DE112008003421T5 - Regenerationssystem und -verfahren für Abgasnachbehandlungsvorrichtungen - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Regenerieren eines Partikelfilters, zum Desulfatieren eines Mager-NOx-Filters, zum Desulfatieren eines Reduktionskatalysators, zum Regenerieren eines Reduktionskatalysators oder eine Kombination davon, umfassend:
Vorsehen eines Oxidationskatalysators stromabwärts eines Verbrennungsmotors und stromaufwärts des Partikelfilters, des Mager-NOx-Filters und des Reduktionskatalysators;
Vorsehen eines ersten Sauerstoffsensors stromaufwärts des Oxidationskatalysators;
Vorsehen eines zweiten Sauerstoffsensors stromabwärts des Oxidationskatalysators;
Vorsehen eines Prozessors zum Wählen und Aufrechterhalten einer erwünschten Änderung der Sauerstoffkonzentration über dem Oxidationskatalysator einen ausgewählten Zeitraum lang, um einen aus dem Oxidationskatalysator austretenden Abgasstrom vorzusehen, der eine Solltemperatur aufweist, und optionale Temperaturerfassung, um einen zusätzlichen Regelkreis vorzusehen;
Regenerieren des Partikelfilters durch Leiten des aus dem Oxidationskatalysator austretenden Abgasstroms durch den Partikelfilter, wobei die Temperatur des durch den Partikelfilter tretenden Abgasstroms und der gewählte Zeitraum ausreichend sind, um den Partikelfilter zu regenerieren;
Desulfatieren des Mager-NOx-Filters durch Leiten des aus dem Oxidationskatalysator austretenden Abgasstroms durch den Mager-NOx-Filter, wobei die Temperatur des durch den...

Description

  • Technisches Gebiet
  • Diese Offenbarung betrifft Abgasnachbehandlung für einen Verbrennungsmotor.
  • Hintergrund
  • Abgasnachbehandlungssysteme und -verfahren sind allein oder kombiniert zum Regenerieren einer oder mehrerer Abgasnachbehandlungsvorrichtungen bekannt, einschließlich Regenerieren eines Partikelfilters, zum Beispiel eines Dieselpartikelfilters, zum Desulfatieren eines Mager-NOx-Filters und zum Desulfatieren oder Regenerieren eines Katalysators, in Ausführungsformen eines Katalysators für selektive katalytische Reduktion (SCR-Katalysator) oder eines Katalysators für harnstoff-selektive katalytische Reduktion, der sich stromabwärts eines Verbrennungsmotors, in Ausführungsformen eines Benzinmotors oder eines Dieselmotors, befindet.
  • Dieselmotoren werden für verbesserte Kraftstoffwirtschaftlichkeit bei überstöchiometrischen Luft/Kraftstoffmassen-Verhältnissen betrieben. Solche Motoren mit Magerverbrennung erzeugen ein heißes Abgas mit einem relativ hohen Anteil an Sauerstoff und Stickstoffoxiden (NOx). Die Temperatur des Abgases eines aufgewärmten Dieselmotors liegt typischerweise in dem Bereich von etwa 200C° bis etwa 400°C und hat nach Volumen eine typische Zusammensetzung von etwa 10% bis etwa 17% Sauerstoff, etwa 3% Kohlendioxid, etwa 0,1% Kohlenmonoxid, etwa 180 Teile pro Million (ppm) Kohlenwasserstoffe, etwa 235 ppm NOx und als Rest Stickstoff und Wasser.
  • NOx-Gase, die typischerweise Stickstoffmonoxid (NO) und Stickstoffdioxid (NO2) umfassen, sind aufgrund des hohen Anteils an Sauerstoff (O2) in dem heißen Abgasstrom schwer zu Stickstoff (N2) zu reduzieren. Bestehende NOx-Reduktionstechniken, beispielsweise die Technik des Mager-NOx-Filters und die Technik der selektiven katalytischen Reduktion (SCR) mit Harnstoff, können unter bestimmten Bedingungen eine gewisse geeignete NOx-Reduktionsleistung bieten.
  • Partikelfilter, beispielsweise Dieselpartikelfilter oder Benzinpartikelfilter, halten Ruß in dem Abgas zurück und müssen regelmäßig regeneriert werden. Die Regeneration des Dieselpartikelfilters umfasst das Anheben der Temperatur des Filters auf eine Temperatur, die ausreicht, um den Ruß abzubrennen, typischerweise von etwa 600°C bis etwa 700°C, und das Aufrechterhalten der Temperatur während des Reinigungszyklus.
  • Ein Mager-NOx-Filter speichert NOx-Emissionen während kraftstoffarmen Vorgängen und wandelt das gespeicherte NOx während kraftstoffreicher Bedingungen zu Stickstoff und Wasser um. Der Mager-NOx-Filter weist eine begrenzte Speicherkapazität auf und muss mit einem kraftstoffreichen reduzierenden „Puls” regeneriert werden, wenn er sich seiner Kapazität nähert. Es ist wünschenswert, den Wirkungsgrad des Regenerationsvorgangs des Mager-NOx-Filters zu steuern, um eine optimale Schadstoffbegrenzung und einen minimalen Kraftstoffverbrauch vorzusehen.
