung 66 beinhaltend dargestellt. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 66 ist an den Zylinder 30 gekoppelt gezeigt, um Kraftstoff direkt in diesen einzuspritzen. Es versteht sich außerdem, dass der Zylinder 30 Kraftstoff von einer Vielzahl von Einspritzungen während eines Verbrennungszyklus empfangen kann.
  • In einem Beispiel kann es sich bei dem Motor 10 um einen Dieselmotor handeln, der Luft und Dieselkraftstoff durch Selbstzündung verbrennt. In anderen nichteinschränkenden Ausführungsformen kann der Motor 10 einen anderen Kraftstoff, der Benzin, Biodiesel oder alkoholhaltiges Kraftstoffgemisch (z. B. Benzin und Ethanol oder Benzin und Methanol) beinhaltet, durch Selbstzündung und/oder Fremdzündung verbrennen.
  • Der Ansaugkanal 42 kann eine Drossel 62 beinhalten, die eine Drosselklappe 64 aufweist. In diesem konkreten Beispiel kann die Stellung der Drosselklappe 64 durch die Steuerung 12 über ein Signal variiert werden, das einem Elektromotor oder Aktor bereitgestellt wird, der in der Drossel 62 beinhaltet ist, eine Konfiguration, die normalerweise als elektronische Drosselsteuerung (electronic throttle control - ETC) bezeichnet wird. Auf diese Weise kann die Drossel 62 betrieben werden, um die Ansaugluft zu variieren, die unter anderen Motorzylindern der Brennkammer 30 bereitgestellt wird. Die Stellung der Drosselklappe 64 kann der Steuerung 12 durch das Drosselstellungssignal TP bereitgestellt werden. Der Ansaugkanal 42 kann einen Luftmassenstromsensor 120 und einen Krümmerluftdrucksensor 122 zum Bereitstellen der entsprechenden MAF- und MAP-Signale an die Steuerung 12 beinhalten.
  • Ferner kann ein System zur Abgasrückführung (AGR) einen erwünschten Teil des Abgases über einen AGR-Kanal 140 vom Abgaskanal 48 in den Ansaugkrümmer 44 leiten. Der bereitgestellte Umfang der AGR kann durch die Steuerung 12 über ein AGR-Ventil 142 variiert werden. Wie dargestellt, beinhaltet das AGR-System ferner einen AGR-Sensor 144, der innerhalb des AGR-Kanals 140 angeordnet sein kann, und kann eine Anzeige von einem oder mehreren von Druck, Temperatur und Konzentration des Abgases bereitstellen.
  • Ein Abgassystem 128 beinhaltet einen Abgassensor 126 ein, der einem Abgasbehandlungssystem 70 vorgelagert an den Abgaskanal 48 gekoppelt ist. Der Abgaskanal 48 kann Abgase von anderen Zylindern des Motors 10 zusätzlich zum Zylinder 30 empfangen. Der Abgassensor 126 kann ein beliebiger geeigneter Sensor zum Bereitstellen einer Anzeige eines Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses (AFR) sein, wie etwa eine lineare Lambdasonde oder UEGO (Breitband- oder Weitbereichslambdasonde), eine binäre Lambdasonde oder EGO, eine HEGO (beheizte EGO), ein Stickoxid- (nitrogen oxide - NOx-), Kohlenwasserstoff- (hydrocarbon - HC-) oder Kohlenmonoxid- carbon monoxide - CO-)Sensor. Das Abgasbehandlungssystem 70 ist dem Abgassensor 126 nachgelagert entlang des Abgaskanals 48 angeordnet gezeigt.
  • Das Abgasbehandlungssystem 70 ist ein Mehrkomponentensystem und kann eine Vielzahl von Emissionssteuervorrichtungen beinhalten, die in einer bestimmten Reihenfolge angeordnet sind, um die Behandlung von Abgasemissionen zu optimieren. Zum Beispiel kann das Abgasbehandlungssystem 70 einen Dieseloxidationskatalysator (diesel oxidation catalyst - DOC) 80 beinhalten, der entlang des Abgaskanals 48 angeordnet ist. Der DOC 80 kann einen Katalysator beinhalten, der dazu konfiguriert ist, HCs und CO zu oxidieren, um Kohlendioxid (CO2) und Wasser (H2O) zu bilden. Der DOC 80 kann in einer Durchlaufvorrichtung beinhaltet sein, die ein Substrat und eine aktive Schicht umfasst, die ein oder mehrere katalytische Materialien beinhaltet. Das Substrat kann eine Vielzahl von Kanälen oder Öffnungen aufweisen, durch die Abgas strömt. Das Substrat kann ein Monolith oder extrudiertes Material sein, wie etwa Cordierit. Die aktive Schicht kann als ein Washcoat auf das Substrat aufgebracht sein. Die Katalysatormaterialien können Platingruppenmetalle umfassen, wie etwa Platin (Pt) und/oder Palladium (Pd).
  • Ein Niedertemperatur-NOx-Adsorber (LTNA) 82 entlang des Abgaskanals 48 unmittelbar dem DOC 80 nachgelagert angeordnet sein. Der LTNA 82 kann dazu konfiguriert sein, NOx im Wesentlichen in einem niedrigeren, ersten Temperaturbereich zu speichern und dann das gespeicherte NOx in einem höheren, zweiten Temperaturbereich abzugeben. Zum Beispiel kann der LTNA 82 NOx während Kaltstarts (wie etwa zwischen 0 und 150 °C) speichern und dann das gespeicherte NOx freisetzen, sobald die Abgastemperatur die Betriebstemperatur eines nachgelagerten Katalysators erreicht hat, der dazu konfiguriert ist, das freigesetzte NOx (z. B. über 180 °C, der minimalen Betriebstemperatur eines Katalysators für selektive katalytische Reduktion (SCR)) zu verringern. In einem Beispiel kann der niedrigere erste Temperaturbereich 0-150 °C und der höhere zweite Temperaturbereich 180-300 °C betragen.
  • Der LTNA 82 kann NOx durch Adsorption und Desorption speichern und freisetzen. Der LTNA 82 kann NOx als Nitrite oder Nitrate speichern. Der LTNA 82 kann eine Durchlaufvorrichtung mit einem Substrat und einer aktiven Schicht sein. Das Substrat kann eine Vielzahl von Kanälen oder Öffnungen aufweisen, durch die Abgas strömt. Das Substrat kann ein Monolith oder extrudiertes Material sein. Nichteinschränkende Beispiele für geeignete Substratmaterialien beinhalten Cordierit, Aluminiumtitanat und Siliciumcarbid. Die aktive Schicht kann unter Verwendung eines Washcoats auf das Substrat aufgebracht sein. Die aktive Schicht kann ein Zeolithmaterial umfassen. Nichteinschränkende Beispiele für geeignete Zeolithmaterialien beinhalten Chabasit (CHA), BETA und ZSM-5. Das Zeolithmaterial kann ein Gerüst umfassen, das mit Pd ionenausgetauscht sein kann. Die Verwendung von Pd ermöglicht es dem LTNA 82, NOx bei niedrigeren Temperaturen zu speichern und das NOx bei höheren Temperaturen freisetzen.
  • Einige Formulierungen beinhalten außerdem Platin (Pt) im LTNA 82. Zum Beispiel kann Pt als eine zusätzliche Washcoat-Schicht (zusätzlich zu der Washcoat-Schicht, die Pd beinhaltet) beinhalten sein, um die Temperatur zu senken, die erforderlich ist, um das gesamte gespeicherte NOx aus dem LTNA gründlich zu entfernen, während die NOx-Speicherkapazität des LTNA bei niedrigeren Temperaturen unberührt bleibt. Durch das Verengen des Betriebstemperaturbereichs des LTNA wird die Leistung des LTNA bei der niedrigeren Abgastemperatur verbessert, die typischerweise bei Dieselmotoren auftritt. Insbesondere die Wahrscheinlichkeit, dass der LTNA währenddessen gründlich von gespeichertem NOx während dem Erwärmungsfahrzeugbetrieb befreit wird, wird erhöht, so dass er in der Lage wäre, die maximale NOx-Menge während dem nächsten Kaltstart zu speichern.
  • In einigen Beispielen kann ein Washcoat, der Pt umfasst, auf die aktive Schicht des LTNA 82 aufgebracht sein. Ein Verhältnis von Pd zu Pt im LTNA 82 kann eingestellt sein, um in einem Bereich von 1:1 bis 4:1 oder höher zu liegen. Der Einschluss von Pt kann ermöglichen, dass reduziertes Pd im LTNA-Washcoat erneut oxidiert wird. Ferner kann das Pt eine Temperatur senken, die erforderlich ist, um das gesamte gespeicherte NOx im LTNA 82 gründlich zu entfernen.
  • Ein SCR-Katalysator 86 kann ferner entlang des Abgaskanals 48, unmittelbar dem LTNA 82 nachgelagert, angeordnet sein. Der SCR-Katalysator 86 kann ein oder mehrere Katalysatormaterialien umfassen, wobei das eine oder die mehreren Katalysatormaterialien ein oder mehrere Zeolithmaterialien und/oder Metalloxide umfassen können. Das eine oder die mehreren Zeolithmaterialien können ferner ein oder mehrere Metalle umfassen, die Kupfer (Cu). und/oder Eisen (Fe) beinhalten, ohne darauf beschränkt zu sein. Das eine oder die mehreren Metalloxide können Oxide von Cer (Ce), Zirkonium (Zr), Vanadium (V), Molybdän (Mo) und/oder Wolfram (W) beinhalten, ohne darauf beschränkt zu sein. Eine Harnstoffeinspritzvorrichtung 84 (oder eine beliebige geeignete Ammoniakquelle) kann dem SCR-Katalysator 86 vorgelagert und dem LTNA 82 nachgelagert angeordnet sein. Der SCR-Katalysator 86 kann Ammoniak nutzen, um NOx zu reduzieren und Stickstoff (N2), H2O und CO2) zu bilden. Der SCR-Katalysator 86 kann oberhalb einer Mindestbetriebstemperatur oder Anspringtemperatur, wie etwa über 180 °C, und nachdem die Harnstoffeinspritzung begonnen hat, aktiv sein. Aufgrund der bestimmten Reihenfolge der Katalysatoranordnung im Abgaskanal 48 kann der SCR-Katalysator 86 das NOx reduzieren, das vom LTNA 82 freigesetzt wurde. Nachdem das Fahrzeug 5 erwärmt ist, ist der LTNA 82 dazu konfiguriert, den größten Teil oder das gesamte gespeicherte NOx unter normalen Fahrbedingungen (z. B. niedrige bis mittlere Lasten) freizusetzen, bei denen die Abgastemperaturen typischerweise im Bereich von 200 bis 300 °C liegen. Folglich kann der LTNA 82 gründlich von gespeichertem NOx befreit werden und daher in der Lage sein, eine maximale Menge an NOx bei einem nachfolgenden Kaltstart zu speichern.
  • Ein Dieselpartikelfilter (DPF) 88 kann ferner entlang des Abgaskanals 48, unmittelbar dem SCR-Katalysator 86 nachgelagert, angeordnet sein. Der DPF 88 kann ein katalysierter Partikelfilter oder ein bloßer, oder nichtkatalysierter, Partikelfilter sein. Katalysierte Partikelfilter können ein oder mehrere Metalle und/oder Metalloxide umfassen, die Pt, Pd, Fe, Cu, Mangan (Mn) und/oder Ceroxid (CeO2) beinhalten, ohne darauf beschränkt zu sein. Das eine oder die mehreren Metalle und/oder Metalloxide können zusätzlich zu oxidierenden Partikeln (PM), die vom Partikelfilter eingefangen werden, auch HCs und CO oxidieren.
  • Es versteht sich, dass, obwohl das dargestellte Beispiel vier unterschiedliche katalytische Emissionsvorrichtungen zeigt, die im Abgaskanal 48 gekoppelt sind, in anderen Beispielen eine größere oder kleinere Anzahl von katalytischen Emissionsvorrichtungen vorhanden sein kann. Zum Beispiel kann der DOC in einigen Beispielen weggelassen sein. Ferner können mehrere Kopien einer bestimmten katalytischen Emissionsvorrichtung in der dargestellten Reihenfolge oder in einer anderen Reihenfolge vorhanden sein. Bezüglich der dargestellten Reihenfolge können Funktionen von Katalysatorkomponenten voneinander abhängig sein, um Abgasemissionen wirksam zu behandeln. Zum Beispiel kann der SCR-Katalysator 86 bei niedrigen Temperaturen, wie etwa während eines Motorkaltstarts, eine Mindestbetriebstemperatur nicht erreicht haben. Somit kann der LTNA 82 NOx-Emissionen speichern. Ferner kann der DPF 88 PM speichern und oxidieren. Bei höheren Temperaturen kann der DOC 80 einen wesentlichen Teil der HC-Emissionen oxidieren, die ansonsten die NOx-Speicherkapazität des LTNA 82 beeinträchtigen könnten. Der DOC 80 kann außerdem NO zu NOx oxidieren, wodurch der LTNA 82, wie oben erörtert, weiter geschützt wird. Ferner kann der LTNA 82 gespeichertes NOx in das Abgas freisetzen, das dem SCR-Katalysator 86 nachgelagert behandelt werden kann. Der DPF 88 kann weiter PM speichern und oxidieren. Ferner können sowohl der LTNA 82 als auch der DPF 88 mindestens einen Teil der HC-Emissionen umwandeln, die durch den DOC 80 nichtumgewandelt bleiben können.
  • Unter fortgeführter Bezugnahme auf 1 kann das Abgasbehandlungssystem 70 ferner eine Vielzahl von Sensoren an unterschiedlichen Stellen in Bezug auf die Mehrkomponentenkatalysatoren umfassen. Die Rückmeldung von den Sensoren kann während der Emissionssteuerung verwendet werden, um ein Soll-Verbrennungs-AFR bereitzustellen, das bei einer bestimmten Emissionskontrollvorrichtung erforderlich sein kann. Als ein Beispiel kann während der DPF-Regeneration ein AFR bereitgestellt werden, das fetter als die Stöchiometrie ist. Die Rückmeldung der Sensoren kann außerdem verwendet werden, um die Komponentenkatalysatoren zu überwachen und zu bestimmen. Die Vielzahl von Sensoren kann Temperatursensoren, Drucksensoren und/oder Abgassensoren umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein.
  • Zum Beispiel kann dem DOC 80 ein erster Sensor 90 vorgelagert angeordnet sein. Ferner kann ein zweiter Sensor 92 zwischen dem DOC 80 und dem LTNA 82 angeordnet sein. Die Sensoren 90 und/oder 92 können einen Temperatursensor und/oder einen Abgassensor beinhalten. Der erste Sensor 90 kann der Steuerung 12 eine Rückmeldung bezüglich einer Temperatur und/oder Sauerstoffkonzentration eines dem DOC 80 vorgelagerten Abgasstroms bereitstellen. Der zweite Sensor 92 kann der Steuerung 12 eine Rückmeldung bezüglich einer Temperatur und/oder Sauerstoffkonzentration des Abgasstroms zwischen dem DOC 80 und dem LTNA 82 bereitstellen.
  • Zusätzlich oder alternativ kann ein dritter Sensor 94 zwischen dem DOC 80 und dem LTNA 82 angeordnet sein. Ferner kann ein vierter Sensor 96 zwischen dem LTNA 82 und dem SCR-Katalysator 86 angeordnet sein. Die Sensoren 90, 92, 94 und/oder 96 können einen Temperatursensor und/oder einen Abgassensor beinhalten. In einigen Beispielen können die Sensoren 90, 92, 94 und/oder 96 einen Abgassensor beinhalten, wie etwa einen HC-, CO- oder NOx-Sensor. In weiteren Beispielen können die Sensoren 90, 92, 94 und/oder 96 einen Sauerstoffsensor beinhalten. Der dritte Sensor 94 kann der Steuerung 12 eine Rückmeldung bezüglich Bedingungen eines Abgasstroms zwischen dem DOC 80 und dem LTNA 82 bereitstellen. Der vierte Sensor 96 kann der Steuerung 12 eine Rückmeldung bezüglich Bedingungen des Abgasstroms zwischen dem LTNA 82 und dem SCR-Katalysator 86 bereitstellen.
