SE537927C2 - Metod och system för tillförsel av tillsatsmedel till en avgasström - 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

lO METOD OCH SYSTEM VID FORDONSAVGASUTSLÄPPSSYSTEMUppfinningens område Föreliggande uppfinning hänför sig till avgasreningssystem vidfordon och i synnerhet till en metod for tillförsel avtillsatsmedel till en katalytisk avgasreningsprocess enligtingressen till patentkrav l. Uppfinningen avser aven ett system och ett fordon.Uppfinningens bakgrund På grund av ökade myndighetsintressen avseende föroreningaroch luftkvalitet i framförallt stadsområden harutslappsstandarder och regler framtagits i många jurisdiktioner.

Dylika utslappsstandarder utgör ofta kravuppsattningar vilkadefinierar acceptabla granser för avgasutslapp för fordonutrustade med förbranningsmotorer. Exempelvis regleras oftanivåer för utslapp av kvaveoxider (NOX), kolvaten (HC),kolmonoxid (CO) och partiklar för de flesta typer av fordon idessa standarder. Betraffande tunga fordon kan kraven t.ex. uttryckas som tillåten utslappsmangd (matt i gram) per kWhmotoreffekt.

I stravan att uppfylla sådana emissionsstandarder pågårforskning inom många områden, varav ett sådant område utgörsav efterbehandling (rening) av de avgaser som orsakas av förbranningsmotorns förbranning.

Ett vanligt satt att efterbehandla avgaser från enförbranningsmotor utgörs av en s.k. katalytisk reningsprocess,varför också fordon utrustade med en förbranningsmotorvanligtvis innefattar åtminstone en katalysator. Det finnsolika typer av katalysatorer, dar olika typer kan erfordrasför olika branslen och/eller rening av olika typer av avgaskomponenter, och betraffande åtminstone kvaveoxider NOX lO kvaveoxid respektive kvavedioxid) innefattar tunga fordon oftaen katalysator dar ett tillsatsmedel tillförs den frånförbranningsmotorns förbranning resulterande avgasströmmen foratt reducera kvaveoxider NOX (till i huvudsak kvavgas och vattenånga).

En vanligt förekommande typ av katalysator, framförallt vidtunga fordon, ar SCR (Selective Catalyst Reduktion)-katalysatorer. SCR-katalysatorer anvander ammoniak (NH3), elleren sammansattning ur vilken ammoniak kan genereras/bildas, somtillsatsmedel för reduktion av mangden kvaveoxider NOX.Tillsatsmedlet insprutas i den från förbranningsmotorn resulterande avgasströmmen uppströms om katalysatorn.

Förhållandet mellan utslapp av kvaveoxider NOX från enförbranningsmotor och förbranningsmotorns bransleförbrukningar omvant proportionellt. Detta betyder att omförbranningsmotorn ar installd för arbete med högreverkningsgrad (verkningsgraden påverkas av t.ex.insprutningsvinkel-/tidpunkt och bransle-/luftblandning), ochdarmed en lagre bransleförbrukning, vilket ar önskvart urekonomisk synvinkel, resulterar förbranningsprocessen i högreutslapp av kvaveoxider, vilket i sin tur staller högre krav på efterföljande avgasrening.

Det till katalysatorn tillförda tillsatsmedlet adsorberas(upplagras) i katalysatorn, varvid kvaveoxider i avgasernareagerar med den i katalysatorn upplagrade ammoniaken.Katalysatorns förmåga att upplagra tillsatsmedel varierar dockvanligtvis kraftigt med den i katalysatorn rådandetemperaturen. Vid lagre temperaturer kan större mangderammoniak upplagras, medan upplagringsförmågan vid högre temperaturer ar lagre. lO En plötslig temperaturhöjning i katalysatorn, vilken t.ex. kanbero på en ökad förbranningsmotorbelastning, med daravberoende ökad temperatur för avgasströmmen, kan darförinnebara att upplagrat tillsatsmedel frigörs och utslapps ifordonets omgivning via avgasröret. Dylika tillsatsmedel-/ammoniakutslapp ar dock inte önskvarda, och i många fall araven utslapp av denna typ myndighetsreglerade, d.v.s. aven betraffande tillsatsmedelutslapp finns högsta tillåtna nivåer.

Sammanfattningsvis existerar det ett behov av en förbattradmetod för att styra tillförsel av tillsatsmedel till enkatalysator som överkommer eller åtminstone mildrar nackdelar med befintliga lösningar.Sammanfattning av uppfinningen Det ar ett syfte med föreliggande uppfinning atttillhandahålla en metod som löser ovannamnda problem. Dettasyfte uppnås genom en metod enligt den kannetecknande delen av patentkrav l.

Föreliggande uppfinning hanför sig till en metod förtillförsel av tillsatsmedel till en katalytiskavgasreningsprocess för rening av en avgasström från enförbranningsmotor vid ett fordon, varvid namnda fordoninnefattar organ för styrning av tillförsel av namndatillsatsmedel till namnda avgasström. Metoden innefattar attestimera ett förvantat temperaturförhållande för namndaavgasreningsprocess med hjalp av en representation avfordonets underlag, och styra namnda tillförsel avtillsatsmedel baserat på namnda estimerade temperaturförhållande.