  • Schwefel in dem Abgasstrom, der an dem Mager-NOx-Katalysator gespeichert wird, hat eine nachteilige Wirkung auf die Fähigkeit des Mager-NOx-Katalysators, NOx-Emissionen zu reduzieren. Daher muss der Mager-NOx-Filter regelmäßig desulfatiert werden. Schwefel wird durch Vorsehen eines fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnisses eines reduzierenden Pulses entfernt, während die Temperatur des Mager-NOx-Filters auf eine Temperatur von etwa 700°C bis etwa 800°C angehoben wird.
  • Die angehobenen Temperaturen werden typischerweise durch die Verwendung eines Oxidationskatalysators oder im Fall eines Dieselmotors eines Dieseloxidationskatalysators (DOC) erreicht, der eine exotherme Reaktion mit Rohkohlenwasserstoffen erzeugt, die in den Abgasstrom eingespritzt werden, beispielsweise durch Einspritzung in den Zylinder oder externe Einspritzung direkt in den Abgasstrom. Die Temperatursteuerung des Oxidationskatalysators kann aufgrund der großen Wärmemasse, die dem Katalysator einhergeht, sowie aufgrund der Transportverzögerungen zwischen dem Punkt der Einspritzung und der Position des Temperatursensors problematisch sein. Verfahren, die zum Steuern der Temperatur verwendet werden, umfassen die Verwendung von Tabellen ohne Rückführung beruhend auf Motorbetriebsparametern und Temperatursteuerung mit Rückführung unter Verwendung von Temperatursensoren an verschiedenen Stellen in dem Abgasstrom. Eine Temperatursteuerung des Oxidationskatalysators mit Rückführung unter Verwendung von Temperatursensoren kann durch die langsame Reaktion des Systems beschränkt sein. Es können auch Rohemissionspartikelmaterial-Kennfelder, -modelle oder Partikelmaterialsensoren verwendet werden.
  • Zusammenfassung
  • Hierin offenbarte Ausführungsformen umfassen ein Verfahren und System zum Regenerieren eines Partikelfilters, zum Desulfatieren eines Mager-NOx-Filters, zum Desulfatieren oder Regenerieren eines Reduktionskatalysators oder eine Kombination davon. Ein Oxidationskatalysator befindet sich stromabwärts eines Verbrennungsmotors und stromaufwärts des Partikelfilters, des Mager-NOx-Filters und des Reduktionskatalysators. Ein erster Sauerstoffsensor befindet sich stromaufwärts des Oxidationskatalysators. Ein zweiter Sauerstoffsensor befindet sich stromabwärts des Oxidationskatalysators. Ein Prozessor wählt und hält eine erwünschte Änderung der Sauerstoffkonzentration über dem Oxidationskatalysator einen ausgewählten Zeitraum lang aufrecht, um einen aus dem Oxidationskatalysator austretenden Abgasstrom vorzusehen, der eine Solltemperatur aufweist. Ein optionaler Temperatursensor kann einen zusätzlichen Regelkreis vorsehen. Der Partikelfilter wird durch Leiten des aus dem Oxidationskatalysator austretenden Abgasstroms durch den Partikelfilter regeneriert, wobei die Temperatur des durch den Partikelfilter tretenden Abgasstroms und der ausgewählte Zeitraum ausreichend sind, um den Partikelfilter zu regenerieren. Der Mager-NOx-Filter wird durch Leiten des aus dem Oxidationskatalysator austretenden Abgasstroms durch den Mager-NOx-Filter desulfatiert, wobei die Temperatur des durch den Mager-NOx-Filter tretenden Abgasstroms und der ausgewählte Zeitraum ausreichend sind, um den Mager-NOx-Filter zu desulfatieren. Und der Reduktionskatalysator wird durch Leiten des aus dem Oxidationskatalysator austretenden Abgasstroms durch den Reduktionskatalysator desulfatiert oder regeneriert, wobei die Temperatur des durch den Reduktionskatalysator tretenden Abgasstroms und der ausgewählte Zeitraum ausreichend sind, um den Reduktionskatalysator zu desulfatieren oder zu regenerieren.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Nun werden eine oder mehrere Ausführungsformen beispielhaft unter Bezug auf die Begleitzeichnung beschrieben, wobei in der einzigen Figur eine Anwendung des Regenerationssystems und -verfahrens gemäß der vorliegenden Offenbarung schematisch veranschaulicht ist.
