DE102021212498A1 - Verfahren und System zur Abgasnachbehandlung - Google Patents

Verfahren und System zur Abgasnachbehandlung Download PDF

Info

Publication number
DE102021212498A1
DE102021212498A1 DE102021212498.4A DE102021212498A DE102021212498A1 DE 102021212498 A1 DE102021212498 A1 DE 102021212498A1 DE 102021212498 A DE102021212498 A DE 102021212498A DE 102021212498 A1 DE102021212498 A1 DE 102021212498A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
regeneration
nox
internal combustion
combustion engine
acceleration
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102021212498.4A
Other languages
English (en)
Inventor
Stefan Lang
Harald Müller
Ondrej Galuszka
Julian Kuric
Christian Clemenz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hyundai Motor Co
Kia Corp
Original Assignee
Hyundai Motor Co
Kia Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hyundai Motor Co, Kia Corp filed Critical Hyundai Motor Co
Priority to DE102021212498.4A priority Critical patent/DE102021212498A1/de
Priority to KR1020220133051A priority patent/KR20230067717A/ko
Publication of DE102021212498A1 publication Critical patent/DE102021212498A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/021—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine
    • F02D41/0235—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine in relation with the state of the exhaust gas treating apparatus
    • F02D41/027—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine in relation with the state of the exhaust gas treating apparatus to purge or regenerate the exhaust gas treating apparatus
    • F02D41/0275—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine in relation with the state of the exhaust gas treating apparatus to purge or regenerate the exhaust gas treating apparatus the exhaust gas treating apparatus being a NOx trap or adsorbent
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0002—Controlling intake air
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
    • F02D41/1444—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases
    • F02D41/1454—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being an oxygen content or concentration or the air-fuel ratio
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2200/00—Input parameters for engine control
    • F02D2200/02—Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
    • F02D2200/08—Exhaust gas treatment apparatus parameters
    • F02D2200/0806—NOx storage amount, i.e. amount of NOx stored on NOx trap
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2200/00—Input parameters for engine control
    • F02D2200/02—Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
    • F02D2200/08—Exhaust gas treatment apparatus parameters
    • F02D2200/0812—Particle filter loading
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2200/00—Input parameters for engine control
    • F02D2200/50—Input parameters for engine control said parameters being related to the vehicle or its components
    • F02D2200/501—Vehicle speed
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2200/00—Input parameters for engine control
    • F02D2200/60—Input parameters for engine control said parameters being related to the driver demands or status
    • F02D2200/604—Engine control mode selected by driver, e.g. to manually start particle filter regeneration or to select driving style
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2250/00—Engine control related to specific problems or objectives
    • F02D2250/38—Control for minimising smoke emissions, e.g. by applying smoke limitations on the fuel injection amount
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/04—Introducing corrections for particular operating conditions
    • F02D41/10—Introducing corrections for particular operating conditions for acceleration
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/30—Controlling fuel injection
    • F02D41/38—Controlling fuel injection of the high pressure type
    • F02D41/40—Controlling fuel injection of the high pressure type with means for controlling injection timing or duration
    • F02D41/402—Multiple injections
    • F02D41/405—Multiple injections with post injections