Detta har fördelen att mangden tillsatsmedel som tillförs denkatalytiska avgasreningsprocessen kan anpassas efter den temperatur som förvantas. Avgasreningsprocessen utförs lO vanligtvis i en katalysator, såsom en SCR-katalysator, dartillsatsmedel upplagras för att sedan reagera med substansersåsom t.ex. kvaveoxider i avgasströmmen. Dylik upplagring arvanligtvis temperaturberoende, och genom att styra tillförselav tillsatsmedel baserat på förvantad temperatur kan tillförsel av tillsatsmedel styras till en optimal nivå.

Detta betyder således att vid låga katalysatortemperaturer,möjliggörs hög upplagring av tillsatsmedel, varvid motorn kantillåtas att framföras på ett mer bransleekonomiskt satt (medhögre avgivning av kvaveoxider enligt ovan) utan att riskera oönskade utslapp av tillsatsmedel.

Normalt finns vid temperaturökning i katalysatorn en stor riskför oönskat ammoniakutslapp om upplagringen i katalysatorn arhög nar temperaturökningen sker. Med hjalp av föreliggandeuppfinning kan upplagringen av tillsatsmedel hållasvasentligen så hög som aktuell katalysatortemperatur medger,samtidigt som nivån kontinuerligt kan anpassas till förvantadetemperaturförandringar, varvid oönskade tillsatsmedelutslapp kan undvikas.

Katalysatorns förvantade temperaturförhållande kan bestammasgenom att bestamma ett förvantat temperaturförhållande för namnda avgasström.

Vidare kan avgasströmmens förvantade temperaturförhållandebestammas genom att med hjalp av namnda representation avfordonets underlag estimera förbranningsmotorns förvantadebelastning, varvid aven avgasströmmens förvantade temperaturförhållande kan bestammas.

Representationen av fordonets underlag kan t.ex. utgöra dataavseende en lutning för fordonets underlag, lutningen på vagenframför fordonet, och/eller data avseende vagens topografi framför fordonet. T.ex. kan fordonets aktuella position lO tillsammans nämnda data avseende vagens topografi framförfordonet anvandas for att bestamma ett forvantattemperaturforhållande for en forsta tidsperiod, såsom t.ex. denarmast foljande x sekunderna, dar x kan utgora godtyckligtsekundantal i intervallet 5s-600s. Intervallet kan med fordelvara 30s eller mer, då en så pass lång framforhållning medgergoda mojligheter till omstallning från en forsta nivå till enandra lagre eller tredje hogre nivå nar katalysatortemperaturen forvantas oka eller minska.

Mangden tillsatsmedel for tillforsel till avgasstrommen enligtovan kan aven bero av t.ex. fordonets massa. Om fordonet,t.ex. pga. av det ar olastat, har en lagre vikt kan en lagretemperaturokning forvantas vid okad forbranningsmotorbelastning jamfort med om fordonet ar lastat.

Omstallning från en lagre nivå upplagrat tillsatsmedel till hogre nivå kan ske genom att oka tillforseln av tillsatsmedel.

Omstallning från en hogre nivå upplagrat tillsatsmedel tilllagre nivå kan ske genom att minska tillforseln avtillsatsmedel, och/eller genom att vidta en eller flera ytterligare åtgarder enligt nedan.

Nar det bestams att en temperaturokning ar i antågande kanmangden tillfort tillsatsmedel successivt sankas, t.ex. somfunktion av tiden, så att upplagringen av tillsatsmedel minskas.

Omstallning av katalysatorn från en hogre upplagring till enlagre upplagring kan aven behova ske snabbt, varvid t.ex.tillforsel av tillsatsmedel kan stangas av helt, varvidgenomstrommande avgaser kommer att forbruka upplagradammoniak. Omstallningsprocessen kan vid behov snabbas uppytterligare genom att stalla om insprutningstid,insprutningsvinkel och/eller insprutningslangd och/eller antal insprutningar for forbranningsmotorn så att en storre mangd lO kväveoxider genereras och därmed tillförs avgasströmmen,varvid upplagrat ammoniak kommer att förbrukas i en snabbaretakt på grund av den högre koncentrationen kvaveoxider i äVgâSGInä .

Vidare kan temperaturökningens hastighet, t.ex. nar fordonetnär en uppförslutning, minskas genom att temporart stanga avett eller flera av de vanligt förekommande motormonterade aggregat som i drift belastar förbranningsmotorn och darmed höjer avgasströmmens temperatur.

Ytterligare kannetecken för föreliggande uppfinning ochfördelar darav kommer att framgå ur följande detaljeradebeskrivning av exempelutföringsformer och de bifogade ritningarna.

Kort beskrivning av ritningarna Fig. la visar en drivlina i ett fordon vid vilketföreliggande uppfinning med fördel kan anvandas.Fig. lb visar en exempelstyrenhet i ett fordonsstyrsystem.