  • 1 zeigt lediglich einen Zylinder 30 eines Mehrzylindermotors. Allerdings kann jeder Zylinder gleichermaßen einen eigenen Satz Einlass-/Auslassventile, eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung usw. beinhalten.
  • Die Steuerung 12 ist in 1 als ein Mikrocomputer gezeigt, der eine Mikroprozessoreinheit 102, Eingangs-/Ausgangsanschlüsse 104, ein elektronisches Speichermedium für ausführbare Programme und Kalibrierungswerte, die in diesem konkreten Beispiel als ein Festwertspeicherchip 106 gezeigt ist, Direktzugriffsspeicher 108, Keep-Alive-Speicher 110 und einen Datenbus beinhaltet. Die Steuerung 12 mit unterschiedlichen Sensoren in Verbindung stehen und kann daher zusätzlich zu den zuvor erläuterten Signalen unterschiedliche Signale von Sensoren empfangen, die an den Motor 10 gekoppelt sind, was die Messung des eingeleiteten Luftmassenstroms (Mass Air Flow - MAF) von einem Luftmassenstromsensor 120; der Motorkühlmitteltemperatur (Engine Coolant Temperature - ECT) von einem Temperatursensor 112, der an eine Kühlhülse 114 gekoppelt ist; eines Profilzündungsaufnahmesignals (Profile Ignition Pickup - PIP) von einem Hall-Effekt-Sensor 118 (oder einer anderen Art), der an die Kurbelwelle 140 gekoppelt ist; einer Drosselstellung (Throttle Position - TP) von einem Drosselstellungssensor; eines Absolutkrümmerdrucksignals (Absolute Manifold Pressure- MAP) von Drucksensor 122; einer Temperatur des Abgasstroms von den Sensoren 90 und/oder 92; und Zuständen des Abgasstroms von den Sensoren 94 und/oder 96 beinhaltet. Das Motordrehzahlsignal RPM kann durch die Steuerung 12 aus dem Signal PIP erzeugt werden.
  • Das Festwertspeicherchip des Speichermediums 106 kann mit nichtflüchtigen computerlesbaren Daten programmiert sein, die Anweisungen darstellen, die von der Mikroprozessoreinheit 102 zum Durchführen der nachfolgend beschriebenen Programme, sowie anderen Varianten, die vorausgesetzt sind, jedoch nicht explizit aufgezählt werden, ausgeführt werden können. Beispielhafte Programme sind in dieser Schrift unter Bezugnahme auf die 2A-4 beschrieben. Zum Beispiel kann die Steuerung 12 betriebsfähig sein, um eine Benachrichtigung an den Bediener zu erzeugen, die eine Beeinträchtigung eines oder mehrerer Katalysatoren (z. B. DOC 80, LTNA 82) auf Grundlage von Diagnoseprogrammen unter Verwendung einer Eingabe von einem oder mehreren Sensoren 90, 92, 94 und/oder 96 anzeigen.
  • Die 2A-2F zeigen beispielhafte Anordnungen von Abgasbehandlungsvorrichtungen, die in einem Abgaskanal eines Motors angeordnet sind. Zunächst beinhaltet unter Bezugnahme auf 2A ein erstes beispielhaftes Abgasbehandlungssystem 200 einen Niedertemperatur-NOx-Adsorber (LTNA) 202, der im Abgaskanal 48 dem Motor 10 nachgelagert angeordnet ist. Der LTNA 202 kann ein nichteinschränkendes Beispiel des LTNA 82 sein und somit gilt die vorstehende Beschreibung des LTNA 82 gleichermaßen für den LTNA 202. Das System 200 beinhaltet eine SCR-Vorrichtung 204, die dem LTNA 202 nachgelagert vist. Die SCR-Vorrichtung 204 ist ein nichteinschränkendes Beispiel des SCR-Katalysators 86 aus 1 und daher gilt die vorstehende Beschreibung des SCR-Katalysators 86 gleichermaßen für die SCR-Vorrichtung 204. Ähnlich dem SCR-Katalysator 86 beinhaltet das System 200 zum Beispiel eine Harnstoffeinspritzvorrichtung, um Harnstoff oder ein anderes geeignetes Reduktionsmittel der SCR-Vorrichtung 204 nachgelagert einzuspritzen.
  • Das System 200 beinhaltet ferner der SCR-Vorrichtung 204 nachgelagert einen Partikelfilter (PF) 208. Der PF 208 ist ein nichteinschränkendes Beispiel des DPF 88 aus 1 und daher gilt auch für die vorstehend unter Bezugnahme auf 1 bereitgestellte Beschreibung des DPF 88 gleichermaßen für den PF 208. Das System 200 beinhaltet außerdem dem PF 208 vorgelagert einen Katalysator 206. Der Katalysator 206 kann ein exothermer Katalysator sein, der dazu konfiguriert ist, Wärme aufgrund einer exothermen Reaktion zu erzeugen, die im Katalysator auftritt. Die exotherme Reaktion kann auftreten, wenn Kraftstoff in den Katalysator 206 oder diesem vorgelagert eingespritzt wird.
  • Wie nachfolgend ausführlicher beschrieben, beinhaltet jedes der in den 2A-2F veranschaulichten Systeme einen Mechanismus, um das Abgas am LTNA oder diesem vorgelagert zu erwärmen, um sicherzustellen, dass die SCR-Vorrichtung 204 schnell auf Anspringtemperatur gebracht wird, während gleichzeitig vom LTNA gespeichertes NOx freigesetzt wird. Im System 200 ist eine elektrische Heizeinrichtung 201 dem LTNA vorgelagert positioniert. Die elektrische Heizeinrichtung 201 kann eine Widerstandsheizeinrichtung oder eine andere geeignete Heizeinrichtung sein, deren Temperatur ansteigt, wenn der Heizeinrichtung Strom zugeführt wird. Eine Steuerung (z. B. die Steuerung 12 aus 1) ist betriebsmäßig an die elektrische Heizeinrichtung 201 gekoppelt und ist dazu konfiguriert, die Stromversorgung der elektrischen Heizeinrichtung zu steuern.
  • Das System 200 beinhaltet eine Vielzahl von Sensoren, die im Abgaskanal 48 angeordnet sind. Die Vielzahl von Sensoren beinhaltet einen ersten Sensor 203, welcher der elektrischen Heizeinrichtung 201 vorgelagert angeordnet ist, einen zweiten Sensor 205, welcher der elektrischen Heizeinrichtung 201 nachgelagert und dem LTNA 202 vorgelagert angeordnet ist, einen dritten Sensor 207, der dem LTNA 202 nachgelagert und der SCR-Vorrichtung 204 vorgelagert angeordnet ist, und einen vierten Sensor 209, welcher der SCR-Vorrichtung 204 nachgelagert und dem Katalysator 206 vorgelagert angeordnet ist, ein fünfter Sensor 211, der dem Katalysator 206 nachgelagert und dem PF 208 vorgelagert angeordnet ist, und ein sechster Sensor 213, der dem PF 208 nachgelagert angeordnet ist. Jeder der Vielzahl von Sensoren kann ein Temperatursensor sein. Andere Sensoren können ebenfalls im Abgaskanal 48 positioniert sein, wie etwa NOx-Sensoren (z. B. NOx-Sensoren, die der elektrischen Heizeinrichtung 201 nachgelagert am Auslass des LTNA und am Auslass des PF positioniert sind) und Drucksensoren (z. B. Drucksensoren, die am PF-Einlass und am PF-Auslass positioniert sind). Die Steuerung ist betriebsmäßig an jeden Sensor gekoppelt und dazu konfiguriert, ein Signal von jedem Sensor zu erlangen, um die Abgastemperatur, die PF-Last, NOx-Erzeugung/-Entweichen usw. zu überwachen.
  • 2B zeigt ein weiteres beispielhaftes System 210. Ähnlich wie das System 200 beinhaltet das System 210 die SCR-Vorrichtung 204, den exothermen Katalysator 206 und den PF 208, die im Abgaskanal dem Motor 10 nachgelagert positioniert sind, sowie die Vielzahl von Sensoren. Das System 210 beinhaltet einen elektrisch erwärmten LTNA 212, der dem Motor 10 nachgelagert und der SCR-Vorrichtung 204 vorgelagert positioniert ist. Der elektrisch erwärmte LTNA 212 beinhaltet Heizelemente (z. B. Widerstandsheizelemente), die mit einem Material beschichtet sind, das die vorstehend unter Bezugnahme auf den LTNA 82 beschriebenen LTNA-Eigenschaften aufweist. Eine Steuerung (z. B. die Steuerung 12 aus 1) ist betriebsmäßig an den elektrisch erwärmten LTNA 212 gekoppelt und ist dazu konfiguriert, die Stromversorgung des elektrisch erwärmten LTNA 212 zu steuern. Der zweite Sensor 205 kann positioniert sein, um die Temperatur des elektrisch erwärmten LTNA 212 zu messen.
  • 2C zeigt ein weiteres beispielhaftes System 220. Ähnlich wie das System 200 beinhaltet das System 220 die SCR-Vorrichtung 204, den exothermen Katalysator 206 und den PF 208, die im Abgaskanal dem Motor 10 nachgelagert positioniert sind, sowie die Vielzahl von Sensoren. Das System 220 beinhaltet einen LTNA 222, der dem Motor 10 nachgelagert und der SCR-Vorrichtung 204 vorgelagert positioniert ist. Der LTNA 222 ist ein nichteinschränkendes Beispiel des LTNA 82. Das System 220 beinhaltet ferner einen exothermen Katalysator 221, der dem LTNA 222 vorgelagert positioniert ist. Der exotherme Katalysator 221 kann während einer exothermen Reaktion Wärme erzeugen, die durch Kraftstoff verursacht wird (z. B. durch eine Einspritzvorrichtung eingespritzt, der dem exothermen Katalysator 221 vorgelagert positioniert ist), der im Katalysator reagiert. Der exotherme Katalysator 221 kann eine hohe Edelmetallbeladung und eine niedrigere HC-Anspringtemperatur aufweisen. Eine Steuerung (z. B. die Steuerung 12 aus 1) ist betriebsfähig an die Kraftstoffeinspritzvorrichtung gekoppelt, der dem exothermen Katalysator 221 vorgelagert gekoppelt ist, und ist dazu konfiguriert, den Zeitpunkt und die Menge des von der Einspritzvorrichtung eingespritzten Kraftstoffs zu steuern. Der erste Sensor 203 kann positioniert sein, um die Temperatur des Abgases an oder der Kraftstoffeinspritzvorrichtung vorgelagert zu messen, und der zweite Sensor 205 kann positioniert sein, um die Temperatur dem exothermen Katalysator nachgelagert zu messen.
  • 2D zeigt ein weiteres beispielhaftes System 230. Ähnlich wie das System 200 beinhaltet das System 230 die SCR-Vorrichtung 204, den exothermen Katalysator 206 und den PF 208, die im Abgaskanal dem Motor 10 nachgelagert positioniert sind, sowie die Vielzahl von Sensoren. Das System 230 beinhaltet einen LTNA 232, der dem Motor 10 nachgelagert und der SCR-Vorrichtung 204 vorgelagert positioniert ist. Der LTNA 232 ist ein nichteinschränkendes Beispiel des LTNA 82. Das System 230 beinhaltet ferner einen elektrisch erwärmten Katalysator 231, der dem LTNA 232 vorgelagert positioniert ist. Der elektrisch erwärmte Katalysator 231 kann sowohl über einen elektrischen Heizmechanismus als auch während eines exothermen Reaktion Wärme erzeugen, die durch Kraftstoff verursacht wird (z. B. durch eine Einspritzvorrichtung eingespritzt, der dem elektrisch erwärmten Katalysator 231 vorgelagert positioniert ist), der im elektrisch erwärmten Katalysator reagiert. Eine Steuerung (z. B. die Steuerung 12 aus 1) ist betriebsmäßig an den elektrisch erwärmten Katalysator 231 gekoppelt und ist dazu konfiguriert, die Stromversorgung des elektrisch erwärmten Katalysators 231 zu steuern. Gleichermaßen ist die Steuerung ist betriebsfähig an die Kraftstoffeinspritzvorrichtung gekoppelt, die dem elektrisch erwärmten Katalysator 231 vorgelagert positioniert ist, und ist dazu konfiguriert, den Zeitpunkt und die Menge des von der Einspritzvorrichtung eingespritzten Kraftstoffs zu steuern. Der erste Sensor 203 kann positioniert sein, um die Temperatur des Abgases an oder der Kraftstoffeinspritzvorrichtung vorgelagert zu messen, und der zweite Sensor 205 kann positioniert sein, um die Temperatur dem elektrisch erwärmten Katalysator nachgelagert zu messen.
  • 2E zeigt ein weiteres beispielhaftes System 240. Ähnlich wie das System 200 beinhaltet das System 240 die SCR-Vorrichtung 204, den exothermen Katalysator 206 und den PF 208, die im Abgaskanal dem Motor 10 nachgelagert positioniert sind. Das System 240 beinhaltet einen elektrisch erwärmten LTNA 242, der dem Motor 10 nachgelagert und der SCR-Vorrichtung 204 vorgelagert positioniert ist. Der elektrisch erwärmte LTNA 242 beinhaltet Heizelemente (z. B. Widerstandsheizelemente), die mit einem Material beschichtet sind, das die vorstehend unter Bezugnahme auf den LTNA 82 beschriebenen LTNA-Eigenschaften aufweist. Der elektrisch erwärmte LTNA 242 kann sowohl über einen elektrischen Heizmechanismus als auch während eines exothermen Reaktion Wärme erzeugen, die durch Kraftstoff verursacht wird (z. B. durch eine Einspritzvorrichtung eingespritzt, der dem elektrisch erwärmten LTNA vorgelagert positioniert ist), der im elektrisch erwärmten LTNA reagiert. Eine Steuerung (z. B. die Steuerung 12 aus 1) ist betriebsmäßig an den elektrisch erwärmten LTNA 242 gekoppelt und ist dazu konfiguriert, die Stromversorgung des elektrisch erwärmten LTNA zu steuern. Gleichermaßen ist die Steuerung ist betriebsfähig an die Kraftstoffeinspritzvorrichtung gekoppelt, die dem elektrisch erwärmten LTNA vorgelagert positioniert ist, und ist dazu konfiguriert, den Zeitpunkt und die Menge des von der Einspritzvorrichtung eingespritzten Kraftstoffs zu steuern. Der erste Sensor 203 kann positioniert sein, um die Temperatur des Abgases an oder der Kraftstoffeinspritzvorrichtung vorgelagert zu messen, und der zweite Sensor 205 kann positioniert sein, um die Temperatur am elektrisch erwärmten LTNA zu messen.
  • 2F zeigt ein weiteres beispielhaftes System 250. Ähnlich wie das System 200 beinhaltet das System 250 die SCR-Vorrichtung 204, den exothermen Katalysator 206 und den PF 208, die im Abgaskanal dem Motor 10 nachgelagert positioniert sind, sowie die Vielzahl von Sensoren. Das System 250 beinhaltet einen LTNA 252, der dem Motor 10 nachgelagert und der SCR-Vorrichtung 204 vorgelagert positioniert ist. Der LTNA 252 ist ein nichteinschränkendes Beispiel des LTNA 82. Eine elektrische Heizeinrichtung 251 ist dem LTNA 252 vorgelagert positioniert. Die elektrische Heizeinrichtung 251 kann eine Widerstandsheizeinrichtung oder eine andere geeignete Heizeinrichtung sein, deren Temperatur ansteigt, wenn der Heizeinrichtung Strom zugeführt wird. Zusätzlich kann Wärme über die elektrische Heizeinrichtung 251 durch die Reaktion von Kraftstoff erzeugt werden, der von einer Einspritzvorrichtung der elektrischen Heizeinrichtung 251 vorgelagert eingespritzt wird. Eine Steuerung (z. B. die Steuerung 12 aus 1) ist betriebsmäßig an die elektrische Heizeinrichtung 251 gekoppelt und ist dazu konfiguriert, die Stromversorgung der elektrischen Heizeinrichtung zu steuern. Gleichermaßen ist die Steuerung ist betriebsfähig an die Kraftstoffeinspritzvorrichtung gekoppelt, die der elektrischen Heizeinrichtung vorgelagert positioniert ist, und ist dazu konfiguriert, den Zeitpunkt und die Menge des von der Einspritzvorrichtung eingespritzten Kraftstoffs zu steuern. Der erste Sensor 203 kann positioniert sein, um die Temperatur des Abgases an oder der Kraftstoffeinspritzvorrichtung vorgelagert zu messen, und der zweite Sensor 205 kann positioniert sein, um die Temperatur an der elektrischen Heizeinrichtung oder dieser vorgelagert und dem LTNA vorgelagert zu messen.
