SE1050395A1 - Metod och system vid fordonsavgasutsläppssystem - Google Patents

Abstract

lO 27 SAMANDRAG Föreliggande uppfinning hänför sig till en metod förtillförsel av tillsatsmedel till en katalytiskavgasreningsprocess för rening av en avgasström från enförbranningsmotor vid ett fordon, varvid namnda fordoninnefattar styrorgan för styrning av tillförsel av namndatillsatsmedel till namnda avgasström. Metoden innefattar attestimera ett förvantat temperaturförhàllande för namndaavgasreningsprocess med hjalp av en representation avfordonets underlag, och styra namnda tillförsel avtillsatsmedel baserat på namnda estimerade temperaturförhàllande. Fig. 5

Description

l0 l5 kväveoxid respektive kvävedioxid) innefattar tunga fordon ofta en katalysator där ett tillsatsmedel tillförs den från förbränningsmotorns förbränning resulterande avgasströmmen för att reducera kväveoxider NOX (till i huvudsak kvävgas och vattenånga).

En vanligt förekommande typ av katalysator, framförallt vid tunga fordon, är SCR (Selective Catalyst Reduktion)- katalysatorer. SCR-katalysatorer använder ammoniak (NH3), eller en sammansättning ur vilken ammoniak kan genereras/bildas, som tillsatsmedel för reduktion av mängden kväveoxider NOX.

Tillsatsmedlet insprutas i den från förbränningsmotorn resulterande avgasströmmen uppströms om katalysatorn.

Förhållandet mellan utsläpp av kväveoxider NOX från en förbränningsmotor och förbränningsmotorns bränsleförbrukning är omvänt proportionellt. Detta betyder att om förbränningsmotorn är inställd för arbete med högre verkningsgrad (verkningsgraden påverkas av t.ex. insprutningsvinkel-/tidpunkt och bränsle-/luftblandning), och därmed en lägre bränsleförbrukning, vilket är önskvärt ur ekonomisk synvinkel, resulterar förbränningsprocessen i högre utsläpp av kväveoxider, vilket i sin tur ställer högre krav på efterföljande avgasrening.

Det till katalysatorn tillförda tillsatsmedlet adsorberas (upplagras) i katalysatorn, varvid kväveoxider i avgaserna reagerar med den i katalysatorn upplagrade ammoniaken.

Katalysatorns förmåga att upplagra tillsatsmedel varierar dock vanligtvis kraftigt med den i katalysatorn rådande temperaturen. Vid lägre temperaturer kan större mängder ammoniak upplagras, medan upplagringsförmågan vid högre temperaturer är lägre.

En plötslig temperaturhöjning i katalysatorn, vilken t.ex. kan bero på en ökad förbränningsmotorbelastning, med därav beroende ökad temperatur för avgasströmmen, kan därför innebära att upplagrat tillsatsmedel frigörs och utsläpps i fordonets omgivning via avgasröret. Dylika tillsatsmedel- /ammoniakutsläpp är dock inte önskvärda, och i många fall är även utsläpp av denna typ myndighetsreglerade, d.v.s. även beträffande tillsatsmedelutsläpp finns högsta tillåtna nivåer.

Sammanfattningsvis existerar det ett behov av en förbättrad metod för att styra tillförsel av tillsatsmedel till en katalysator som överkommer eller åtminstone mildrar nackdelar med befintliga lösningar.

Sammanfattning av uppfinningen Det är ett syfte med föreliggande uppfinning att tillhandahålla en metod som löser ovannämnda problem. Detta syfte uppnås genom en metod enligt den kännetecknande delen av patentkrav l.

Föreliggande uppfinning hänför sig till en metod för tillförsel av tillsatsmedel till en katalytisk avgasreningsprocess för rening av en avgasström från en förbränningsmotor vid ett fordon, varvid nämnda fordon innefattar organ för styrning av tillförsel av nämnda tillsatsmedel till nämnda avgasström. Metoden innefattar att estimera ett förväntat temperaturförhållande för nämnda avgasreningsprocess med hjälp av en representation av fordonets underlag, och styra nämnda tillförsel av tillsatsmedel baserat på nämnda estimerade temperaturförhållande.

Detta har fördelen att mängden tillsatsmedel som tillförs den katalytiska avgasreningsprocessen kan anpassas efter den temperatur som förväntas. Avgasreningsprocessen utförs lO l5 vanligtvis i en katalysator, såsom en SCR-katalysator, där tillsatsmedel upplagras för att sedan reagera med substanser såsom t.ex. kväveoxider i avgasströmmen. Dylik upplagring är vanligtvis temperaturberoende, och genom att styra tillförsel av tillsatsmedel baserat på förväntad temperatur kan tillförsel av tillsatsmedel styras till en optimal nivå.

Detta betyder således att vid låga katalysatortemperaturer, möjliggörs hög upplagring av tillsatsmedel, varvid motorn kan tillåtas att framföras på ett mer bränsleekonomiskt sätt (med högre avgivning av kväveoxider enligt ovan) utan att riskera oönskade utsläpp av tillsatsmedel.

Normalt finns vid temperaturökning i katalysatorn en stor risk för oönskat ammoniakutsläpp om upplagringen i katalysatorn är hög när temperaturökningen sker. Med hjälp av föreliggande uppfinning kan upplagringen av tillsatsmedel hållas väsentligen så hög som aktuell katalysatortemperatur medger, samtidigt som nivån kontinuerligt kan anpassas till förväntade temperaturförändringar, varvid oönskade tillsatsmedelutsläpp kan undvikas.

Katalysatorns förväntade temperaturförhållande kan bestämmas genom att bestämma ett förväntat temperaturförhållande för nämnda avgasström.