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

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 enlastbil, buss eller liknande, enligt en exempelutforingsformav foreliggande uppfinning. Det i fig. 1a schematiskt visadefordonet 100 innefattar ett framre hjulpar 111, 112 och ettbakre hjulpar med drivhjul 113, 114 (uppfinningen artillamplig aven vid fordon dar fler an en axel ar forsedd meddrivhjul, liksom vid fordon med fler an en bakaxel). Fordonetinnefattar vidare en drivlina med en forbranningsmotor 101, vilken på ett sedvanligt satt, via en på forbranningsmotorn 101 utgående axel 102 ar forbunden med en vaxellåda 103, t.ex. via en koppling 106.

En från vaxellådan 103 utgående axel 107 driver drivhjulen113, 114 via en slutvaxel 108, såsom t.ex. en sedvanligdifferential, och drivaxlar 104, 105 forbundna med namnda slutvaxel 108.

Fordonet 100 innefattar vidare ett efterbehandlingssystem foratt behandla avgasutslapp från forbranningsmotorn 101.Efterbehandlingssystemet kan vara av olika typ så lange somtillforsel av tillsatsmedel sker till en katalytiskavgasreningsprocess. I den visade exempelutforingsformeninkluderar efterbehandlingssystemet en SCR (SelectiveCatalytic Reduction) -katalysator 201. Vidare kanefterbehandlingssystemet innefatta ytterligare icke-visadekomponenter, såsom t.ex. ytterligare katalysatorer och /ellerpartikelfilter, vilka kan vara anordnade upp- och/eller nedstroms om SCR-katalysatorn 201.

Såsom namnts ovan utgor en SCR-katalysator ettefterbehandlingssystem som erfordrar tillsatsmedel for attreducera koncentrationen av kvaveoxider i avgaserna frånforbranningsmotorn. Detta tillsatsmedel ar ofta ureabaserat,och kan t.ex. bestå av AdBlue, vilket i princip utgor urea utblandat med vatten. Urea bildar ammoniak vid uppvarmning.

Efterbehandlingssystemet visas mer i detalj i fig. 2, ochinnefattar förutom namnda katalysator 201 en ureatank 202, vilken ar forbunden med ett ureadoseringssystem (UDS) 203.

UDS-systemet 203 innefattar eller styrs av en UDS-styrenhet204, vilken genererar styrsignaler for styrning av tillforselav tillsatsmedel så att onskad mangd insprutas i den avforbranningen i forbranningsmotorns 101 cylindrar resulterandeavgasstrommen 119 från tanken 202 med hjalp av ett insprutningsmunstycke 205 uppstroms om katalysatorn 201.

Allmant finns UDS-system val beskrivna i den kanda tekniken,och exakt hur insprutning av tillsatsmedel sker beskrivsdarfor inte narmare har, utan foreliggande uppfinningfokuserar sig på ett satt att berakna tillamplig mangdtillsatsmedel for tillforsel till avgasstrommen, varvidfaktisk insprutning av beraknad mangd enligt uppfinningen kan ske på tillampligt satt.

Vidare består styrsystem i moderna fordon vanligtvis av ettkommunikationsbussystem bestående av en eller flerakommunikationsbussar for att sammankoppla ett antalelektroniska styrenheter (ECU:er), eller controllers, ocholika pà fordonet lokaliserade komponenter. Ett dyliktstyrsystem kan innefatta ett stort antal styrenheter, ochansvaret for en specifik funktion kan vara uppdelat på fler an en styrenhet.

For enkelhetens skull visas i fig. 1a, forutom styrenheten 204endast tre ytterligare elektroniska styrenheter 115, 116, 117.Styrenheten 116 styr, i denna utforingsform, motorn 101, medanstyrenheten 115 styr kopplingen 106 respektive vaxellàda 103(två eller flera av motor, vaxellàda och koppling kanalternativt vara anordnade att styras av en och samma styrenhet, eller andra, icke-visade styrenheter). Styrenheten 117 ansvarar for en s.k. framåtseendefunktion, vilket kommer att beskrivas narmare nedan.

Styrenheter av den visade typen ar normalt anordnade att taemot sensorsignaler från olika delar av fordonet, t.ex. frånvaxellåda, motor, koppling och/eller andra styrenheter ellerkomponenter på fordonet, såsom t.ex. den i fig. 2 visadeavgastemperatursensorn 206. De styrenhetgenereradestyrsignalerna ar normalt beroende både av signaler från andrastyrenheter och signaler från komponenter. T.ex. kommerstyrenhetens 204 styrning av tillforsel av tillsatsmedel tillavgasstrommen 119 att t.ex. bero av information som t.ex.mottas från en eller flera ytterligare styrenheter. T.ex. kanstyrningen vara åtminstone delvis baserad på information frånden styrenhet 117 som ansvarar for framåtseendefunktionenoch/eller den styrenhet 115 som ansvarar for vaxellådans 103funktion, samt från den/de styrenhet(er) som styr koppling och/eller motorfunktioner, såsom t.ex. styrenheten 116.

Styrenheterna ar vidare anordnade att avge styrsignaler tillolika delar och komponenter av fordonet, såsom t.ex. organ forstyrning av insprutningsmunstycket 205, for styrning av dessa.Foreliggande uppfinning kan implementeras i godtycklig avovanstående styrenheter, eller i någon annan tillamplig styrenhet i fordonets styrsystem.