  • Somit zeigen die 2A-2F beispielhafte Abgasbehandlungssysteme, die in einem Abgassystem eines Fahrzeugs beinhaltet sein können. Jedes beispielhafte in den 2A-2F veranschaulichte Abgasbehandlungssystem beinhaltet einen LTNA und einen oder mehrere Mechanismen zum Erwärmen des Abgases am LTNA oder diesem vorgeschaltet. Der LTNA ist dazu konfiguriert, NOx im Abgas bei relativ kalten Abgastemperaturen zu speichern und das gespeicherte NOx bei höheren Temperaturen (z. B. bei 200 oder 250 °C) freizusetzen, wobei das NOx dann durch eine nachgelagerte SCR-Vorrichtung umgewandelt wird. Unter bestimmten Bedingungen, wie z. B. bei längerem Motorbetrieb mit niedriger Last nach einem Kaltstart, kann der LTNA jedoch mit NOx gesättigt werden, was verursacht, dass etwas NOx aus dem LTNA entweicht, bevor sich die nachgelagerte SCR-Vorrichtung auf ihre Anspringtemperatur erwärmt hat, was verursachen kann, dass unbehandeltes NOx an die Atmosphäre abgegeben wird. Somit kann die Erwärmung des Abgases am LTNA oder diesem vorgelagert derartig gesteuert werden, dass die nachgelagerte SCR-Vorrichtung auf ihre Anspringtemperatur gebracht wird, bevor der LTNA mit NOx gesättigt ist. Der Wärmeerzeugungsmechanismus/die Wärmeerzeugungsmechanismen am LTNA oder diesem vorgelagert können auch während der Partikelfilterregeneration und -desulfatierung des LTNA genutzt werden, um den LTNA und das Abgas schnell zu erwärmen.
  • Die vorstehend unter Bezugnahme auf die 2A-2F beschriebenen Systeme können gesteuert und überwacht werden, um die Langzeitfunktionsfähigkeit der Wärmeerzeugungsmechanismen sicherzustellen. Die Vielzahl von Sensoren ist beinhaltet, um diese Funktionen zu überwachen, was die NOx-Reduktion, die Wärmeerzeugung und den Wärmeverlust beinhaltet. In einigen Beispielen sind mindestens zwei NOx-Sensoren beinhaltet, um LTNA-NOx-Adsorption/- Desorption und NOx-Auspuffemissionen zu überwachen, obwohl NOx bei abgeschaltetem Motor durch ein NOx-Motormodell ersetzt werden kann. Mindestens zwei Drucksensoren oder ein Differenzdrucksensor werden verwendet, um die Filterrußbeladung zu überwachen. Die Abgastemperatursensoren (RTDs oder Ähnliches) werden verwendet, um Folgendes zu überwachen: die Abgastemperatur an der Stelle der Kraftstoffeinspritzvorrichtung; die Temperatur der elektrischen Heizeinrichtung und/oder des elektrisch erwärmten Katalysators und die Temperatur für eine wirksame Kraftstoffeinspritzung auf den EHC (Anspringtemperatur, Tlo = 150 °C und vorzugsweise bei Tlo = 200 °C); eine Schwellenwerttemperatur für eine wirksame wässrige Harnstoffeinspritzung, Tth = 150 °C und vorzugsweise bei Tth = 180 °C; die exotherme Erzeugung durch den EHC- und LTNA-Teil (z. B. die vom dritten Sensor gemessene Temperatur stromabwärts der LTNA abzüglich der Temperatur bei abgeschaltetem Motor, wie vom ersten Sensor gemessen); eine Schwellenwerttemperatur für eine wirksame Kraftstoffeinspritzung, wenn eine Filterregeneration erforderlich ist, > 350 °C und vorzugsweise > 400 °C; die exotherme Erzeugung durch den exothermen Katalysator (Ex), wenn eine Filterregeneration erforderlich ist, Soll > 600 °C und vorzugsweise > 650 °C; und Partikelfilteraustrittstemperaturen während der Filterregeneration, Soll < 700 °C und vorzugsweise < 750 °C.
  • 1 und die 2A-2F zeigen beispielhafte Konfigurationen mit einer relativen Positionierung der unterschiedlichen Komponenten. Wenn sie als einander direkt berührend oder direkt gekoppelt gezeigt sind, können derartige Elemente in mindestens einem Beispiel als einander direkt berührend bzw. direkt gekoppelt bezeichnet werden. Gleichermaßen können Elemente, die aneinander anliegend oder angrenzend gezeigt sind, in mindestens einem Beispiel aneinander anliegen bzw. angrenzen. Als ein Beispiel können Komponenten, die in flächenteilendem Kontakt zueinander liegen als in flächenteilendem Kontakt bezeichnet werden. Als ein weiteres Beispiel können Elemente, die voneinander getrennt angeordnet sind, wobei sich dazwischen nur eine Lücke und keine anderen Komponenten befinden, in mindestens einem Beispiel als solche bezeichnet werden. Als noch ein weiteres Beispiel können Elemente, die über-/untereinander, an gegenüberliegenden Seiten voneinander oder links/rechts voneinander gezeigt sind, in Bezug aufeinander als solche bezeichnet werden. Ferner kann, wie in den Figuren gezeigt, ein oberstes Element oder ein oberster Punkt eines Elements in mindestens einem Beispiel als „Oberseite“ der Komponente bezeichnet werden und ein unterstes Element oder ein unterster Punkt des Elements als „Unterseite“ der Komponente bezeichnet werden. Im hier verwendeten Sinne können sich Oberseite/Unterseite, obere(r/s)/untere(r/s), über/unter auf eine senkrechte Achse der Figuren beziehen und können verwendet werden, um die Positionierung von Elementen der Figuren in Bezug aufeinander zu beschreiben. Demnach sind in einem Beispiel Elemente, die über anderen Elementen gezeigt sind, senkrecht über den anderen Elementen positioniert. Als noch ein weiteres Beispiel können Formen der Elemente, die in den Figuren abgebildet sind, als diese Formen aufweisend bezeichnet werden (wie z. B. als kreisförmig, gerade, eben, gekrümmt, abgerundet, abgeschrägt, abgewinkelt oder dergleichen). Ferner können Elemente, die sich der Darstellung nach schneiden, in mindestens einem Beispiel als einander schneidende Elemente oder einander schneidend bezeichnet werden. Noch ferner kann ein Element, das innerhalb eines anderen Elements oder außerhalb eines anderen Elements gezeigt ist, in einem Beispiel als derartiges bezeichnet sein. Es versteht sich, dass eine oder mehrere Komponenten, die als „im Wesentlichen ähnlich und/oder identisch“ bezeichnet sind, sich je nach Herstellungstoleranzen (z. B. innerhalb von 1-5 % Abweichung) voneinander unterscheiden.
  • Unter Bezugnahme auf 3 ist nun ein beispielhaftes Verfahren 300 für ein Mehrkomponentenabgasbehandlungssystem gezeigt. Das Abgasbehandlungssystem kann Folgendes umfassen: einen Dieseloxidationskatalysator (diesel oxidation catalyst - DOC), einen Niedertemperatur-Stickoxid-(NOx-)Adsorber (LTNA), eine Vorrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR) und/oder einen Dieselpartikelfilter (DPF). Der DOC, LTNA, die SCR-Vorrichtung und der DPF können der DOC 80, der LTNA 82, der SCR-Katalysator 86 bzw. der DPF 88 aus 1 und/oder der LTNA, die SCR-Vorrichtung und der PF aus den 2A-2F. Anweisungen zum Ausführen des Verfahrens 300 und der weiteren in dieser Schrift beinhalteten Verfahren können durch eine Steuerung auf der Grundlage von auf einem Speicher der Steuerung gespeicherten Anweisungen und in Verbindung mit von Sensoren des Motorsystems empfangenen Signalen ausgeführt werden, wie etwa den vorstehend unter Bezugnahme auf 1 und/oder die 2A-2F beschriebenen Sensoren. Zum Beispiel können die Sensoren 90, 92, 94 und/oder 96 und/oder die Sensoren 203, 205, 207, 209, 211 und/oder 213 der Steuerung 12 des Motorsystems 7 eine Rückmeldung bereitstellen. Ferner kann die Steuerung Motoraktoren des Motorsystems einsetzen, um den Motorbetrieb gemäß den nachfolgend beschriebenen Verfahren einzustellen.
  • Bei 302 bestimmt das Verfahren 300, ob Kaltstartbedingungen erfüllt sind. Die Steuerung kann Messungen von einem oder mehreren Motorbetriebsparametern, wie etwa Motortemperatur, Motordrehzahl und/oder Abgasluft-Kraftstoff-Verhältnis (AFR), erlangen und/oder dieselben schätzen und einen Motorkaltstart auf Grundlage der geschätzten Bedingungen ableiten. Ein Motorstart kann als Reaktion auf eine Anfrage nach angeschaltetem Motor, wie etwa Ereignis der eingeschalteten Zündung, eine Betätigung einer Motorstarttaste, Fernzugriffsstart oder einen automatisch erzeugten Befehl zum Starten des Motors (z. B. als Reaktion auf eine vom Bediener geforderte Drehmomentanforderung, welche die Leistung eines Motors übersteigt, wenn das Fahrzeug ein Hybridfahrzeug ist) bestätigt werden. Kaltstartbedingungen können als Reaktion darauf erfüllt werden, dass die Motortemperatur zum Zeitpunkt des Motorstarts niedriger als ein Schwellenwert ist, wie zum Beispiel, dass der Motor zum Zeitpunkt des Motorstarts Umgebungstemperatur aufweist. In einem anderen Beispiel kann die Schwellenwerttemperatur eine Motortemperatur sein, die einer Abgastemperatur entspricht, die gleich einer Anspringtemperatur eines Abgaskatalysators ist. Unter Bezugnahme auf das Abgassystem aus 1, wobei mehrere Abgaskatalysatoren an den Abgaskanal gekoppelt sind, kann die Schwellenwerttemperatur von einer Anspringtemperatur jedes Abgaskatalysators abhängig sein. Zum Beispiel kann die Schwellenwerttemperatur ein Minimum oder Maximum von einer oder mehreren Anspringtemperaturen der Abgaskatalysatoren sein. Zum ein weiteres Beispiel kann die Schwellenwerttemperatur ein statistischer oder gewichteter Mittelwert von einer oder mehreren Anspringtemperaturen der Abgaskatalysatoren sein. Kaltstartbedingungen können außerdem auf Grundlage der Tatsache abgeleitet werden, dass eine Umgebungstemperatur unter einer Schwellenwerttemperatur liegt.
  • Wenn die Kaltstartbedingungen erfüllt sind, zum Beispiel, wenn die Motortemperatur geringer als der Schwellenwert ist, geht das Verfahren 300 zu 304 über, um Abgas durch einen Abgaskanal zu leiten. Das Leiten des Abgases durch den Abgaskanal kann das Leiten des Abgases durch Komponentenkatalysatoren des Abgasbehandlungssystems beinhalten. Die Anordnung der Katalysatoren des Abgasbehandlungssystems kann derartig sein, dass das Abgas durch den DOC strömt, gefolgt vom LTNA, gefolgt vom SCR-Katalysator, gefolgt vom DPF, obwohl andere Anordnungen der Katalysatoren des Abgasbehandlungssystems eingesetzt werden können (z. B. kann der DOC weggelassen werden). Unmittelbar nach dem Kaltstart sind möglicherweise ein oder mehrere Katalysatoren im Abgasbehandlungssystem nicht angeschaltet. Zum Beispiel kann der DOC abgeschaltet sein und möglicherweise keine HC-Oxidation durchführen. Als ein weiteres Beispiel kann der SCR-Katalysator abgeschaltet sein und möglicherweise keine NOx-Reduktion durchführen.
  • Das Leiten des Abgases durch den Abgaskanal kann bei 306 das Speichern von NOx im LTNA beinhalten. Wie vorstehend unter Bezugnahme auf 1 erläutert, kann der LTNA dazu konfiguriert sein, NOx bei Temperaturen unterhalb einer Schwellenwerttemperatur (z. B. 180, 200 oder 250 °C) zu speichern. Nach dem Strömen durch den LTNA kann das Abgas durch die abgeschaltete SCR-Vorrichtung strömen. Ferner kann bei 308 das Strömen des Abgases das Speichern von Partikeln am Partikelfilter (PF) beinhalten. Zum Beispiel kann das Abgas nach dem Durchlaufen der abgeschalteten SCR-Vorrichtung durch den PF strömen, bei dem Partikel (particulate matter -PM) eingefangen werden können. Nach dem Strömen durch die katalytischen Komponenten kann das Abgas durch das Auspuffrohr strömen, um freigesetzt zu werden. Durch das Anordnen der katalytischen Komponenten im Abgaskanal mit dem der SCR-Vorrichtung vorgelagerten LTNA können Kaltstartemissionen auch während Bedingungen gelöst werden, wenn die SCR-Vorrichtung abgeschaltet ist.
  • Bei 310 wird der LTNA auf mindestens eine erste Schwellenwerttemperatur (T1) erwärmt. Der LTNA kann erwärmt werden, so dass der Auslass des LTNA (z. B. das aus dem LTNA strömende Abgas) die erste Schwellenwerttemperatur erreicht oder überschreitet. Die Temperatur am Auslass des LTNA kann auf Grundlage eines Signals bestimmt werden, das von einem Temperatursensor ausgegeben wird, der dem LTNA nachgelagert positioniert ist, wie etwa der dritte Sensor 207 aus den 2A-2F. Die erste Schwellenwerttemperatur kann größer oder gleich der Anspringtemperatur der nachgelagerten SCR-Vorrichtung sein, wie etwa 150-180 °C. Die Art und Weise, in welcher der LTNA erwärmt wird, kann auf der spezifischen Anordnung des Abgasbehandlungssystems basieren und insbesondere darauf, welcher Heizmechanismus/ welche Heizmechanismen im Abgasbehandlungssystem vorhanden ist/sind. Zum Beispiel kann, wie bei 312 angegeben, das Erwärmen des LTNA das Anschalten einer elektrischen Heizeinrichtung (EH) oder der elektrischen Heizelemente eines elektrisch erwärmten Katalysators (electrically heated catalyst - EHC) oder elektrisch erwärmten LTNA beinhalten. Zum Beispiel kann unter Bezugnahme auf 2A die elektrische Heizeinrichtung 201 angeschaltet werden, um den LTNA 202 zu erwärmen. In anderen Beispielen können die Heizelemente des elektrisch erwärmten LTNA 212 aus 2B angeschaltet sein, kann der elektrisch erwärmte Katalysator 231 aus 2D angeschaltet sein, können die Elemente des elektrisch erwärmten LTNA 242 aus 2E angeschaltet sein oder kann die elektrische Heizeinrichtung 251 aus 2F angeschaltet sein. Ferner kann zusätzlich oder alternativ das Erwärmen des LTNA das Einspritzen von Kraftstoff dem LTNA vorgelagert beinhalten, wie bei 314 angegeben. Wenn zum Beispiel das Abgasbehandlungssystem eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung dem LTNA vorgelagert beinhaltet (wie etwa das System 220 aus 2C, das System 230 aus 2D, das System 240 aus 2D oder das System 250 aus 2F), kann Kraftstoff eingespritzt werden, so dass der Kraftstoff eine exotherme Reaktion in einem nachgelagerten Katalysator/Reaktor, wie etwa der exotherme Katalysator 221, EHC 231 usw., verursachen kann
  • Zum Beispiel kann unter Bezugnahme auf 2D, wenn der LTNA 232 während eines Kaltstarts erwärmt wird, der EHC 231 angeschaltet sein, bis der EHC 231 eine vorbestimmte Temperatur erreicht (z. B. wie durch den zweiten Sensor 205 gemessen). Sobald der EHC 231 die vorbestimmte Temperatur erreicht, kann die Kraftstoffeinspritzung über die dem EHC vorgelagerte Einspritzvorrichtung beginnen. Der Kraftstoff kann im EHC 231 reagieren, wodurch die Temperatur des Abgases, das in den LTNA eingelassen und zur nachgelagerten SCR-Vorrichtung geleitet wird, weiter erhöht wird. Die vorbestimmte Temperatur, bei der die Kraftstoffeinspritzung beginnen kann, kann eine Temperatur am EHC sein (z. B. wie durch den zweiten Sensor 205 gemessen), die eine Reaktion des Kraftstoffs am EHC auslösen kann, wie etwa 150-200 °C.