  • Eingehende Beschreibung
  • Unter Bezug nun auf die Zeichnung, bei der das Gezeigte lediglich dem Zweck des Veranschaulichens bestimmter beispielhafter Ausführungsformen und nicht dem Zweck des Beschränkens derselben dient, zeigt die Figur ein Verfahren zum Regenerieren eines Partikelfilters, beispielsweise eines Dieselpartikelfilters oder eines Benzinpartikelfilters, zum Desulfatieren eines Mager-NOx-Filters, zum Desulfatieren oder Regenerieren eines Reduktionskatalysators, einschließlich zum Beispiel eines kohlenwasserstoff-selektiven Reduktionskatalysators, eines harnstoff-selektiven Reduktionskatalysators, oder eine Kombination von Regenerieren und Desulfatieren einer Kombination solcher Abgasnachbehandlungsvorrichtungen, welches umfasst: das Vorsehen eines Oxidationskatalysators stromabwärts eines Verbrennungsmotors und stromaufwärts des Partikelfilters und des Mager-NOx-Filters; das Vorsehen eines ersten Sauerstoffsensors stromaufwärts des Oxidationskatalysators; das Vorsehen eines zweiten Sauerstoffsensors stromabwärts des Oxidationskatalysators; das Vorsehen eines Prozessors für das Wählen und Aufrechterhalten einer erwünschten Änderung der Sauerstoffkonzentration über dem Oxidationskatalysator einen ausgewählten Zeitraum lang, um einen aus dem Oxidationskatalysator austretenden Abgasstrom vorzusehen, der eine Solltemperatur aufweist; das Regenerieren des Partikelfilters durch Leiten des aus dem Oxidationskatalysator austretenden Abgasstroms durch den Partikelfilter, wobei die Temperatur des durch den Partikelfilters tretenden Abgasstroms und die ausgewählte Zeitdauer ausreichend sind, um den Partikelfilter zu regenerieren; das Desulfatieren des Mager-NOx-Filters durch Leiten des aus dem Oxidationskatalysator austretenden Abgasstroms durch den Mager-NOx-Filter einen ausgewählten Zeitraum lang, wobei die Temperatur des durch den Mager-NOx-Filter tretenden Abgasstroms und der ausgewählte Zeitraum ausreichend sind, um den Mager-NOx-Filter zu desulfatieren; und das Desulfatieren des Reduktionskatalysators durch Leiten des aus dem Oxidationskatalysator austretenden Abgasstroms durch den Reduktionskatalysator einen ausgewählten Zeitraum lang, wobei die Temperatur des durch den Reduktionskatalysator tretenden Abgasstroms und der ausgewählte Zeitraum ausreichend sind, um den Reduktionskatalysator zu desulfatieren.
  • Weiterhin offenbart ist ein System zum Regenerieren eines Partikelfilters, zum Desulfatieren eines Mager-NOx-Filters, zum Desulfatieren oder Regenerieren eines Reduktionskatalysators oder eine Kombination davon, welches umfasst: einen stromabwärts eines Verbrennungsmotors angeordneten Oxidationskatalysator; einen stromabwärts des Oxidationskatalysators angeordneten Partikelfilter; einen stromaufwärts oder stromabwärts des Partikelfilters angeordneten Mager-NOx-Filter; einen stromaufwärts des Oxidationskatalysators angeordneten ersten Sauerstoffsensor; einen stromabwärts des Oxidationskatalysators angeordneten zweiten Sauerstoffsensor; und einen Prozessor zum Wählen und Aufrechterhalten einer erwünschten Änderung der Sauerstoffkonzentration über dem Oxidationskatalysator einen ausgewählten Zeitraum lang, um einen aus dem Oxidationskatalysator austretenden Abgasstrom vorzusehen, der eine Solltemperatur aufweist; wobei der ausgewählte Zeitraum und die Solltemperatur ausreichend sind, um den Partikelfilter durch Leiten des aus dem Oxidationskatalysator austretenden Abgasstroms durch den Partikelfilter zu regenerieren; wobei der ausgewählte Zeitraum und die Solltemperatur ausreichend sind, um den Mager-NOx-Filter durch Leiten des aus dem Oxidationskatalysator austretenden Abgasstroms durch den Mager-NOx-Filter zu desulfatieren; und wobei der ausgewählte Zeitraum und die Solltemperatur ausreichend sind, um den Reduktionskatalysator durch Leiten des aus dem Oxidationskatalysator austretenden Abgasstroms durch den Reduktionskatalysator zu desulfatieren oder zu regenerieren.
  • Das System und Verfahren sehen hierin in verschiedenen Ausführungsformen eine verbesserte Temperatursteuerung für die Desulfatierung eines Mager-NOx-Filters und in weiteren Ausführungsformen für die Desulfatierung eines Katalysators für selektive katalytische Reduktion durch Steuern des Sauerstoff-Delta über dem Dieseloxidationskatalysator vor, um während eines Regenerationsvorgangs optimale Desulfatierungstemperaturen des Katalysators zu erreichen und aufrechtzuerhalten. Solange er sich bei der optimalen Katalysatortemperatur, typischerweise von etwa 700°C bis etwa 800°C befindet, wechselt das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in dem Abgas von fett zu mager, um Schwefel aus dem Katalysator zu verdrängen, der den NOx-Wirkungsgrad hemmt. Der Zeitraum für eine Desulfatierung kann als Funktion des Katalysatorvolumens ermittelt werden. Zum Beispiel kann der maximal zulässige Betrag der Schwefelbeladung, zum Beispiel auf ein Gramm pro Liter (g/l) des Katalysators, ermittelt werden und der Desulfatierungszeitraum kann als Zeitbetrag gewählt werden, der zum Desulfatieren der maximal zulässigen Schwefelbeladung erforderlich ist.
  • Das Luft/Kraftstoff-Verhältnis kann durch jedes geeignete Verfahren gesteuert werden, einschließlich in Ausführungsformen durch fettes Betreiben des Motors unter Verwenden von Kompressionszündung mit vorge mischter Ladung (PCCI), HC-Einspritzung in das Abgas oder Nacheinspritzung.