Styrningen styrs ofta av programmerade instruktioner. Dessaprogrammerade instruktioner utgors typiskt av ettdatorprogram, vilket nar det exekveras i en dator ellerstyrenhet åstadkommer att datorn/styrenheten utfor onskadstyrning, såsom forfarandesteg enligt foreliggande uppfinning.Datorprogrammet utgor vanligtvis datorprogramprodukt 109lagrad på ett digitalt lagringsmedium 121 (se fig. 1b) såsomexempelvis: ROM (Read-Only Memory), PROM (Programmable Read-Only Memory), EPROM (Erasable PROM), Flash-minne, EEPROM (Electrically Erasable PROM), en hårddiskenhet, etc., i elleri förbindelse med styrenheten och som exekveras avstyrenheten. Genom att andra datorprogrammets instruktionerkan således fordonets upptradande i en specifik situation änpäSSäS .

En exempelstyrenhet (styrenheten 204) visas schematiskt i fig.1b, varvid styrenheten 204 i sin tur kan innefatta enberakningsenhet 120, vilken kan utgoras av vasentligen någonlamplig typ av processor eller mikrodator, t.ex. en krets fordigital signalbehandling (Digital Signal Processor, DSP),eller en krets med en forutbestamd specifik funktion(Application Specific Integrated Circuit, ASIC).Berakningsenheten 120 ar forbunden med en minnesenhet 121,vilken tillhandahåller berakningsenheten 120 t.ex. den lagradeprogramkoden 109 och/eller den lagrade data berakningsenheten120 behover for att kunna utfora berakningar.Berakningsenheten 120 ar aven anordnad att lagra del- eller slutresultat av berakningar i minnesenheten 121.

Vidare ar styrenheten 124 forsedd med anordningar 122, 123,124, 125 for mottagande respektive sandande av in- respektiveutsignaler. Dessa in- respektive utsignaler kan innehållavågformer, pulser, eller andra attribut, vilka avanordningarna 122, 125 for mottagande av insignaler kandetekteras som information och kan omvandlas till signaler,vilka kan behandlas av berakningsenheten 120. Dessa signalertillhandahålls sedan berakningsenheten 120. Anordningarna 123,124 for sandande av utsignaler ar anordnade att omvandlasignaler erhållna från berakningsenheten 120 for skapande avutsignaler genom att t.ex. modulera signalerna, vilka kanoverforas till andra delar av fordonets styrsystem och/ellerden/de komponenter for vilka signalerna ar avsedda. Var och en av anslutningarna till anordningarna for mottagande respektive 11 sandande av in- respektive utsignaler kan utgöras av en ellerflera av en kabel; en databuss, såsom en CAN-buss (ControllerArea Network bus), en MOST-buss (Media Orientated Systems Transport), eller någon annan busskonfiguration; eller av en trådlös anslutning.

Såsom namnts ovan ar insprutningsmunstycket 205 anordnatuppströms om katalysatorn 201, och tillsatsmedlet tillförssåledes avgasströmmen fore passage genom katalysatorn 201.Såsom också namnts tillförs urea vanligtvis i form av envattenlösning, vilken, nar den tillförs den varmaavgasströmmen, förångas, sönderdelas och bildar ammoniak. Detar sedan denna ammoniak som utgör aktiv substans i den kemiska reaktion i katalysatorn 201 som utgör sjalva reningsprocessen.

Den bildade ammoniaken följer med avgasströmmen in ikatalysatorn 201, dar ammoniakmolekylerna adsorberas (fastnar)på ytor i katalysatorn 201. Katalysatorn 201 innefattar oftaett storat antal lameller i syfte att erhålla en stor totalytasom ammoniakmolekylerna kan fastna på. Nar sedan kvaveoxiderNOX (kvaveoxider NOX innefattar i denna beskrivning ochefterföljande patentkrav både kvavemonoxid NO och kvavedioxidN02) passerar genom katalysatorn reagerar kvaveoxidmolekyler med de i katalysatorn adsorberade ammoniakmolekylerna.

Katalysatorn måste uppratthålla åtminstone en minstatemperatur för att den katalytiska reningsprocessenöverhuvudtaget ska uppstå. I fallet med en SCR-katalysatorförångas urea först vid 200°C, vilket medför att reaktionen ikatalysatorn blir mycket begransad för lagre temperaturer.Detta exemplifieras i fig. 3, i vilken visas ett diagram överhur reaktionshastigheten för den önskade katalytiska reningsprocessens reaktioner varierar med temperaturen T i katalysatorn. Diagrammets origo representerar T=200°C, och lO l2 såsom kan ses i figuren sker väsentligen ingen reaktion vidtemperaturer understigande 200°C, medan reaktionerna for hogretemperaturer ar starkt temperaturberoende. Urreaktionshastighetshanseende ar det således onskvart men en hog katalysatortemperatur.

Forutom att koncentrationen kvaveoxider NOX i avgasernavarierar over tiden, såsom i beroende av aktuelladriftsforhållanden, varierar dock aven katalysatorns formåga att upplagra ammoniak med temperaturen.