  • Bei 316 bestimmt das Verfahren 300, ob der LTNA-Auslass die erste Schwellenwerttemperatur (T1) erreicht hat. Wenn der LTNA-Auslass die erste Schwellenwerttemperatur nicht erreicht hat, kehrt das Verfahren 300 zu 304 zurück und fährt fort, Abgas durch den Abgaskanal zu leiten, während der LTNA erwärmt wird, entweder durch das Anschalten der elektrischen Heizeinrichtung, durch Kraftstoffeinspritzung oder durch beides. Da der LTNA noch immer unter der ersten Schwellenwerttemperatur liegt, wird NOx weiterhin im LTNA gespeichert.
  • Wenn bei 316 bestimmt wird, dass die LTNA-Auslasstemperatur die erste Schwellenwerttemperatur erreicht hat, geht das Verfahren 300 zu 318 über, um Abgas durch den Abgaskanal zu leiten, wobei die Abgastemperatur bei oder über der ersten Schwellenwerttemperatur liegt. Das Leiten des Abgases durch den Abgaskanal bei 318 kann das freisetzen von NOx aus dem LTNA beinhalten, wie bei 320 angegeben. Aufgrund der höheren Temperatur des LTNA kann NOx, das vorher im LTNA gespeichert war, aus dem LTNA freigesetzt werden, wo das freigesetzte NOx zur nachgelagerten SCR-Vorrichtung gelangt. Dementsprechend und weil die SCR-Vorrichtung nun auf ihrer Anspringtemperatur ist, wird Harnstoff (oder ein anderes Reduktionsmittel) in die SCR-Vorrichtung eingespritzt, wie bei 322 angegeben. Die SCR-Vorrichtung kann dann das freigesetzte NOx umwandeln, wie bei 324 angegeben. Ferner wird PM weiterhin im PF gespeichert, wie bei 326 angegeben. In einigen Beispielen kann der LTNA dazu konfiguriert sein, NOx freizusetzen, nachdem die SCR-Vorrichtung auf ihrer Anspringtemperatur ist, um sicherzustellen, dass die SCR-Vorrichtung in der Lage ist, das NOx umzuwandeln, das letztendlich aus dem LTNA freigesetzt wird.
  • Sobald die LTNA-Auslasstemperatur die erste Schwellenwerttemperatur erreicht hat und die Einspritzung von Reduktionsmittel in die SCR-Vorrichtung begonnen hat, kann das Erwärmen des LTNA angehalten werden oder das Erwärmen kann fortgesetzt werden, bis die Abgastemperatur bei abgeschaltetem Motor ausreichend hoch ist, um eine Tätigkeit an der SCR-Vorrichtung ohne zusätzliches Erwärmen aufrechtzuerhalten. In einem Beispiel kann das Erwärmen des LTNA gestoppt werden, sobald die erste Schwellenwerttemperatur erreicht ist, kann jedoch erneut gestartet werden, wenn die LTNA-Auslasstemperatur unter die erste Schwellenwerttemperatur fällt. In einigen Beispielen kann das Erwärmen des LTNA fortgesetzt werden, bis die dem LTNA-Heizmechanismus vorgelagerte Abgastemperatur (z. B. wie durch den ersten Sensor 203 gemessen) eine vorbestimmte Temperatur erreicht, die höher als die erste Schwellenwerttemperatur ist (um den Wärmeverlust durch den LTNA und den Abgaskanal zu berücksichtigen), wie etwa 200-250 °C.
  • Bei 328 werden die Desulfatierung (deSOx) des LTNA und/oder die Regeneration des Partikelfilters wie angegeben eingeleitet, was nachfolgend unter Bezugnahme auf 4 ausführlicher erläutert wird. Kurz gesagt, kann die PF-Regeneration eingeleitet werden, wenn eine Rußbeladung des Partikelfilters eine Rußschwellenwertbeladung erreicht. Die PF-Regeneration kann das Erwärmen des Partikelfilters beinhalten, um die Verbrennung der auf dem Partikelfilter gespeicherten Partikel einzuleiten. Eine deSOx des LTNA kann eingeleitet werden, wenn eine geschätzte Schwefelbelastung/Schwefelexposition des LTNA größer als ein Schwefelbelastungs-/-expositionsschwellenwert ist. Die deSOx des LTNA kann das Erwärmen des LTNA umfassen, um die Freisetzung von gespeichertem Schwefel aus dem LTNA einzuleiten. Sowohl bei der PF-Regeneration als auch bei der LTNA-deSOx kann der LTNA unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Heizmechanismen erwärmt werden, und in mindestens einigen Beispielen können die LTNA-deSOx und PF-Regeneration aufeinander abgestimmt werden, um eine unnötige Erwärmung des LTNA zu verringern. Das Verfahren 300 kehrt dann zurück.
  • 4 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren 400 zum Durchführen einer Partikelfilterregeneration und/oder LTNA-Desulfatierung (als eine deSOx bezeichnet) veranschaulicht. Das Verfahren 400 kann als Teil des Verfahrens 300 ausgeführt werden (z. B. sobald die SCR-Anspringtemperatur erreicht ist, können die PF-Rußbeladung und die LTNA-Schwefelexposition überwacht werden) und/oder kann parallel zum Verfahren 300 ausgeführt werden. Somit kann das Verfahren 400 auf ein Mehrkomponentenabgasbehandlungssystem gerichtet sein. Das Abgasbehandlungssystem kann Folgendes umfassen: einen Dieseloxidationskatalysator (diesel oxidation catalyst - DOC), einen Niedertemperatur-Stickoxid-(NOx-)Adsorber (LTNA), eine Vorrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR) und/oder einen Dieselpartikelfilter (DPF). Der DOC, LTNA, die SCR-Vorrichtung und der DPF können der DOC 80, der LTNA 82, der SCR-Katalysator 86 bzw. der DPF 88 aus 1 und/oder der LTNA, die SCR-Vorrichtung und der DPF aus den 2A-2F. Anweisungen zum Durchführen des Verfahrens 400 können durch eine Steuerung auf Grundlage von Anweisungen, die in einem Speicher der Steuerung gespeichert sind, und in Verbindung mit Signalen ausgeführt werden, die von Sensoren eines Motorsystems, wie etwa den vorangehend in Bezug auf 1 und/oder die 2A-2F beschriebenen Sensoren, empfangen werden. Zum Beispiel können die Sensoren 90, 92, 94 und/oder 96 und/oder die Sensoren 203, 205, 207, 209, 211 und/oder 213 der Steuerung 12 des Motorsystems 7 eine Rückmeldung bereitstellen. Ferner kann die Steuerung Motoraktoren des Motorsystems einsetzen, um den Motorbetrieb gemäß den nachfolgend beschriebenen Verfahren einzustellen.
  • Bei 402 wird die Rußbeladung des Partikelfilters bestimmt und die Schwefelexposition gegenüber dem LTNA wird bestimmt. Die Rußbeladung des Partikelfilters kann auf Grundlage eines Druckabfalls am Partikelfilter bestimmt werden, der auf Grundlage einer Ausgabe von einem oder mehreren Drucksensoren bestimmt werden kann, die im Abgaskanal positioniert sind. Andere Methoden zum Bestimmen der Rußbeladung sind möglich, wie etwa ein Rußmodell auf Grundlage von Motorbetriebsparametern. Die Schwefelexposition gegenüber dem LTNA kann auf Grundlage eines bekannten oder geschätzten Schwefelgehalts des dem Motor zugeführten Kraftstoffs (der auf einer geografischen Region basieren kann, in der das Fahrzeug betrieben wird, da der Schwefelgehalt des Kraftstoffs geografisch variieren kann, oder auf Grundlage eines „Worst-Case-Szenarios“ für den Schwefelgehalt des Kraftstoffs) und anderen Motorbetriebsparametern bestimmt werden, wie etwa die Kraftstoffzufuhrrate zum Motor.
  • Bei 404 bestimmt das Verfahren 400, ob die Rußbeladung des Partikelfilters über einem Rußbeladungsschwellenwert liegt. Der Rußbeladungsschwellenwert kann eine Rußbeladung sein, bei welcher der durch die Rußbeladung verursachte Gegendruck die Motorleistung (z. B. kann der erhöhte Gegendruck den Motorwirkungsgrad verringern, was zu einem erhöhten Kraftstoffverbrauch führt) und/oder eine Rußbeladung negativ zu beeinflussen beginnt, bei der eine Partikelfilterregeneration angezeigt ist. In einem Beispiel kann die Rußbeladung auf Grundlage eines Druckabfalls am Partikelfilter bestimmt werden, und wenn der Druckabfall einen Schwellenwertdruckabfall erreicht, kann abgeleitet werden, dass die Rußbeladung am Partikelfilter die Schwellenwertrußbeladung erreicht hat.
  • Wenn die Rußbeladung über dem Rußschwellenwert liegt, geht das Verfahren 400 zu 406 über, um eine Partikelfilterregeneration durchzuführen, um den im Partikelfilter angesammelten Ruß abzubrennen. Das Durchführen der Partikelfilterregeneration kann das Erwärmen des durch den LTNA strömenden Abgases beinhalten, so dass die Temperatur am LTNA-Auslass eine zweite Schwellenwerttemperatur (T2) erreicht oder überschreitet. In einem Beispiel kann die zweite Schwellenwerttemperatur 500 °C betragen.
  • Der LTNA kann unter Verwendung eines oder mehrerer der vorstehend unter Bezugnahme auf die 2A-2F beschriebenen Heizmechanismen erwärmt werden. Zum Beispiel kann eine elektrische Heizeinrichtung angeschaltet werden und/oder Kraftstoff kann in einen Katalysator/Reaktor eingespritzt werden, um Exothermen zur Erwärmung des Abgases am LTNA oder diesem vorgelagert zu erzeugen. Als spezielles Beispiel kann unter Bezugnahme auf 2D der elektrisch erwärmte Katalysator angeschaltet werden (z. B. um den EHC auf eine Temperatur zu erwärmen, die ausreicht, um eine Kraftstoffverbrennung zu verursachen), und Kraftstoff kann dem elektrisch erwärmten Katalysator vorgelagert eingespritzt werden. Der Kraftstoff kann über dem EHC verbrennen und die LTNA-Auslasstemperatur auf die zweite Schwellenwerttemperatur erhöhen. Zusätzlich kann in einigen Beispielen das Erwärmen des LTNA das Anpassen des Kraftstoffeinspritzzeitpunkts eines oder mehrerer Zylinder des Motors beinhalten, um ein nahes Nacheinspritzereignis (das die LTNA-Einlasstemperatur auf mindestens 200 °C erhöhen kann) und/oder ein fernes Nacheinspritzereignis (das die Kraftstoffeinspritzung im Abgas ergänzen oder an deren Stelle treten kann), das zum Beispiel im EHC reagieren kann, um die LTNA-Auslasstemperatur auf die zweite Schwellenwerttemperatur zu erhöhen. Die nahe Kraftstoffnacheinspritzung kann nahe dem Beginn des Arbeitstakts an den Zylinder abgegeben werden, während sich der Kolben nahe dem oberen Totpunkt (OT) des Zylinders befindet. Die ferne Kraftstoffnacheinspritzung kann nahe dem Ende des Arbeitstakts an den Zylinder abgegeben werden, während sich der Kolben nahe dem unteren Totpunkt (UT) des Zylinders befindet. In einigen Beispielen kann eine ferne Kraftstoffnacheinspritzung eine Kraftstoffeinspritzung beinhalten, die während der zweiten Hälfte eines Arbeitstakts abgegeben wird, und eine nahe Kraftstoffnacheinspritzung kann eine Kraftstoffeinspritzung beinhalten, die während der ersten Hälfte eines Arbeitstakts abgegeben wird. Es versteht sich jedoch, dass in anderen Beispielen die nahen und fernen Nacheinspritzungen durch andere Metriken gekennzeichnet sein können. Zum Beispiel kann eine ferne Nacheinspritzung ein oder mehrere Kraftstoffeinspritzereignisse beinhalten, die das vom Motor erzeugte Drehmoment nicht deutlich erhöhen, und eine nahe Nacheinspritzung kann ein oder mehrere Kraftstoffeinspritzereignisse beinhalten, die das vom Motor erzeugte Drehmoment deutlich erhöhen. Die nahe und/oder ferne Kraftstoffnacheinspritzung kann umgesetzt sein, um die Temperatur des Abgases über eine mindestens teilweise exotherme Reaktion zu erhöhen.
  • Durch das Erwärmen des LTNA, um die PF-Regeneration wie vorstehend beschrieben einzuleiten, wird jegliches NOx, das möglicherweise noch im LTNA gespeichert ist, desorbiert und somit wird der LTNA beim nächsten Kaltstart seine maximale Kapazität aufweisen. Das Erwärmen des LTNA über einen elektrischen Mechanismus senkt das Entweichen von Kohlenwasserstoff, der bei nachträglich eingespritztem Kraftstoff auftreten kann. Nachträglich eingespritzter Kraftstoff in den Zylindern kann jedoch vollständiger verbrannt werden als eine Einspritzung ins Abgas.
  • Das Durchführen der PF-Regeneration beinhaltet ebenfalls das Erwärmen des Abgases am Partikelfiltereinlass auf eine Temperatur, die mindestens eine dritte Schwellenwerttemperatur (T3) beträgt, während der PF-Auslass auf einer Temperatur gehalten wird, die geringer als eine vierte Schwellenwerttemperatur (T4) ist. Das Abgas am PF-Einlass kann durch in den exothermen Katalysator eingespritzten Kraftstoff erwärmt werden, der sich dem Partikelfilters vorgelagert befindet (z. B. der exotherme Katalysator 206 aus den 2A-2F). Die Temperatur am PF-Einlass kann über ein Signal überwacht werden, das vom fünften Sensor 211 ausgegeben wird, und die Temperatur am PF-Auslass kann über ein Signal überwacht werden, das vom sechsten Sensor 213 ausgegeben wird. In einigen Beispielen kann Kraftstoff erst dann in den exothermen Katalysator eingespritzt werden, wenn die dem exothermen Katalysator vorgelagerte Temperatur (z. B. wie durch den vierten Sensor 209 gemessen) eine vorbestimmte Temperatur erreicht, wie z. B. 350 °C oder mehr. Die dritte Schwellenwerttemperatur kann 600-650°C betragen und die vierte Schwellenwerttemperatur in mindestens einigen Beispielen 700 °C betragen. Die Kraftstoffeinspritzmenge und/oder die Häufigkeit von Kraftstoffeinspritzereignissen kann eingestellt werden, um den PF auf den vorstehend beschriebenen Temperaturen zu halten. In einigen Beispielen kann das Erwärmen des LTNA auch eingestellt werden, um den PF auf vorstehend beschriebenen Temperaturen zu halten.
  • Das Durchführen der PF-Regeneration kann ferner das Aufrechterhalten eines mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnisses (AFR) während der PF-Regeneration beinhalten, wie bei 412 angegeben. Zum Beispiel kann der Abgassauerstoffpegel auf >1 % und vorzugsweise über 2 % während der PF-Regeneration gehalten werden, um ausreichend Sauerstoff zuzuführen, um mit dem Kraftstoff zu reagieren, um den Partikelfilter zu erwärmen. In einigen Beispielen kann ein Sauerstoffsensor dem Partikelfilter nachgelagert positioniert sein und die Kraftstoffeinspritzmengen zum Motor können gesteuert werden, um den dem Partikelfilter nachgelagerten Sauerstoffpegel bei 1-2 % oder höher zu halten. Zusätzlich kann das magere AFR den Kraftstoffverbrauch des Motors verringern und die Motorleistung aufrechterhalten.
