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Dokumentenidentifikation DE102006039381A1 01.03.2007
Titel Verfahren zur Steuerung der Einspritzung eines Reduziermittels in einem Steuerungssystem für Motoremissionen
Anmelder Detroit Diesel Corp., Detroit, Mich., US
Erfinder Pavlova-MacKinnon, Zornitza, Farmington Hills, Mich., US;
Sun, Min, Ontario, Windsor, CA
Vertreter Grünecker, Kinkeldey, Stockmair & Schwanhäusser, 80538 München
DE-Anmeldedatum 22.08.2006
DE-Aktenzeichen 102006039381
Offenlegungstag 01.03.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 01.03.2007
IPC-Hauptklasse F01N 9/00(2006.01)A, F, I, 20060822, B, H, DE
IPC-Nebenklasse F01N 3/10(2006.01)A, L, I, 20060822, B, H, DE   
Zusammenfassung Ein Verfahren zur Steuerung der Einspritzung eines Reduziermittels in ein Steuerungssystem für Motoremissionen. Das Verfahren beinhaltet das Bestimmen einer vorhergesagten Menge an Reduziermittel in einem selektiven katalytischen Reduktionssystem, das Vergleichen der vorhergesagten Menge mit einer Zielmenge, das Einspritzen von Reduziermittel, wenn die vorhergesagte Menge geringer als die Zielmenge ist, und das Inhibieren des Einspritzens von Reduziermittel, wenn die vorhergesagte Menge nicht geringer als die Zielmenge ist.

Beschreibung[de]
HINTERGRUND DER ERFINDUNG 1. Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern der Einspritzung eines Reduziermittels in ein Steuerungssystem für Motoremissionen zum Reduzieren von NOx-Emissionen.

2. Technischer Hintergrund

Verbrennungsmotoren erzeugen Abgase, welche unerwünschte Verbrennungsnebenprodukte, wie Oxide von Stickstoff (NOx) einschließen. Um die NOx-Emissionen zu reduzieren, werden Emissions-Steuerungssysteme verwendet. Derartige Emissions-Steuerungssysteme können Flüssigkeiten, wie Ammoniak oder Harnstoff, zu einem Katalysator zuführen. Diese Flüssigkeiten und die Abgase reagieren mit dem Katalysator, um bei der Reduzierung von Emissionen zu helfen.

Früher konnte der Gehalt an Reduziermittel, welcher im Katalysator gespeichert wurde, nicht direkt mit einem Sensor gemessen werden, ohne Einbußen hinsichtlich der Genauigkeit und/oder Sensorauflösung in Kauf zu nehmen. Als ein Ergebnis konnte eine unangemessene Menge an Reduziermittel zum Katalysator zugeführt werden. Die Zuführung einer ungenügenden Menge an Reduziermittel führt zu einer ineffektiven NOx-Reduktion, wohingegen eine überschüssige Menge an Reduziermittel zu Abfall führt.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

In mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Steuerung der Einspritzung eines Reduziermittels in einem Steuerungssystem für Motoremissionen bereitgestellt. Das Steuerungssystem für Motoremissionen schließt einen Motor, angepasst, um ein Abgas bereitzustellen, ein selektives katalytisches Reduktionssystem und ein Reduziermittel-Einspritzsystem, angepasst zur Zuführung von Reduziermittel zu dem selektiven katalytischen Reduktionssystem, ein.

Das Verfahren beinhaltet die Schritte des Bestimmens einer vorhergesagten Menge an Reduziermittel in dem selektiven katalytischen Reduktionssystem, des Vergleichens der vorhergesagten Menge mit einer Zielmenge, des Einspritzens von Reduziermittel, wenn die vorhergesagte Menge geringer als die Zielmenge ist, und des Inhibierens von Einspritzung von Reduziermittel, wenn die vorhergesagte Menge nicht geringer als die Zielmenge ist.

In mindestens einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Steuerung der Einspritzung eines Reduziermittels in einem Steuerungssystem für Motoremissionen bereitgestellt. Das Verfahren beinhaltet die Schritte des Bestimmens einer vorhergesagten Menge an Reduziermittel in dem selektiven katalytischen Reduktionssystem, des Vergleichens der vorhergesagten Menge mit einer Zielmenge, des Inhibierens einer Einspritzung von Reduziermittel, wenn die vorhergesagte Menge nicht geringer als die Zielmenge ist, des Vergleichens der vorhergesagten Menge zu einem Schwellenwert, wenn die vorhergesagte Menge geringer als die Zielmenge ist, des Einspritzens von Reduziermittel bei einer ersten Rate, wenn die vorhergesagte Menge geringer als der Schwellenwert ist, und des Einspritzens von Reduziermittel bei einer zweiten Rate, wenn die vorhergesagte Menge nicht geringer als der Schwellenwert ist.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist ein Schema eines Motorsystems, welches ein Reduziermittel-Einspritzsystem aufweist.

