DE102007044222A1

DE102007044222A1 - Anlage und Verfahren zum Speichern und Spülen von Ammoniakdampf

Info

Publication number: DE102007044222A1
Application number: DE102007044222A
Authority: DE
Inventors: Christopher Plymouth Oberski; Giovanni Dearborn Cavataio; Michiel J. van Ann Arbor Nieuwstadt; Timothy Ann Arbor Webb; William Farmington Hills Ruona
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2006-09-18
Filing date: 2007-09-17
Publication date: 2008-03-27
Also published as: CN101149008A; US7770384B2; US8132404B2; CN101149008B; US20080069750A1; US20100319317A1

Abstract

Verfahren zum Betreiben einer Reduktionsmittel-Zufuhr- und Speicheranlage eines Fahrzeugs, welches umfasst: das Speichern eines ammoniakhaltigen Fluids in einer ersten Speichervorrichtung, das Erzeugehtung und das Speichern der erzeugten Ammoniakdämpfe in einer zweiten Speichervorrichtung, das Spülen der gespeicherten Dämpfe aus der zweiten Speichervorrichtung zu einem Abgas des Motors, das Zuführen des ammoniakhaltigen Fluids zu dem Abgas des Motors und das Anpassen mindestens eines von: einer zugeführten ammoniakhaltigen Fluidmenge und einer zu dem Abgas gespülten Dampfmenge basierend auf dem anderen von mindestens einem von: der zugeführten ammoniakhaltigen Fluidmenge und der zu dem Abgas gespülten Dampfmenge.

Description

Hintergrund und Kurzdarlegung
Ammoniak oder Harnstoff können an Bord eines Fahrzeugs zur Verwendung als Reduktionsmittel in Abgasschadstoffbegrenzungsanlagen gespeichert werden.
Unter manchen Bedingungen, beispielsweise während Motorstartens, kann Ammoniakdampf, der in der Reduktionsmittelanlage erzeugt wurde, verwendet werden, wie zum Beispiel in U.S. 2006/0117741 beschrieben wird. Ammoniakdämpfe können zum Beispiel zu einer Speichereinrichtung und einem Reaktor geleitet werden, der Abgaswärme oder elektrisch erzeugte Wärme verwendet. Ferner können die Dämpfe auch zu dem Abgas geleitet werden, um mit Abgas-NOx in einem Katalysator in dem Abgasstrom zu reagieren, während in einem separaten Tank gespeichertes Reduktionsmittel ebenfalls dem Abgas zugeführt werden kann.
Die vorliegenden Erfinder haben aber mehrere Probleme bei einer solchen Anlage erkannt. Zum Beispiel kann mangelnde Abstimmung zwischen Dampfreduktionsmittel und aus dem Tank zugeführtem Reduktionsmittel zu einer ungenügenden Reduktionsmittelzufuhr oder einer Überzufuhr von Reduktionsmittel führen. Ferner können Unsicherheiten bei der zugeführten Dampfmenge diese Probleme weiter verschärfen, insbesondere wenn Dampfzufuhr zuerst eingeleitet wird.
Somit kann bei einem Ansatz ein Verfahren zum Betreiben einer Reduktionsmittel-Zufuhr- und Speicheranlage eines Fahrzeugs verwendet werden. Dieses Verfahren umfasst das Speichern eines ammoniakhaltigen Fluids in einer ersten Speichervorrichtung, das Erzeugen von Ammoniakdämpfen in der ersten Speichervorrichtung und das Speichern der erzeugten Ammoniakdämpfe in einer zweiten Speichervorrichtung, das Spülen der gespeicherten Dämpfe aus der zweiten Speichervorrichtung zu einem Abgas des Motors, das Zuführen des ammoniakhaltigen Fluids zu dem Abgas des Motors und das Anpassen mindestens von: einer zugeführen ammoniakhaltigen Fluidmenge und einer zu dem Abgas gespülten Dampfmenge basierend auf dem anderen von mindestens einem von: der zugeführten ammoniakhaltigen Fluidmenge und der zu dem Abgas gespülten Dampfmenge.