Detta åskådliggors i fig. 4, i vilken visas ett diagram overkatalysatorns formåga, 9, att upplagra ammoniak i beroende avkatalysatortemperaturen T. Vid lagre katalysatortemperatur arkatalysatorns formåga att upplagra ammoniak storre jamfort medvid hogre temperaturer. Katalysatorns upplagringsformåga, 9,kan t.ex. representera den mangd tillsatsmedel, i t.ex. gram,som kan adsorberas av katalysatorn. Såsom kan ses i figuren arupplagringsformågan hog for låga temperaturer (aven i dettafall representerar origo T=200°C), medan den avtarexponentiellt med okande katalysatortemperatur T. Dettabetyder att om katalysatorns temperatur, for en fulltupplagrad katalysator, okar från en temperatur T1 till entemperatur T2 kommer katalysatorn vid temperaturen T2 att varaoverlagrad, vilket i sin tur innebar att skillnaden iupplagringskapacitet, d.v.s. Gm-6T¿ inte kan kvarhållas avkatalysatorn, utan kommer att frigoras från katalysatorn och rinna ut genom fordonets avgasror.

Vid temperaturokning i katalysatorn finns således en stor riskfor oonskat ammoniakutslapp om upplagringen i katalysatorn arhog. I likhet med kvaveoxider NOXar, såsom namnts, i mångafall aven ammoniakutslappet myndighetsreglerat, varfor dylika utslapp ar oonskade både ur miljo- och myndighetsaspekter. l0 l3 Ett vanligt sätt att undvika oönskat ammoniakutsläpp är därförätt upplagra lägre nivåer ammoniak än vad som är möjligt, föratt därmed minska risken för att oönskade mängder ammoniakfrigörs 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 proportionelltmot mängden kväveoxid i avgaserna. Vid stora mängder kväveoxiderfordras 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 därförkoncentrationen ammoniak, och därmed också mängden doseradurea, vara tillräcklig för att motsvara koncentrationen kväveoxider NOX i avgaserna.

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

Enligt föreliggande uppfinning tillhandahålls dock en metodoch ett system som möjliggör att en högre upplagring avammoniak kan tillåtas i katalysatorn samtidigt som risken för att oönskade ammoniakutsläpp ska uppstå minskas. 14 Enligt föreliggande uppfinning åstadkoms detta genom attbaserat på en representation av det underlag (den vag) langsvilket fordonet fardas estimera hur den katalytiskaavgasreningens temperatur kommer att forandras med tiden. Denkatalytiska avgasreningens temperatur kan t.ex. estimerasgenom att estimera hur den av forbranningsmotorn avgivnaavgasstrommens temperatur, varvid aven katalysatortemperaturenandras av avgasstrommen vid dess passage genom katalysatorn,kommer att forandras for de t.ex. 10, 20, 30 eller 60 kommandesekunderna med hjalp av representationen av fordonets underlag.

På detta satt kan insprutning av tillsatsmedel anpassas tillforvantade katalysatortemperaturforhållanden, varvid avenriskan for oonskade ammoniakutslapp kan minskas eftersomupplagringen kan minskas nar en hogre temperatur forvantas.Samtidigt medfor uppfinningen att en hogre upplagring avammoniak i katalysatorn kan tillåtas vid situationer nartemperaturen forvantas vara vasentligen konstant utan storretemperaturokningar, vilket darmed hojer effektivitet av SCR- katalysatorns anvandning.

I enlighet med en forsta exempelutforingsform anvands data omvagen framfor fordonet for att bestamma en representation avfordonets underlag. Till exempel kan data från en framåtseende(Look-Ahead, LA) -funktion anvandas for att bestamma en representation av fordonets underlag.

LA-funktionen kan t.ex. innefatta en i fordonet anordnaddatabas over vaglutning, antingen for alla vagar inom ettområde, såsom en region, ett land, en kontinent, etc., ellerfor de vagavsnitt langs vilka fordonet normalt fardas. Genomatt sedan kombinera dessa data med fordonets position, vilkent.ex. kan erhållas med hjalp av en GPS-mottagare, kan fordonets styrsystem få kannedom om hur vagen ser ut framfor fordonet, och sedan använda dessa data på olika satt, t.ex. for farthàllningsfunktioner.

Med hjalp av LA-funktionen gär det t.ex. att bestamma omfordonet narmar sig uppforslutningar, och forbranningsmotorndarmed kommer att belastas hogre med hogre avgastemperatur som följa.

Data avseende vaglutning kan alternativt, i stallet for attfinnas lagrade i en databas i fordonet, vara anordnade attkontinuerligt eller med vissa intervall skickas till fordonetvia någon lamplig tràdlos lank, dar overforda data t.ex. kan styras av fordonets aktuella position.

Förutom topografisk information kan vagdata aven innefattainformation om hastighetsbegransningar, kurvor etc. Dessa datakan aven anvandas enligt foreliggande uppfinning, så att t.ex.okad motorbelastning som resultat av en acceleration nartillåten hastighet okar kan tas hansyn till vid bestamning av mangden tillsatsmedel for tillforsel till avgasstrommen.

LA-funktionen ar i foreliggande exempel implementerad viastyrenheten 117, och data från LA-funktionen kan skickas tillstyrenheten 204 (eller annan tillamplig styrenhet) foranvandning vid estimering av avgasstrommens temperatur och mangden tillsatsmedel for tillforsel till avgasstrommen.