  • Bei 414 bestimmt das Verfahren 400, ob die Rußbeladung des Partikelfilters bei oder unter einer Sollrußbeladung liegt. Die Sollrußbeladung kann im Wesentlichen keine nachweisbare Rußbeladung (z. B. ein Druckabfall von Null oder ein anderweitig kleiner Druckabfall, der für die Struktur des Partikelfilters verantwortlich ist, jedoch anzeigt, dass im Partikelfilter wenig oder keine Partikel gespeichert sind) oder eine andere geeignete Rußbeladung sein. Wenn die Rußbeladung die Sollrußbeladung nicht erreicht hat, kehrt das Verfahren 400 zu 406 zurück und setzt das Durchführen der Partikelfilterregeneration fort. Wenn die Rußbeladung die Sollrußbeladung erreicht hat, geht das Verfahren 400 zu 416 über und hält das Erwärmen des Partikelfilters und des LTNA (falls der LTNA noch erwärmt wird) an, um die Regeneration zu beenden. Das Verfahren 400 kehrt dann zurück.
  • Unter erneuter Bezugnahme auf 404, geht das Verfahren 400, wenn bestimmt wird, dass die Rußbeladung nicht über dem Rußschwellenwert liegt, zu 418 über, um zu bestimmen, ob die Schwefelexposition über einem Schwefelschwellenwert liegt. In einem Beispiel kann der Schwefelschwellenwert 2,5 g/L oder eine andere Schwefelmenge betragen, welche die Fähigkeit des LTNA verringert, NOx zu speichern. Eine Exposition von 2,5 g/L kann dazu führen, dass eine NOx-Adsorptionsfraktion des LTNA auf ungefähr 80 % abfällt und somit kann es wünschenswert sein, eine deSOx bei diesem Expositionsniveau durchzuführen, um eine weitere Beeinträchtigung der NOx-Adsorptionsfunktion zu verhindern. In einigen Beispielen kann der Schwefelschwellenwert auf Wirkungsgradzielen für die Speicherung und Freisetzung von NOx im LTNA basieren. Wenn die Schwefelexposition nicht über dem Schwefelschwellenwert liegt, geht das Verfahren 400 zu 402 über und fährt fort, die Rußbeladung des PF und die Schwefelexposition gegenüber dem LTNA zu überwachen. Wenn die Schwefelexposition größer als der Schwefelschwellenwert ist, geht das Verfahren 400 zu 420 über, um eine LTNA-deSOx durchzuführen. Das Durchführen der LTNA-deSOx beinhaltet das Erwärmen des LTNA (z. B. das Erwärmen des Abgases am LTNA/das den LTNA durchläuft), so dass die LTNA-Auslasstemperatur auf eine fünfte Schwellenwerttemperatur (T5) erhöht wird. Die fünfte Schwellenwerttemperatur kann 750 °C oder eine andere Temperatur sein, welche die Freisetzung von Schwefel aus dem LTNA verursacht.
  • Der LTNA kann unter Verwendung eines oder mehrerer der vorstehend unter Bezugnahme auf die 2A-2F beschriebenen Heizmechanismen erwärmt werden. Zum Beispiel kann eine elektrische Heizeinrichtung angeschaltet werden und/oder Kraftstoff kann in einen Katalysator/Reaktor eingespritzt werden, um Exothermen zur Erwärmung des Abgases am LTNA oder diesem vorgelagert zu erzeugen. Als spezielles Beispiel kann unter Bezugnahme auf 2D der elektrisch erwärmte Katalysator angeschaltet werden (z. B. um den EHC auf eine Temperatur zu erwärmen, die ausreicht, um eine Kraftstoffverbrennung zu verursachen), und Kraftstoff kann dem elektrisch erwärmten Katalysator vorgelagert eingespritzt werden. Der Kraftstoff kann über dem EHC verbrennen und die LTNA-Auslasstemperatur auf die fünfte Schwellenwerttemperatur erhöhen. Zusätzlich kann in einigen Beispielen das Erwärmen des LTNA das Anpassen der Kraftstoffeinspritzung in einen oder mehrere Zylinder des Motors beinhalten, um ein nahes Nacheinspritzereignis (das die LTNA-Einlasstemperatur auf mindestens 200 °C erhöhen kann) und/oder ein fernes Nacheinspritzereignis (das die Kraftstoffeinspritzung im Abgas ergänzen oder an deren Stelle treten kann), das Kraftstoff zuführen kann, um zum Beispiel im EHC zu reagieren, um die LTNA-Auslasstemperatur auf die fünfte Schwellenwerttemperatur zu erhöhen.
  • Das Durchführen der LTNA-deSOx kann ferner das Aufrechterhalten eines mageren Luft-Kraftstoff-Verhältnisses (AFR) während der LTNA-deSOx beinhalten, wie bei 424 angegeben. Zum Beispiel kann der Abgassauerstoffpegel auf >1 % und vorzugsweise über 2 % während der LTNA-deSOx gehalten werden, um ausreichend Sauerstoff zuzuführen, um mit dem Kraftstoff zu reagieren, um den LTNA zu erwärmen. Zusätzlich kann das magere AFR den Kraftstoffverbrauch des Motors verringern und die Motorleistung aufrechterhalten. Die Zusammensetzung des LTNA kann eine Schwefelfreisetzung unter mageren Bedingungen ermöglichen. Zum Beispiel bilden herkömmliche Mager-NOx-Abscheider (lean NOx traps - LTNs) auf Grundlage von Ce und/oder Ba stabilere Sulfate als ein zeolithisch basierter LTNA (wie in dieser Schrift beschrieben). Ce- und Ba-Sulfat können unter mageren Bedingungen zersetzt werden, erfordern jedoch sehr hohe Temperaturen, welche die Oberfläche zerstören und möglicherweise das Substrat verformen können. Ce- und Ba-Sulfat-Zersetzung unter fetten Bedingungen kann bei sinnvolleren Temperaturen auftreten, die den LNT nicht zerstören. Die Entfernung von Schwefel aus einem LTNA erfordert keine hohen Temperaturen, da die Sulfite/Sulfate, die im LTNA gespeichert sind, nicht so stabil sind, und das Entfernen der Sulfate/Sulfite kann sicher unter mageren Bedingungen durchgeführt werden.
  • Bei 426 beinhaltet das Verfahren 400 optional das Erwärmen des Abgases am PF-Einlass, um die Regeneration des Partikelfilters einzuleiten. Wie vorstehend erläutert, kann das aus dem LTNA austretende Abgas während einer LTNA-deSOx relativ heiß sein (z. B. 750 °C). Abhängig von der Konfiguration des Abgasbehandlungssystems kann das Abgas, das durch den Partikelfilter strömt, ausreichend Wärme speichern, um zu veranlassen, dass eine Partikelfilterregeneration auftritt. In einigen Beispielen kann es jedoch wünschenswert sein, die überschüssige Wärme zu nutzen, die durch die LTNA-deSOx erzeugt wird, um gleichzeitig den Partikelfilter zu regenerieren, auch wenn eine Partikelfilterregeneration auf Grundlage der aktuellen Rußbeladung des Partikelfilters nicht angezeigt ist. Zum Beispiel kann durch das Ausnutzen der Wärme, die bereits im Abgas von der LTNA-deSOx vorhanden ist, um den Partikelfilter zu regenerieren, der Kraftstoffverbrauch durch das Verzögern der nächsten Partikelfilterregeneration gesenkt werden. Somit kann, wenn eine Partikelfilterregeneration gewünscht ist (z. B., wenn der Partikelfilter nicht den Schwellenwert für die Rußbeladung aufweist, aber ausreichend Ruß aufweist, um eine Regeneration aufrechtzuerhalten, wie etwa die Hälfte des Schwellenwerts für die Rußbeladung), wenn jedoch die Temperatur am Partikelfilter weniger als nötig beträgt um die Regeneration einzuleiten/aufrechtzuerhalten (z. B. führt ein Wärmeverlust durch das Abgasbehandlungssystem dazu, dass die Partikelfiltertemperatur geringer als die vorstehend beschriebene dritte Schwellenwerttemperatur ist, oder die LTNA-deSOx endet, bevor die Partikelfilterregeneration abgeschlossen ist), eine zusätzliche Erwärmung des Partikelfilters durch das Einspritzen von Kraftstoff in den exothermen Katalysator des Partikelfilters bereitgestellt werden. Auf diese Weise kann der Partikelfilter während der LTNA-deSOx regeneriert werden, was die Kraftstoffmenge verringern kann, die benötigt wird, um die Partikelfilterregeneration durchzuführen.
  • Bei 428 bestimmt das Verfahren 400, ob ein voreingestellter Zeitraum verstrichen ist, seit der LTNA-Auslass die fünfte Schwellenwerttemperatur erreicht hat. Der voreingestellte Zeitraum kann ein ausreichender Zeitraum sein, um den gespeicherten Schwefel freizusetzen, und kann in einigen Beispielen auch 1-2 Minuten betragen. Wenn der voreingestellte Zeitraum nicht abgelaufen ist, kehrt das Verfahren 400 zu 420 zurück und fährt fort, die LTNA-deSOx durchzuführen. Wenn der voreingestellte Zeitraum abgelaufen ist, geht das Verfahren 400 zu 430 über, um das Erwärmen des LTNA zu beenden, um die deSOx zu beenden. Das Verfahren 400 kehrt dann zurück.
  • Somit stellt das Verfahren 400 die Durchführung einer Partikelfilterregeneration und/oder einer LTNA-Desulfatierung (deSOx) bereit, abhängig von der Partikelfilterrußbeladung und der LTNA-Schwefelexposition. Schwefel ist ein Katalysatorgift und kann aktive Stellen blockieren, wodurch der Katalysatorwirkungsgrad verringert wird. Schwefel kann auch Adsorptionsstellen einnehmen. Bei Technologien wie etwa LTNAs kann die Adsorption von Schwefel die Speicherkapazität für NOx verringern. Somit kann eine deSOx durchgeführt werden, um regelmäßig Schwefel aus dem LTNA zu entfernen und dessen NOx-Kapazität und den NOx-Speicherwirkungsrad zu verbessern. Das Entfernen von Schwefel kann auch die Funktion beliebiger nachgelagerter Komponenten verbessern, welche die S CR-Vorrichtung beinhalten.
  • Wie vorstehend beschrieben, befindet sich der in dieser Schrift offenbarte LTNA in einem Gasbehandlungssystem mit einem Partikelfilter, der eine aktive Regeneration bei hohen Temperaturen nutzt, und die Entfernung von Schwefel aus dem LTNA erfordert ebenfalls hohe Temperaturen. Somit kombiniert das vorstehend beschriebene Verfahren 400 die Regenerations-/Schwefelentfernungsstrategien für Kraftstoffeinsparungen. In einigen Beispielen kann, wenn bekannt ist, dass der im Motor verbrauchte Kraftstoff ein Kraftstoff mit hohem Schwefelgehalt ist, der Entfernung von Schwefel aus dem LTNA mit einer bedarfsgerechten Filterregeneration Vorrang eingeräumt werden. Wenn es sich bei dem Kraftstoff um einen Kraftstoff mit niedrigem Schwefelgehalt handelt, kann der Rußoxidation im Filter Vorrang eingeräumt werden, da sie wahrscheinlich häufiger auftritt als die deSOx.
  • Die NOx-Speicherfunktion und der deSOx-Prozess für den LTNA werden unter mageren Bedingungen durchgeführt, im Gegensatz zu einem herkömmlichen LNT, das Barium enthält, bei dem fette Bedingungen erforderlich sind, um Schwefel sicher zu entfernen, ohne den LNT zu zerstören. Der deSOx-Prozess für den LTNA tritt abhängig vom Schwefelgehalt des Kraftstoffs möglicherweise viel seltener als die Filterregenerierung auf. Die LTNA-deSOx kann mit einer Filterregeneration in Einklang gebracht werden oder hängt nicht von der Rußmenge im Filter ab. Die Filterregeneration kann außerdem unabhängig von einem deSOx-Ereignis durchgeführt werden und wird über die Verwendung einer nachgelagerten Kraftstoffeinspritzvorrichtung und eines exothermen Katalysators durch das System bereitgestellt. Das synergetische Kombinieren von deSOx und Filterregeneration kann potenziell zu Kraftstoff- und CO2-Finsparungen führen.
  • Die 5A und 5B zeigen ein beispielhaftes Zeitablaufdiagramm, das Parameter von Interesse veranschaulicht, die zum Beispiel während der Ausführung der Verfahrens 300 aus 3 und des Verfahrens 400 aus 4 beobachtet werden können. Ein erster Abschnitt 500 des Zeitablaufdiagramms ist in 5A gezeigt und einer zweiter Abschnitt 550 des Zeitablaufdiagramms ist in 5B gezeigt. Jede der 5A und 5B beinhaltet zehn Verläufe. Der erste Verlauf von oben ist ein Verlauf der Motorlast in Abhängigkeit von der Zeit (durch die Kurve 502 gezeigt), wobei die Motorlast entlang der y-Achse dargestellt ist (bei der die Werte der Motorlast entlang der y-Achse zum Beispiel von Leerlauf bis zu einer maximalen Nennlast ansteigen) und die Zeit entlang der x-Achse dargestellt ist. Der zweite Verlauf von oben ist ein Verlauf der Motortemperatur in Abhängigkeit von der Zeit (durch die Kurve 504 gezeigt), wobei die Motortemperatur entlang der y-Achse dargestellt ist (bei der die Werte der Motortemperatur entlang der y-Achse in Bezug auf die Umgebungstemperatur ansteigen) und die Zeit entlang der x-Achse dargestellt ist. Die Motortemperatur kann auf Grundlage der Ausgabe eines Motortemperatursensors, wie etwa des Sensors 112 aus 1, bestimmt werden. Der dritte Verlauf von oben ist ein Verlauf des Zustands der elektrischen Heizeinrichtung (wie etwa der Zustand der Heizelemente des elektrisch erwärmten Katalysators 231 aus 2D) in Abhängigkeit von der Zeit (durch die Kurve 506 gezeigt), wobei der Zustand der Heizeinrichtung entlang der y-Achse dargestellt ist (bei welcher der Zustand der Heizeinrichtung entweder angeschaltet oder abgeschaltet ist, obwohl es sich versteht, dass die Ausgabe der Heizeinrichtung zwischen keine Wärme und einer maximalen Wärmemenge moduliert werden kann) und der Zeit entlang der x-Achse dargestellt ist. Der vierte Verlauf von oben ist ein Verlauf der LTNA-Kraftstoffeinspritzung in Abhängigkeit von der Zeit (durch die Kurve 508 gezeigt), wobei der LTNA-Kraftstoffeinspritzungsstatus entlang der y-Achse dargestellt ist (bei der die LTNA-Kraftstoffeinspritzung entweder angeschaltet oder abgeschaltet ist, obwohl es sich versteht, dass die eingespritzte Kraftstoffmenge zwischen keinem Kraftstoff und einer maximalen Kraftstoffmenge sowie einer Häufigkeit von LTNA-Kraftstoffeinspritzereignissen moduliert werden kann) und die Zeit entlang der x-Achse dargestellt ist.
  • Der fünfte Verlauf von oben ist ein Verlauf der LTNA-Temperatur in Abhängigkeit von der Zeit (durch die Kurve 510 gezeigt, die eine LTNA-Auslasstemperatur darstellt, wie sie vom dritten Sensor 207 gemessen wird), wobei die LTNA-Temperatur entlang der y-Achse dargestellt ist (bei der die Werte der LTNA-Temperatur entlang der y-Achse wie gezeigt ansteigen) und die Zeit entlang der x-Achse dargestellt ist. Als Referenz, ist die Abgastemperatur bei abgeschaltetem Motor (z. B. wie vor dem LTNA durch den ersten Sensor 203 gemessen) durch die Kurve 512 gezeigt. Der sechste Verlauf von oben ist ein Verlauf des SCR-Reduktionsmittels in Abhängigkeit von der Zeit (durch die Kurve 514 gezeigt), wobei der SCR-Reduktionsmitteleinspritzungsstatus entlang der y-Achse dargestellt ist (bei der die SCR-Reduktionsmitteleinspritzung entweder angeschaltet oder abgeschaltet ist, obwohl es sich versteht, dass die eingespritzte Reduktionsmittelmenge zwischen keinem Reduktionsmittel und einer maximalen Reduktionsmittelmenge moduliert werden kann) und die Zeit entlang der x-Achse dargestellt ist. Es sollte ferner angemerkt werden, dass, sobald die SCR-Reduktionsmitteleinspritzung angeschaltet ist, das Reduktionsmittel nach Bedarf bereitgestellt wird, um die NOx-Umwandlung aufrechtzuerhalten, und nicht notwendigerweise zu allen in den 5A und 5B gezeigten Zeitpunkten bereitgestellt wird (z. B. zeigt die Tatsache, dass die SCR-Reduktionsmitteleinspritzung angeschaltet ist, an, dass das Reduktionsmittel eingespritzt werden kann, wenn dies angegeben ist).