Auf diese Weise kann es möglich sein, selbst unter sich verändernden Betriebsbedingungen die Zufuhr von Dampfreduktionsmittel und eine separate Reduktionsmittelzufuhr aus einem Speichertank abzustimmen. Während der ersten Zufuhr von Dampfreduktionsmittel kann zum Beispiel die Konzentration von Dämpfen festgestellt und mittels der Zufuhr aus dem Tank ausgeglichen werden. Dann kann es möglich sein, die Dampfzufuhr anzuheben, um die Speicherung der Dämpfe wirksam zu spülen. Auf diese Weise kann eine wirksame Abstimmung erreicht werden. Wenn sich die Dampfkonzentration während des Spülens ändert, kann ferner die Anpassung des aus dem Tank zugeführten Reduktionsmittels genutzt werden, um eine präzise Steuerung der gesamten Reduktionsmittelzufuhr entsprechend den Motorbetriebsbedingungen aufrechtzuerhalten.
Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine beispielhafte Ausführung eines Verbrennungsmotors und einer Steueranlage.
2 zeigt eine beispielhafte Ausführung einer Anlage zum Steuern mehrerer Reduktionsmittel zur Verwendung in einem SCR-Prozess.
3 zeigt ein verallgemeinertes Schaubild der Reduktion von Stickstoffoxiden durch Ammoniak und Harnstoff in einem SCR-Prozess.
4 ist eine Ausführung eines Verfahrens zum Betreiben einer Schadstoffbegrenzungsanlage basierend auf dem Betriebszustand des Motors.
5A–D sind schematische Darstellungen einer Gruppe von Zufuhr- und Speicherbetrieben für eine Reduktionsmittel-Steueranlage.
6 beschreibt eine beispielhafte Ausführung einer Anlage zum Steuern eines flüssigen Reduktionsmittels und eines gasförmigen Reduktionsmittels zur Verwendung in einem SCR-Prozess.
7 beschreibt eine andere beispielhafte Ausführung einer Anlage zum Steuern eines flüssigen Reduktionsmittels und eines gasförmigen Reduktionsmittels zur Verwendung in einem SCR-Prozess.
8 beschreibt eine noch andere beispielhafte Ausführung einer Anlage zum Steuern eines flüssigen Reduktionsmittels und eines gasförmigen Reduktionsmittels zur Verwendung in einem SCR-Prozess.
9–10 beschreibt Strömungsdiagramme von beispielhaften Ausführungen von Verfahren zum Bestimmen der Menge eines einem SCR-Prozess zuzugebenden Reduktionsmittels basierend auf der Menge eines anderen eingeleiteten Reduktionsmittels und zum Steuern der der Abgasanlage zugeführten Harnstoffmenge basierend auf der gespülten Ammoniakmenge.
Eingehende Beschreibung der dargestellten Ausführungen
Die Begleitfiguren und diese Beschreibung zeigen und beschreiben verschiedene beispielhafte Ausführungen einer Anlage zum Steuern mehrerer Reduktionsmittel zur Verwendung in einem SCR-Prozess (SCR = selektive katalytische Reduktion, vom engl. Selective Catalytic Reduction). Die hierin beschriebenen Ausführungen umfassen eine erste Speichervorrichtung zum Speichern eines ersten Reduktionsmittels, das der Abgasanlage stromaufwärts eines Katalysators zur Reduktion verschiedener Motoremissionen zugegeben wird. Unter bestimmten Bedingungen kann das erste Reduktionsmittel mit Bestandteilen der Atmosphäre wie Wasserdampf reagieren und/oder kann sich zersetzen, um ein zweites Reduktionsmittel zu bilden. Im Verlauf der Zeit können Drücke des zweiten Reduktionsmittels in der ersten Speichervorrichtung erhöht werden, was eine unkontrollierte Freisetzung des zweiten Reduktionsmittels aus der ersten Speichervorrichtung hervorrufen kann. Um dazu beizutragen, eine solche Freisetzung zu verhindern, umfassen die hierin beschriebenen Ausführungen auch eine zweite Speichervorrichtung zum Speichern des zweiten Reduktionsmittels. Das in der zweiten Speichervorrichtung gespeicherte zweite Reduktionsmittel kann mindestens zeitweilig parallel oder separat von dem ersten Reduktionsmittel zum Behandeln von Abgasen eines Verbrennungsmotors verwendet werden. Auf diese Weise kann die Anlage in der Lage sein, die unkontrollierte Freisetzung des zweiten Reduktionsmittels in die Abgasanlage zu vermeiden.