Vidare kan avgasströmmens förväntade temperaturförhållande bestämmas genom att med hjälp av nämnda representation av fordonets underlag estimera förbränningsmotorns förväntade belastning, varvid även avgasströmmens förväntade temperaturförhållande kan bestämmas.

Representationen av fordonets underlag kan t.ex. utgöra data avseende en lutning för fordonets underlag, lutningen på vägen framför fordonet, och/eller data avseende vägens topografi framför fordonet. T.ex. kan fordonets aktuella position lO l5 tillsammans nämnda data avseende vägens topografi framför fordonet användas för att bestämma ett förväntat temperaturförhållande för en första tidsperiod, såsom t.ex. de närmast följande x sekunderna, där x kan utgöra godtyckligt sekundantal i intervallet 5s-600s. Intervallet kan med fördel vara 30s eller mer, då en så pass lång framförhållning medger goda möjligheter till omställning från en första nivå till en andra lägre eller tredje högre nivå när katalysatortemperaturen förväntas öka eller minska.

Mängden tillsatsmedel för tillförsel till avgasströmmen enligt ovan kan även bero av t.ex. fordonets massa. Om fordonet, t.ex. pga. av det är olastat, har en lägre vikt kan en lägre temperaturökning förväntas vid ökad förbränningsmotorbelastning jämfört med om fordonet är lastat.

Omställning från en lägre nivå upplagrat tillsatsmedel till högre nivå kan ske genom att öka tillförseln av tillsatsmedel.

Omställning från en högre nivå upplagrat tillsatsmedel till lägre nivå kan ske genom att minska tillförseln av tillsatsmedel, och/eller genom att vidta en eller flera ytterligare åtgärder enligt nedan.

När det bestäms att en temperaturökning är i antågande kan mängden tillfört tillsatsmedel successivt sänkas, t.ex. som funktion av tiden, så att upplagringen av tillsatsmedel minskas.

Omställning av katalysatorn från en högre upplagring till en lägre upplagring kan även behöva ske snabbt, varvid t.ex. tillförsel av tillsatsmedel kan stängas av helt, varvid genomströmmande avgaser kommer att förbruka upplagrad ammoniak. Omställningsprocessen kan vid behov snabbas upp ytterligare genom att ställa om insprutningstid, insprutningsvinkel och/eller insprutningslängd och/eller antal insprutningar för förbränningsmotorn så att en större mängd l0 l5 kväveoxider genereras och därmed tillförs avgasströmmen, varvid upplagrat ammoniak kommer att förbrukas i en snabbare takt på grund av den högre koncentrationen kväveoxider i äVgâSGInä .

Vidare kan temperaturökningens hastighet, t.ex. när fordonet när en uppförslutning, minskas genom att temporärt stänga av ett eller flera av de vanligt förekommande motormonterade aggregat som i drift belastar förbränningsmotorn och därmed höjer avgasströmmens temperatur.

Ytterligare kännetecken för föreliggande uppfinning och fördelar därav kommer att framgå ur följande detaljerade beskrivning av exempelutföringsformer och de bifogade ritningarna.

Kort beskrivning av ritningarna Fig. la visar en drivlina i ett fordon vid vilket föreliggande uppfinning med fördel kan användas.

Fig. lb visar en exempelstyrenhet i ett fordonsstyrsystem.

Fig. 2 visar ett exempel på ett efterbehandlingssystem i ett fordon vid vilket föreliggande uppfinning med fördel kan användas.

Fig. 3 visar reaktionshastigheten för kemiska reaktioner i en fordonskatalysator som funktion av katalysatorns temperatur.

Fig. 4 visar schematiskt förmågan för en katalysator att upplagra tillsatsmedel som funktion av temperatur.

Fig. 5 visar schematiskt ett flödesdiagram enligt en exempelprocess enligt föreliggande uppfinning.

Fig. 6 visar ett flödesdiagram enligt en annan exempelprocess enligt föreliggande uppfinning.

Detaljerad beskrivning av föredragna utföringsformer Fig. 1a visar schematiskt ett tungt fordon 100, såsom en lastbil, buss eller liknande, enligt en exempelutföringsform av föreliggande uppfinning. Det i fig. la schematiskt visade fordonet 100 innefattar ett främre hjulpar 111, 112 och ett bakre hjulpar med drivhjul 113, 114 (uppfinningen är tillämplig även vid fordon där fler än en axel är försedd med drivhjul, liksom vid fordon med fler an en bakaxel). Fordonet innefattar vidare en drivlina med en förbränningsmotor 101, vilken på ett sedvanligt sätt, via en på förbränningsmotorn 101 utgående axel 102 är förbunden med en växellåda 103, t.ex. via en koppling 106.

En från växellådan 103 utgående axel 107 driver drivhjulen 113, 114 via en slutvåxel 108, såsom t.ex. en sedvanlig differential, och drivaxlar 104, 105 förbundna med nämnda slutväxel 108.

Fordonet 100 innefattar vidare ett efterbehandlingssystem för att behandla avgasutsläpp från förbränningsmotorn 101.

Efterbehandlingssystemet kan vara av olika typ så länge som tillförsel av tillsatsmedel sker till en katalytisk avgasreningsprocess. I den visade exempelutföringsformen inkluderar efterbehandlingssystemet en SCR (Selective Catalytic Reduction) -katalysator 201. Vidare kan efterbehandlingssystemet innefatta ytterligare icke-visade komponenter, såsom t.ex. ytterligare katalysatorer och /eller partikelfilter, vilka kan vara anordnade upp- och/eller nedströms om SCR-katalysatorn 201.