  • Die Regeneration des Dieselpartikelfilters kann das Anheben der Temperatur des Filters auf eine Temperatur, die ausreichend ist, um den Ruß abzubrennen, typischerweise von etwa 600°C bis etwa 700°C, und das Aufrechterhalten dieser Temperatur während des Reinigungszyklus umfassen. In vorliegenden Ausführungsformen wird eine verbesserte Temperatursteuerung für die Dieselpartikelfilterregeneration durch Steuern des Sauerstoff-Delta über dem Dieseloxidationskatalysator vorgesehen. Der Zeitraum, der ausreichend ist, um den DPF zu regenerieren, ist unterschiedlich und hängt von dem Katalysatorvolumen und der Rußbeladung ab. Zum Beispiel kann die maximal zulässige Menge an Rußbeladung, zum Beispiel auf Gramm pro Liter (g/l) des DPF, ermittelt werden, und der Regenerationszeitraum kann als der Zeitbetrag gewählt werden, der zum Regenerieren des DPF erforderlich ist, wenn er diese maximal zulässige Rußbeladung erreicht.
  • Unter Bezug auf die Figur ist ein Diagramm eines Abgasnachbehandlungssystems 10 gezeigt. Der Motor 12 ist stromaufwärts eines Oxidationskatalysators 14, in Ausführungsformen eines Dieseloxidationskatalysators (DOC), gezeigt, der stromaufwärts von mehreren Abgasbehandlungsvorrichtungen angeordnet ist, die einen Mager-NOx-Filter 16, einen Partikelfilter 18, in Ausführungsformen einen Dieselpartikelfilter (DPF) oder einen Benzinpartikelfilter, und einen Katalysator 20 für selektive katalytische Reduktion (SCR) umfassen. Der Reduktionskatalysator kann andere geeignete Reduktionskatalysatoren umfassen, zum Beispiel einen Katalysator für harnstoff-selektive Reduktion.
  • Der Motor 12 kann jede kohlenwasserstoffbetriebene Antriebsquelle sein, beispielsweise ein Verbrennungsmotor, in Ausführungsformen ein Dieselmotor, ein Benzinmotor, wenngleich er nicht auf solche Ausführungsformen beschränkt ist.
  • Der Reduktionskatalysator, in Ausführungsformen SCR-Katalysator 20, kann nach Bedarf an verschiedenen Stellen angeordnet werden. Zum Beispiel ist der SCR-Katalysator 20 in einer Ausführungsform stromabwärts des LNT 16 angeordnet. In einer anderen Ausführungsform ist der SCR-Katalysator 20 in dem gleichen Katalysatorbrick wie der LNT 16 angeordnet. In einer noch anderen Ausführungsform wird der SCR-Katalysator 20 an Stelle des LNT 16 verwendet.
  • Stromaufwärts des Dieseloxidationskatalysators 14 ist eine Kohlenwasserstoff-Dosiervorrichtung 22 gezeigt. Das vorliegende Verfahren kann zum Beispiel das Liefern einer ausgewählten Kohlenwasserstoffdosis zu dem Oxidationskatalysator umfassen. Ausführungsformen umfassen das Befördern von Kraftstoff, der zum Beispiel Dieselkraftstoff, Ethanol oder Benzin sein kann, in den Oxidationskatalysator, um eine erwünschte Sauerstoffkonzentrationsabnahme über dem Oxidationskatalysator 14 aufrechtzuerhalten. Der Kraftstoff kann durch jedes erwünschte Verfahren oder jede erwünschte Vorrichtung in den Oxidationskatalysator 14 befördert werden. Zum Beispiel kann ein Kohlenwasserstoffinjektor verwendet werden, um Dieselkraftstoff, Ethanol oder Benzin vor dem Oxidationskatalysator 14 in den Abgasstrom einzuspritzen. Alternativ kann der Motor verwendet werden, um Kohlenwasserstoffe zu erzeugen, zum Beispiel durch Zugeben von Kraftstoff in den Motor zu einem Zeitpunkt während oder nach dem Verbrennungszyklus, so dass der Kraftstoff in den Abgasstrom gelangt. Das System kann zum Beispiel einen Motor mit einem Verbrennungssystem umfassen, das konfiguriert ist, um während eines Verbrennungszyklus oder nach einem Verbrennungszyklus Kraftstoff in den Motor zuzugeben, so dass der Kraftstoff stromaufwärts des Oxidationskatalysators in den Abgasstrom gelangt. In Ausführungsformen kann ein Reformer, der entweder aus Benzin oder Dieselkraftstoff Reformat erzeugt, als Kohlenwasserstoff-Dosiervorrichtung verwendet werden, um dem Oxidationskatalysator Kohlenwasserstoffe zu liefern. Das vorliegende Verfahren kann zum Beispiel das Liefern einer ausgewählten Kohlenwasserstoffdosis zu dem Oxidationskatalysator durch Verwenden eines Reformers, um entweder aus Benzin- oder Dieselkraftstoff Reformat zu erzeugen, und das Liefern des Reformats zu dem Oxidationskatalysator umfassen.
  • In einer Ausführungsform wird die Änderung in einem Sauerstoff-Regelkreis gemessen und gesteuert. Der Sauerstoffsensor 24 ist stromabwärts des Motors 12 angeordnet, wobei er ein Signal einer Rohemissions-Sauerstoffkonzentration O2_EO zu dem Prozessor 26 liefert, und der Sauerstoffsensor 28 ist stromabwärts des Dieseloxidationskatalysators 14 angeordnet, um ein Signal einer DOC-Sauerstoffkonzentration O2_DOC_Out zu dem Prozessor 26 zu liefern, um den Delta-Sauerstoff über dem DOC zum Vergleichen mit der Bezugs-Delta-Sauerstoffkonzentration aus empirischen Daten 30 zu ermitteln. In Ausführungsformen ist der Prozessor 26 ein Proportional-Integral-Differential-Regler, wenngleich er nicht beschränkt ist.