Unter Bezug nun auf 1 wird ein Direkteinspritzverbrennungsmotor 10 mit mehreren Brennräumen, der von einem elektronischen Steuergerät 12 gesteuert wird, gezeigt. Der Brennraum 30 des Motors 10 umfasst Brennraumwände 32 mit einem darin positionierten und mit einer Kurbelwelle 40 verbundenen Kolben 36. In einem Beispiel umfasst der Kolben 36 eine (nicht dargestellte) Aussparung oder Mulde, um ausgewählte Schichtungs- oder Homogenisierungswerte der Luft- und Kraftstoffladungen zu bilden. Alternativ kann auch ein flacher Kolben verwendet werden.
Der Brennraum 30 wird mit einem Ansaugkrümmer 44 und einem Abgaskrümmer 48 mittels eines Einlassventils 52 und Auslassventils 54 in Verbindung stehend gezeigt. Ein Einspritzventil 66 wird mit dem Brennraum 30 direkt verbunden gezeigt, um flüssigen Kraftstoff direkt in diesen proportional zur Impulsbreite eines von dem Steuergerät 12 mittels eines herkömmlichen elektronischen Treibers 68 empfangenen Signals zu liefern. Der (nicht dargestellten) Kraftstoffanlage mit einem Kraftstofftank, Kraftstoffpumpen und einem Verteilerrohr wird Kraftstoff zugeführt. In manchen Ausführungen kann der Motor 10 mehrere Brennräume umfassen, die jeweils mehrere Einlass- und/oder Auslassventile aufweisen.
Weiterhin wird ein Abgasrückführungskrümmer (AGR) 130 mit dem Abgaskrümmer 48 und dem Ansaugkrümmer 44 in Verbindung stehend gezeigt. Ein AGR-Kühler 132 wird mit dem Steuergerät 12 zum Kühlen der AGR vor dem Erreichen des Ansaugkrümmers 44 in Verbindung stehend gezeigt. Ferner wird ein AGR-Steuerventil 136 zum Steuern des Strömens von AGR und ein Drucksensor 134 zum Überwachen des Drucks des Abgases im AGR-Krümmer 130 gezeigt.
Der Ansaugkrümmer 44 wird mit einem Drosselklappengehäuse 58 mittels einer Drosselklappe 62 in Verbindung stehend gezeigt. In diesem bestimmten Beispiel ist die Drosselklappe 62 mit einem Elektromotor 94 verbunden, so dass die Stellung der Drosselklappe 62 mittels des Elektromotors 94 durch das Steuergerät 12 gesteuert wird.
Das Steuergerät 12 betätigt das Einspritzventil 66, so dass ein Soll-Kraftstoff/Luftverhältnisgemisch gebildet wird. Das Steuergerät 12 steuert die Menge des durch das Einspritzventil 66 zugeführen Kraftstoffs, so dass das Kraftstoff/Luftverhältnisgemisch in dem Raum 30 so gewählt werden kann, dass es sich im Wesentlichen bei (oder nahe) Stöchiometrie, einem unterstöchiometrischen Wert oder einem überstöchiometrischen Wert befindet. Weiterhin ist das Steuergerät 12 so ausgelegt, dass es das Einspritzventil 66 so betätigt, dass während eines Zyklus mehrere Kraftstoffeinspritzungen ausgeführt werden.