Såsom nämnts ovan utgör en SCR-katalysator ett efterbehandlingssystem som erfordrar tillsatsmedel för att reducera koncentrationen av kväveoxider i avgaserna från förbränningsmotorn. Detta tillsatsmedel är ofta ureabaserat, och kan t.ex. bestå av AdBlue, vilket i princip utgör urea utblandat med vatten. Urea bildar ammoniak vid uppvärmning.

Efterbehandlingssystemet visas mer i detalj i fig. 2, och innefattar förutom nämnda katalysator 201 en ureatank 202, vilken är förbunden med ett ureadoseringssystem (UDS) 203.

UDS-systemet 203 innefattar eller styrs av en UDS-styrenhet 204, vilken genererar styrsignaler för styrning av tillförsel av tillsatsmedel så att önskad mängd insprutas i den av förbränningen i förbränningsmotorns 101 cylindrar resulterande avgasströmmen 119 från tanken 202 med hjälp av ett insprutningsmunstycke 205 uppströms om katalysatorn 201.

Allmänt finns UDS-system väl beskrivna i den kända tekniken, och exakt hur insprutning av tillsatsmedel sker beskrivs därför inte närmare här, utan föreliggande uppfinning fokuserar sig på ett sätt att beräkna tillämplig mängd tillsatsmedel för tillförsel till avgasströmmen, varvid faktisk insprutning av beräknad mängd enligt uppfinningen kan ske på tillämpligt sätt.

Vidare består styrsystem i moderna fordon vanligtvis av ett kommunikationsbussystem bestående av en eller flera kommunikationsbussar för att sammankoppla ett antal elektroniska styrenheter (ECU:er), eller controllers, och olika på fordonet lokaliserade komponenter. Ett dylikt styrsystem kan innefatta ett stort antal styrenheter, och ansvaret för en specifik funktion kan vara uppdelat på fler än en styrenhet.

För enkelhetens skull visas i fig. 1a, förutom styrenheten 204 endast tre ytterligare elektroniska styrenheter 115, 116, 117.

Styrenheten 116 styr, i denna utföringsform, motorn 101, medan styrenheten 115 styr kopplingen 106 respektive växellåda 103 (två eller flera av motor, växellåda och koppling kan alternativt vara anordnade att styras av en och samma styrenhet, eller andra, icke-visade styrenheter). Styrenheten 117 ansvarar för en s.k. framåtseendefunktion, vilket kommer att beskrivas närmare nedan.

Styrenheter av den visade typen år normalt anordnade att ta emot sensorsignaler från olika delar av fordonet, t.ex. från våxellåda, motor, koppling och/eller andra styrenheter eller komponenter på fordonet, såsom t.ex. den i fig. 2 visade avgastemperatursensorn 206. De styrenhetgenererade styrsignalerna år normalt beroende både av signaler från andra styrenheter och signaler från komponenter. T.ex. kommer styrenhetens 204 styrning av tillförsel av tillsatsmedel till avgasströmmen 119 att t.ex. bero av information som t.ex. mottas från en eller flera ytterligare styrenheter, T.ex. kan styrningen vara åtminstone delvis baserad på information från den styrenhet 117 som ansvarar för framåtseendefunktionen och/eller den styrenhet 115 som ansvarar för vaxellådans 103 funktion, samt från den/de styrenhet(er) som styr koppling och/eller motorfunktioner, såsom t.ex. styrenheten 116.

Styrenheterna år vidare anordnade att avge styrsignaler till olika delar och komponenter av fordonet, såsom t.ex. organ för styrning av insprutningsmunstycket 205, för styrning av dessa.

Föreliggande uppfinning kan implementeras i godtycklig av ovanstående styrenheter, eller i någon annan tillamplig styrenhet i fordonets styrsystem.

Styrningen styrs ofta av programmerade instruktioner. Dessa programmerade instruktioner utgörs typiskt av ett datorprogram, vilket när det exekveras i en dator eller styrenhet åstadkommer att datorn/styrenheten utför önskad styrning, såsom förfarandesteg enligt föreliggande uppfinning.

Datorprogrammet utgör vanligtvis datorprogramprodukt 109 lagrad på ett digitalt lagringsmedium 121 (se fig. 1b) såsom exempelvis: ROM (Read-Only Memory), PROM (Programmable Read- Only Memory), EPROM (Erasable PROM), Flash-minne, EEPROM (Electrically Erasable PROM), en hårddiskenhet, etc., i eller i förbindelse med styrenheten och som exekveras av styrenheten. Genom att ändra datorprogrammets instruktioner kan således fordonets upptrådande i en specifik situation aflpaSSâS .

En exempelstyrenhet (styrenheten 204) visas schematiskt i fig. lb, varvid styrenheten 204 i sin tur kan innefatta en beråkningsenhet 120, vilken kan utgöras av våsentligen någon lamplig typ av processor eller mikrodator, t.ex. en krets för digital signalbehandling (Digital Signal Processor, DSP), eller en krets med en förutbeståmd specifik funktion (Application Specific Integrated Circuit, ASIC).

Beråkningsenheten 120 år förbunden med en minnesenhet 121, vilken tillhandahåller beråkningsenheten 120 t.ex. den lagrade programkoden 109 och/eller den lagrade data beråkningsenheten 120 behöver för att kunna utföra beråkningar.

Beråkningsenheten 120 år aven anordnad att lagra del- eller slutresultat av beråkningar i minnesenheten 121.