  • In Ausführungsformen können zusätzliche Sauerstoffsensoren eingesetzt werden, zum Beispiel können zusätzliche Sauerstoffsensoren verwendet werden, wenn ein DOC direkt stromaufwärts von (d. h. unmittelbar benachbart zu) dem DPF angeordnet ist und der DPF nach einem Katalysator für harnstoff-selektive katalytische Reduktion oder LNT oder HC-SCR-Katalysator angeordnet ist.
  • In einer anderen Ausführungsform ist ein zweiter Regelkreis, der außerhalb des Sauerstoff-Regelkreises verläuft, für die Temperatursteuerung ausgerichtet. An ausgewählten Stellen sind im gesamten System Temperatursensoren angeordnet. Die Temperatur 32 ist eine Bezugstemperatur Tref. In Ausführungsformen ist zum Beispiel der Temperatursensor 34 stromabwärts des Motors 12 angeordnet. Der Temperatursensor 36 kann sich an jeder geeigneten Stelle befinden, zum Beispiel kann sich der Temperatursensor 36 in Ausführungsformen zum Erfassen der Abgasbricktemperatur in dem hinteren Brick des DOC 14 befinden oder kann zum Erfassen der Temperatur des aus dem DOC austretenden Stroms stromabwärts des DOC oder an einer anderen wünschenswerten Stelle angeordnet sein. Der Temperatursensor 34 liefert dem Steuergerät 26 ein Signal einer Rohemissions-Abgastemperatur TEO, und der Temperatursensor 36 liefert dem Steuergerät 26 ein Signal der Abgastemperatur in dem DOC oder bei Austreten aus dem Dieseloxidationskatalysator 14 TDOC_Rear_Bed. Die Temperatur 38 ist der Temperaturfehler zwischen dem Temperaturbezugswert 32 und der von dem Temperatursensor 36 gelesenen Ist-Temperatur.
  • Optional können zusätzliche Temperatursensoren verwendet werden, zum Beispiel stromaufwärts des LNT 16, stromaufwärts des DPF 18 oder stromaufwärts des HC-SCR-Katalysators 20, wenngleich dies nicht auf diese Stellen beschränkt ist.
  • An ausgewählten Stellen können Schwefelsensoren angeordnet sein, um ein oder mehrere Signale der Schwefelkonzentration der verschiedenen Vorrichtungen zu erhalten und zu dem Prozessor 26 zu senden. In Ausführungsformen ist zum Beispiel ein Schwefelsensor 40 stromaufwärts des DOC 14 angeordnet, ein Schwefelsensor 41 ist stromabwärts des DOC 14 angeordnet, ein Schwefelsensor 42 ist stromabwärts des LNT angeordnet, ein Schwefelsensor 43 ist stromabwärts des SCR-Katalysators 20 angeordnet und ein Schwefelsensor 44 ist stromabwärts des DPF 18 angeordnet. In Ausführungsformen umfasst das vorliegende Verfahren das Vorsehen eines ersten Schwefelsensors stromaufwärts des Oxidationskatalysators; das Vorsehen eines zweiten Schwefelsensors stromabwärts des Oxidationskatalysators; das Vorsehen eines dritten Schwefelsensors stromabwärts des Mager-NOx-Filters; das Vorsehen eines vierten Schwefelsensors stromabwärts des Reduktionskatalysators; das Vorsehen eines fünften Schwefelsensors stromabwärts des Partikelfilters; und das Erfassen eines oder mehrerer Schwefelkonzentrationssignale und das Senden eines oder mehrerer Schwefelkonzentrationssignale zu dem Prozessor 26.
  • In Ausführungsformen sieht das vorliegende Verfahren eine Steuerung mit Rückführung der Änderung der Sauerstoffkonzentration über dem Oxidationskatalysator 14 vor, um die Temperatur des in den Mager-NOx-Filter 16, den Partikelfilter 18, in optionale andere Katalysatoren, zum Beispiel SCR-Katalysator 20, eindringenden Abgasstroms zu steuern, um die Temperatur dieser Abgasnachbehandlungsvorrichtungen zu steuern und dadurch Regenerations- und Desulfatierungsvorgänge zu bewältigen. Der stromaufwärts des Oxidationskatalysators 14 angeordnete Sauerstoffsensor 24 und der stromabwärts des Oxidationskatalysators 14 angeordnete zweite Sauerstoffsensor 28 sehen eine Messung einer Änderung der Sauerstoffkonzentration über dem Oxidationskatalysator 14 vor. Die Reaktion der Sauerstoffsensoren 24, 28 ist relativ schnell und bietet eine hohe Bandbeite für die Steuerung mit Rückführung. Eine Abnahme der Sauerstoffkonzentration über dem Oxidationskatalysator 14 ist ein Hinweis auf die Wärmezufuhr in den Abgasstrom, der in die Nachbehandungsregenerationsvorrichtung, zum Beispiel den Mager-NOx-Filter 16, den Partikelfilter 18, den SCR-Katalysator 20 etc., eindringt, die sich direkt auf die Temperatur dieser Vorrichtungen auswirkt. Durch Steuern des Sauerstoff-Delta über dem Oxidationskatalysator 14 erreichen das vorliegende System und Verfahren eine verbesserte Steuerung der Wärmezufuhr zu den verschiedenen Abgasnachbehandlungsvorrichtungen, was zu einer verbesserten Temperatursteuerung dieser Vorrichtungen und einer verbesserten Steuerung von Regenerationsvorgängen führt.