  • Der siebente Verlauf von oben ist ein Verlauf der PF-Kraftstoffeinspritzung in Abhängigkeit von der Zeit (durch die Kurve 516 gezeigt), wobei der PF-Kraftstoffeinspritzungsstatus entlang der y-Achse dargestellt ist (bei der die PF-Kraftstoffeinspritzung entweder angeschaltet oder abgeschaltet ist, obwohl es sich versteht, dass die eingespritzte Kraftstoffmenge zwischen keinem Kraftstoff und einer maximalen Kraftstoffmenge moduliert werden kann und die Häufigkeit von Kraftstoffeinspritzungen ebenfalls moduliert werden kann) und die Zeit entlang der x-Achse dargestellt ist. Der achte Verlauf von oben ist ein Verlauf der PF-Temperatur in Abhängigkeit von der Zeit (durch die Kurve 518 gezeigt, die eine PF-Auslasstemperatur darstellt, wie sie vom sechsten Sensor 213 gemessen wird, und durch Kurve 519 gezeigt, die eine PF-Einlasstemperatur darstellt, wie sie vom fünften Sensor 211 gemessen wird), wobei die PF-Temperatur entlang der y-Achse dargestellt ist (bei der die Werte der PF-Temperatur entlang der y-Achse wie gezeigt ansteigen) und die Zeit entlang der x-Achse dargestellt ist. Als Referenz ist die Kurve 520 beinhaltet, die eine Temperatur der SCR-Vorrichtung nachgelagert und dem exothermen PF-Katalysator vorgelagert zeigt (z. B. wie durch den vierten Sensor 209 gemessen). Der neunte Verlauf von oben ist ein Verlauf des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Motors in Abhängigkeit von der Zeit (gezeigt durch die Kurve 522), wobei das Luft-Kraftstoff-Verhältnis entlang der y-Achse abgebildet ist (bei der Werte des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses in Bezug auf die Stöchiometrie dargestellt sind, wie durch die gestrichelte Linie gezeigt) und die Zeit entlang der x-Achse dargestellt ist. Der zehnte Verlauf ist eine Verlauf der LTNA-NOx-Speicherung in Abhängigkeit von der Zeit (gezeigt durch die Kurve 524), wobei die LTNA-NOx-Speicherung entlang der y-Achse dargestellt ist (bei der sich die Werte der LTNA-NOx-Speicherung entlang der y-Achse von leer, wobei wenig oder kein NOx im LTNA gespeichert ist, bis voll, wobei alle NOx-Speicherstellen des LTNA mit NOx gefüllt sind, erhöhen) und die Zeit entlang der x-Achse dargestellt ist. Die in den 5A und 5B veranschaulichten Verläufe sind zeitlich synchronisiert und Zeitpunkte von Interesse sind mit gestrichelten senkrechten Linien markiert.
  • Unter Bezugnahme auf 5A wird zunächst vor dem Zeitpunkt t1 ein Motorstart eingeleitet (z. B. führt ein Fahrzeugführer eine Ereignis mit eingeschalteter Zündung durch) und die Motorlast beginnt zu steigen. Vor dem Zeitpunkt t1 ist die Motortemperatur gleich der Umgebungstemperatur, und daher wird der Motorstart als ein Motorkaltstart eingestuft. Vor dem Zeitpunkt t1 ist die elektrische Heizeinrichtung (z. B. der elektrisch erwärmte Katalysator 231, der elektrisch erwärmte LTNA 242 oder die elektrische Heizeinrichtung 251) abgeschaltet, die Kraftstoffeinspritzung in das Abgas am LTNA oder diesem vorgelagert ist abgeschaltet, die LTNA-Temperatur (am Auslass des LTNA) ist gleich der Umgebungstemperatur, die SCR-Reduktionsmitteleinspritzung ist abgeschaltet, die PF-Kraftstoffeinspritzung ist abgeschaltet, die PF-Auslasstemperatur ist gleich der Umgebungstemperatur, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist mager (mindestens sobald der Motor angelassen wurde und die Kraftstoffeinspritzung in den Motor begonnen hat), da der Motor ein selbstzündender magerbetriebener Motor ist (z. B. zum Verbrennen von Dieselkraftstoff konfiguriert) und der LTNA leer ist (z. B. er kein nennenswertes NOx speichert).
  • Zum Zeitpunkt t1 wird die elektrische Heizeinrichtung angeschaltet und infolgedessen beginnt die LTNA-Temperatur mit einer größeren Geschwindigkeit zu steigen als die Abgastemperatur bei abgeschaltetem Motor, die durch die Kurve 512 gezeigt ist, langsam aufgrund der während des Motorbetriebs erzeugten Wärme langsam ansteigt. Gleichermaßen beginnt die PF-Temperatur anzusteigen, wobei die PF-Auslasstemperatur mit derselben Geschwindigkeit wie die Temperatur der SCR-Vorrichtung nachgelagert ansteigt. Da der Partikelfilter dem LTNA nachgelagert ist, erwärmt das Erwärmen des LTNA von der elektrischen Heizeinrichtung ebenfalls den Partikelfilter. Aufgrund der relativ kalten Abgastemperaturen (z. B. beträgt die LTNA-Auslasstemperatur unter 180 °C) ist die SCR-Reduktionsmitteleinspritzung abgeschaltet, da die SCR-Vorrichtung nicht warm genug ist, um NOx umzuwandeln. Ferner wird NOx im Abgas im LTNA gespeichert, wie durch die Erhöhung der LTNA-NOx-Speichermenge gezeigt wird. Die Motorlast bleibt relativ konstant und niedrig, und infolgedessen steigt die Motortemperatur langsam an.
  • Zum Zeitpunkt t2 erreicht die LTNA-Einlasstemperatur eine vorgegebene Temperatur, bei der die Abgas-Kraftstoffeinspritzung beginnen kann (wie etwa 180 °C). (Obwohl die LTNA-Einlasstemperatur in 5A nicht gezeigt ist, kann die LTNA-Einlasstemperatur aufgrund von Wärmeverlusten am LTNA höher als die LTNA-Auslasstemperatur sein). Als Reaktion darauf, dass die LTNA-Einlasstemperatur die vorgegebene Temperatur erreicht, wird die LTNA-Kraftstoffeinspritzung (z. B. die Kraftstoffeinspritzung in das Abgas dem LTNA vorgelagert/an der elektrischen Heizeinrichtung) zum Zeitpunkt t2 angeschaltet. Der eingespritzte Kraftstoff reagiert in einer Komponente des Abgassystems (wie etwa dem elektrisch erwärmten Katalysator) und veranlasst einen weiteren Temperaturanstieg des LTNA. Dementsprechend steigt die LTNA-Auslasstemperatur zwischen t2 und t3 weiter an und liegt bei einer höheren Temperatur als die Abgastemperatur bei abgeschaltetem Motor. Die LTNA-Temperatur und die Temperatur der nachgelagerten Komponenten (z. B. der SCR-Vorrichtung) ist immer noch zu niedrig für eine wirksame NOx-Umwandlung in der SCR-Vorrichtung, und somit wird die SCR-Reduktionsmitteleinspritzung abgeschaltet. NOx wird weiterhin im LTNA gespeichert, und daher steigt die LTNA-NOx-Speichermenge weiter an. Die elektrische Heizeinrichtung kann zum Zeitpunkt t2 abgeschaltet werden.
  • Zum Zeitpunkt t3 erreicht die LTNA-Auslasstemperatur eine erste Schwellenwerttemperatur, in dieser Schrift 250 °C. Bei der ersten Schwellenwerttemperatur ist das aus dem LTNA austretende Abgas heiß genug, um die SCR-Vorrichtung auf ihre Anspringtemperatur zu erwärmen, und damit beginnt die Einspritzung des SCR-Reduktionsmittels zum Zeitpunkt t3. NOx, das im LTNA gespeichert wurde, wird kann freigesetzt werden und zur nachgelagerten SCR-Vorrichtung gelangen, wo das NOx umgewandelt wird. Dementsprechend beginnt, wie durch die Kurve 524 gezeigt, zum Zeitpunkt t3 die LTNA-NOx-Speichermenge abzunehmen.
  • Wie aus Kurve 512 ersichtlich ist, steigt die Abgastemperatur bei abgeschaltetem Motor zum Zeitpunkt t3 immer noch in Richtung der ersten Schwellenwerttemperatur an. Somit kann durch Erwärmen des LTNA die SCR-Vorrichtung auf ihre Anspringtemperatur schneller als unter Berufung auf motorerzeugte Abwärme allein gebracht werden. Dementsprechend ist während des längeren Betriebs mit niedriger Last bei kalten Motorbedingungen, die in 5A gezeigt sind, kann ein Entweichen von NOx am LTNA, das auftreten kann, wenn der LTNA vollständig mit NOx beladen ist, verringert oder verhindert werden. Zum Beispiel nähert sich zum Zeitpunkt t3 der LTNA-NOx-Speicher der Volllast; wenn das Anspringen der SCR-Vorrichtung ausgedehnt würde, könnte der LTNA die volle NOx-Speicherkapazität erreichen und NOx wurde möglicherweise in die Atmosphäre freigesetzt. Stattdessen wird, weil die SCR-Vorrichtung schneller auf Anspringtemperatur gebracht wird, NOx zum gleichen Zeitpunkt aus dem LTNA freigesetzt, zu dem die SCR-Einspritzung beginnt und bevor der LTNA eine volle NOx-Speicherkapazität erreicht. Die LTNA-Kraftstoffeinspritzung wird bis zum Zeitpunkt t4 fortgesetzt, bei dem die Abgastemperatur bei abgeschaltetem Motor die erste Schwellenwerttemperatur erreicht.
  • Der Motorbetrieb wird zwischen den Zeitpunkten t4 und t5 bei mittlerer bis hoher Last fortgeführt, und somit ist die Temperatur des Abgases, das den Motor verlässt, ausreichend, um die SCR-Vorrichtung auf ihrer Anspringtemperatur zu halten. Somit bleibt die elektrische Heizeinrichtung abgeschaltet und die LTNA-Kraftstoffeinspritzung bleibt abgeschaltet. Wenn jedoch die LTNA-Auslasstemperatur unter die erste Schwellenwerttemperatur sinken sollte, kann die elektrische Heizeinrichtung und/oder die LTNA-Kraftstoffeinspritzung angeschaltet werden, um die LTNA-Auslasstemperatur über der ersten Schwellenwerttemperatur zu halten. Da die LTNA-Auslasstemperatur über der ersten Schwellenwerttemperatur liegt, wird NOx nicht im LTNA gespeichert und der LTNA bleibt leer (von NOx).
  • Zum Zeitpunkt t5 wird eine Partikelfilterregeneration aufgrund dessen befohlen, dass eine Rußbeladung des Partikelfilters einen Rußschwellenwert überschreitet. Um die Partikelfilterregeneration durchzuführen, wird das in den Partikelfilter eintretende Abgas erwärmt, um die Partikelfiltertemperatur auf eine Regenerationstemperatur zu erhöhen, bei der gespeicherte Partikel (z. B. Ruß) abgebrannt werden können. Um das Abgas zu erwärmen, kann der LTNA-Wärmeerzeugungsmechanismus verwendet werden, um eine Nacheinspritzung in die Motorzylinder zu verhindern, was Kraftstoff veranlassen kann, die Zylinderwände zu befeuchten, Motoröl mit Kraftstoff zu verdünnen und andere Probleme zu verursachen, sowie die Wahrscheinlichkeit zu erhöhen, dass Kohlenwasserstoffe am Abgasbehandlungssystem vorbei entweichen. Somit wird zum Zeitpunkt t5 die LTNA-Kraftstoffeinspritzung erneut angeschaltet. Folglich steigt die LTNA-Auslasstemperatur sowie die Temperatur nachgelagerter Komponenten, die den Partikelfilter beinhalten. Wie gezeigt, nehmen von Zeitpunkt t5 bis t6 die PF-Auslasstemperatur, die PF-Einlasstemperatur und die vorgelagerte Temperatur (gezeigt durch die Kurve 520) mit der gleichen Geschwindigkeit zu. Da die Abgastemperatur am LTNA immer noch über der NOx-Freisetzungstemperatur liegt, wird NOx nicht im LTNA gespeichert, und, wie durch Kurve 524 gezeigt, bleibt die LTNA-NOx-Speichermenge leer. Obwohl 5A die LTNA-NOx-Speichermenge als leer zeigt, bevor die Partikelfilterregeneration zum Zeitpunkt t5 beginnt, kann in einigen Beispielen eine kleine Menge NOx im LTNA gespeichert werden, obwohl der LTNA bei oder über seiner NOx-Freisetzungstemperatur betrieben wird. Somit kann leer, wie in dieser Schrift verwendet, im Wesentlichen leer sein, wie etwa eine NOx-Speicherkapazität von 90% oder mehr.
  • Zum Zeitpunkt t6 erreicht die LTNA-Auslasstemperatur eine zweite Schwellenwerttemperatur (wie gezeigt, 500 °C). In einigen Beispielen kann das Erwärmen des LTNA, das zwischen t5 und t6 durchgeführt wird, dazu führen, dass jegliches verbleibende NOx im LTNA desorbiert wird, was dazu führt, dass der LTNA vollständig leer ist (z. B. 100 % NOx-Speicherkapazität). Ebenfalls zum Zeitpunkt t3 beginnt die Kraftstoffeinspritzung in den exothermen Katalysator des Partikelfilters aufgrund dessen, dass die dem exothermen Katalysator vorgelagerte Temperatur eine vorgegebene Temperatur (in dieser Schrift 350 °C) erreicht, und somit zum Zeitpunkt t6 die PF-Kraftstoffeinspritzung angeschaltet wird. Die PF-Kraftstoffeinspritzung verursacht eine Wärmeerzeugung am exothermen Katalysator des Partikelfilters, und infolgedessen steigt die Partikelfiltertemperatur von t6 auf t7, wie durch die Kurve 518 und die Kurve 519 gezeigt. Im Gegensatz dazu folgt die Temperatur des dem exothermen Katalysators vorgelagerten Abgases, gezeigt durch die Kurve 520, der des LTNA (steigt z. B. nicht über 500 °C an). 5A zeigt, dass die LTNA-Kraftstoffeinspritzung zum Zeitpunkt t7 abgeschaltet wird, aber in einigen Beispielen kann die LTNA-Kraftstoffeinspritzung für einen Teil oder die gesamte Partikelfilterregeneration fortgesetzt werden.
  • Zum Zeitpunkt t7 wird die LTNA-Kraftstoffeinspritzung abgeschaltet und daher beginnt nach dem Zeitpunkt t7 die LTNA-Auslasstemperatur zu sinken, ebenso wie die der SCR-Vorrichtung nachgelagerte und dem exothermen Katalysators vorgelagerte Temperatur. Zwischen den Zeitpunkten t6 und t8 wird die PF-Kraftstoffeinspritzung so gesteuert, dass die PF-Einlasstemperatur (gezeigt durch Kurve 519) oberhalb einer dritten Schwellenwerttemperatur (z. B. 650 °C) gehalten wird und die PF-Auslasstemperatur (gezeigt durch Kurve 518) unterhalb einer vierten Schwellenwerttemperatur (z. B. 700 °C) gehalten wird. Zum Zeitpunkt t8 erreicht die Rußbeladung des Partikelfilters eine Sollrußbeladung, und somit wird die PF-Kraftstoffeinspritzung abgeschaltet. Während der PF-Regeneration (z. B. von Zeitpunkt t5 - Zeitpunkt t8) wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Motors mager gehalten (z. B. größer als stöchiometrisches Luft-Kraftstoff-Verhältnis) und NOx wird nicht im LTNA gespeichert. Ferner kann die PF-Auslasstemperatur aufgrund der im Partikelfilter auftretenden Verbrennung höher als die PF-Einlasstemperatur sein.