Ein Katalysator 70 wird mit dem Abgaskrümmer 48 in Verbindung gezeigt, und ein SCR-Katalysator 72 wird stromabwärts des Katalysators 70 angeordnet gezeigt. Eine Reduktionsmittelquelle 73 ist zum Einleiten auf Befehl des Steuergeräts 12 von ein oder mehreren Reduktionsmitteln in die Abgasanlage 71 stromaufwärts des SCR-Katalysators 72 vorgesehen. Die Reduktionsmittelquelle 73 kann dafür ausgelegt sein, mehrere Reduktionsmittel in das Motorabgas einzuleiten, wie durch einen ersten Reduktionsmitteleingang 75 und einen zweiten Reduktionsmitteleingang 77 angezeigt wird. Dieses Merkmal wird nachstehend eingehender beschrieben.
In 1 wird das Steuergerät 12 als herkömmlicher Mikrocomputer gezeigt, welcher umfasst: einen Mikroprozessor 102, Input/Output-Ports 104, ein elektronisches Speichermedium zum Ausführen von Programmen und Kalibrierungswerten, das in diesem bestimmten Beispiel als Festwertspeicher 106 gezeigt wird, einen Arbeitsspeicher 108, einen Dauerspeicher 110 und einen herkömmlichen Datenbus.
Das Steuergerät 12 wird gezeigt, wie es verschiedene Signale von mit dem Motor 10 verbundenen Sensoren zusätzlich zu den bereits erläuterten Signalen empfängt, einschließlich: Messung der eingeleiteten Luftmasse (MAF) von einem Luftmengensensor 100, der mit dem Drosselklappengehäuse 58 verbunden ist; Motorkühlmitteltemperatur (ECT) von einem mit einem Kühlmantel 114 verbundenen Temperaturfühler 112; ein Zündungsprofil-Aufnehmersignal (PIP) von einem mit der Kurbelwelle 40 verbundenen Hallgeber 118, das einen Hinweis auf die Motordrehzahl (RPM) gibt, Drosselstellung TP von einem Drosselstellungssensor 120; und ein Ansaugunterdrucksignal MAP vom Sensor 122. Das Steuergerät 12 kann auch ein mit einer Abgas-NOx-Konzentration in Verbindung stehendes Signal von einem stromaufwärts des SCR-Katalysators 72 angeordneten NOx-Sensor 122 und/oder ein Signal von einem Ammoniaksensor 124 erhalten, das mit einer Ammoniakkonzentration in einem aus der Reduktionsmittelquelle 73 zugegebenen Reduktionsmittel in Verbindung steht. Das Motordrehzahlsignal RPM wird von dem Steuergerät 12 aus dem Signal PIP in herkömmlicher Weise erzeugt, und das Krümmerdrucksignal MAP liefert einen Hinweis auf Motorlast.
Die Verbrennung im Motor 10 kann abhängig von Betriebsbedingungen von unterschiedlicher Art sein. Während 1 einen Selbstzündungsmotor zeigt, versteht sich, dass die nachstehend beschriebenen Ausführungen in jedem geeigneten Motor verwendet werden können, einschließlich aber nicht ausschließlich in Diesel- und Benzin-Selbstzündungsmotoren, -Fremdzündungsmotoren, -Direkteinspritzungsmotoren oder -Motoren mit Kanaleinspritzung, etc. Ferner können verschiedene Kraftstoffe und/oder Kraftstoffgemische wie Benzin, Diesel, H2, Ethanol, Methan und/oder Kombinationen derselben verwendet werden.