  • Für die Partikelfilterregeneration kann in Ausführungsformen ein Rohemissionskennfeld der Ansammlung von Rohemissionspartikelmaterial oder ein Partikelmaterial(PM)-Sensor verwendet werden. In einer Ausführungsform kann sich ein PM-Sensor 47 nach dem Motor 12 befinden, um das Rohemissions-PM zu messen. Ein Partikelmaterialsensor 46 kann in dem System, beispielsweise stromabwärts des Partikelfilters 18, angeordnet sein oder kann sich in dem Brick des Partikelfilters 18 befinden, um das während einer DPF-Regeneration aus dem Filter entfernte PM zu messen. In Ausführungsformen umfasst das vorliegende Verfahren das Vorsehen eines ersten Partikelmaterialsensors stromabwärts des Motors und stromaufwärts des Partikelfilters; das Vorsehen eines zweiten Partikelmaterialsensors stromabwärts des Partikelfilters oder in dem Brick des Partikelfilters; und das Erfassen einer Partikelmaterialkonzentration eines Rohemissionsabgasstroms, das Erfassen einer Partikelmaterialmenge, die während einer Partikelfilterregeneration entfernt wird, oder eine Kombination davon; und das Senden eines oder mehrerer Partikelmaterialsignale zu dem Prozessor.
  • Zusätzlich zur Partikelfilterregeneration kann ein stromaufwärts oder stromabwärts des Partikelfilters 18 angeordneter Katalysator in einer mageren Luft/Kraftstoff-Abgas-Bedingung desulfatiert werden, während ein Partikelfilterregenerationsvorgang auftritt. Diese Ausführungsform ermöglicht es, Abgastemperaturen recht konstant zu halten, um Schwefel aus einer Vorrichtung, beispielsweise einem Kohlenwasserstoff-SCRKatalysator, zu verdrängen.
  • In Ausführungsformen kann das mittlere Sauerstoff-Delta aus empirischen Daten ermittelt werden, während ein transienter Test laufen gelassen wird, um in dem Oxidationskatalysator 14 und dem Partikelfilter 18 die Solltemperatur zu erreichen. Eine schwach verstärkende Anpassung 48 kann an diesem Basiswert als Funktion des Temperaturfehlers angelegt werden, um die Betttemperaturen des Oxidationskatalysators 14 zu steuern. Die Temperatur kann in dem hinteren Bett, dem vorderen Bett oder in beiden gemessen werden. Die Temperatur des Abgasstroms kann stromaufwärts, stromabwärts oder an irgendeinem Punkt in dem Bett (oder den Betten) des Oxidationskatalysators 14 oder alternativ an irgendeinem anderen Punkt stromabwärts des DOC 14 gemessen werden, um den Temperaturfehler zu ermitteln.
  • Sobald die Temperatur des Oxidationskatalysators 14 auf eine Solldesulfatiertemperatur angehoben wurde, kann die Luft/Kraftstoff-Ration des Abgases zwischen fett und mager wechseln, um Schwefel aus dem Mager-NOx-Filter 16, dem SCR-Katalysator 20 oder einer anderen Abgasnachbehandlungsvorrichtung zu verdrängen.
  • Der Schwefelgehalt kann unter Verwenden eines Schwefelansammlungsmodells oder -kennfelds ermittelt werden oder es kann ein Schwefelsensor verwendet werden. Der Schwefelsensor 40 kann stromaufwärts des LNT 16, des SCR-Katalysators 20 oder eines anderen Katalysators angeordnet sein, und der Schwefelsensor 42 kann stromabwärts des LNT 16, des SCR-Katalysators 20 oder eines anderen Katalysators oder in dem Brick des LNT 16, des SCR-Katalysators 20 oder eines anderen Katalysators angeordnet sein. In einer anderen Ausführungsform kann ein Zeit- Temperatur-Kennfeld verwendet werden, um die Schwefelmenge zu ermitteln, die aus dem System entfernt wurde.
  • In anderen Ausführungsformen kann eine Regeneration eines deaktivierten SCR-Katalysators verwendet werden, um den HC-SCR- oder den Harnstoff-SCR-Katalysator zu regenerieren. Zum Beispiel kann während des Betriebs des HC-SCR-Katalysators der Katalysator eine Deaktivierung oder ein Verkoken erfahren, was den Katalysator inaktiv macht. Die Temperatur des Katalysators wird einen Zeitraum lang, der ausreicht, um jeglichen Kohlenwasserstoff oder Koks zu verdrängen auf eine geeignete Temperatur, zum Beispiel über 450°C, gebracht. Die Regeneration ist in dieser Ausführungsform nicht die gleiche wie die Desulfatierung (oder DeSOx). Sowohl der HC-SCR- als auch der HARNSTOFF-SCR-Katalysator können durch HC-Deaktivierung oder Verkokung deaktiviert werden. Die Regeneration erfolgt typischerweise dem in mageren Betriebszustand, wogegen eine Desulfatierung durch Pulsieren des L/K-Verhältnisses zwischen fett und mager verwirklicht wird, um den Schwefel zu verdrängen.