Abstract

Ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Kraftfahrzeugs umfasst Beurteilen durch ein Motorsteuergerät eines Verbrennungsmotors des Kraftfahrzeugs, ob ein Stickoxid-, NOx, Speicherstand eines NOx-Adsorbers eine Speicherschwelle überschreitet, wobei der NOx-Adsorber zur Adsorption von NOx aus Abgas des Verbrennungsmotors ausgebildet ist; Empfangen einer Beschleunigungsanfrage mit dem Motorsteuergerät zum Beschleunigen des Kraftfahrzeugs während einer Beschleunigungsphase; und Anschalten einer Regeneration des NOx-Adsorbers in Reaktion auf die Beschleunigungsanfrage durch Ändern eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Verbrennungsmotors von einem mageren Wert zu einem fetten Wert durch Einstellen einer Rauchbegrenzung des Verbrennungsmotors, sodass ein Zielwert für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis während der Beschleunigungsphase erreicht wird, wobei die Regeneration auf oder unter eine Zeitdauer der Beschleunigungsphase begrenzt ist.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zur Abgasnachbehandlung, insbesondere beim Betrieb eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs, z.B. eines Dieselmotors oder einer anderen Art von Magergemischverbrennung. Die vorliegende Erfindung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung.
  • Hintergrund
  • Typische Systeme zur Abgasnachbehandlung umfassen Katalysatoren, die giftige Gase und Schadstoffe im Abgas eines Verbrennungsmotors in weniger oder nicht giftige Stoffe umwandeln. Darüber hinaus werden solche Stoffe in der Regel auch durch entsprechende Vorrichtungen aus dem Abgasstrom gefiltert und/oder adsorbiert. Diese Systeme werden insbesondere bei Verbrennungsmotoren eingesetzt, welche entweder mit Benzin oder Diesel betrieben werden. Um die strengen Anforderungen an die NOx-Emissionen aufgrund der jüngsten Emissionsvorschriften zu erfüllen, werden Anstrengungen unternommen, um die Wirksamkeit dieser Nachbehandlungssysteme weiter zu verbessern.
  • Die selektive katalytische Reduktion (SCR) ist eine bekannte Technik, die in Katalysatoren eingesetzt wird und bei der Stickoxide (NOx) mit Hilfe eines Katalysators in zweiatomigen Stickstoff und Wasser umgewandelt werden. Ein NOx-Adsorber oder eine NOx-Falle (auch Lean NOx Trap, LNT, oder NOx-Speicherkatalysator, NSC, genannt) ist eine weitere bekannte Vorrichtung, die zur Reduzierung der NOx-Emissionen eines Verbrennungsmotors durch Adsorption eingesetzt wird. Nach dem Stand der Technik werden Abgasnachbehandlungssysteme häufig mit einer Kombination aus LNT (NSC) und SCR ausgestattet. In diesem Fall kann der Abgasstrom zunächst vom Verbrennungsmotor zum LNT geleitet werden. Der LNT adsorbiert NOx aus dem Abgas, das dann durch die SCR geleitet wird, bevor es schließlich das Fahrzeug über ein Auspuffrohr verlässt.
  • Jedes Bauteil hat seinen individuellen Leistungs- und Effizienzgrad, der vor allem vom Temperaturniveau des Abgases abhängt. SCR-Katalysatoren beispielsweise benötigen eine bestimmte Temperatur, um ordnungsgemäß zu funktionieren, sodass die katalytische Reaktion in der Regel erst oberhalb einer so genannten „Light-off“-Temperatur einsetzt. Normalerweise wird der SCR durch die durchströmenden Abgase aufgeheizt. Aus diesem Grund dauert es eine gewisse Zeit oder eine ausreichende Motorlast, bis sich SCR-Katalysatoren aufheizen und somit die NOx-Emissionen wirksam reduziert werden. Das SCR-System ist daher vor allem bei höheren Temperaturen wirksam, wie z.B. bei Fahrten auf dem Land oder auf der Autobahn.
  • LNTs hingegen haben in der Regel bereits bei kalten Temperaturen eine hohe Effizienz, z.B. beim Warmlaufen und im Stadtverkehr bei geringer Last. Sie benötigen jedoch ein häufiges Entleerungsverfahren, um das System zu entlasten, wenn die NOx-Speicherkapazität erreicht ist. Zu diesem Zweck wird der Motor in der Regel für ein bestimmtes Zeitintervall oder einen Impuls in der Größenordnung von etwa 10 bis 20 Sekunden vom normalen mageren Verbrennungsbetrieb in einen fetten Verbrennungsmodus mit hohen Nacheinspritzmengen umgeschaltet, was unter anderem einen hohen CO2-Ausstoß während dieses Vorgangs bewirkt. Dieser Ansatz erfordert stabile Fahrbedingungen für den entsprechenden Zeitraum und kann daher im Stadtverkehr aufgrund instabiler Stop-and-Go-Situationen und einer im Allgemeinen geringen Motorlast sehr schwierig zu erreichen sein.
  • Die Druckschrift EP 1 386 656 B1 aus dem Stand der Technik verfolgt eine gepulste Regenerationsstrategie bei niedrigen Temperaturen, bei der anstelle eines langen fetten Pulses eine Folge kleinerer abwechselnder fetter/magerer Pulse verwendet wird. Dies führt zu höheren Abgastemperaturen und einer verbesserten LNT-Effizienz. Die fetten Pulse erfordern jedoch nach wie vor hohe Nacheinspritzungsmengen und leiden nach wie vor unter hohen CO2-Werten.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Somit besteht ein Bedarf, Lösungen zu finden, um einen LNT mit erhöhter Effektivität zu betreiben, wenn man mit geringer Motorlast fährt.