2 zeigt ein Blockdiagramm eines Beispiels einer Schadstoffbegrenzungsanlage 200 des Motors 10 in größerem Detail. Die Schadstoffbegrenzungsanlage 200 umfasst eine Abgasanlage 71 und eine Reduktionsmittelquelle 73. Wie nachstehend beschrieben kann die Reduktionsmittelquelle 73 die Speicherung und Nutzung mehrerer Reduktionsmittel steuern. Die Reduktionsmittelquelle 73 kann hierin als Reduktionsmittel-Steueranlage bezeichnet werden. Während 2 eine spezifische Reduktionsmittel-Steueranlage zeigt, können verschiedene Alternativen verwendet werden, wie zum Beispiel die durch die hierin beschriebenen Beispiele gezeigten Alternativen.
Die Reduktionsmittel-Steueranlage 73 wird mit der Abgasanlage 71 an einer Stelle stromaufwärts eines (in 2 nicht gezeigten) Katalysators, beispielsweise eines SCR-Katalysators, verbunden gezeigt. Weiterhin können ein oder mehrere Reduktionsmittel mittels eines Rohrs 75, einer Leitung 74 und/oder einer Leitung 77 oder einer Kombination davon in die Abgasanlage eindringen. Die Reduktionsmittel-Steueranlage 73 umfasst eine erste Speichervorrichtung 220 zum Speichern einer Menge eines ersten Reduktionsmittels 222. Abhängig von den chemischen und physikalischen Eigenschaften des ersten Reduktionsmittels 222 kann das erste Reduktionsmittel 222 unter bestimmten Bedingungen (zum Beispiel mit Atmosphärenbestandteilen) reagieren oder sich zersetzen, um ein zweites Reduktionsmittel 224 zu bilden.
Im Laufe der Zeit (z.B. während Fahrzeugbetrieb oder während Motor-/Fahrzeugabschaltung) kann die Erzeugung des zweiten Reduktionsmittels 224 einen Anstieg des Dampfdrucks in der ersten Speichervorrichtung 220 hervorrufen. Daher kann zum Unterstützen der Steuerung von Druck in der ersten Speichervorrichtung 220 oder in der Anlage 73 bei einem bestimmten Dampfdruck ein Druckentlastungsventil 225 dafür ausgelegt sein, eine Menge zweiten Reduktionsmittels 224 in eine zweite Speichervorrichtung 230 abzugeben, wenngleich das zweite Reduktionsmittel 224 direkt durch die Leitung 74 in den Abgasstrom abgegeben werden kann. Die zweite Speichervorrichtung 230 kann analog zur Freisetzung kontrollierter Mengen des zweiten Reduktionsmittels 224 durch die Leitung 77 in die Abgasanlage 71 ausgelegt sein. Auf diese Weise kann die Reduktionsmittel-Steueranlage 73 das Freisetzen kontrollierter Mengen sowohl des ersten als auch des zweiten Reduktionsmittels in die Abgasanlage 71 zulassen, wobei mindestens eines der Reduktionsmittel an einem stromabwärts befindlichen Katalysator, beispielsweise einem SCR-Katalysator, reagieren kann. Weiterhin kann die Freisetzung gleichzeitig, separat oder eine Kombination derselben sein.
In manchen Ausführungen kann das in der ersten Speichervorrichtung 220 gespeicherte erste Reduktionsmittel 222 wässriger Harnstoff sein. Die erste Speichervorrichtung 220 kann einen Speichertank für die hierin beschriebene beispielhafte Ausführung umfassen, wenngleich auch andere Speichervorrichtungen verwendet werden können.