2 ist ein Flussdiagramm einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Steuerung der Einspritzung eines Reduziermittels.

3 ist ein Flussdiagramm einer anderen Ausführungsform des Verfahrens zur Steuerung der Einspritzung des Reduziermittels.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG

Unter Bezugnahme auf 1 wird ein Schema eines Motorsystems 10 gezeigt. Wie es der Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet richtig einschätzen wird, kann das Motorsystem 10 in einer großen Vielzahl von Gerätschaften, wie Lastwägen, Baustellengeräten, Schiffen zur Seefahrt und stationären Generatoren, eingesetzt werden. Darüber hinaus sollte angemerkt werden, dass die vorliegende Erfindung nicht auf einen besonderen Typ von Motor oder Brennstoff eingeschränkt ist.

Das Motorsystem 10 schließt einen Motor 12 ein. Der Motor 12 kann ein Verbrennungsmotor sein und eine Vielzahl von Zylindern aufweisen. In der in 1 gezeigten Ausführungsform schließt der Motor 12 einen Einlasskrümmer 14 und einen Auspuffkrümmer 16 ein. Der Einlasskrümmer 14 stellt Gase, wie Luft und/oder Abgas, für den Motor 12 zur Verbrennung bereit. Der Auspuffkrümmer 16 empfängt Gase aus dem Motor 12 nach einer Verbrennung. Der Strom von Gasen im Motorsystem 10 wird im Allgemeinen durch freistehende Pfeile in der 1 dargestellt.

In einer Fahrzeug-Anwendung kann der Motor 12 mit einem Getriebe verbunden sein, welches angepasst ist, um ein oder mehrere Fahrzeug-Traktionsräder anzutreiben. Zum Beispiel kann eine Ausgangswelle des Getriebes mit einer Antriebswelle verbunden sein. Die Antriebswelle kann an ein Differenzial angeschlossen sein, welches mit einem Paar von Achswellen verbunden ist, welche jeweils an ein Fahrzeugrad angeschlossen sind. Das Motordrehmoment kann durch das Getriebe, das Differenzial und eine oder mehrere Achswellen übertragen werden, um die Fahrzeug-Traktionsräder zu drehen.

Das Motorsystem 10 kann ein Steuerungssystem für Emissionen 20 einschließen. Das Steuerungssystem für Emissionen 20 ist angepasst, um Schadstoffe und/oder Partikulat aus Motorabgasen zu entfernen. Diese Schadstoffe und/oder Partikulate können Nebenprodukte der Verbrennung sein, welche im Motor 12 stattfindet. Das Emissions-Steuerungssystem 20 ist konfiguriert, um Abgase aus dem Auspuffkrümmer 16 zu empfangen. Das Emissions-Steuerungssystem 20 kann jedwede geeignete Konfiguration besitzen. In der in 1 gezeigten beispielhaften Ausführungsform schließt das Emissions-Steuerungssystem 20 einen Partikulat-Filter 22, ein selektives katalytisches Reduktions(SCR)-System 24 und ein Reduziermittel-Einspritzungs-System 26 ein.

Der Partikulat-Filter 22, falls vorgesehen, kann angepasst sein, um teilchenförmige bzw. Partikulat-Substanz aus den Abgasen zu entfernen. Der Partikulat-Filter 22 kann von jedem geeigneten Typ sein und kann jede geeignete Konfiguration aufweisen. Darüber hinaus kann der Partikulat-Filter 22 an jeder geeigneten Stelle bereitgestellt werden, wie stromaufwärts und/oder stromabwärts von dem selektiven katalytischen Reduktionssystem 24. In der gezeigten Ausführungsform besitzt der Partikulat-Filter 22 einen Einlass, gekoppelt an den Auspuffkrümmer 16 durch ein Einlassrohr 30, und ist stromaufwärts zum selektiven katalytischen Reduktionssystem 24 angeordnet.