  • Die Offenbarung beschreibt bestimmte bevorzugte Ausführungsformen und Abwandlungen derselben. Weitere Abwandlungen und Änderungen können Dritten beim Lesen und Verstehen der Beschreibung in den Sinn kommen. Daher soll die Offenbarung nicht auf die besondere(n) Ausführungsform(en) beschränkt sein, die als die zum Ausführen dieser Offenbarung in Betracht gezogene beste Methode offenbart wurde(n), sondern die Offenbarung beinhaltet alle Ausführungsformen, die in den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche fallen.
  • Zusammenfassung
  • Es wird ein Verfahren und ein System zum Regenerieren eines Partikelfilters, zum Desulfatieren eines Mager-NOx-Filters, zum Desulfatieren oder Regenerieren eines kohlenwasserstoff-selektiven Katalysators für katalytische Reduktion, zum Desulfatieren oder Regenerieren eines harnstoffselektiven Katalysators für selektive katalytische Reduktion oder eine Kombination davon offenbart.

Claims (23)

  1. Verfahren zum Regenerieren eines Partikelfilters, zum Desulfatieren eines Mager-NOx-Filters, zum Desulfatieren eines Reduktionskatalysators, zum Regenerieren eines Reduktionskatalysators oder eine Kombination davon, umfassend: Vorsehen eines Oxidationskatalysators stromabwärts eines Verbrennungsmotors und stromaufwärts des Partikelfilters, des Mager-NOx-Filters und des Reduktionskatalysators; Vorsehen eines ersten Sauerstoffsensors stromaufwärts des Oxidationskatalysators; Vorsehen eines zweiten Sauerstoffsensors stromabwärts des Oxidationskatalysators; Vorsehen eines Prozessors zum Wählen und Aufrechterhalten einer erwünschten Änderung der Sauerstoffkonzentration über dem Oxidationskatalysator einen ausgewählten Zeitraum lang, um einen aus dem Oxidationskatalysator austretenden Abgasstrom vorzusehen, der eine Solltemperatur aufweist, und optionale Temperaturerfassung, um einen zusätzlichen Regelkreis vorzusehen; Regenerieren des Partikelfilters durch Leiten des aus dem Oxidationskatalysator austretenden Abgasstroms durch den Partikelfilter, wobei die Temperatur des durch den Partikelfilter tretenden Abgasstroms und der gewählte Zeitraum ausreichend sind, um den Partikelfilter zu regenerieren; Desulfatieren des Mager-NOx-Filters durch Leiten des aus dem Oxidationskatalysator austretenden Abgasstroms durch den Mager-NOx-Filter, wobei die Temperatur des durch den Mager-NOx- Filter tretenden Abgasstroms und der ausgewählte Zeitraum ausreichend sind, um den Mager-NOx-Filter zu desulfatieren; und Desulfatieren oder Regenerieren des Reduktionskatalysators durch Leiten des aus dem Oxidationskatalysator austretenden Abgasstroms durch den Reduktionskatalysator, wobei die Temperatur des durch den Reduktionskatalysator tretenden Abgasstroms und der ausgewählte Zeitraum ausreichend sind, um den Reduktionskatalysator zu desulfatieren oder zu regenerieren.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin umfassend: Vorsehen eines ersten Schwefelsensors stromaufwärts des Oxidationskatalysators; Vorsehen eines zweiten Schwefelsensors stromabwärts des Oxidationskatalysators; Vorsehen eines dritten Schwefelsensors stromabwärts des Mager-NOx-Filters; Vorsehen eines vierten Schwefelsensors stromabwärts des Reduktionskatalysators; Vorsehen eines fünften Schwefelsensors stromabwärts des Partikelfilters; und Erfassen eines oder mehrerer Schwefelkonzentrationssignale und Senden eines oder mehrerer Schwefelkonzentrationssignale zu dem Prozessor.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin umfassend: Vorsehen eines ersten Partikelmaterialsensors stromabwärts des Motors und stromaufwärts des Partikelfilters; Vorsehen eines zweiten Partikelmaterialsensors stromabwärts des Partikelfilters oder in dem Brick des Partikelfilters; Erfassen mindestens eines von einer Partikelmaterialkonzentration eines Rohemissionsabgasstroms und einer Partikelmaterialmenge, die während einer Partikelfilterregeneration entfernt wird; und Senden eines oder mehrerer Partikelmaterialsignale zu dem Prozessor.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Partikelfilter ein Benzinpartikelfilter oder ein Dieselpartikelfilter ist.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Motor ein Dieselmotor oder ein Benzinmotor ist.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Reduktionskatalysator ein Katalysator für kohlenwasserstoff-selektive Reduktion ist.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Reduktionskatalysator ein Katalysator für harnstoff-selektive Reduktion ist.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, welches weiterhin das Liefern einer ausgewählten Kohlenwasserstoffdosis zu dem Oxidationskatalysator umfasst.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, welches weiterhin das Liefern einer ausgewählten Kohlenwasserstoffdosis zu dem Oxidationskatalysator unter Verwenden eines Kohlenwasserstoffinjektors umfasst, um Dieselkraftstoff vor dem Oxidationskatalysator in den Abgasstrom einzuspritzen.
  10. Verfahren nach Anspruch 1, welches weiterhin das Liefern einer ausgewählten Kohlenwasserstoffdosis zu dem Oxidationskatalysator durch Zugeben von Kraftstoff in den Motor während eines Verbrennungszyklus oder nach einem Verbrennungszyklus umfasst, so dass Kraftstoff stromaufwärts des Oxidationskatalysators in den Abgasstrom gelangt.