Vidare år styrenheten 124 försedd med anordningar 122, 123, 124, 125 för mottagande respektive såndande av in- respektive utsignaler. Dessa in- respektive utsignaler kan innehålla vågformer, pulser, eller andra attribut, vilka av anordningarna 122, 125 för mottagande av insignaler kan detekteras som information och kan omvandlas till signaler, vilka kan behandlas av beråkningsenheten 120. Dessa signaler tillhandahålls sedan beråkningsenheten 120. Anordningarna 123, 124 för sandande av utsignaler år anordnade att omvandla signaler erhållna från beråkningsenheten 120 för skapande av utsignaler genom att t.ex. modulera signalerna, vilka kan överföras till andra delar av fordonets styrsystem och/eller den/de komponenter för vilka signalerna ar avsedda. Var och en av anslutningarna till anordningarna för mottagande respektive 11 sändande av in- respektive utsignaler kan utgöras av en eller flera av en kabel; en databuss, såsom en CAN-buss (Controller Area Network bus), en MOST-buss (Media Orientated Systems Transport), eller någon annan busskonfiguration; eller av en trådlös anslutning.

Såsom nämnts ovan är insprutningsmunstycket 205 anordnat uppströms om katalysatorn 201, och tillsatsmedlet tillförs således avgasströmmen före passage genom katalysatorn 201.

Såsom också nämnts tillförs urea vanligtvis i form av en vattenlösning, vilken, när den tillförs den varma avgasströmmen, förångas, sönderdelas och bildar ammoniak. Det är sedan denna ammoniak som utgör aktiv substans i den kemiska reaktion i katalysatorn 201 som utgör själva reningsprocessen.

Den bildade ammoniaken följer med avgasströmmen in i katalysatorn 201, där ammoniakmolekylerna adsorberas (fastnar) på ytor i katalysatorn 201. Katalysatorn 201 innefattar ofta ett storat antal lameller i syfte att erhålla en stor totalyta som ammoniakmolekylerna kan fastna på. När sedan kväveoxider NOX (kväveoxider NOX innefattar i denna beskrivning och efterföljande patentkrav både kvävemonoxid NO och kvävedioxid NO2) passerar genom katalysatorn reagerar kväveoxidmolekyler med de i katalysatorn adsorberade ammoniakmolekylerna.

Katalysatorn måste upprätthålla åtminstone en minsta temperatur för att den katalytiska reningsprocessen överhuvudtaget ska uppstå. I fallet med en SCR-katalysator förångas urea först vid 200°C, vilket medför att reaktionen i katalysatorn blir mycket begränsad för lägre temperaturer.

Detta exemplifieras i fig. 3, i vilken visas ett diagram över hur reaktionshastigheten för den önskade katalytiska reningsprocessens reaktioner varierar med temperaturen T i katalysatorn. Diagrammets origo representerar T=200°C, och 12 såsom kan ses i figuren sker väsentligen ingen reaktion vid temperaturer understigande 200°C, medan reaktionerna för högre temperaturer är starkt temperaturberoende. Ur reaktionshastighetshänseende ar det således önskvärt men en hög katalysatortemperatur.

Förutom att koncentrationen kväveoxider NOX i avgaserna varierar over tiden, såsom i beroende av aktuella driftsförhållanden, varierar dock även katalysatorns förmåga att upplagra ammoniak med temperaturen.

Detta åskådliggörs i fig. 4, i vilken visas ett diagram över katalysatorns förmåga, 9, att upplagra ammoniak i beroende av katalysatortemperaturen T. Vid lägre katalysatortemperatur är katalysatorns förmåga att upplagra ammoniak större jämfört med vid högre temperaturer. Katalysatorns upplagringsförmåga, 9, kan t.ex. representera den mängd tillsatsmedel, i t.ex. gram, som kan adsorberas av katalysatorn. Såsom kan ses i figuren är upplagringsförmågan hög för låga temperaturer (även i detta fall representerar origo T=200°C), medan den avtar exponentiellt med ökande katalysatortemperatur T. Detta betyder att om katalysatorns temperatur, för en fullt upplagrad katalysator, ökar från en temperatur T1 till en temperatur T2 kommer katalysatorn vid temperaturen T2 att vara överlagrad, vilket i sin tur innebär att skillnaden i upplagringskapacitet, d.v.s. 6nf9T¿ inte kan kvarhållas av katalysatorn, utan kommer att frigöras från katalysatorn och rinna ut genom fordonets avgasrör.

Vid temperaturökning i katalysatorn finns således en stor risk för oönskat ammoniakutsläpp om upplagringen i katalysatorn är hög. I likhet med kväveoxider NOXär, såsom nämnts, i många fall även ammoniakutsläppet myndighetsreglerat, varför dylika utsläpp är oönskade både ur miljö- och myndighetsaspekter. l0 l5 l3 Ett vanligt sätt att undvika oönskat ammoniakutsläpp är därför att upplagra lägre nivåer ammoniak än vad som är möjligt, för att därmed minska risken för att oönskade mängder ammoniak frigörs vid plötsliga temperaturstegringar i katalysatorn.

Dvs. vid t.ex. en temperatur T1 upplagras inte mängden GTM utan istället upplagras en lägre mängd 0'Tb Behovet av ammoniak i katalysatorn är direkt proportionellt mot mängden kväveoxid i avgaserna. Vid stora mängder kväveoxid erfordras en stor mängd ammoniak för att reduktion av kväveoxider ska kunna ske på ett så optimalt sätt som möjligt.

Det erfordras en ammoniakmolekyl för varje kväveoxid NOX- molekyl för att önskad reduktion i katalysatorn ska uppnås.

För att katalysatorprocessen ska bli effektiv måste därför koncentrationen ammoniak, och därmed också mängden doserad urea, vara tillräcklig för att motsvara koncentrationen kväveoxider NOX i avgaserna.