Das selektive katalytische Reduktionssystem 24 erleichtert die Entfernung von Stickstoffoxiden (NOx) aus den Abgasen. Das selektive katalytische Reduktionssystem kann von jedem geeigneten Typ sein und kann jede geeignete Konfiguration besitzen. Zum Beispiel kann das selektive katalytische Reduktionssystem 24 als ein Behältnisgefäß mit einer Vielzahl von Platten, welche darin angeordnet sind, konfiguriert sein. Die Platten können eine Vielzahl von Öffnungen besitzen, welche das Fließen von Abgasen erleichtern. Darüber hinaus können die Platten und/oder die Innenoberfläche des Behältnisgefäßes eine Katalysatorbeschichtung oder katalytische Oberfläche einschließen, welche eine Reaktion erleichtert, die Schadstoffe, wie NOX, aus dem Abgasstrom unter gewissen Bedingungen umwandelt oder entfernt. Darüber hinaus kann das selektive katalytische Reduktionssystem 24 konfiguriert sein, um ein Volumen an Reduziermittel zu enthalten oder zu speichern, welches die Reaktion erleichtert, und kann isoliert sein, um Wärmeverlust zu verringern. In der in 1 gezeigten Ausführungsform schließt das selektive katalytische Reduktionssystem 24 einen Einlass und einen Auslass ein. Der Einlass ist mit dem Partikulat-Filter 22 durch ein Verbindungsrohr 32 gekoppelt. Der Auslass kann an ein Auslassrohr 34 gekoppelt sein, welches Gase in die umliegende Umgebung freisetzt oder Gase an einen oder mehrere Auspufftöpfe bzw. Schalldämpfer und/oder einen Partikulat-Filter zuführen kann.

Das Reduziermittel-Einspritzsystem 26 ist angepasst, um ein Reduziermittel, wie Ammoniak, Harnstoff oder wässerige Lösungen davon, an eine oder mehrere Komponenten des Emissions-Steuerungssystems 20 zuzuführen. In der gezeigten Ausführungsform schließt das Reduziermittel-Einspritzsystem 26 einen Aufbewahrungstank 40, eine Dosierungseinheit oder Pumpe 42 und ein Einspritzerrohr 44 ein.

Der Aufbewahrungstank 40 ist angepasst, um ein vorbestimmtes Volumen an Reduziermittel zu halten. Der Aufbewahrungstank 40 kann jedwede geeignete Konfiguration besitzen und kann an jeder geeigneten Stelle angeordnet sein. Darüber hinaus kann der Aufbewahrungstank 40 erwärmt werden, um das Reduziermittel bei einer geeigneten Temperatur, wie über -10°C, zu halten.

Die Pumpe 42 ist angepasst, um eine Druck-beaufschlagte Menge an Reduziermittel zu dem Emissions-Steuerungssystem 20 zuzuführen. Die Pumpe 42 kann von jedem geeigneten Typ sein. Darüber hinaus kann die Pumpe 42 an jeder geeigneten Stelle, wie innerhalb oder außerhalb des Aufbewahrungstanks 40, angeordnet sein. Weiterhin kann die Pumpe 42 konfiguriert sein, um Flüssigkeit bei mehreren Drücken und/oder Fließgeschwindigkeiten abzugeben. In der gezeigten Ausführungsform besitzt die Pumpe eine Einlassöffnung, angeschlossen an den Aufbewahrungstank 40, und eine Auslassöffnung, gekoppelt an das Einspritzerrohr 44. Gegebenenfalls kann die Pumpe 42 ihr eigenes Steuerungsmodul oder ihre eigene Steuereinheit beinhalten.

Das Einspritzerrohr 44 ist angepasst, um Druckbeaufschlagtes Reduziermittel an wenigstens eine Komponente des Emissions-Steuerungssystems 20 abzugeben. Das Einspritzerrohr 44 kann eine Düse 46, angeordnet an einem Ende, einschließen. Die Düse 46 kann konfiguriert sein, um Reduziermittel in den Abgasstrom in einer vorbestimmten Konfiguration einzusprühen. Das Einspritzerrohr 44 und die Düse 46 können an jeder geeigneten Stelle angeordnet sein. In der gezeigten Ausführungsform ist mindestens ein Bereich der Düse 46 im Verbindungsrohr 32 lokalisiert und ist im Allgemeinen stromabwärts gerichtet, in Richtung zum selektiven katalytischen Reduktionssystem 24. Darüber hinaus können das Einspritzerrohr 44 und die Düse 46 stromaufwärts einer Biegung im Verbindungsrohr 32 oder bei einer vorbestimmten Distanz von dem selektiven katalytischen Reduktionssystem 24 angeordnet sein, um die Mischung des Reduziermittels mit den Abgasen zu erleichtern.