  11. Verfahren nach Anspruch 1, welches weiterhin das Liefern einer ausgewählten Kohlenwasserstoffdosis zu dem Oxidationskatalysator durch Verwenden eines Reformers, um entweder aus Benzin oder Diesel Reformat zu erzeugen, und das Liefern des Reformats zu dem Oxidationskatalysator umfasst.
  12. Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin umfassend: Regenerieren des Reduktionskatalysators durch Regeneration eines deaktivierten Katalysators; und wobei der Reduktionskatalysator ein kohlenwasserstoffselektiver Reduktionskatalysator oder ein harnstoff-selektiver Reduktionskatalysator ist.
  13. System zum Regenerieren eines Partikelfilters, zum Desulfatieren eines Mager-NOx-Filters, zum Desulfatieren eines Katalysators für selektive katalytische Reduktion, zum Regenerieren eines Katalysators für selektive katalytische Reduktion oder eine Kombination davon, umfassend: einen Oxidationskatalysator, der stromabwärts eines Verbrennungsmotors angeordnet ist; einen Partikelfilter, der stromabwärts des Oxidationskatalysators angeordnet ist; einen Mager-NOx-Filter, der stromabwärts oder stromaufwärts des Partikelfilters angeordnet ist; einen ersten Sauerstoffsensor, der stromaufwärts des Oxidationskatalysators angeordnet ist; einen zweiten Sauerstoffsensor, der stromabwärts des Oxidationskatalysators angeordnet ist; und einen Prozessor zum Wählen und Aufrechterhalten einer erwünschten Änderung der Sauerstoffkonzentration über dem Oxidationskatalysator und optionales Temperaturerfassen für einen zusätzlichen Regelkreis einen ausgewählten Zeitraum lang, um einen aus dem Oxidationskatalysator austretenden Abgasstrom vorzusehen, der eine Solltemperatur aufweist; wobei der ausgewählte Zeitraum und die Solltemperatur ausreichend sind, um den Partikelfilter durch Leiten des aus dem Oxidationskatalysator austretenden Abgasstroms durch den Partikelfilter zu regenerieren; wobei der ausgewählte Zeitraum und die Solltemperatur ausreichend sind, um den Mager-NOx-Filter durch Leiten des aus dem Oxidationskatalysator austretenden Abgasstroms durch den Mager-NOx-Filter zu desulfatieren; und wobei der ausgewählte Zeitraum und die Solltemperatur ausreichend sind, um den Reduktionskatalysator durch Leiten des aus dem Oxidationskatalysator austretenden Abgasstroms durch den Reduktionskatalysator zu desulfatieren.
  14. System nach Anspruch 13, weiterhin umfassend: einen ersten Schwefelsensor stromaufwärts des Oxidationskatalysators; einen zweiten Schwefelsensor stromabwärts des Oxidationskatalysators; einen dritten Schwefelsensor stromabwärts des Mager-NOx-Filters; einen vierten Schwefelsensor stromabwärts des Reduktionskatalysators; einen fünften Schwefelsensor stromabwärts des Partikelfilters; zum Erhalten und Senden eines oder mehrerer Schwefelkonzentrationssignale zu dem Prozessor.
  15. System nach Anspruch 13, weiterhin umfassend: einen ersten Partikelmaterialsensor stromabwärts des Motors und stromaufwärts des Partikelfilters; einen zweiten Partikelmaterialsensor stromabwärts des Partikelfilters oder in dem Brick des Partikelfilters; zum Messen mindestens eines von Rohemissionspartikelmaterial und Partikelfilter-Partikelmaterial, das während einer Partikelfilterregeneration entfernt wird.
  16. System nach Anspruch 13, wobei der Partikelfilter ein Dieselpartikelfilter oder ein Benzinpartikelfilter ist.
  17. System nach Anspruch 13, wobei der Motor ein Dieselmotor oder ein Benzinmotor ist.
  18. System nach Anspruch 13, wobei der Reduktionskatalysator ein Katalysator für kohlenwasserstoff-selektive Reduktion ist.
  19. System nach Anspruch 13, wobei der Reduktionskatalysator ein Katalysator für harnstoffselektive Reduktion ist.
  20. System nach Anspruch 13, welches weiterhin eine Kohlenwasserstoff-Dosiervorrichtung zum Liefern einer ausgewählten Kohlenwasserstoffdosis zu dem Oxidationskatalysator umfasst.
  21. System nach Anspruch 13, welches weiterhin einen Kohlenwasserstoffinjektor umfasst, um Dieselkraftstoff oder Benzin vor dem Oxidationskatalysator in den Abgasstrom einzuspritzen.
  22. System nach Anspruch 13, welches weiterhin einen Motor mit einem Verbrennungssystems umfasst, das konfiguriert ist, um während eines Verbrennungszyklus oder nach einem Verbrennungszyklus Kraftstoff in den Motor zuzugeben, so dass Kraftstoff stromaufwärts des Oxidationskatalysators in den Abgasstrom gelangt.
  23. System nach Anspruch 13, welches weiterhin einen Reformer umfasst, um entweder aus Benzin oder Dieselkraftstoff Reformat zum Liefern des Reformats zu dem Oxidationskatalysator zu erzeugen.
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