Detta betyder att en minskning av den mängd ammoniak som tillförs för upplagring vid en viss temperatur har som konsekvens att reduktionen av kväveoxider NOXi avgasströmmen också minskas. T.ex. kan upplagringen av ammoniak styras till en nivå 0' som t.ex. medför en reduceringsgrad på 90%, dvs. att 90% av de i avgasströmmen förekommande kväveoxiderna NOX omvandlas till kvävgas och vattenånga istället för en reduceringsgrad på t.ex. 98% avseende kväveoxiderna NOX som skulle vara möjligt om inte hänsyn togs till risken för plötsliga temperaturstegringar enligt ovan.

Enligt föreliggande uppfinning tillhandahålls dock en metod och ett system som möjliggör att en högre upplagring av ammoniak kan tillåtas i katalysatorn samtidigt som risken för att oönskade ammoniakutsläpp ska uppstå minskas. 14 Enligt föreliggande uppfinning åstadkoms detta genom att baserat på en representation av det underlag (den väg) längs vilket fordonet färdas estimera hur den katalytiska avgasreningens temperatur kommer att förändras med tiden. Den katalytiska avgasreningens temperatur kan t.ex. estimeras genom att estimera hur den av förbränningsmotorn avgivna avgasströmmens temperatur, varvid aven katalysatortemperaturen ändras av avgasströmmen vid dess passage genom katalysatorn, kommer att förändras för de t.ex. 10, 20, 30 eller 60 kommande sekunderna med hjälp av representationen av fordonets underlag.

På detta sätt kan insprutning av tillsatsmedel anpassas till förväntade katalysatortemperaturförhållanden, varvid aven riskan för oönskade ammoniakutsläpp kan minskas eftersom upplagringen kan minskas när en högre temperatur förväntas.

Samtidigt medför uppfinningen att en högre upplagring av ammoniak i katalysatorn kan tillåtas vid situationer när temperaturen förväntas vara väsentligen konstant utan större temperaturökningar, vilket därmed höjer effektivitet av SCR- katalysatorns användning.

I enlighet med en första exempelutföringsform används data om vägen framför fordonet för att bestämma en representation av fordonets underlag. Till exempel kan data från en framåtseende (Look-Ahead, LA) -funktion användas för att bestämma en representation av fordonets underlag.

LA-funktionen kan t.ex. innefatta en i fordonet anordnad databas över väglutning, antingen för alla vägar inom ett område, såsom en region, ett land, en kontinent, etc., eller för de vägavsnitt längs vilka fordonet normalt färdas. Genom att sedan kombinera dessa data med fordonets position, vilken t.ex. kan erhållas med hjälp av en GPS-mottagare, kan fordonets styrsystem få kännedom om hur vägen ser ut framför fordonet, och sedan använda dessa data på olika satt, t.ex. för farthållningsfunktioner.

Med hjälp av LA-funktionen går det t.ex. att bestämma om fordonet närmar sig uppförslutningar, och förbränningsmotorn därmed kommer att belastas högre med högre avgastemperatur som följa.

Data avseende väglutning kan alternativt, i stället för att finnas lagrade i en databas i fordonet, vara anordnade att kontinuerligt eller med vissa intervall skickas till fordonet via någon lämplig trådlös länk, där överförda data t.ex. kan styras av fordonets aktuella position.

Förutom topografisk information kan vägdata även innefatta information om hastighetsbegränsningar, kurvor etc. Dessa data kan även användas enligt föreliggande uppfinning, så att t.ex. ökad motorbelastning som resultat av en acceleration när tillåten hastighet ökar kan tas hänsyn till vid bestämning av mängden tillsatsmedel för tillförsel till avgasströmmen.

LA-funktionen är i föreliggande exempel implementerad via styrenheten ll7, och data från LA-funktionen kan skickas till styrenheten 204 (eller annan tillämplig styrenhet) för användning vid estimering av avgasströmmens temperatur och mängden tillsatsmedel för tillförsel till avgasströmmen.

Enligt en exempelutföringsform av föreliggande uppfinning används data om vägen framför fordonet, med eller utan andra fordonsdata, för att estimera hur hårt förbränningsmotorn kommer att arbeta, t.ex. de kommande 30-60 sekunderna (eller en kortare eller längre tidsperiod, såsom t.ex. ett godtyckligt sekundantal i intervallet från godtyckligt sekundantal i intervallet 1-5s till godtyckligt sekundantal i intervallet 5-l000s), varvid även den av förbränningsmotorn 16 genererade avgasströmmens temperaturförändring i nämnda intervall kan estimeras.

Således kan, med hjälp av LA-funktionen, styrenheten 204, t.ex. i god tid före en kommande uppförslutning med därmed associerad ökning av drivkraftsbehov fastställa att ett ökat drivkraftsbehov snart kommer att uppstå, och även relativt noggrant även beräkna vilken temperatur avgasströmmen kommer att uppnå, varvid även katalysatorns uppvärmning kan estimeras, och varvid insprutning av tillsatsmedel kan styras baserat på estimerade temperaturförhållanden.

Likaså kan styrenheten redan före ett backkrön i en uppförslutning, vid en punkt där ett relativt högt drivkraftsbehov råder, utifrån data från nämnda LA-funktion, fastställa att ett minskat drivkraftsbehov snart kommer att uppstå, men därmed associerad minskning av avgasströmmens temperatur, varvid ökad insprutning av tillsatsmedel kan påbörjas vid en optimal tidpunkt för att nyttja katalysatorreningen på bästa sätt.

Den med hjälp av look-ahead erhållna informationen kan användas dels för att prediktera att fordonet kommer att framföras vid förhållandevis statisk körning utan kraftiga temperaturökningar, och även för att prediktera när kraftiga temperaturökningar förväntas.