Enligt en exempelutforingsform av foreliggande uppfinninganvands data om vagen framfor fordonet, med eller utan andrafordonsdata, for att estimera hur hårt forbranningsmotornkommer att arbeta, t.ex. de kommande 30-60 sekunderna (elleren kortare eller langre tidsperiod, såsom t.ex. ettgodtyckligt sekundantal i intervallet från godtyckligtsekundantal i intervallet 1-5s till godtyckligt sekundantal i intervallet 5-1000s), varvid aven den av forbranningsmotorn 16 genererade avgasstrommens temperaturforandring i nämnda intervall kan estimeras.

Således kan, med hjalp av LA-funktionen, styrenheten 204,t.ex. i god tid fore en kommande uppforslutning med darmedassocierad okning av drivkraftsbehov faststalla att ett okatdrivkraftsbehov snart kommer att uppstå, och aven relativtnoggrant aven berakna vilken temperatur avgasstrommen kommeratt uppnå, varvid aven katalysatorns uppvarmning kanestimeras, och varvid insprutning av tillsatsmedel kan styras baserat på estimerade temperaturforhållanden.

Likaså kan styrenheten redan fore ett backkron i enuppforslutning, vid en punkt dar ett relativt hogtdrivkraftsbehov råder, utifrån data från namnda LA-funktion,faststalla att ett minskat drivkraftsbehov snart kommer attuppstå, men darmed associerad minskning av avgasstrommenstemperatur, varvid okad insprutning av tillsatsmedel kanpåborjas vid en optimal tidpunkt for att nyttja katalysatorreningen på basta satt.

Den med hjalp av look-ahead erhållna informationen kananvandas dels for att prediktera att fordonet kommer attframforas vid forhållandevis statisk korning utan kraftigatemperaturokningar, och aven for att prediktera nar kraftiga temperaturokningar forvantas.

I fig. 5 visas ett regleringsforfarande enligt enexempelutforingsform av foreliggande uppfinning. I steg 501bestams ett teoretiskt varde representerande den maximalamangd tillsatsmedel som kan insprutas i avgasstrommen ochsamtidigt aven vasentligen kunna upplagras i katalysatorn.Denna bestamning kan utforas med hjalp av en modell forkatalysatorn, dar modellens indata utgors av: - rådande temperatur T i katalysatorn och/eller i avgasstrommen uppstroms om katalysatorn, kan t.ex. matas med 17 den i fig. 2 visade temperatursensorn 206, - avgasströmmens flöde (kan t.ex. matas med hjalp av enluftmassematare 207), och - ett referensvarde Xnfi som representerar önskadreduceringsgrad, t.ex. maximalt möjlig reduceringsgrad, vilkett.ex. kan vara 98%, men aven högre eller lagre beroende påt.ex. katalysatorns utformning. Katalysatormodellen kan t.ex.utgöras av en matematisk beskrivning, eller av en eller fleratabeller med tillsatsmedelmangder för olika varden på ettlampligt antal kombinationer av insignalvarden såsom ett antalolika temperaturer och ett antal olika flöden. Tabellen kanaven innefatta dylika kombinationer för ett antal olika referensvarden.

Detta mangdvarde utgör således det teoretiskt mest optimalavardet för tillförsel av tillsatsmedel, men utgör också detförhållande som riskerar utslapp av största mangd ammoniak vidtemperaturökningar. I steg 502 bestams darför ett gransvarde,såsom t.ex. 90 eller 92% av den enligt katalysatormodellenteoretiskt möjliga ureadoseringen. Helt enligt vad som harbeskrivits ovan i anknytning till fig. 4. Enligt kand teknikjamförs sedan de enligt steg 501 respektive steg 502 bestamdavardena i ett steg 503, och det minsta av de två vardena utgördet varde som sedan doseras ut av insprutnings-/doseringsmunstycket 205. Den i steg 502 införda begransningeninnebar således att doseringen i praktiken alltid kommer att vara reducerad till den i steg 502 angivna nivån.

Enligt föreliggande uppfinning anvands dock ett steg 504 föratt vid tillampliga situationer latta på den i steg 502installda begransningen. I steg 504 estimeras ett förvantattemperaturförhållande med hjalp av en representation avfordonets underlag, i detta exempel med hjalp av LA-/GPS- information, varvid det kan bestammas om fordonet de narmast 18 följande t.ex. 25-30 sekunderna kommer att framföras statiskt(dvs. på vasentligen plant underlag) eller i nedförslutning,varvid således ingen avgastemperaturökning förvantas, ochvarvid således en högre upplagring av ammoniak i katalysatornkan tillåtas utan risk för plötsliga utslapp pga. temperaturökningar.

Baserat på den i steg 504 gjorda bestamningen alstras ettvarde, vilket t.ex. kan variera mellan 1 och ett tillampligtstort eller ett mycket stort varde, dar ett stort vardeinstalls om ingen temperaturökning förvantas, varvid dettabestamda varde multipliceras med det i steg 502 bestamdavardet i steg 505, varvid sedan det i steg 505 erhållnaresultatet tillförs valjaren 503. Med hjalp av den i steg 504bestamda parametern kan, nar ingen temperaturökning förvantas,det i steg 502 erhållna vardet, som normalt alltså ar lagre andet i steg 501 genererade vardet, omvandlas till ett varde somgaranterat överstiger det i steg 501 erhållna vardet, varvidoptimal dosering av urea enligt steg 501 kan utföras i det fall ingen temperaturökning ar sannolik.