Gegebenenfalls kann das Reduziermittel-Einspritzsystem 26 ein oder mehrere Strömungs-Steuerventile 48 einschließen, angepasst, um sich zwischen einer offenen Position und einer geschlossenen Position zu bewegen. Das Strömungs-Steuerventil 48 kann an jeder geeigneten Stelle angeordnet sein, wie im Einspritzerrohr 44 und stromaufwärts oder stromabwärts der Pumpe 42. Das Strömungs-Steuerventil 48 lässt zu, dass das Reduziermittel fließt, wenn es in der offenen Position ist, und verhindert den Fluss in der geschlossenen Position. Darüber hinaus kann das Strömungs-Steuerventil 48 in jeder geeigneten intermediären Position zwischen der offenen und geschlossenen Position eingestellt werden, um die Fließgeschwindigkeit des Reduziermittels im Vergleich zur offenen Position zu verringern.

Das Motorsystem 10 kann auch ein oder mehrere Steuerungsmodule 50 einschließen. Das Steuerungsmodul 50 kann verwendet werden, um verschiedene Aspekte des Motorsystems 10 zu überwachen und zu steuern. Zum Beispiel kann das Steuerungsmodul 50 mit dem Motor 12, dem Partikulat-Filter 22, der Pumpe 42 und/oder dem Strömungs-Steuerventil 48 kommunizieren, um deren Betrieb und Leistung zu überwachen und zu steuern.

Das Steuerungsmodul 50 verarbeitet des Weiteren Eingaben aus verschiedenen Komponenten. Diese Komponenten können einen Einlasskrümmer-Drucksensor und einen Einlasskrümmer-Temperatursensor einschließen. Das Steuerungsmodul 50 kann auch an einen Temperatursensor, einen Feuchtigkeitssensor und einen Massenfluss-Sensor angeschlossen sein. Der Temperatursensor und der Feuchtigkeitssensor können an jeder geeigneten Stelle, wie im Lufteinlasskanal, angeordnet sein. Gegebenenfalls können die Temperatur- und Feuchtigkeitssensoren zu einem Einzelsensor oder Sensormodul kombiniert werden. Der Massenfluss-Sensor kann in einem Kanal bzw. in einer Leitung angeordnet sein, um ein Signal abzugeben, welches die Massenfluss-Rate des rezirkulierten Abgases anzeigt.

Die Temperatursensoren können von jedem geeigneten Typ sein, wie ein Thermistor oder Thermoelement. In gleicher Weise kann der Drucksensor von jedwedem geeigneten Typ sein, wie ein Druckschalter bzw. Druckwächter.

Unter Bezugnahme auf die 2 und 3 sind Flussdiagramme von beispielhaften Verfahren zur Steuerung der Reduziermittel-Einspritzung gezeigt. Wie es vom Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet richtig eingeschätzt werden wird, repräsentiert das Flussdiagramm eine Steuerungslogik, welche in Hardware, Software oder einer Kombination von Hardware und Software implementiert oder angenommen werden kann. Zum Beispiel können die verschiedenen Funktionen bewirkt werden durch einen programmierten Mikroprozessor, wie demjenigen, eingeschlossen im DDEC-Controller, welcher von der Detroit Diesel Corporation, Detroit, Michigan, hergestellt wird. Die Steuerungslogik kann implementiert werden unter Verwendung einer beliebigen von einer Anzahl von bekannten Programmier- und Verarbeitungs-Techniken oder -Strategien, und ist nicht auf die veranschaulichte Reihenfolge oder Abfolge beschränkt. Zum Beispiel wird typischerweise eine Interrupt- oder Ereignis-gelenkte Prozessierung in Echtzeit-Steuerungsapplikationen angewandt, wie der Steuerung eines Motors oder Fahrzeugs, anstatt lediglich einer rein sequenziellen Strategie, wie veranschaulicht. Dergleichen können Parallelverarbeitungs-, Multitasking- oder mehrgängige Systeme und Methoden eingesetzt werden, um die Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung zu erreichen.

Die Erfindung ist abhängig von der jeweiligen Programmiersprache, dem Betriebssystem, dem Prozessor oder den Schaltkreisen, welche verwendet werden, um die veranschaulichte Steuerungslogik zu entwickeln und/oder zu implementieren. Dergleichen können, abhängig von der jeweiligen Programmiersprache und Verarbeitungsstrategie, verschiedene Funktionen in der veranschaulichten Abfolge, im Wesentlichen zur gleichen Zeit, oder in einer unterschiedlichen Abfolge ausgeführt werden, während die Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung erreicht werden. Die veranschaulichten Funktionen können modifiziert, oder in manchen Fällen weggelassen, werden, ohne vom Sinngehalt oder Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.