I fig. 5 visas ett regleringsförfarande enligt en exempelutföringsform av föreliggande uppfinning. I steg 501 bestäms ett teoretiskt värde representerande den maximala mängd tillsatsmedel som kan insprutas i avgasströmmen och samtidigt även väsentligen kunna upplagras i katalysatorn.

Denna bestämning kan utföras med hjälp av en modell för katalysatorn, där modellens indata utgörs av: - rådande temperatur T i katalysatorn och/eller i avgasströmmen uppströms om katalysatorn, kan t.ex. mätas med 17 den i fig. 2 visade temperatursensorn 206, - avgasströmmens flöde (kan t.ex. mätas med hjälp av en luftmassemätare 207), och - ett referensvärde Xnfi som representerar önskad reduceringsgrad, t.ex. maximalt möjlig reduceringsgrad, vilket t.ex. kan vara 98%, men även högre eller lägre beroende på t.ex. katalysatorns utformning. Katalysatormodellen kan t.ex. utgöras av en matematisk beskrivning, eller av en eller flera tabeller med tillsatsmedelmängder för olika värden på ett lämpligt antal kombinationer av insignalvärden såsom ett antal olika temperaturer och ett antal olika flöden. Tabellen kan även innefatta dylika kombinationer för ett antal olika referensvärden.

Detta mängdvärde utgör således det teoretiskt mest optimala värdet för tillförsel av tillsatsmedel, men utgör också det förhållande som riskerar utsläpp av största mängd ammoniak vid temperaturökningar. I steg 502 bestäms därför ett gränsvärde, såsom t.ex. 90 eller 92% av den enligt katalysatormodellen teoretiskt möjliga ureadoseringen. Helt enligt vad som har beskrivits ovan i anknytning till fig. 4. Enligt känd teknik jämförs sedan de enligt steg 501 respektive steg 502 bestämda värdena i ett steg 503, och det minsta av de två värdena utgör det värde som sedan doseras ut av insprutnings- /doseringsmunstycket 205. Den i steg 502 införda begränsningen innebär således att doseringen i praktiken alltid kommer att vara reducerad till den i steg 502 angivna nivån.

Enligt föreliggande uppfinning används dock ett steg 504 för att vid tillämpliga situationer lätta på den i steg 502 inställda begränsningen. I steg 504 estimeras ett förväntat temperaturförhållande med hjälp av en representation av fordonets underlag, i detta exempel med hjälp av LA-/GPS- information, varvid det kan bestämmas om fordonet de närmast 18 följande t.ex. 25-30 sekunderna kommer att framföras statiskt (dvs. på väsentligen plant underlag) eller i nedförslutning, varvid således ingen avgastemperaturökning förväntas, och varvid således en högre upplagring av ammoniak i katalysatorn kan tillåtas utan risk för plötsliga utsläpp pga. temperaturökningar.

Baserat på den i steg 504 gjorda bestämningen alstras ett värde, vilket t.ex. kan variera mellan 1 och ett tillämpligt stort eller ett mycket stort värde, där ett stort värde inställs om ingen temperaturökning förväntas, varvid detta bestämda värde multipliceras med det i steg 502 bestämda värdet i steg 505, varvid sedan det i steg 505 erhållna resultatet tillförs väljaren 503. Med hjälp av den i steg 504 bestämda parametern kan, när ingen temperaturökning förväntas, det i steg 502 erhållna värdet, som normalt alltså är lägre än det i steg 501 genererade värdet, omvandlas till ett värde som garanterat överstiger det i steg 501 erhållna värdet, varvid optimal dosering av urea enligt steg 501 kan utföras i det fall ingen temperaturökning är sannolik.

Bestämningen i steg 504 kan utföras kontinuerligt, och även generera en parameter som förändras som funktion av tiden f(t). Således kan den i steg 504 genererade parametern användas inte bara för att välja mellan de i steg 501 respektive steg 502 framräknade värdena, utan även till godtyckligt värde däremellan.

När det bestäms att en temperaturökning är i antågande kan den i steg 504 genererade parametern sänkas, t.ex. successivt som funktion av tiden, så att en begränsning av maximalt möjlig upplagring åter inträder, varvid insprutning av urea, och därmed upplagringen av ammoniak, minskas. En katalysator av den visade typen har normalt en viss inbyggd tröghet, vilket 19 innebär att det kan ta t.ex. 15-30 sekunder för att minska upplagringen av ammoniak till önskad nivå. Om den rådande temperaturen är låg, och aktuell upplagring därmed hög, kan det även ta längre perioder såsom t.ex. en minut för att omställa upplagring till den nya högre förväntade temperaturen.

Den tidpunkt vid vilken omställning av katalysatorn påbörjas kan därför vara beroende av den aktuella temperatur som råder, samt även av den temperatur katalysatorn förväntas uppnå inom en viss tid. Genom att använda en LA-funktion kan dock en uppskattning utföras för en förhållandevis lång tid, varför anpassning till ny temperaturnivå kan ske i god tid och på mest effektiva sätt.

Den temperatur katalysatorn förväntas uppnå kan bestämmas genom att uppskatta hur mycket motorn kommer att arbeta. Denna bestämning kan utföras med hjälp av t.ex. längd/stigning för en kommande uppförslutning. En LA-baserad lösning har således fördelen att ett förhållande för fordonets underlag kan bestämmas för en förhållandevis lång sträcka, varvid en mycket god reglering av ureadoseringen kan åstadkommas.

Med hjälp av den i steg 504 genererade parametern kan inlagringen sänkas successivt till önskat nivå genom att successivt minska parameterns värde.