  • Zu diesem Zweck stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren gemäß Anspruch 1, ein System gemäß Anspruch 6 und ein Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 11 bereit.
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Kraftfahrzeugs Beurteilen durch ein Motorsteuergerät eines Verbrennungsmotors des Kraftfahrzeugs, ob ein Stickoxid-, NOx, Speicherstand eines NOx-Adsorbers eine Speicherschwelle überschreitet, wobei der NOx-Adsorber zur Adsorption von NOx aus Abgas des Verbrennungsmotors ausgebildet ist; Empfangen einer Beschleunigungsanfrage mit die Motorsteuergerät zum Beschleunigen des Kraftfahrzeugs während einer Beschleunigungsphase; und Anschalten einer Regeneration des NOx-Adsorbers in Reaktion auf die Beschleunigungsanfrage durch Ändern eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Verbrennungsmotors von einem mageren Wert zu einem fetten Wert durch Einstellen einer Rauchbegrenzung des Verbrennungsmotors, sodass ein Zielwert für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis während der Beschleunigungsphase erreicht wird, wobei die Regeneration auf oder unter eine Zeitdauer der Beschleunigungsphase begrenzt ist.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein System zur Abgasnachbehandlung eines Kraftfahrzeugs einen NOx-Adsorber, welcher dazu ausgebildet ist, NOx aus Abgas eines Verbrennungsmotors zu adsorbieren; und ein Motorsteuergerät, welches dazu ausgebildet ist, zu beurteilen, ob ein NOx-Speicherstand des NOx-Adsorbers eine Speicherschwelle überschreitet, eine Beschleunigungsanfrage zum Beschleunigen des Kraftfahrzeugs während einer Beschleunigungsphase zu empfangen und eine Regeneration des NOx-Adsorbers in Reaktion auf die Beschleunigungsanfrage zu aktivieren, indem ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Verbrennungsmotors von einem mageren Wert auf einen fetten Wert durch Einstellen einer Rauchbegrenzung des Verbrennungsmotors geändert wird, sodass ein Zielwert für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis während der Beschleunigungsphase erreicht wird, wobei die Regeneration auf oder unter eine Zeitdauer der Beschleunigungsphase begrenzt ist.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein Kraftfahrzeug ein System gemäß der Erfindung.
  • Eine Idee der vorliegenden Erfindung besteht darin, die LNT-Regeneration (Desorption von NOx, DeNOx) während der Beschleunigungsphasen mit reduzierter Frischluft durch eine spezielle modifizierte/kalibrierte Rauchbegrenzung zu ermöglichen. Aufgrund dieser Änderung kann der LNT häufig regeneriert werden bei kleinen Beschleunigungsphasen. Darüber hinaus kann die Erfindung als neue Softwarefunktion für das Motorsteuergerät bereitgestellt werden und lässt sich daher leicht in alle Fahrzeuge mit einem entsprechenden Abgasnachbehandlungssystem implementieren. Die Erfindung führt zu sehr niedrigen NOx-Emissionen, insbesondere im Schwachlastbetrieb des Fahrzeugs, z.B. im Stadtverkehr, ohne CO2-Einbußen und zusätzliche Kosten für Abgasnachbehandlungskomponenten. Mit anderen Worten kann eine signifikante NOx-Reduzierung bei niedrigen Lasten mit demselben Nachbehandlungssystem auf der Basis von CO2- und kostenneutraler LNT-Regeneration erreicht werden.
  • Mit der vorliegenden Erfindung können die normalen Einspritzstrategien beim Umschalten auf Regeneration beibehalten werden. Dies bedeutet, dass die üblichen spezialisierten DeNOx-Verbrennungsmodi nicht erforderlich sind, bei denen verschiedene Einspritzparameter (z. B. Raildruck, Nacheinspritzung, Einspritzbeginn) und Luftpfadparameter (z. B. Drosselklappe, Abgasrückführung, Luftmasse, Ladedruck) angepasst werden müssen, was in der Regel zu einem erhöhten Kraftstoffverbrauch und höheren CO2-Werten führt. Außerdem erfordern diese konventionellen Lösungen in der Regel stabile Verbrennungsbedingungen und/oder eine geringe Dynamik, sodass sie für den Stadtverkehr mit geringer Last ungeeignet sind. Mit der vorliegenden Erfindung kann das Betriebsregime dieser konventionellen LNT-Regenerationslösungen auf Niedriglast- und/oder Stadtfahrszenarien ausgedehnt werden, wodurch die LNT-Gesamteffizienz erhöht wird.
  • Es versteht sich, dass der hierin verwendete Begriff „Fahrzeug“ oder ein anderer ähnlicher Begriff Kraftfahrzeuge im Allgemeinen wie beispielsweise Personenkraftwagen umfasst, einschließlich Sport Utility Vehicles (SUV), Bussen, Lastkraftwagen, verschiedenen Nutzfahrzeugen und dergleichen, und Hybridfahrzeuge, Elektrofahrzeuge, Plug-in-Hybridfahrzeuge, wasserstoffbetriebene Fahrzeuge und andere Fahrzeuge mit alternativen Kraftstoffen beinhaltet (z.B. Kraftstoffe, die aus anderen Ressourcen als Erdöl stammen). Vorliegend wird unter einem Hybridfahrzeug ein Fahrzeug verstanden, welches zwei oder mehr Energiequellen aufweist, zum Beispiel sowohl benzinbetriebene als auch elektrisch angetriebene Fahrzeuge.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann das Motorsteuergerät dazu ausgebildet sein, Fahrparameter des Kraftfahrzeugs zu ermitteln und die Regeneration des NOx-Adsorbers während der Beschleunigungsphase nur dann zu aktivieren, wenn die Fahrparameter vordefinierte Stadt- und/oder Schwachlastfahrbedingungen erfüllen. Das Verfahren kann entsprechend Bestimmen der Fahrparameter des Kraftfahrzeugs mit dem Motorsteuergerät umfassen, wobei die Regeneration des NOx-Adsorbers während der Beschleunigungsphase nur dann freigegeben wird, wenn die Fahrparameter vorgegebene Stadt- und/oder Schwachlastfahrbedingungen erfüllen.