In mindestens einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Verfahren durch das Steuerungsmodul 50 ausgeführt und als ein geschlossenschleifiges Steuerungssystem implementiert werden. Darüber hinaus kann das Verfahren basierend auf dem Betriebszustand des Motorsystems 10 und/oder herrschenden Umgebungsbedingungen angeschaltet oder abgeschaltet werden. Zum Beispiel kann die Ausführung des Verfahrens abgeschaltet werden, wenn die Temperatur der Abgase oder des selektiven katalytischen Reduktionssystems 24 unter einer Schwellentemperatur liegt.

Das Verfahren der vorliegenden Erfindung lässt zu, dass Reduziermittel-Spiegel im selektiven katalytischen Reduktionssystem eingeschätzt und gesteuert werden, ohne direkt die Menge an Reduziermittel innerhalb des SCR nachzuweisen und/oder ohne die Menge von NOx-Reduktion im Abgasstrom nachzuweisen oder zu messen. Als solches kann die vorliegende Erfindung als ein "virtueller Sensor" wirken, welcher Reduziermittel-Einschätzungen unter Fließgleichgewicht- und transienten Betriebsbedingungen bereitstellt.

Die virtuellen Sensor-Aspekte der vorliegenden Erfindung werden nun ausführlicher beschrieben. Wie zuvor erörtert, erleichtert das selektive katalytische Reduktionssystem (SCR) die Entfernung von Oxiden von Stickstoff (NOX) aus Abgasen. Die Maximummenge an Reduziermittel, welche im SCR gespeichert werden kann, ist dynamisch. Genauer gesagt, ist die Maximum-Reduziermittel-Speicherkapazität (in Mol oder Masseneinheiten) im SCR zu einem gegebenen Moment in der Zeit eine Funktion verschiedener Faktoren, einschließlich Katalysator-Temperatur, volumetrischem Fluss des Abgases und Katalysator-Merkmalen (z. B. Katalysator-Formulierung und Geometrie). Somit kann der Prozentsatz der genutzten Reduziermittel-Speicherkapazität ausgedrückt werden durch Dividieren der Menge an Reduziermittel im SCR durch die Maximum-Reduziermittel-Speicherkapazität im SCR. Wie zuvor erörtert, kann die tatsächliche Menge an Ammoniak im Katalysator schwierig mit hinreichender Genauigkeit zu messen sein. Somit kann die Menge (oder der Prozentsatz) an genutzter Reduziermittel-Speicherkapazität (bezeichnet als "genutzte Speicherung") ermittelt werden durch Dividieren einer Zielmenge an Reduziermittel im SCR (bezeichnet als "Ziel") durch die Maximum-Reduziermittel-Speicherkapazität im SCR (bezeichnet als "Max Kapazität"), wie gezeigt im folgenden Ausdruck:

Unter Bezugnahme auf 2 wird eine erste Ausführungsform des Verfahrens gezeigt. Bei 100 beginnt das Verfahren durch Vorhersagen der Menge an Reduziermittel, welches im selektiven katalytischen Reduktionssystem vorhanden ist. Ein Reduziermittel, wie Harnstoff oder Ammoniak, kann verwendet werden. Genauer gesagt, wird unter passenden Bedingungen Harnstoff [(NH2)2CO] gemäß der folgenden Reaktionen in Ammoniak [NH3] umgewandelt: (NH2)2CO → HNCO + NH3HNCO + H2O → CO2 + NH3

Ammoniak kann mit einem Katalysator verwendet werden, um die Entfernung von NOx aus Verbrennungsgasen gemäß den folgenden Reaktionen zu erleichtern: 4NO + 4NH3 + O2 → 4N2 + 6H2O2NO2 + 4NH3 + O2 → 3N2 + 6H2O

Bei 102 wird die vorhergesagte Menge an Reduziermittel mit einer Zielmenge verglichen. Die Zielmenge kann eine Konstante sein oder kann in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen oder dem Betriebszustand des Motorsystems 10 variieren. Darüber hinaus kann die Zielmenge eingestellt sein, um nicht größer als die "volle" oder vorhergesagte Maximum-Reaktivkapazität des selektiven katalytischen Reduktionssystems 24 zu sein. Zum Beispiel kann die Zielmenge auf 50% bis 100% eines "vollen" oder Maximumkapazitäts-Betrags eingestellt werden. In einer Ausführungsform wird die Zielmenge auf ungefähr 90% eingestellt. Das Einstellen der Zielmenge auf eine solche Höhe, geringer als der volle Zustand, hilft dabei, zu vermeiden, dass überschüssiges Reduziermittel zum selektiven katalytischen Reduktionssystem 24 zugeführt wird, was zu Abfall führen würde. Darüber hinaus hilft die Einstellung der Zielmenge bei einer Höhe, geringer als der volle Zustand, dabei, Abfall im Fall von veränderten Betriebs- oder Umgebungsbedingungen zu vermeiden. Wenn die vorhergesagte Menge an Reduziermittel weniger als die Zielmenge ist, dann wird das Verfahren bei Block 104 fortgesetzt. Wenn die vorhergesagte Menge an Reduziermittel nicht geringer als die Zielmenge ist, dann wird das Verfahren bei Block 106 fortgesetzt.