Omställning av katalysatorn från en högre upplagring till en lägre upplagring kan ske på flera sätt. T.ex. kan ureadoseringen stängas av helt varvid genomströmmande avgaser kommer att förbruka upplagrad ammoniak. Omställningsprocessen kan vid behov snabbas upp genom att ställa om insprutningsvinklar för förbränningsmotorn så att en större mängd kväveoxider genereras och därmed tillförs avgasströmmen, varvid upplagrat ammoniak kommer att förbrukas i en snabbare takt på grund av den högre koncentrationen kväveoxider i äVgäSGlfnâ .

I fig. 6 visas en alternativ utföringsform av föreliggande uppfinning. I steg 601 beräknas avgasström- /katalysatortemperatur som funktion av tiden baserat på LA- data. Denna representation av temperaturen tillförs sedan ett steg 602, som motsvarar steg 501 ovan, varvid den estimerade temperaturen används tillsammans med katalysatormodellen för hela tiden räkna fram optimal mängd tillsatsmedel för tillförsel baserat på förväntad temperatur, varvid bestämt värde kan ta hänsyn och anpassas till kommande temperaturökningar/-sänkningar.

Det kan även vara fördelaktigt att ta med fordonsekipagets vikt och körmotstånd vid ovanstående beräkningar, eftersom dessa parametrar kan påverka hur mycket förbränningsmotorn måste arbeta, och därmed den avgastemperatur som kommer att uppnås. Dessa data finns normalt redan tillgängliga i fordonets styrsystem, t.ex. för användning av växellådans styrenhet 115 vid växling, och dessa data kan således tillföras styrenheten 204 från styrenheten 115.

Vidare, hittills har uppfinningen beskrivits i anknytning till en look-ahead LA-lösning, där fordonets position tillsammans med höjdinformation om vägen framför fordonet beskrivits.

Föreliggande uppfinning är dock även tillämplig vid fordon med avsaknad av dylik look-ahead-information. Ett alternativt sätt att bestämma en representation av fordonets underlag utgörs av att bestämma en väglutning. Väglutning kan t.ex. erhållas med hjälp av en lutningssensor. Denna väglutning används sedan, företrädesvis tillsammans med information om fordonsekipagets vikt och körmotstånd, för att uppskatta katalysatortemperaturförändringar. Dessa data finns normalt, 21 åtminstone för ett automatväxlat fordon, redan förekommande i fordonets styrsystem då dessa data används av växellådans styrenhet för att kunna utföra växlingar utan ryck och oönskat slitage i drivlinan.

Körmotståndet är en total representation av resultanten av de krafter som påverkar fordonet under drift och kan beräknas med kunskap om fordonets hastighet, motorns drivande moment, fordonets konfiguration och övriga omgivningsdata.

Körmotståndet kan även användas som en representation av väglutningen.

Alternativt kan lutningen för fordonets underlag bestämmas t.ex. med hjälp av någon ur gruppen: inklinometer, accelerometer, gyro.

Med hjälp av representationen av underlaget i form av underlaget lutning dessa data kan ett motoreffektuttag estimeras, varvid även temperaturen i katalysatorn kan estimeras. Vid denna lösning kan en långsammare reglering användas, där den i steg 502 införda begränsningen t.ex. kan lättas på vid situationer såsom när t.ex. motorbelastningen har varit jämn under en viss tid, såsom t.ex. 30 eller 60 sekunder, varvid fordonet kan antas befinna sig i ett förhållandevis oföränderligt vägavsnitt, innan parametern i steg 504 inställs till ett värde som medför insprutning av en större mängd tillsatsmedel.

Denna lösning medför att en kortare omställningstid för minskning av mängden upplagrat tillsatsmedel finns till förfogande när körmotståndet ökar, varvid vid omställningen det kan erfordras att ureadoseringen stängs av helt samtidigt som insprutningsvinklar omställs så att höga mängder kväveoxider genereras och tillförs avgasströmmen för snabbare l0 l5 22 förbrukning av ammoniak, och därmed minskad risk för oönskat ammoniakutsläpp vid temperaturstegringen.

Fordon av ovanstående typ kan vidare innefatta ett eller flera av förbränningsmotorn drivna aggregat såsom t.ex. AC- kompressor, luftkompressor, fläktar etc. Dessutom kan fordonet även innefatta externa aggregat som effektförsörjs av förbränningsmotorn via till kraftuttag, såsom t.ex. kylenheter i kylbilar. När en temperaturhöjning är i antågande kan dylika aggregat, om möjligt, stängas av för att minska forbränningsmotorns belastning, och därmed minska storleken av temperaturhöjningen, varvid risken för oönskade utsläpp vid omställning av upplagringen i katalysatorn kan minskas.

Således medför föreliggande uppfinning att en högre upplagring av tillsatsmedel möjliggörs, där även motorn kan tillåtas att generera en motsvarande ökning av kväveoxider med lägre bränsleförbrukning som följd.

Vidare kan en NOX-sensor 208 vara anordnad vid den avgasström som lämnar katalysatorn, dvs. nedströms om katalysatorn, för att möjliggöra mätningar av avgasinnehållet efter rening.

T.ex. kan NOX-sensorn 208 användas i syfte att möjliggöra för fordonets styrsystem att detektera fel/felfunktioner i efterbehandlingssystemet. NOX-sensorn 208 kan även användas för att verifiera att tillfört tillsatsmedel har önskad effekt.

En faktor som kan ha inverkan på bestämningen av mängd tillsatsmedel för tillförsel till avgasströmmen enligt ovan är fordonets massa. Om fordonet, t.ex. pga. av det är olastat, har en förhållandevis låg vikt kan den i steg 502 införda begränsningen lättas på pga. av att den förhållandevis låga vikten resulterar i lägre avgastemperaturer då förbränningsmotorn inte behöver belastas lika hårt som vid t.ex. ett tungt lastat fordon.