  • Die vorliegende Erfindung bietet Vorteile insbesondere für niedrige Lastbedingungen mit häufigen Lastwechseln, z.B. Stop-and-Go-Fahrten in einer städtischen Umgebung, wo herkömmliche Regenerationsansätze schwierig oder im Grunde unmöglich zu implementieren sind, da sie in der Regel einen langen fetten Impuls mit stabilen Bedingungen über 10 bis 20 Sekunden erfordern.
  • Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann das Motorsteuergerät dazu ausgebildet sein, einen Luftdrosselwert des Verbrennungsmotors in Abhängigkeit von der Beschleunigungsanfrage während der Regeneration einzustellen, um den Zielwert für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu erreichen. Das Verfahren kann entsprechend Einstellen des Luftdrosselwertes des Verbrennungsmotors in Abhängigkeit von der Beschleunigungsanfrage während der Regeneration umfassen, um den Zielwert für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu erreichen.
  • So kann die Luftdrosselung optional genutzt werden, um die Luftzufuhr für die Regeneration weiter anzupassen. Wenn beispielsweise der Beschleunigungsimpuls zu klein ist, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis auf den Zielwert zu reduzieren, kann die Aktivierung der Drosselklappe mit einem geeigneten Timing helfen, diese Einschränkung zu überwinden.
  • Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann das Motorsteuergerät dazu ausgebildet sein, beim Umschalten in die Regeneration des NOx-Adsorbers in Reaktion auf die Beschleunigungsanfrage einen Einspritzmodus des Verbrennungsmotors, insbesondere die Aktivierung von Nacheinspritzmengen, beizubehalten.
  • Die hier beschriebene modifizierte Rauchbegrenzung erfordert daher keinen speziellen Verbrennungsmodus für den fetten Impuls während der Beschleunigungsphase. Stattdessen kann sie im normalen CO2-optimierten Verbrennungsmodus bleiben und den Luftmangel während der Beschleunigung nutzen, um eine fette Spitze zur NOx-Regeneration zu erzeugen. Diese Regeneration hängt stark vom Fahrverhalten ab und wird aktiviert, wenn der LNT gesättigt ist und eine konventionelle DeNOx nicht möglich ist.
  • Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann das System ferner einen Dieselpartikelfilter umfassen. Das Motorsteuergerät kann dazu ausgebildet sein, die Regeneration des NOx-Adsorbers zeitlich und/oder motorisch in Reaktion auf die Beschleunigungsanfrage in Abhängigkeit von einer Rußansammlung, insbesondere in dem DPF, zu begrenzen.
  • Es ist zu erwarten, dass der vorliegende Ansatz zu einer höheren Rußbildung beim Beschleunigen führt (aufgrund der Änderung der Rauchbegrenzung). Daher wird sich der Ruß im DPF wahrscheinlich schneller ansammeln. Um diesen potenziellen Nachteilen entgegenzuwirken, kann der derzeit beschriebene Regenerationsansatz in einem vernünftigen und/oder begrenzten Rahmen eingesetzt werden, solange die Rußwerte noch vertretbar sind, z.B. kann er auf Stadtfahrten beschränkt werden, wenn die Speicherkapazität des LNT erreicht ist.
  • Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert.
  • Figurenliste
  • Die beiliegenden Figuren sollen ein weiteres Verständnis der Erfindung vermitteln und bilden einen Bestandteil der vorliegenden Offenbarung. Sie veranschaulichen Ausführungsformen der Erfindung und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung. Andere Ausführungsformen der Erfindung und viele der genannten Vorteile der Erfindung ergeben sich im Hinblick auf die folgende detaillierte Beschreibung. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Elemente, sofern nichts anderes ausgeführt ist.
    • 1 zeigt schematisch ein Kraftfahrzeug mit einem System zur Abgasnachbehandlung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
    • 2 zeigt schematisch ein Beispiel für das Umschalten von einem mageren in einen fetten Modus für den Fall einer herkömmlichen LNT-Regeneration.
    • 3 zeigt schematisch ein Beispiel für das Umschalten von einem mageren Modus in einen fetten Modus unter Verwendung des Systems von 1.
    • 4 zeigt schematisch ein Motorkennfeld unter Verwendung des Systems von 1.
    • 5 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Abgasnachbehandlung bei dem Kraftfahrzeug aus 1.
  • Obwohl hierin spezifische Ausführungsbeispiele veranschaulicht und beschrieben werden, wird dem Fachmann klar sein, dass eine Vielzahl von alternativen und/oder gleichwertigen Implementierungen die dargestellten und beschriebenen spezifischen Ausführungsbeispiele ersetzen können, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Im Allgemeinen deckt die Anmeldung sämtliche Anpassungen oder Variationen der hierin beschriebenen spezifischen Ausführungsbeispiele ab.
  • Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • In 1 ist schematisch ein Kraftfahrzeug 100 mit einem System 10 zur Abgasnachbehandlung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung dargestellt.
  • Das System 10 ist zur Reinigung von Abgas eines Verbrennungsmotors 1, z.B. eines Dieselmotors, des Kraftfahrzeugs 100 eingerichtet. Zu diesem Zweck umfasst das System 10 eine Reihe von Abgasnachbehandlungsvorrichtungen, von denen drei in 1 in einer beispielhaften Anordnung gezeigt sind, nämlich ein NOx-Adsorber 2, insbesondere ein LNT, ein Dieselpartikelfilter (DPF) 3 und eine selektive katalytische Reduktionsvorrichtung (SCR) 4. Es versteht sich jedoch, dass das System 10 weitere oder andere katalytische Vorrichtungen zur Umwandlung, Adsorption und/oder Filterung von toxischen Substanzen und Schadstoffen aus dem Abgasstrom umfassen kann, z.B. einen Dieseloxidationskatalysator usw., die anders als hier dargestellt angeordnet sein können oder auch nicht.
  • In diesem Beispiel sind der Partikelfilter 3 und die SCR-Vorrichtung 4 im Allgemeinen stromabwärts des LNT 2 in Bezug auf den Motor 1 angeordnet. Das Abgas wird also zunächst durch den LNT 2 und anschließend durch den DPF 3 und dann durch die SCR-Vorrichtung 4 geleitet.
  • Ein SCR 4 ist vor allem bei höheren Temperaturen effizient, z.B. bei Fahrten auf dem Land oder auf der Autobahn, da er zuerst seine Abschalttemperatur erreichen muss. In Niedriglastsituationen wie im Stadtverkehr können die NOx-Emissionen durch SCR-Systeme ohne weitere Anpassungen nicht ausreichend reduziert werden, da die Temperaturen für eine hocheffiziente NOx-Umwandlung nicht erreicht werden. Für eine ausreichende NOx-Reduzierung bei niedriger Last könnte ein SCR-System beispielsweise durch eine elektrische Heizung oder eine modifizierte Verbrennung beheizt werden. Beide Maßnahmen würden jedoch zu einem höheren Kraftstoffverbrauch führen.
  • Ein LNT kann bei niedriger Last eingesetzt werden, da er in der Lage ist, NOx bereits bei niedrigen Temperaturen zu speichern, und ist damit für das Aufwärmen, niedrige Last und/oder langsames Stop-and-Go-Fahren in der Stadt oder einem städtischen Gebiet eignet. Der Nachteil eines LNT ist, dass eine häufige Regeneration (DeNOx) erforderlich ist, wenn der LNT voll beladen ist. Dies ist jedoch im Stadtverkehr aufgrund der instabilen Fahrbedingungen (Stop & Go) und einer Motorlast unterhalb des DeNOx-Freisetzungsbereichs sehr schwierig zu erreichen.
  • Bei herkömmlichen Systemen wird der Motor für eine begrenzte Zeit, etwa 10 bis 20 Sekunden, von einem normalen mageren Verbrennungsmodus in einen fetten Verbrennungsmodus umgeschaltet, wobei eine bestimmte Kombination von Motor- und Luftpfadparametern eingestellt wird, um die Desorption des adsorbierten NOx zu optimieren (z.B. Verringerung des Raildrucks, Erhöhung der Nacheinspritzung, verzögerter Einspritzbeginn, aktive Drosselklappe, aktive Hochdruck-Abgasrückführung, Verringerung der Luftmasse und des Ladedrucks usw.).
  • 2 zeigt schematisch ein Beispiel für einen solchen konventionellen Fall, bei dem der Motor von magerer Verbrennung I auf fette Verbrennung r umgeschaltet wird. Wie hier zu sehen ist, wird das Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ während eines bestimmten Zeitintervalls auf einen vordefinierten Zielwert Ta abgesenkt.
  • Dieses herkömmliche Verfahren führt zum einen zu einem erhöhten Kraftstoffverbrauch sowie u.a. auch zu einer erhöhten CO2-Produktion. Darüber hinaus ist es sehr schwierig, unter den relativ instabilen Bedingungen z.B. im Stadtverkehr einen solch langanhaltenden fetten Impuls durchzuhalten.
  • Der hier verfolgte Ansatz, wie er nun unter Bezugnahme auf die 3 bis 5 erläutert wird, bietet eine Lösung für dieses Problem, die in Form eines Software-Updates, insbesondere für ein Motorsteuergerät 5 des Verbrennugsmotors 1, realisiert werden kann. Die Hardware des Systems muss dabei nicht ausgetauscht oder angepasst werden. Stattdessen wird eine neue Software/Steuerfunktion für das Motorsteuergerät 5 bereitgestellt, die es ermöglicht, auf eine spezielle kalibrierte Rauchbegrenzung umzuschalten, wenn der Speicher des LNT 2 voll ist. Genauer gesagt wird der LNT 2 häufig während (kleiner) Beschleunigungsphasen bei Fahrten mit geringer Last und/oder im Stadtverkehr regeneriert. Diese Maßnahme führt zu sehr niedrigen NOx-Emissionen im Stadtverkehr ohne CO2-Einbußen und ohne zusätzliche Kosten für Nachbehandlungskomponenten.
  • Unter Bezugnahme auf 5 umfasst das entsprechende Verfahren M unter M0 Bestimmen von Fahrparametern des Kraftfahrzeugs 100 mit dem Motorsteuergerät 5. Die Regeneration des NOx-Adsorbers 2, wie sie in den nachfolgenden Schritten erfolgt, wird nur dann freigegeben, wenn die Fahrparameter vordefinierte Stadt- und/oder Schwachlastfahrbedingungen erfüllen.
  • Das Verfahren M umfasst ferner unter M1 Beurteilen durch das Motorsteuergerät 5, ob ein NOx-Speicherpegel des LNT 2 eine Speicherschwelle überschreitet und somit ein Regenerationsprozess gestartet werden soll oder nicht.