Bestamningen i steg 504 kan utföras kontinuerligt, och avengenerera en parameter som förandras som funktion av tidenf(t). Således kan den i steg 504 genererade parameternanvandas inte bara för att valja mellan de i steg 501respektive steg 502 framraknade vardena, utan aven till godtyckligt varde daremellan.

Nar det bestams att en temperaturökning ar i antågande kan deni steg 504 genererade parametern sankas, t.ex. successivt somfunktion av tiden, så att en begransning av maximalt möjligupplagring åter intrader, varvid insprutning av urea, ochdarmed 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 minskaupplagringen av ammoniak till önskad nivå. Om den rådandetemperaturen ar låg, och aktuell upplagring darmed hög, kandet aven ta langre perioder såsom t.ex. en minut för attomstalla upplagring till den nya högre förvantade temperaturen.

Den tidpunkt vid vilken omstallning av katalysatorn påbörjaskan darför vara beroende av den aktuella temperatur som råder,samt aven av den temperatur katalysatorn förvantas uppnå inomen viss tid. Genom att anvanda en LA-funktion kan dock enuppskattning utföras för en förhållandevis lång tid, varföranpassning till ny temperaturnivå kan ske i god tid och på mest effektiva satt.

Den temperatur katalysatorn förvantas uppnå kan bestammasgenom att uppskatta hur mycket motorn kommer att arbeta. Dennabestamning kan utföras med hjalp av t.ex. langd/stigning fören kommande uppförslutning. En LA-baserad lösning har såledesfördelen att ett förhållande för fordonets underlag kanbestammas för en förhållandevis lång stracka, varvid en mycket god reglering av ureadoseringen kan åstadkommas.

Med hjalp av den i steg 504 genererade parametern kaninlagringen sankas successivt till önskat nivå genom att successivt minska parameterns varde.

Omstallning av katalysatorn från en högre upplagring till enlagre upplagring kan ske på flera satt. T.ex. kanureadoseringen stangas av helt varvid genomströmmande avgaserkommer att förbruka upplagrad ammoniak. Omstallningsprocessenkan vid behov snabbas upp genom att stalla ominsprutningsvinklar för förbranningsmotorn så att en störremangd kvaveoxider genereras och darmed tillförs avgasströmmen, varvid upplagrat ammoniak kommer att förbrukas i en snabbare takt på grund av den högre koncentrationen kvaveoxider i äVgâSGInä .

I fig. 6 visas en alternativ utforingsform av föreliggandeuppfinning. I steg 601 beraknas avgasstrom-/katalysatortemperatur som funktion av tiden baserat på LA-data. Denna representation av temperaturen tillfors sedan ettsteg 602, som motsvarar steg 501 ovan, varvid den estimeradetemperaturen anvands tillsammans med katalysatormodellen forhela tiden rakna fram optimal mangd tillsatsmedel fortillforsel baserat på forvantad temperatur, varvid bestamtvarde kan ta hansyn och anpassas till kommande temperaturokningar/-sankningar.

Det kan aven vara fordelaktigt att ta med fordonsekipagetsvikt och kormotstånd vid ovanstående berakningar, eftersomdessa parametrar kan påverka hur mycket forbranningsmotornmåste arbeta, och darmed den avgastemperatur som kommer attuppnås. Dessa data finns normalt redan tillgangliga ifordonets styrsystem, t.ex. for anvandning av vaxellådansstyrenhet 115 vid vaxling, och dessa data kan således tillforas styrenheten 204 från styrenheten 115.

Vidare, hittills har uppfinningen beskrivits i anknytning tillen look-ahead LA-losning, dar fordonets position tillsammans med hojdinformation om vågen framfor fordonet beskrivits.

Foreliggande uppfinning ar dock aven tillamplig vid fordon medavsaknad av dylik look-ahead-information. Ett alternativt sattatt bestamma en representation av fordonets underlag utgors avatt bestamma en vaglutning. Vaglutning kan t.ex. erhållas medhjalp av en lutningssensor. Denna vaglutning anvands sedan,foretradesvis tillsammans med information om fordonsekipagetsvikt och kormotstånd, for att uppskatta katalysatortemperaturforandringar. Dessa data finns normalt, lO 2l åtminstone for ett automatvaxlat fordon, redan forekommande ifordonets styrsystem då dessa data anvands av vaxellådansstyrenhet for att kunna utfora vaxlingar utan ryck och oonskat slitage i drivlinan.

Kormotståndet ar en total representation av resultanten av dekrafter som påverkar fordonet under drift och kan beraknas medkunskap om fordonets hastighet, motorns drivande moment, fordonets konfiguration och ovriga omgivningsdata.

Kormotståndet kan aven anvandas som en representation av vaglutningen.

Alternativt kan lutningen for fordonets underlag bestammast.ex. med hjalp av någon ur gruppen: inklinometer, accelerometer, gyro.