Bei 104 wird das Reduziermittel zu dem Emissions-Steuerungssystem 20 eingespritzt oder zugeführt. Das Reduziermittel kann durch Einschalten oder Fortsetzen des Betriebs der Pumpe 42 zugeführt werden. Darüber hinaus können jedwede Strömungs-Steuerventile im Reduziermittel-Einspritzsystem 26 zu einer offenen Position geschalten werden, um das Strömen des Reduziermittels zu erleichtern. Der Betrieb der Pumpe 42 und jedwede Strömungs-Steuerventile 48 kann durch das Steuermodul 50 gesteuert werden. Darüber hinaus kann die Pumpe 42 Reduziermittel kontinuierlich zuführen oder kann Reduziermittel bei einer vorbestimmten Fließgeschwindigkeit oder während einer vorbestimmten Zeitdauer zuführen.

Bei 106 wird die Reduziermittel-Einspritzung verhindert. Die Reduziermittel-Einspritzung kann durch Stoppen des Betriebs der Pumpe 42, wenn die Pumpe aktuell im Betrieb steht, oder durch Verhindern des Anschaltens der Pumpe 42 verhindert werden. Gegebenenfalls kann ein Strömungs-Steuerventil, angeordnet im Reduziermittel-Einspritz-Steuersystem 26, zu einer geschlossenen Position geschalten werden, um die Strömung zu verhindern.

Unter Bezugnahme auf 3 wird eine alternative Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. In dieser Ausführungsform wird das Reduziermittel in einer höherentwickelten Art und Weise bereitgestellt, wie nachstehend ausführlicher beschrieben wird.

Bei 200 beginnt das Verfahren durch Vorhersagen der Menge an Reduziermittel, vorhanden im selektiven katalytischen Reduktionssystem, wie obenstehend beschrieben gemäß Block 100.

Bei 202 wird die vorhergesagte Menge an Reduziermittel mit einer Zielmenge verglichen, wie oben beschrieben, gemäß Block 102. Wenn die vorhergesagte Menge an Reduziermittel nicht geringer als die Zielmenge ist, dann wird das Verfahren bei Block 204 fortgesetzt. Wenn die vorhergesagte Menge an Reduziermittel geringer als die Zielmenge ist, dann wird das Verfahren bei Block 206 fortgesetzt.

Bei 204 wird Reduziermittel zu dem Emissions-Steuerungssystem 20 eingespritzt oder zugeführt, wie oben gemäß Block 106 beschrieben wurde.

Bei 206 wird die vorhergesagte Menge an Reduziermittel mit einem Schwellenwert verglichen. Der Schwellenwert kann eine Konstante sein oder kann abhängig von den Betriebsbedingungen oder dem Betriebszustand des Motorsystems 10 variieren. Darüber hinaus wird der Schwellenwert auf eine Höhe eingestellt, die geringer als die Zielmenge ist. Zum Beispiel kann der Schwellenwert auf 80% bis 10% eines vollen Betrags eingestellt werden. In einer Ausführungsform wird der Schwellenwert bei ungefähr 50% eingestellt. Das Einstellen des Schwellenwertes bei einer Höhe, geringer als der Zielbetrag bzw. die Zielmenge, gestattet die Anwendung unterschiedlicher Reduziermittel-Fließgeschwindigkeiten bei der Zuführung von Reduziermittel zum selektiven katalytischen Reduktionssystem 24. Wenn die vorhergesagte Menge an Reduziermittel geringer als der Schwellenwert ist, dann wird das Verfahren bei Block 208 fortgesetzt. Wenn die vorhergesagte Menge an Reduziermittel nicht geringer als der Schwellenwert ist, dann wird das Verfahren bei Block 210 fortgesetzt.