Claims (22)

10 15 20 25 30 23 P A T E N T K R A V

1. Metod för tillförsel av tillsatsmedel till en katalytisk avgasreningsprocess för rening av en avgasström från en förbränningsmotor vid ett fordon, varvid nämnda fordon innefattar styrorgan för styrning av tillförsel av nämnda tillsatsmedel till nämnda avgasström, kännetecknad av att nämnda metod innefattar att: - estimera ett förväntat temperaturförhållande för nämnda avgasreningsprocess med hjälp av en representation av fordonets underlag, och - styra nämnda tillförsel av tillsatsmedel baserat på nämnda estimerade temperaturförhållande.

2. Metod enligt krav 1, varvid, nämnda förväntade temperaturförhållande för nämnda avgasreningsprocess utgör ett förväntat temperaturförhållande för nämnda avgäsström.

3. Metod enligt krav 1 eller 2, vidare innefattande att estimera förbränningsmotorns förväntade belastning med hjälp av nämnda representation av fordonets underlag, varvid nämnda förväntat temperaturförhållande för nämnda avgasreningsprocess estimeras med hjälp av nämnda förbränningsmotorbelastning.

4. Metod enligt något av föregående krav, vidare innefattande, när mängden tillsatsmedel för tillförsel till nämnda avgasreningsnivå är inställd till en första nivå, minska mängden tillfört tillsatsmedel till en andra, jämfört med nämnda första nivå lägre nivå, när en ökad temperatur för nämnda avgasreningsprocess förväntas.

5. Metod enligt något av föregående krav, vidare innefattande, när mängden tillsatsmedel för tillförsel till nämnda avgasreningsnivå är inställd till en första nivå, öka mängden tillfört tillsatsmedel till en tredje jämfört med nämnda 10 15 20 25 30 24 första nivå högre nivå när en minskad temperatur för nämnda avgasreningsprocess förväntas.

6. Metod enligt krav 4 eller 5, varvid nämnda första nivå representerar en önskad reduceringsgrad för åtminstone en substans i nämnda avgasström.

7. Metod enligt krav 6, varvid nämnda substans utgörs av kväveoxider NOX.

8. Metod enligt något av kraven 4-7, varvid en minskning av mängden tillfört tillsatsmedel påbörjas när en ökad temperatur för nämnda avgasreningsprocess förväntas inom en första tid.

9. Metod enligt något av kraven 4-7, varvid en minskning av mängden tillfört tillsatsmedel påbörjas när nämnda estimerade temperatur överstiger ett första värde.

10. Metod enligt något av föregående krav, varvid nämnda fordon vidare innefattar en katalysator, varvid nämnda katalytiska reningsprocess utförs med hjälp av nämnda katalysator, och varvid metoden innefattar att bestämma ett förväntat temperaturförhållande för nämnda katalysator.

11. ll. Metod enligt krav 10, varvid nämnda förväntade temperaturförhållande för nämnda katalysator bestäms med hjälp av en bestämning av ett förväntat temperaturförhållande för nämnda avgasström.

12. Metod enligt krav 10 eller ll, varvid nämnda mängd tillsatsmedel för tillförsel till nämnda avgasreningsprocess bestäms åtminstone delvis med hjälp av en modell av nämnda katalysator.

13. Metod enligt något av föregående krav, varvid nämnda representation av fordonets underlag utgör data avseende en lutning för fordonets underlag, lutningen på vägen framför fordonet, och/eller data avseende vägens topografi framför fordonet. 10 15 20 25 30 25

14. Metod enligt krav 13, varvid en lutning för fordonets underlag bestäms med hjälp av styrsignaler till och/eller från motorn, och/eller med hjälp av fordonets körmotstånd.

15. Metod enligt något av föregående krav, varvid den vidare innefattar att utföra nämnda bestämning under färd med nämnda fordon.

16. Metod enligt krav 10, varvid nämnda katalysator utgörs av en SCR-katalysator.

17. Metod enligt något av kraven 1-16, varvid nämnda tillsatsmedel åtminstone delvis utgörs av urea och/eller ammoniak.

18. Metod enligt krav 4, varvid omställning av katalysatorn från en högre upplagring till en lägre upplagring utförs med hjälp av en eller flera ur gruppen: - minska eller stänga av tillförsel av tillsatsmedel, - omställning av insprutningstid, insprutningsvinkel och/eller insprutningslängd och/eller antal insprutningar för nämnda förbränningsmotor.

19. Datorprogram innefattande programkod, vilket när nämnda programkod exekveras i en dator åstadkommer att nämnda dator utför metoden enligt något av patentkraven 1-18.

20. Datorprogramprodukt innefattande ett datorläsbart medium och ett datorprogram enligt patentkrav 19, varvid nämnda datorprogram är innefattat i nämnda datorläsbara medium.

21. System för tillförsel av tillsatsmedel till en katalytisk avgasreningsprocess för rening av en avgasström från en förbränningsmotor vid ett fordon, varvid nämnda fordon innefattar styrorgan för styrning av tillförsel av nämnda tillsatsmedel till nämnda avgasström, kännetecknad av att systemet innefattar: 26 - organ för estimering av ett förväntat temperaturförhållande för namnda avgasreningsprocess med hjalp av en representation av fordonets underlag, och - organ för styrning av namnda tillförsel av tillsatsmedel baserat på nämnda estimerade temperaturförhållande.

22. Fordon, kännetecknat av att det innefattar ett system enligt krav 2l.