Wie vorstehend erwähnt kann die wässrige Harnstofflösung unter sich verändernden Bedingungen (z.B. angelegte Wärme, externe Wärme, verminderter Luftdruck, etc.) mit verschiedenen Atmosphärenbestandteilen (z.B. Wasserdampf, Sauerstoff, etc.) reagieren, wodurch sie sich zersetzt und Ammoniakdampf erzeugt. Das Druckentlastungsventil 225 kann so ausgelegt sein, dass es bei einem gewählten Druck, Motorzyklus oder Zeitintervall etc. öffnet, um mindestens einen Teil des Ammoniakdampfs aus der ersten Speichervorrichtung 220 in die zweite Speichervorrichtung 230 abzugeben. Die zweite Speichervorrichtung 230 kann den Ammoniakdampf aufnehmen und speichern. Die zweite Speichervorrichtung 230 kann das Ammoniak chemisch, physikalisch oder in einer Kombination davon speichern. Das Ammoniak kann gespeichert werden, bis das Steuergerät 12 die Abgabe von Ammoniakdampf aus der zweiten Speichervorrichtung 230 in die Abgasanlage 71 fordert. In einem Beispiel hält die zweite Speichervorrichtung 230 Ammoniak und/oder HNCO katalytisch und/oder physikalisch durch ein Sorbentmaterial, die Vorrichtung kann aber ein Hohlraumvolumen ohne Sorbent umfassen, wobei NH3 unter hohem Druck in der Gasphase gespeichert werden kann.
Die zweite Speichervorrichtung 230 kann jedes geeignete Sorbentmaterial zur Speicherung von Ammoniak enthalten. Zum Beispiel kann die zweite Speichervorrichtung 230 einen Niedertemperatur-Speicherzeolitwashcoat auf einem Keramiksubstrat umfassen. In einem anderen Beispiel kann die zweite Speichervorrichtung 230 ein Aktivkohlefilter sein. Andere Beispiele für geeignete Sorbentmaterialien können Molekularsiebe (z.B. Zeolite, Aluminiumoxid, Siliziumdioxid, Aktivkohle, etc.); Oxide, Carbonate und Hydroxide von Erdalkalimetallen; sowie Metallphosphate mit einschließlich aber nicht ausschließlich Phosphaten von Titan und Zirconium umfassen, sind aber nicht hierauf beschränkt. In einem Beispiel kann das Ammoniak mittels chemischer Adsorption an einer Oberfläche adsorbiert werden oder kann chemisch und physikalisch in Material in der Speichereinrichtung absorbiert werden. In einem anderen Beispiel kann ein saures Sorbentmaterial zum Speichern von NH3 verwendet werden.
In einem Beispiel kann die Konzentration von Ammoniak in dem durch die Einrichtung 230 tretenden Gas die Speicherung/Freisetzung von Ammoniak antreiben. Wenn zum Beispiel eine höhere Konzentration von Ammoniak bei gewählten Temperaturen durch die Einrichtung 230 von der Einrichtung 220 geleitet wird, kann Ammoniak gespeichert werden. Wenn aber Frischluft durch die Einrichtung 230 geleitet wird, kann Ammoniak freigesetzt (und zum Abgas oder einem anderen Speicherort transportiert) werden. Auf diese Weise kann eine zeitweilige Speicherung zum Ermöglichen des Ablassens von Gasen und damit zum Mindern des Drucks in der Anlage verwendet werden, wo das zeitweilig gespeicherte Ammoniak dann wiedergewonnen und in der Anlage verwendet werden kann.
3 zeigt schematisch die Reduktion von Stickstoffoxiden durch Ammoniak und/oder Harnstoff in einem beispielhaften SCR-Prozess. Zu dem SCR-Katalysator weisende Pfeile stellen chemische Reagenzien dar, während von dem Kästchen weisende Pfeile Produkte darstellen. Stickstoffoxide in der Abgasanlage 71, die mit Ammoniak und/oder Harnstoff in einem SCR-Katalysator 72 reagieren, können umweltverträglichere Produkte wie Stickstoff, Kohlendioxid und Wasser zur Emission in die Atmosphäre bilden. Einige beispielhafte SCR-Reaktionen sind wie folgt.