  • Das Verfahren M umfasst ferner unter M2 Empfangen einer Beschleunigungsanfrage durch das Motorsteuergerät 5 zum Beschleunigen des Kraftfahrzeugs 100 während einer Beschleunigungsphase.
  • Das Verfahren M umfasst ferner unter M3 Aktivieren der Regeneration des NOx-Adsorbers 2 als Reaktion auf die Beschleunigungsanfrage durch Ändern eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses λ des Verbrennungsmotors 1 von einem mageren Wert I auf einen fetten Wert r durch Einstellen einer Rauchbegrenzung des Verbrennungsmotors 1, sodass ein Zielwert Ta für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ während der Beschleunigungsphase erreicht wird.
  • Hier ist die Regeneration auf eine Zeitdauer der Beschleunigungsphase begrenzt. Beispielsweise kann die Regeneration des NOx-Adsorbers 2 in Abhängigkeit von der Rußansammlung, z.B. im DPF 3, zeitlich und/oder motorisch begrenzt werden.
  • 3 zeigt schematisch ein Beispiel für das Umschalten von einem mageren in einen fetten Modus mit dem hier beschriebenen Ansatz. Hier wird die Rauch-/Drehmomentbegrenzung reduziert, was zu einer Absenkung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses λ (gestrichelte Linie) führt, welches auf einen Zielwert Ta reduziert wird. Eine vollständige Abschaltung der Rauchbegrenzung würde zu einem wesentlich stärkeren Einbruch des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses λ führen, wie die durchgezogene Linie in 3 zeigt.
  • Dies ist prinzipiell ähnlich zu dem Fall in 2. Allerdings ist das Zeitintervall nach dem vorliegenden Ansatz deutlich kürzer (z.B. eine oder höchstens ein paar Sekunden), weil der fette Verbrennungsmodus r nur so lange aktiv ist, wie das Fahrzeug 100 beschleunigt (was im Stadtverkehr eher kurz ist). Außerdem wird ein Einspritzmodus des Verbrennungsmotors 1, z. B. eine Nacheinspritzungseinstellung, während dieser Form der Regeneration beibehalten, wenn als Reaktion auf die Beschleunigungsanforderung in die Regeneration des NOx-Adsorbers 2 geschaltet wird.
  • Für den Fall, dass die Beschleunigung zu gering und/oder die Beschleunigungsphase zu kurz ist, kann das Verfahren M ferner optional unter M4 die Einstellung eines Luftdrosselwertes des Verbrennungsmotors 1 in Abhängigkeit von der Beschleunigungsanfrage während der Regeneration umfassen, um den Zielwert Ta für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis λ während der Beschleunigungsphase zu erreichen.
  • Mit dem hier beschriebenen Ansatz kann das Betriebsregime für konventionelle DeNOx erweitert werden, wie z.B. in 4 anhand eines Motorkennfelds gezeigt wird (vgl. Pfeile in 4). Insbesondere kann die Effizienz des Nachbehandlungssystems im Stadtverkehr verbessert werden, wo die SCR-Vorrichtung 4 allein nur eine unterdurchschnittliche Leistung erbringen würde. Da der Verbrennungsmodus während der Regeneration des LNT 2 nicht geändert wird, ist die Lösung CO2-neutral. Durch die Änderung der Rauchbegrenzung wird sich der Ruß schneller in dem DPF 3 ansammeln, weshalb es wichtig ist, den Ansatz in vernünftiger Weise zu nutzen, z.B. nur im Stadtverkehr, wenn die Speicherkapazität des LNT 2 erreicht ist. Es versteht sich, dass die vorliegende Erfindung nicht nur im normalen Fahrbetrieb, sondern auch während der DPF-Regeneration, z. B. bei der Entschwefelung (DeSOx), eingesetzt werden kann.
  • In der vorangegangenen detaillierten Beschreibung sind verschiedene Merkmale zur Verbesserung der Stringenz der Darstellung in einem oder mehreren Beispielen zusammengefasst worden. Es sollte dabei jedoch klar sein, dass die obige Beschreibung lediglich illustrativer, nicht jedoch beschränkender Natur ist. Sie dient der Abdeckung aller Alternativen, Modifikationen und Äquivalente. Viele andere Beispiele werden dem Fachmann aufgrund seiner fachlichen Kenntnisse in Anbetracht der obigen Beschreibung unmittelbar klar sein. Die Ausführungsbeispiele wurden ausgewählt und beschrieben, um die der Erfindung zugrundeliegenden Prinzipien und ihre Anwendungsmöglichkeiten in der Praxis darstellen zu können, sodass Fachleuten ermöglicht wird, die Erfindung und ihre verschiedenen Ausführungsbeispiele in Bezug auf den beabsichtigten Einsatzzweck optimal zu modifizieren und zu nutzen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Verbrennungsmotor
    2
    NOx-Adsorber
    3
    Dieselpartikelfilter
    4
    Selektive katalytische Reduktionsvorrichtung
    5
    Motorsteuergerät
    6
    Steuerverbindung
    7
    Abgasleitung
    8
    Abgasauslass
    10
    System zur Abgasnachbehandlung
    100
    Kraftfahrzeug
    λ
    Luft-Kraftstoff-Verhältnis
    t
    Zeit
    T
    Drehmoment
    n
    Motordrehzahl
    F
    Volllast
    c
    Stadtverkehr (z.B. 50 km/h)
    D
    konventioneller DeNOx-Modus
    I
    magere Verbrennung
    r
    fette Verbrennung
    Ta
    Zielwert
    M
    Verfahren
    M0-M4
    Verfahrensschritte
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 1386656 B1 [0006]