  • Unter Bezugnahme auf 5B wird als nächstes das Zeitablaufdiagramm über den Zeitpunkt t8 hinaus fortgesetzt, obwohl die Zeitpunkte t5-t8 in 5B für Kontinuität beinhaltet sind. Nach dem Zeitpunkt t8 nimmt die PF-Temperatur weiter ab, während alle anderen Verläufe stabil bleiben. Zum Zeitpunkt t9 wird als Reaktion darauf, dass eine geschätzte Schwefelexposition des LTNA einen Schwellenwert für die Schwefelexposition erreicht, eine LTNA-deSOx eingeleitet. Um die deSOx durchzuführen, wird der LTNA erwärmt. Somit wird zum Zeitpunkt t9 die LTNA-Kraftstoffeinspritzung angeschaltet und die LTNA-Auslasstemperatur (gezeigt durch die Kurve 510) steigt an.
  • Zum Zeitpunkt t10 erreicht die LTNA-Auslasstemperatur eine fünfte Schwellenwerttemperatur (wie gezeigt, 750 °C), die eine Temperatur ist, bei der Schwefel im LTNA freigesetzt wird. Die LTNA-Kraftstoffeinspritzung bleibt angeschaltet und kann eingestellt werden (z. B. Einspritzmenge und/oder -frequenz), um die LTNA-Auslasstemperatur auf der fünften Schwellenwerttemperatur zu halten. Nach einem vorgegebenen Zeitraum (z. B. 1-2 Minuten) nach dem Zeitpunkt t10 wird die LTNA-Kraftstoffeinspritzung zum Zeitpunkt t11 abgeschaltet. Die LTNA-Auslasstemperatur beginnt nach dem Zeitpunkt t11 abzunehmen, wenn die LTNA-deSOx abgeschlossen ist. Während der deSOx, wie etwa von Zeitpunkt t9 bis Zeitpunkt t11, wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Motors mager gehalten, und im LTNA ist eine Schwellenwertmenge an Sauerstoff im Abgas vorhanden. NOx wird während der deSOx nicht im LTNA gespeichert.
  • Wie aus der Kurve 518 ersichtlich ist, steigt die Partikelfiltertemperatur auch während der deSOx auf eine Temperatur an, die hoch genug ist, um die Regeneration des Partikelfilters aufrechtzuerhalten. In einigen Beispielen kann während der deSOx die PF-Kraftstoffeinspritzung angeschaltet werden, um sicherzustellen, dass der Partikelfilter die vierte Schwellenwerttemperatur (die hoch genug ist, um eine Partikelfilterregeneration aufrechtzuerhalten) erreicht und/oder auf dieser bleibt, so dass eine vollständige Partikelfilterregeneration auftritt. Somit wird, wie in 5B gezeigt, zum Zeitpunkt t11, wenn die LTNA-Kraftstoffeinspritzung nach Abschluss der LTNA-deSOx angehalten wird, die PF-Kraftstoffeinspritzung angeschaltet, um die PF-Temperatur (sowohl am Einlass als auch am Auslass des Partikelfilters) bis zum Zeitpunkt t12, wenn die PF-Kraftstoffeinspritzung abgeschaltet wird, innerhalb des vorstehend beschrieben Temperaturbereichs für die Regeneration zu halten. In einigen Beispielen ist eine zusätzliche Kraftstoffeinspritzung am exothermen PF-Katalysator jedoch möglicherweise nicht gewährleistet (z. B. kann die Rußbeladung der Partikel zu niedrig sein, um eine Regeneration durchzuführen, oder die Temperatur am Partikelfilter kann hoch genug sein, um die Regeneration ohne zusätzliche Kraftstoffeinspritzung am exothermen PF-Katalysator aufrechtzuerhalten).
  • Der technische Effekt des Erwärmens eines LTNA während eines Motorkaltstartbetriebsmodus ist ein schnelleres Erwärmen eines nachgelagerten SCR-Vorrichtung und eine Verringerung von NOx-Emissionen. Ein technischer Effekt der Durchführung einer Desulfatierung eines LTNA unter mageren Bedingungen ist ein verringerter Kraftstoffverbrauch und eine mögliche gleichzeitige Regeneration eines nachgelagerten Partikelfilters.
  • Ein Beispiel stellt Verfahren bereit, welches das Betreiben in einem ersten Modus beinhaltet, wobei der erste Modus das Speichern von Abgas-NOx in einem Niedertemperatur-NOx-Adsorber (LTNA), das Erwärmen des LTNA, bis eine LTNA-Auslasstemperatur eine erste Schwellenwerttemperatur erreicht, und dann das Umwandeln von freigesetztem NOx in eine nachgelagerte Vorrichtung zur selektiven Katalysatorreduktion (SCR) beinhaltet. Das Verfahren beinhaltet ferner das Betreiben in einem zweiten Modus, wobei der zweite Modus das Erwärmen des LTNA, bis die LTNA-Auslasstemperatur eine zweite Schwellenwerttemperatur erreicht, die höher als die erste Schwellenwerttemperatur ist, und das Umwandeln von Abgas-NOx in der SCR-Vorrichtung beinhaltet. In einem ersten Beispiel des Verfahrens speichert der LTNA NOx nicht oder setzt gespeichertes NOx während des zweiten Modus nicht frei. In einem zweiten Beispiel des Verfahrens, das optional das erste Beispiel beinhaltet, beinhaltet der zweite Modus ferner das Erwärmen eines der SCR-Vorrichtung nachgelagert positionierten Partikelfilters, sobald eine SCR-Auslasstemperatur eine dritte Schwellenwerttemperatur erreicht. In einem dritten Beispiel des Verfahrens, das optional eines oder beide des ersten und zweiten Beispiels beinhaltet, umfasst das Erwärmen des Partikelfilters das Zuführen von Kraftstoff zu einem exothermen Katalysator, der dem Partikelfilter vorgelagert positioniert ist. In einem vierten Beispiel des Verfahrens, das optional eines oder mehrere oder jedes des ersten bis dritten Beispiels beinhaltet, beinhaltet das Erwärmen des LTNA während des Betriebs im ersten Modus das Anschalten eines dem LTNA vorgelagerten elektrisch erwärmten Katalysators (EHC), bis eine Temperatur am EHC eine vierte Schwellenwerttemperatur erreicht, und dann das Zuführen von Kraftstoff zum EHC, bis die LTNA-Auslasstemperatur die erste Schwellenwerttemperatur erreicht. In einem fünften Beispiel des Verfahrens, das optional eines oder mehrere oder jedes des ersten bis vierten Beispiels beinhaltet, liegt die erste Schwellenwerttemperatur in einem Bereich von 150-180 °C, beträgt die zweite Schwellenwerttemperatur 500 °C und die vierte Schwellenwerttemperatur liegt in einem Bereich von 150-200 °C. In einem sechsten Beispiel des Verfahrens, das optional eines oder mehrere oder jedes des ersten bis fünften Beispiels beinhaltet, beinhaltet das Erwärmen des LTNA während des Betriebs im zweiten Modus das Zuführen von Kraftstoff zum EHC, bis die LTNA-Auslasstemperatur die zweite Schwellenwerttemperatur erreicht. In einem siebenten Beispiel des Verfahrens, das optional eines oder mehrere oder jedes des ersten bis sechsten Beispiels beinhaltet, beinhaltet das Betreiben im ersten Modus das Betreiben mit einer Motortemperatur unterhalb einer Schwellenwerttemperatur und das Betreiben im zweiten Modus das Betreiben mit einer Motortemperatur oberhalb der Schwellenwerttemperatur und einer Rußbeladung eines nachgelagerten Partikelfilters, die höher als eine Schwellwertrußbeladung ist. In einem achten Beispiel des Verfahrens, das optional eines oder mehrere oder jedes des ersten bis siebenten Beispiels beinhaltet, beinhaltet das Umwandeln von freigesetztem NOx und das Umwandeln von Abgas-NOx in der SCR-Vorrichtung jeweils das Zuführen von Reduktionsmittel zur SCR-Vorrichtung. In einem neunten Beispiel des Verfahrens, das optional eines oder mehrere oder jedes des ersten bis achten Beispiels beinhaltet, beinhaltet das Verfahren ferner das Betreiben in einem dritten Modus, wobei der dritte Modus das Umwandeln von Abgas-NOx mit der SCR-Vorrichtung und ohne das Erwärmen des LTNA beinhaltet, und während des dritten Modus wird NOx nicht im LTNA gespeichert und NOx wird nicht aus dem LTNA freigesetzt.
  • Ein Beispiel stellt ein System bereit, das Folgendes beinhaltet: einen Niedertemperatur-NOx-Adsorber (LTNA), der in einem einem Motor nachgelagerten Abgaskanal angeordnet ist, eine Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion (SCR), die dem LTNA nachgelagert positioniert ist, und eine SCR-Vorrichtung, die eine Reduktionsmitteleinspritzvorrichtung beinhaltet, eine LTNA-Heizeinrichtung, einen Temperatursensor, der im dem LTNA nachgelagerten Abgaskanal positioniert ist, und eine Steuerung. Die Steuerung speichert Anweisungen in nichtflüchtigem Speicher, die von einem Prozessor zu Folgendem ausgeführt werden können: in einem ersten Modus, das Speichern von Abgas-NOx im LTNA, und während des Speicherns des Abgas-NOx im LTNA, das Erwärmen des LTNA mit der LTNA-Heizeinrichtung, bis eine vom Temperatursensor gemessene LTNA-Auslasstemperatur eine erste Schwellenwerttemperatur erreicht, und, sobald die LTNA-Auslasstemperatur die erste Schwellenwerttemperatur erreicht, das Einspritzen von Reduktionsmittel in die SCR-Vorrichtung mit der Reduktionsmitteleinspritzvorrichtung, um freigesetztes NOx, das vom LTNA freigesetzt wurde, umzuwandeln; und in einem zweiten Modus, das Erwärmen des LTNA mit der LTNA-Heizeinrichtung, bis die LTNA-Auslasstemperatur eine zweite Schwellenwerttemperatur erreicht, die höher als die erste Schwellenwerttemperatur ist, während Reduktionsmittel mit der Reduktionsmitteleinspritzvorrichtung in die SCR-Vorrichtung eingespritzt wird, um Abgas-NOx in der SCR-Vorrichtung umzuwandeln. In einem ersten Beispiel des Systems umfasst die LTNA-Heizeinrichtung eine elektrische Heizeinrichtung, die dem LTNA vorgelagert positioniert ist. In einem zweiten Beispiel des Systems, das optional das erste Beispiel beinhaltet, umfasst die LTNA-Heizeinrichtung eine elektrische Heizeinrichtung, wobei der LTNA katalytisches Material umfasst, das auf Heizelemente der LTNA-Heizeinrichtung aufgetragen ist. In einem dritten Beispiel des Systems, das optional eines oder beide des ersten und zweiten Beispiels beinhaltet, umfasst die LTNA-Heizeinrichtung einen exothermen Katalysator oder einen elektrisch erwärmten Katalysator, der dem LTNA vorgelagert positioniert ist. In einem vierten Beispiel des Systems, das optional eines oder mehrere oder jedes des ersten und zweiten Beispiels beinhaltet, umfasst die LTNA-Heizeinrichtung ferner eine dem exothermen Katalysator oder dem elektrisch erwärmten Katalysator vorgelagerte Kraftstoffeinpritzvorrichtung. In einem fünften Beispiel des Systems, das optional eines oder mehrere oder jedes des ersten bis vierten Beispiels beinhaltet, beinhaltet das System ferner einen der S CR-Vorrichtung nachgelagert positionierten Partikelfilter, wobei der erste Modus beinhaltet, dass die LTNA-Auslasstemperatur unterhalb der ersten Schwellenwerttemperatur liegt, und der zweite Modus beinhaltet, dass die LTNA-Auslasstemperatur bei oder über der ersten Schwellenwerttemperatur liegt und eine Beladung des Partikelfilters über einer Schwellwertbeladung liegt.
  • Ein Beispiel stellt ein System bereit, das Folgendes beinhaltet: einen Niedertemperatur-NOx-Adsorber (LTNA), der in einem einem Motor nachgelagerten Abgaskanal angeordnet ist; eine Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion (SCR), die dem LTNA nachgelagert positioniert ist; einen der SCR-Vorrichtung nachgelagert positionierten Partikelfilter; einen exothermen Katalysator und eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung, die jeweils dem Partikelfilter vorgelagert positioniert sind; und eine Steuerung. Die Steuerung speichert Anweisungen in nichtflüchtigem Speicher, der von einem Prozessor zu Folgendem ausgeführt werden kann: als Reaktion auf eine Anforderung den Partikelfilter zu regenerieren, das Anschalten der LTNA-Heizeinrichtung, um eine Temperatur des durch den Abgaskanal strömenden Abgases zu erhöhen; und sobald die Temperatur des Abgases an einem Einlass des exothermen Katalysators eine erste Schwellenwerttemperatur erreicht, das Einspritzen von Kraftstoff über die Kraftstoffeinspritzvorrichtung, um am exothermen Katalysator Wärme zu erzeugen, um die Partikelfilterregeneration einzuleiten. In einem ersten Beispiel des Systems umfasst die LTNA-Heizeinrichtung einen Katalysator und ein Kraftstoffeinspritzvorrichtung, und das Anschalten der LTNA-Heizeinrichtung beinhaltet das Einspritzen von Kraftstoff über die Kraftstoffeinspritzvorrichtung, um Wärme am Katalysator zu erzeugen. In einem zweiten Beispiel des Systems, das optional das erste Beispiel beinhaltet, können die Anweisungen ausgeführt werden, um Kraftstoff über die Kraftstoffeinspritzvorrichtung einzuspritzen, um eine Temperatur des Abgases an einem Einlass des Partikelfilters über einer zweiten Schwellenwerttemperatur und eine Temperatur des Abgases an einem Auslass des Partikelfilters unterhalb einer dritten Schwellenwerttemperatur zu halten. In einem dritten Beispiel des Systems, das optional eines oder beide des ersten und zweiten Beispiels beinhaltet, beträgt die erste Schwellenwerttemperatur 500 °C, beträgt die zweite Schwellenwerttemperatur 600 °C und die dritte Schwellenwerttemperatur beträgt 700 °C.
  • Es ist anzumerken, dass die in dieser Schrift beinhalteten beispielhaften Steuer- und Schätzprogramme mit unterschiedlichen Motor- und/oder Fahrzeugsystemanordnungen verwendet werden können. Die in dieser Schrift offenbarten Steuerverfahren und -programme können als ausführbare Anweisungen in nichtflüchtigem Speicher gespeichert und durch das Steuersystem ausgeführt werden, das die Steuerung in Kombination mit den verschiedenen Sensoren, Aktoren und anderer Motorhardware beinhaltet. Die in dieser Schrift beschriebenen konkreten Programme können eine oder mehrere einer beliebigen Anzahl von Verarbeitungsstrategien darstellen, wie etwa ereignisgesteuerte oder unterbrechungsgesteuerte Strategien, Multi-Tasking-, Multi-Threading-Strategien und dergleichen. Demnach können verschiedene veranschaulichte Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen in der veranschaulichten Reihenfolge oder parallel durchgeführt oder in einigen Fällen weggelassen werden. Gleichermaßen ist die Verarbeitungsreihenfolge nicht zwangsläufig erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der in dieser Schrift beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen zu erreichen, sondern wird zur Erleichterung der Veranschaulichung und Beschreibung bereitgestellt. Ein(e) oder mehrere der veranschaulichten Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen kann bzw. können in Abhängigkeit von der bestimmten verwendeten Strategie wiederholt durchgeführt werden. Ferner können die beschriebenen Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen graphisch für Code stehen, der in einen nichtflüchtigen Speicher des computerlesbaren Speichermediums im Motorsteuersystem einzuprogrammieren ist, wobei die beschriebenen Handlungen durch Ausführen der Anweisungen in einem System, das die verschiedenen Motorhardwarekomponenten in Kombination mit der elektronischen Steuerung beinhaltet, ausgeführt werden.