Med hjalp av representationen av underlaget i form avunderlaget lutning dessa data kan ett motoreffektuttagestimeras, varvid aven temperaturen i katalysatorn kanestimeras. Vid denna losning kan en långsammare regleringanvandas, dar den i steg 502 inforda begransningen t.ex. kanlattas på vid situationer såsom nar t.ex. motorbelastningenhar varit jamn under en viss tid, såsom t.ex. 30 eller 60sekunder, varvid fordonet kan antas befinna sig i ettforhållandevis oforanderligt vagavsnitt, innan parametern isteg 504 installs till ett varde som medfor insprutning av en storre mangd tillsatsmedel.

Denna losning medfor att en kortare omstallningstid forminskning av mangden upplagrat tillsatsmedel finns tillforfogande nar kormotståndet okar, varvid vid omstallningendet kan erfordras att ureadoseringen stangs av helt samtidigtsom insprutningsvinklar omstalls så att hoga mangder kvaveoxider genereras och tillfors avgasstrommen for snabbare l0 22 förbrukning av ammoniak, och darmed minskad risk för oönskat ammoniakutslapp vid temperaturstegringen.

Fordon av ovanstående typ kan vidare innefatta ett eller fleraav förbranningsmotorn drivna aggregat såsom t.ex. AC-kompressor, luftkompressor, flaktar etc. Dessutom kan fordonetaven innefatta externa aggregat som effektförsörjs avförbranningsmotorn via till kraftuttag, såsom t.ex. kylenheteri kylbilar. Nar en temperaturhöjning ar i antågande kan dylikaaggregat, om möjligt, stangas av för att minskaförbranningsmotorns belastning, och darmed minska storleken avtemperaturhöjningen, varvid risken för oönskade utslapp vid omstallning av upplagringen i katalysatorn kan minskas.

Således medför föreliggande uppfinning att en högre upplagringav tillsatsmedel möjliggörs, dar aven motorn kan tillåtas attgenerera en motsvarande ökning av kvaveoxider med lagre bransleförbrukning som följd.

Vidare kan en NOX-sensor 208 vara anordnad vid den avgasströmsom lamnar katalysatorn, dvs. nedströms om katalysatorn, föratt möjliggöra matningar av avgasinnehållet efter rening.

T.ex. kan NOX-sensorn 208 anvandas i syfte att möjliggöra förfordonets styrsystem att detektera fel/felfunktioner iefterbehandlingssystemet. NOX-sensorn 208 kan aven anvandas för att verifiera att tillfört tillsatsmedel har önskad effekt.

En faktor som kan ha inverkan på bestamningen av mangdtillsatsmedel för tillförsel till avgasströmmen enligt ovan arfordonets massa. Om fordonet, t.ex. pga. av det ar olastat,har en förhållandevis låg vikt kan den i steg 502 infördabegransningen lattas på pga. av att den förhållandevis lågavikten resulterar i lagre avgastemperaturer dåförbranningsmotorn inte behöver belastas lika hårt som vid t.ex. ett tungt lastat fordon.

Claims (22)

lO 23 P A T E N T K R A V

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

2. Metod enligt krav 1, varvid, nämnda förväntadetemperaturförhållande för nämnda avgasreningsprocess utgör ett förväntat temperaturförhållande för nämnda avgasström.

3. Metod enligt krav l eller 2, vidare innefattande attestimera förbränningsmotorns förväntade belastning med hjälpav nämnda representation av fordonets underlag, varvid nämndaförväntat 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 nämndaavgasreningsnivå är inställd till en första nivå, minskamängden tillfört tillsatsmedel till en andra, jämfört mednämnda 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 nämndaavgasreningsnivå är inställd till en första nivå, öka mängden tillfört tillsatsmedel till en tredje jämfört med nämnda 24 första nivå högre nivå när en minskad temperatur för nämnda avgasreningsprocess förväntas.

6. Metod enligt krav 4 eller 5, varvid nämnda första nivårepresenterar 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 avmängden 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 avmängden tillfört tillsatsmedel påbörjas när nämnda estimerade temperatur överstiger ett första värde.

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

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

12. Metod enligt krav 10 eller 11, varvid nämnda mängdtillsatsmedel för tillförsel till nämnda avgasreningsprocessbestäms 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 enlutning för fordonets underlag, lutningen på vägen framförfordonet, och/eller data avseende vägens topografi framför fordonet.

14. Metod enligt krav 13, varvid en lutning för fordonetsunderlag 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 vidareinnefattar 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 nämndatillsatsmedel åtminstone delvis utgörs av urea och/eller ammoniak.

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

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

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

21. System för tillförsel av tillsatsmedel till en katalytisk avgasreningsprocess i en katalysator för rening av en avgasström från en förbränningsmotor vid ett fordon, varvidnämnda fordon innefattar styrorgan för styrning av tillförselav nämnda tillsatsmedel till nämnda avgasström, kännetecknad av att systemet innefattar: 26 - organ för estimering av ett förväntat temperaturförhàllandeför nämnda avgasreningsprocess med hjälp av en representationav fordonets underlag, och - organ för styrning av nämnda tillförsel av tillsatsmedel baserat på nämnda estimerade temperaturförhàllande.

22. Fordon, kännetecknat av att det innefattar ett system enligt krav 21.