Claims (11)

  1. Verfahren (M) zur Abgasnachbehandlung eines Kraftfahrzeugs (100), wobei das Verfahren (M) umfasst: Beurteilen (M1) durch ein Motorsteuergerät (5) eines Verbrennungsmotors (1) des Kraftfahrzeugs (100), ob ein Stickoxid-, NOx, Speicherstand eines NOx-Adsorbers (2) eine Speicherschwelle überschreitet, wobei der NOx-Adsorber (2) zur Adsorption von NOx aus Abgas des Verbrennungsmotors (1) ausgebildet ist; Empfangen (M2) einer Beschleunigungsanfrage mit dem Motorsteuergerät (5) zum Beschleunigen des Kraftfahrzeugs (100) während einer Beschleunigungsphase; und Anschalten (M3) einer Regeneration des NOx-Adsorbers (2) in Reaktion auf die Beschleunigungsanfrage durch Ändern eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses (λ) des Verbrennungsmotors (1) von einem mageren Wert (I) zu einem fetten Wert (r) durch Einstellen einer Rauchbegrenzung des Verbrennungsmotors (1), sodass ein Zielwert (Ta) für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis (λ) während der Beschleunigungsphase erreicht wird, wobei die Regeneration auf oder unter eine Zeitdauer der Beschleunigungsphase begrenzt ist.
  2. Verfahren (M) nach Anspruch 1, ferner umfassend: Bestimmen (M0) von Fahrparametern des Kraftfahrzeugs (100) mit dem Motorsteuergerät (5), wobei die Regeneration des NOx-Adsorbers (2) während der Beschleunigungsphase nur dann freigegeben wird, wenn die Fahrparameter vorgegebene Stadt- und/oder Schwachlastfahrbedingungen erfüllen.
  3. Verfahren (M) nach Anspruch 1 oder 2, ferner umfassend: Einstellen (M4) eines Luftdrosselwertes des Verbrennungsmotors (1) in Abhängigkeit von der Beschleunigungsanfrage während der Regeneration, um den Zielwert (Ta) für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis (λ) zu erreichen.
  4. Verfahren (M) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei beim Umschalten in die Regeneration des NOx-Adsorbers (2) in Reaktion auf die Beschleunigungsanfrage ein Einspritzmodus des Verbrennungsmotors (1), insbesondere die Aktivierung von Nacheinspritzmengen, beibehalten wird.
  5. Verfahren (M) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Regeneration des NOx-Adsorbers (2) in Reaktion auf die Beschleunigungsanfrage in Abhängigkeit von einer Rußansammlung, insbesondere in einem Dieselpartikelfilter, DPF, (3) des Kraftfahrzeugs (100), zeitlich und/oder motorisch begrenzt wird.
  6. System (10) zur Abgasnachbehandlung eines Kraftfahrzeugs (100), umfassend: einen NOx-Adsorber (2), welcher dazu ausgebildet ist, NOx aus Abgas eines Verbrennungsmotors (1) zu adsorbieren; und ein Motorsteuergerät (5), welche dazu ausgebildet ist, zu beurteilen, ob ein NOx-Speicherstand des NOx-Adsorbers (2) eine Speicherschwelle überschreitet, eine Beschleunigungsanfrage zum Beschleunigen des Kraftfahrzeugs (100) während einer Beschleunigungsphase zu empfangen und eine Regeneration des NOx-Adsorbers (2) in Reaktion auf die Beschleunigungsanfrage zu aktivieren, indem ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis (λ) des Verbrennungsmotors (1) von einem mageren Wert (I) auf einen fetten Wert (r) durch Einstellen einer Rauchbegrenzung des Verbrennungsmotors (1) geändert wird, sodass ein Zielwert (Ta) für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis (λ) während der Beschleunigungsphase erreicht wird, wobei die Regeneration auf oder unter eine Zeitdauer der Beschleunigungsphase begrenzt ist.
  7. System (10) nach Anspruch 6, wobei das Motorsteuergerät (5) dazu ausgebildet ist, Fahrparameter des Kraftfahrzeugs (100) zu ermitteln und die Regeneration des NOx-Adsorbers (2) während der Beschleunigungsphase nur dann zu aktivieren, wenn die Fahrparameter vordefinierte Stadt- und/oder Schwachlastfahrbedingungen erfüllen.
  8. System (10) nach Anspruch 6 oder 7, wobei das Motorsteuergerät (5) dazu ausgebildet ist, einen Luftdrosselwert des Verbrennungsmotors (1) in Abhängigkeit von der Beschleunigungsanfrage während der Regeneration einzustellen, um den Zielwert (Ta) für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis (λ) zu erreichen.
  9. System (10) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei das Motorsteuergerät (5) dazu ausgebildet ist, beim Umschalten in die Regeneration des NOx-Adsorbers (2) in Reaktion auf die Beschleunigungsanfrage einen Einspritzmodus des Verbrennungsmotors (1), insbesondere die Aktivierung von Nacheinspritzmengen, beizubehalten.
  10. System (10) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, ferner umfassend einen DPF (3), wobei das Motorsteuergerät (5) dazu ausgebildet ist, die Regeneration des NOx-Adsorbers (2) zeitlich und/oder motorisch in Reaktion auf die Beschleunigungsanfrage in Abhängigkeit von einer Rußansammlung in dem DPF (3) zu begrenzen.
  11. Kraftfahrzeug (100) mit einem System (10) nach einem der Ansprüche 6 bis 10.
DE102021212498.4A 2021-11-05 2021-11-05 Verfahren und System zur Abgasnachbehandlung Pending DE102021212498A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021212498.4A DE102021212498A1 (de) 2021-11-05 2021-11-05 Verfahren und System zur Abgasnachbehandlung
KR1020220133051A KR20230067717A (ko) 2021-11-05 2022-10-17 배기가스 후처리 시스템 및 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021212498.4A DE102021212498A1 (de) 2021-11-05 2021-11-05 Verfahren und System zur Abgasnachbehandlung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102021212498A1 true DE102021212498A1 (de) 2023-05-11