  • Es versteht sich, dass die in dieser Schrift offenbarten Konfigurationen und Abläufe beispielhafter Natur sind und dass diese konkreten Ausführungsformen nicht in einschränkendem Sinn aufzufassen sind, da zahlreiche Variationen möglich sind. Zum Beispiel kann die vorstehende Technologie auf V-6, 1-4, 1-6, V-12, 4-Zylinder-Boxer- und andere Motorarten angewendet werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung beinhaltet alle neuartigen und nicht naheliegenden Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen und andere Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften, die in dieser Schrift offenbart sind.
  • Im hier verwendeten Sinne ist der Ausdruck „ungefähr“ so auszulegen, dass er plus oder minus fünf Prozent der Spanne bedeutet, es sei denn, es ist etwas anderes vorgegeben.
  • Die folgenden Patentansprüche legen insbesondere bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen dar, die als neuartig und nicht naheliegend betrachtet werden. Diese Patentansprüche können sich auf „ein“ Element oder „ein erstes“ Element oder das Äquivalent davon beziehen. Derartige Patentansprüche sind so zu verstehen, dass sie die Einbeziehung eines oder mehrerer derartiger Elemente beinhalten und zwei oder mehr derartige Elemente weder erfordern noch ausschließen. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Änderung der vorliegenden Patentansprüche oder durch Einreichung neuer Patentansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Derartige Patentansprüche werden unabhängig davon, ob sie einen weiteren, engeren, gleichen oder unterschiedlichen Umfang im Vergleich zu den ursprünglichen Patentansprüchen aufweisen, ebenfalls als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung eingeschlossen betrachtet.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren Folgendes: das Betreiben in einem ersten Modus, wobei der erste Modus das Speichern von Abgas-NOx in einem Niedertemperatur-NOx-Adsorber (LTNA) beinhaltet, das Erwärmen des LTNA, bis eine LTNA-Auslasstemperatur eine erste Schwellenwerttemperatur erreicht, und dann das Umwandeln von freigesetztem NOx in einer nachgelagerten Vorrichtung zur selektiven Katalysatorreduktion (SCR), und das Betreiben in einem zweiten Modus, wobei der zweite Modus das Erwärmen des LTNA beinhaltet, bis die LTNA-Auslasstemperatur eine zweite Schwellenwerttemperatur erreicht, die höher als die erste Schwellenwerttemperatur ist, und das Umwandeln von Abgas-NOx in der SCR-Vorrichtung.
  • Gemäß einer Ausführungsform speichert der LTNA NOx nicht oder setzt gespeichertes NOx während des zweiten Modus nicht frei.
  • Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet der zweite Modus ferner das Erwärmen eines der SCR-Vorrichtung nachgelagert positionierten Partikelfilters, sobald eine SCR-Auslasstemperatur eine dritte Schwellenwerttemperatur erreicht.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Erwärmen des Partikelfilters das Zuführen von Kraftstoff zu einem exothermen Katalysator, der dem Partikelfilters vorgelagert positioniert ist.
  • Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet das Erwärmen des LTNA während des Betriebs im ersten Modus das Anschalten eines dem LTNA vorgelagerten elektrisch erwärmten Katalysators (EHC), bis eine Temperatur am EHC eine vierte Schwellenwerttemperatur erreicht, und dann das Zuführen von Kraftstoff zum EHC, bis die LTNA-Auslasstemperatur die erste Schwellenwerttemperatur erreicht.
  • Gemäß einer Ausführungsform liegt die erste Schwellenwerttemperatur in einem Bereich von 150-180 °C, beträgt die zweite Schwellenwerttemperatur 500 °C und die vierte Schwellenwerttemperatur liegt in einem Bereich von 150-200 °C.
  • Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet das Erwärmen des LTNA während des Betriebs im zweiten Modus das Zuführen von Kraftstoff zum EHC, bis die LTNA-Auslasstemperatur die zweite Schwellenwerttemperatur erreicht.
  • Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet das Betreiben im ersten Modus das Betreiben mit einer Motortemperatur unterhalb einer Schwellenwerttemperatur und das Betreiben im zweiten Modus das Betreiben mit einer Motortemperatur oberhalb der Schwellenwerttemperatur und einer Rußbeladung eines nachgelagerten Partikelfilters, die höher als eine Schwellwertrußbeladung ist.
  • Gemäß einer Ausführungsform beinhalten das Umwandeln von freigesetztem NOx und das Umwandeln von Abgas-NOx in der SCR-Vorrichtung jeweils das Zuführen von Reduktionsmittel zur SCR-Vorrichtung.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner durch das Betreiben in einem dritten Modus gekennzeichnet, wobei der dritte Modus das Umwandeln von Abgas-NOx mit der SCR-Vorrichtung und ohne das Erwärmen des LTNA beinhaltet, und wobei während des dritten Modus NOx nicht im LTNA gespeichert wird und NOx nicht von der LTNA freigesetzt wird.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung, beinhaltet ein System Folgendes: einen Niedertemperatur-NOx-Adsorber (LTNA), der in einem einem Motor nachgelagerten Abgaskanal positioniert ist; eine Vorrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR), die dem LTNA nachgelagert positioniert ist, wobei die SCR-Vorrichtung eine Reduktionsmitteleinspritzvorrichtung beinhaltet; eine LTNA-Heizeinrichtung; einen im Abgaskanal dem LTNA nachgelagert positionierten Temperatursensor; und eine Steuerung, die Anweisungen in nichtflüchtigem Speicher speichert, die von einem Prozessor zu Folgendem ausgeführt werden können: in einem ersten Modus, das Speichern von Abgas-NOx im LTNA, und während des Speicherns des Abgas-NOx im LTNA, das Erwärmen des LTNA mit der LTNA-Heizeinrichtung, bis eine vom Temperatursensor gemessene LTNA-Auslasstemperatur eine erste Schwellenwerttemperatur erreicht, und, sobald die LTNA-Auslasstemperatur die erste Schwellenwerttemperatur erreicht, das Einspritzen von Reduktionsmittel in die SCR-Vorrichtung mit der Reduktionsmitteleinspritzvorrichtung, um freigesetztes NOx, das vom LTNA freigesetzt wurde, umzuwandeln; und in einem zweiten Modus, das Erwärmen des LTNA mit der LTNA-Heizeinrichtung, bis die LTNA-Auslasstemperatur eine zweite Schwellenwerttemperatur erreicht, die höher als die erste Schwellenwerttemperatur ist, während Reduktionsmittel mit der Reduktionsmitteleinspritzvorrichtung in die SCR-Vorrichtung eingespritzt wird, um Abgas-NOx in der SCR-Vorrichtung umzuwandeln.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst die LTNA-Heizeinrichtung eine elektrische Heizeinrichtung, die dem LTNA vorgelagert positioniert ist.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst die LTNA-Heizeinrichtung eine elektrische Heizeinrichtung, wobei der LTNA katalytisches Material beinhaltet, das auf Heizelemente der LTNA-Heizeinrichtung aufgetragen ist.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst die LTNA-Heizeinrichtung einen exothermen Katalysator oder einen elektrisch erwärmten Katalysator, die dem LTNA vorgelagert positioniert sind.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst die LTNA-Heizeinrichtung ferner eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung, die dem exothermen Katalysator oder dem elektrisch erwärmten Katalysator vorgelagert positioniert ist.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung ferner durch einen der SCR-Vorrichtung nachgelagert positionierten Partikelfilter gekennzeichnet, wobei der erste Modus beinhaltet, dass die LTNA-Auslasstemperatur unterhalb der ersten Schwellenwerttemperatur liegt, und wobei der zweite Modus beinhaltet, dass die LTNA-Auslasstemperatur bei oder über der ersten Schwellenwerttemperatur liegt und eine Beladung des Partikelfilters über einer Schwellwertbeladung liegt.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung, beinhaltet ein System Folgendes: einen Niedertemperatur-NOx-Adsorber (LTNA), der in einem einem Motor nachgelagerten Abgaskanal positioniert ist; eine Vorrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR), die dem LTNA nachgelagert positioniert ist; eine LTNA-Heizeinrichtung; einen der SCR-Vorrichtung nachgelagert positionierten Partikelfilter; einen exothermen Katalysator und eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung, die jeweils dem Partikelfilter vorgelagert positioniert sind; und eine Steuerung, die Anweisungen in nichtflüchtigem Speicher speichert, die von einem Prozessor zu Folgendem ausgeführt werden können: als Reaktion auf eine Anforderung den Partikelfilter zu regenerieren, das Anschalten der LTNA-Heizeinrichtung, um eine Temperatur des durch den Abgaskanal strömenden Abgases zu erhöhen; und sobald die Temperatur des Abgases an einem Einlass des exothermen Katalysators eine erste Schwellenwerttemperatur erreicht, das Einspritzen von Kraftstoff über die Kraftstoffeinspritzvorrichtung, um am exothermen Katalysator Wärme zu erzeugen, um die Partikelfilterregeneration einzuleiten.
  • Gemäß einer Ausführungsform umfasst die LTNA-Heizeinrichtung einen Katalysator und ein Kraftstoffeinspritzvorrichtung, und das Anschalten der LTNA-Heizeinrichtung beinhaltet das Einspritzen von Kraftstoff über die Kraftstoffeinspritzvorrichtung, um Wärme am Katalysator zu erzeugen.
  • Gemäß einer Ausführungsform können die Anweisungen ausgeführt werden, um Kraftstoff über die Kraftstoffeinspritzvorrichtung einzuspritzen, um eine Temperatur des Abgases an einem Einlass des Partikelfilters über einer zweiten Schwellenwerttemperatur und eine Temperatur des Abgases an einem Auslass des Partikelfilters unterhalb einer dritten Schwellenwerttemperatur zu halten.
  • Gemäß einer Ausführungsform beträgt die erste Schwellenwerttemperatur 500 °C, die zweite Schwellenwerttemperatur beträgt 600 °C und die dritte Schwellenwerttemperatur beträgt 700 °C.

Claims (15)

  1. Verfahren, umfassend: das Betreiben in einem ersten Modus, wobei der erste Modus das Speichern von Abgas-NOx in einem Niedertemperatur-NOx-Adsorber (LTNA), das Erwärmen des LTNA, bis eine LTNA-Auslasstemperatur eine erste Schwellenwerttemperatur erreicht, und dann das Umwandeln von freigesetztem NOx in eine nachgelagerte Vorrichtung zur selektiven Katalysatorreduktion (SCR) beinhaltet; und das Betreiben in einem zweiten Modus, wobei der zweite Modus das Erwärmen des LTNA, bis die LTNA-Auslasstemperatur eine zweite Schwellenwerttemperatur erreicht, die höher als die erste Schwellenwerttemperatur ist, und das Umwandeln von Abgas-NOx in der SCR-Vorrichtung beinhaltet.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der LTNA NOx nicht speichert oder gespeichertes NOx während des zweiten Modus nicht freisetzt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der zweite Modus ferner das Erwärmen eines der SCR-Vorrichtung nachgelagert positionierten Partikelfilters beinhaltet, sobald eine SCR-Auslasstemperatur eine dritte Schwellenwerttemperatur erreicht.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Erwärmen des Partikelfilters das Zuführen von Kraftstoff zu einem exothermen Katalysator umfasst, der dem Partikelfilters vorgelagert positioniert ist.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Erwärmen des LTNA während des Betriebs im ersten Modus das Anschalten eines dem LTNA vorgelagerten elektrisch erwärmten Katalysators (EHC), bis eine Temperatur am EHC eine vierte Schwellenwerttemperatur erreicht, und dann das Zuführen von Kraftstoff zum EHC beinaltet, bis die LTNA-Auslasstemperatur die erste Schwellenwerttemperatur erreicht.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei die erste Schwellenwerttemperatur in einem Bereich von 150-180 °C liegt, die zweite Schwellenwerttemperatur 500 °C beträgt und die vierte Schwellenwerttemperatur in einem Bereich von 150-200 °C liegt.
  7. Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Erwärmen des LTNA während des Betriebs im zweiten Modus das Zuführen von Kraftstoff zum EHC beinhaltet, bis die LTNA-Auslasstemperatur die zweite Schwellenwerttemperatur erreicht.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Betreiben im ersten Modus das Betreiben mit einer Motortemperatur unterhalb einer Schwellenwerttemperatur und das Betreiben im zweiten Modus das Betreiben mit einer Motortemperatur oberhalb der Schwellenwerttemperatur und einer Rußbeladung eines nachgelagerten Partikelfilters beinhaltet, die höher als eine Schwellwertrußbeladung ist.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Umwandeln von freigesetztem NOx und das Umwandeln von Abgas-NOx in der SCR-Vorrichtung jeweils das Zuführen von Reduktionsmittel zur SCR-Vorrichtung beinhalten.
  10. Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend das Betreiben in einem dritten Modus, wobei der dritte Modus das Umwandeln von Abgas-NOx mit der SCR-Vorrichtung und ohne das Erwärmen des LTNA beinhaltet, und wobei während des dritten Modus NOx nicht im LTNA gespeichert wird und NOx nicht von der LTNA freigesetzt wird.
  11. System, umfassend: einen Niedertemperatur-NOx-Adsorber (LTNA), der in einem einem Motor nachgelagerten Abgaskanal positioniert ist; eine Vorrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR), die dem LTNA nachgelagert positioniert ist, wobei die SCR-Vorrichtung eine Reduktionsmitteleinspritzvorrichtung beinhaltet; eine LTNA-Heizeinrichtung; einen im Abgaskanal dem LTNA nachgelagert positionierten Temperatursensor; und eine Steuerung, die Anweisungen in nichtflüchtigem Speicher speichert, die von einem Prozessor zu Folgendem ausgeführt werden können: in einem ersten Modus, das Speichern von Abgas-NOx im LTNA, und während des Speicherns des Abgas-NOx im LTNA, das Erwärmen des LTNA mit der LTNA-Heizeinrichtung, bis eine vom Temperatursensor gemessene LTNA-Auslasstemperatur eine erste Schwellenwerttemperatur erreicht, und, sobald die LTNA-Auslasstemperatur die erste Schwellenwerttemperatur erreicht, das Einspritzen von Reduktionsmittel in die SCR-Vorrichtung mit der Reduktionsmitteleinspritzvorrichtung, um freigesetztes NOx, das vom LTNA freigesetzt wurde, umzuwandeln; in einem zweiten Modus, das Erwärmen des LTNA mit der LTNA-Heizeinrichtung, bis die LTNA-Auslasstemperatur eine zweite Schwellenwerttemperatur erreicht, die höher als die erste Schwellenwerttemperatur ist, während Reduktionsmittel mit der Reduktionsmitteleinspritzvorrichtung in die SCR-Vorrichtung eingespritzt wird, um Abgas-NOx in der SCR-Vorrichtung umzuwandeln.
  12. System nach Anspruch 11, wobei die LTNA-Heizeinrichtung eine elektrische Heizeinrichtung umfasst, die dem LTNA vorgelagert oder in demselben positioniert ist.
  13. System nach Anspruch 11, wobei die LTNA-Heizeinrichtung einen exothermen Katalysator oder einen elektrisch erwärmten Katalysator umfasst, die dem LTNA vorgelagert positioniert sind.
  14. System nach Anspruch 13, wobei die LTNA-Heizeinrichtung ferner eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung umfasst, die dem exothermen Katalysator oder dem elektrisch erwärmten Katalysator vorgelagert positioniert ist.
  15. System nach Anspruch 11, ferner umfassend einen der SCR-Vorrichtung nachgelagert positionierten Partikelfilter, wobei der erste Modus beinhaltet, dass die LTNA-Auslasstemperatur unterhalb der ersten Schwellenwerttemperatur liegt, und wobei der zweite Modus beinhaltet, dass die LTNA-Auslasstemperatur bei oder über der ersten Schwellenwerttemperatur liegt und eine Beladung des Partikelfilters über einer Schwellwertbeladung liegt.
DE102020106522.1A 2019-03-12 2020-03-10 Verfahren und systeme zur abgasemissionssteuerung Pending DE102020106522A1 (de)

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US16/299,680 US11073056B2 (en) 2019-03-12 2019-03-12 Methods and systems for exhaust emission control
US16/299,680 2019-03-12

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