Bei 208 wird Reduziermittel mit einer ersten Geschwindigkeit bzw. Rate zum Emissions-Steuerungssystem 20 eingespritzt oder zugeführt. Ähnlich zum Block 104 kann Reduziermittel bereitgestellt werden durch Steuerung des Betriebs der Pumpe 42 und/oder jedweden Strömungs-Steuerventils 48. Die erste Rate kann ein konstanter oder variabler Betrag sein, welcher größer ist als eine zweite Rate, nachstehend beschrieben gemäß Block 210. Da der vorhergesagte Spiegel an Reduziermittel im selektiven katalytischen Reduktionssystem 24 geringer als der Schwellenwert und die Zielmenge ist, kann Reduziermittel bei einer schnelleren Rate zugeführt werden, um das selektive katalytische Reduktionssystem 24 rasch wiederaufzufüllen oder zu befüllen, wodurch Emissionen reduziert werden. Darüber hinaus kann die erste oder schnellere Rate angewandt werden, da es eine geringe Wahrscheinlichkeit gibt, dass ein Überschuss an Reduziermittel zugeführt wird zu oder vorhanden ist in dem selektiven katalytischen Reduktionssystem 24, in dem Fall von Änderungen hinsichtlich Betriebs- oder Umgebungsbedingungen.

Bei 210 wird Reduziermittel zum Emissions-Steuerungssystem 20 eingespritzt oder zugeführt mit einer zweiten Rate, welche kleiner als die erste Rate ist. Ähnlich zum Block 104 kann Reduziermittel durch Steuerung des Betriebs der Pumpe 42 und/oder von Strömungs-Steuerventilen 48 zugeführt werden. Da der vorhergesagte Spiegel an Reduziermittel im selektiven katalytischen Reduktionssystem 24 größer als der Schwellenwert aber kleiner als die Zielmenge ist, kann Reduziermittel zugeführt werden, jedoch bei einer langsameren Rate, um eine verbesserte Empfindlichkeit und Antwortfähigkeit bereitzustellen, wenn eine Annäherung an die Zielmenge erfolgt. Als solches verringert das Verfahren die Wahrscheinlichkeit, dass ein Überschuss an Reduziermittel zugeführt wird zu oder vorhanden ist in dem selektiven katalytischen Reduktionssystem 24, in dem Fall von Änderungen hinsichtlich Betriebs- oder Umgebungsbedingungen.

Die vorliegende Erfindung zieht auch Ausführungsformen in Betracht, welche mehr als zwei Raten zur Zuführung von Reduziermittel an eine oder mehrere Komponenten eines Emissions-Steuerungssystems 20 beinhalten. Zum Beispiel kann jedwede geeignete Zahl von zusätzlichen Schwellenwerten oder Bereichen von Schwellenwerten eingesetzt werden, um Grenzbedingungen für mehrere Reduziermittel-Einspritzungsfließraten zu definieren.

Verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können dabei helfen, Reduziermittelabfall zu verringern, die Antwortfähigkeit auf Änderungen hinsichtlich der Betriebsbedingungen zu verbessern und/oder dabei helfen, NOx-Emissionen zu reduzieren. Darüber hinaus kann die vorliegende Erfindung dabei helfen, die NOX-Umsetzungseffizienz bei Kaltstartbedingungen zu verbessern, wenn der Katalysator nicht vollständig erwärmt ist.

Obgleich Ausführungsformen der Erfindung veranschaulicht und beschrieben worden sind, wird es nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsformen alle möglichen Formen der Erfindung veranschaulichen und beschreiben. Vielmehr sind die in der Spezifikation verwendeten Worte eher Worte zur Beschreibung als zur Einschränkung, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Sinngehalt und Umfang der Erfindung abzuweichen.


Anspruch[de]
Verfahren zur Steuerung der Einspritzung eines Reduziermittels in ein Motoremissions-Steuerungssystem, wobei das Motoremissions-Steuerungssystem einen Motor, angepasst zur Bereitstellung eines Abgases, ein selektives katalytisches Reduktionssystem und ein Reduziermittel-Einspritzsystem, angepasst zur Zuführung von Reduziermittel an das selektive katalytische Reduktionssystem, einschließt, wobei das Verfahren folgendes umfasst:

Bestimmen einer vorhergesagten Menge an Reduziermittel, welche im selektiven katalytischen Reduktionssystem gespeichert wird;

Vergleichen der vorhergesagten Menge mit einer Zielmenge; Einspritzen von Reduziermittel, wenn die vorhergesagte Menge geringer als die Zielmenge ist; und