Family

ID=86053040

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102021212498.4A Pending DE102021212498A1 (de) 2021-11-05 2021-11-05 Verfahren und System zur Abgasnachbehandlung

Country Status (2)

Country Link
KR (1) KR20230067717A (de)
DE (1) DE102021212498A1 (de)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1386656B1 (de) 2002-07-31 2009-01-21 Umicore AG & Co. KG Verfahren zur Regenerierung eines Stickoxid-Speicherkatalysators

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1386656B1 (de) 2002-07-31 2009-01-21 Umicore AG & Co. KG Verfahren zur Regenerierung eines Stickoxid-Speicherkatalysators

Also Published As

Publication number Publication date
KR20230067717A (ko) 2023-05-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE69817718T2 (de) Abgasreiniger für direkteingespritzte verbrennungsmotoren
DE102008019943A1 (de) Partikelfilterregeneration und NOx-Katalysator-Reaktivierung
DE10139992B4 (de) Verfahren zur Regelung der Gemischzusammensetzung für einen Ottomotor mit NOx-Speicherkatalysator während einer Regenerationsphase
EP2394043B1 (de) Verfahren zum betreiben einer brennkraftmaschine mit einer abgasreinigungsanlage
DE102011079785A1 (de) Synergistische scr-/doc-konfigurationen zur verringerung von dieselemissionen
DE102011004522A1 (de) Verfahren zum Betreiben einer fremdgezündete Brennkraftmaschine mit Abgasnachbehandlung und Brennkraftmaschine zur Durchführung eines derartigen Verfahrens
DE19843859A1 (de) Katalysatorregenerationsverfahren
DE102014109450A1 (de) System und Verfahren zum Entschwefeln einer Mager-NOx-Falle
DE10339005B4 (de) Abgasreinigungsverfahren für Verbrennungsmotor
DE10126455B4 (de) Verfahren zur Desulfatisierung eines Stickoxid-Speicherkatalysators
DE102009044776A1 (de) Verfahren zum Reinigen von in Abgas enthaltenem Stickoxid und ein das Verfahren ausführendes Abgassystem
DE102016222010A1 (de) Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine mit einem Niederdruck-Abgasrückführungssystem
DE102016112657A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors
DE102017201401A1 (de) Abgasnachbehandlung
DE60109511T2 (de) Vorrichtung zur Regenerierung eines Partikelfilters in einer selbstgezündeten Brennkraftmaschine
DE102005010036B4 (de) Abgasemissionssteuersystem und Abgasemissionssteuerverfahren für eine Brennkraftmaschine
DE10029504C2 (de) Verfahren zum Betrieb eines Dieselmotors
EP1255922B1 (de) Vorrichtung und verfahren zur steuerung eines betriebes eines mehrzylindermotors für kraftfahrzeuge mit einer mehrflutigen abgasreinigungsanlage
DE102021212498A1 (de) Verfahren und System zur Abgasnachbehandlung
DE10318116A1 (de) Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs
DE10330367A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Entschwefelung eines Katalysators
DE102009014360A1 (de) Verfahren zur Regeneration eines Stickoxid-Speicherkatalysators
DE10115962B4 (de) Verfahren zur Entschwefelung eines im Abgasstrang einer Verbrennungskraftmaschine angeordneten NOx-Speicherkatalysators
DE102006062650A1 (de) Verfahren zur Reaktivierung edelmetallhaltiger Abgasnachbehandlungskomponenten von dauernd magerbetriebenenen Brennkraftmaschinen
DE102015015634A1 (de) Verfahren zur Abgasnachbehandlung und Abgasanlage