Inhibieren des Einspritzens von Reduziermittel, wenn die vorhergesagte Menge nicht geringer als die Zielmenge ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Zielmenge in einem Bereich von 50% bis 100% einer Maximum-Reduziermittel-Speicherkapazität des selektiven katalytischen Reduktionssystems liegt. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Zielmenge in einem Bereich von 90% bis 95% einer Maximum-Reduziermittel-Speicherkapazität des selektiven katalytischen Reduktionssystems liegt. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Reduziermittel-Einspritzsystem ferner eine Pumpe umfasst, und der Schritt des Inhibierens des Einspritzens ferner das Inhibieren des Betriebs der Pumpe umfasst. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Reduziermittel-Einspritzsystem ferner ein Strömungs-Steuerventil umfasst, und der Schritt des Inhibierens des Einspritzens ferner das Schalten des Strömungs-Steuerventils zu einer geschlossenen Position umfasst. Verfahren zur Steuerung der Einspritzung eines Reduziermittels in ein Motoremissions-Steuerungssystem, wobei das Motoremissions-Steuerungssystem einen Motor, angepasst zur Bereitstellung eines Abgases, ein selektives katalytisches Reduktionssystem und ein Reduziermittel-Einspritzsystem, angepasst zur Zuführung von Reduziermittel an das selektive katalytische Reduktionssystem, einschließt, wobei das Verfahren folgendes umfasst:

Bestimmen einer vorhergesagten Menge an Reduziermittel im selektiven katalytischen Reduktionssystem;

Vergleichen der vorhergesagten Menge mit einer Zielmenge;

Inhibieren des Einspritzens von Reduziermittel, wenn die vorhergesagte Menge nicht geringer als die Zielmenge ist;

Vergleichen der vorhergesagten Menge mit einem Schwellenwert, wenn die vorhergesagte Menge geringer als die Zielmenge ist;

Einspritzen von Reduziermittel bei einer ersten Rate, wenn die vorhergesagte Menge geringer als der Schwellenwert ist;

und Einspritzen von Reduziermittel bei einer zweiten Rate, wenn die vorhergesagte Menge nicht geringer als der Schwellenwert ist.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die zweite Rate geringer als die erste Rate ist, um die Zuführung von mehr Reduziermittel zum selektiven katalytischen Reduktionssystem als mit im Abgas vorhandenen Oxiden von Stickstoff umgesetzt werden kann zu verhindern. Verfahren nach Anspruch 6, wobei die erste Rate ein variabler Betrag ist. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Schwellenwert in einem Bereich von 10% bis 80% einer Maximum-Reduziermittel-Speicherkapazität des selektiven katalytischen Reduktionssystems liegt. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Schwellenwert in einem Bereich von 50% bis 10% einer Maximum-Reduziermittel-Speicherkapazität des selektiven katalytischen Reduktionssystems liegt. Verfahren zur Steuerung der Einspritzung eines Reduziermittels in ein Motoremissions-Steuerungssystem, wobei das Motoremissions-Steuerungssystem einen Motor, angepasst zur Bereitstellung eines Abgases, ein selektives katalytisches Reduktionssystem und ein Reduziermittel-Einspritzsystem, angepasst zur Zuführung von Reduziermittel an das selektive katalytische Reduktionssystem, einschließt, wobei das Verfahren folgendes umfasst:

Bestimmen eines Maximum-Reduziermittel-Speicherkapazitätwertes des selektiven katalytischen Reduktionssystems;

Bestimmen einer gewünschten Menge an Reduziermittel, welche im selektiven katalytischen Reduktionssystem gespeichert werden soll;

Bestimmen eines Verhältniswertes, basierend auf der gewünschten Menge und dem Maximum-Reduziermittel-Speicherkapazitätwert; und

Einspritzen von Reduziermittel, wenn der Verhältniswert geringer als ein Zielbetrag ist.
Verfahren nach Anspruch 11, ferner umfassend den Schritt des Inhibierens der Einspritzung von Reduziermittel, wenn der Verhältniswert nicht geringer als der Zielbetrag ist. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Verhältniswert bestimmt wird durch Dividieren der gewünschten Menge durch den Maximum-Reduziermittel-Speicherkapazitätwert. Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Maximum-Speicherkapazität eine Funktion einer Katalysatortemperatur, des volumetrischen Flusses von Abgas, der Katalysatorformulierung und Katalysatorgeometrie ist. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Verhältniswert bestimmt wird ohne Messen von NOx-Reduktion im Abgas, welches aus dem selektiven katalytischen Reduktionssystem austritt. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, ferner umfassend die Schritte des Vergleichens des Verhältniswertes mit einem Schwellenwert, wenn der Verhältniswert kleiner als ein Zielbetrag ist, des Einspritzens von Reduziermittel bei einer ersten Rate, wenn der Verhältniswert kleiner als der Schwellenwert ist, und des Einspritzens von Reduziermittel bei einer zweiten Rate, wenn der Verhältniswert nicht kleiner als der Schwellenwert ist.






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