Zunächst kann der Abgasanlage 71 zugegebener Harnstoff sich wie folgt zu Ammoniak zersetzen: CO(NH₂)₂ → NH₃ + HNCO HNCO + H₂O → NH₃ + CO₂
Ammoniak kann wiederum mit NOx im SCR-Katalysator entsprechend verschiedenen unterschiedlichen Reaktionswegen reagieren, einschließlich aber nicht ausschließlich einem oder mehreren der folgenden: 4NO + 4NH₃ + O₂ → 4N₂ + 6H₂O 2NO₂ + 4NH₃ + O₂ → 3N₂ + 6H₂O 6NO₂ + 8NH₃ + → 7N₂ + 12H₂O NO + NO₂ + 2NH₃ → 2N₂ + 3H₂O
Es kann wünschenswert sein, eine Menge von einem oder mehreren Reduktionsmitteln, wie Harnstoff und/oder Ammoniak, in die Abgasanlage 71 einzuleiten, die allgemein aus den Stöchiometrien der obigen NOx-Reduktionsreaktion oder einer im Steuergerät 12 gespeicherten Lookup-Tabelle gewonnen wurde. Insbesondere kann die Menge an Harnstoff und/oder Ammoniak, die in die Abgasanlage 71 eingeleitet wird, auf Informationen eines Sensors beruhen. Das Ausgabesignal eines Sensors in der Abgasanlage 71, beispielsweise eines NOx-Sensors, kann zum Beispiel eine NOx-Menge im Abgas anzeigen. In einem anderen Beispiel kann das Ausgabesignal eines Sensors in der Reduktionsmittel-Steueranlage, beispielsweise eines Ammoniaksensors, eine Ammoniakmenge anzeigen, die aus der zweiten Speichervorrichtung 230 gespült werden kann. Daher kann das Steuergerät 12 die Reduktionsmittel-Steueranlage 73 auffordern, eine Menge an Harnstoff und/oder Ammoniak entsprechend in die Abgasanlage 71 einzuleiten. Dabei können Harnstoff und/oder Ammoniak durch die Reduktion von NOx im Abgas am SCR-Katalysator im Wesentlichen verbraucht werden.
Unter manchen Bedingungen kann es aber vorteilhaft sein, Ammoniakschlupf zu mindern. Insbesondere kann Ammoniakschlupf durch Einleiten übermäßiger Mengen an Harnstoff und/oder Ammoniak in die Abgasanlage 71 hervorgerufen werden. Die Reduktionsmittel-Steueranlage 73 kann die Reduktionsmittel so regeln, dass ein Eindringen übermäßiger Mengen an Harnstoff und/oder Ammoniak in die Abgasanlage 71 im Wesentlichen verhindert wird (d.h. in das Abgas eindringender Harnstoff und/oder Ammoniak werden durch die Reaktion zum Großteil verbraucht). Dadurch kann Ammoniakschlupf infolge zumindest unkontrollierter Ammoniakfreisetzung wesentlich reduziert werden. Weitere Beispiele für die Steuerung einer oder mehrerer Reduktionsmittelquellen zu dem Abgas als Reaktion auf Betriebsbedingungen und Sensorinformationen werden hierin nachstehend eingehender beschrieben.
4 kann eine Ausführung einer Folge von Schritten zeigen, die zum Reduzieren von Ammoniakschlupf verwendet werden können. Insbesondere können die Speicherung und der Transport von Harnstoff und Ammoniak durch ein Verfahren zum Betreiben der Reduktionsmittel-Steueranlage 73 geregelt werden, das zumindest teilweise von verschiedenen Motorbedingungen abhängt und insbesondere auf Motorabschaltbedingungen beruht. Während Bedingungen ausgeschalteten Motors (die Bedingungen ausgeschalteten Fahrzeugs oder Fahrzeugbetriebsbedingungen in dem Beispiel eines Hybrid-Elektro-Fahrzeugs umfassen können) kann Ammoniakschlupf in manchen Schadstoffbegrenzungsvorrichtungen infolge des von einem Harnstoffspeichertank in die Abgasanlage abgegebenen Ammoniaks (d.h. der in das Abgas abgegebene Ammoniak wird nicht zur Reaktion gebracht) auftreten.
Die in 4 gezeigte beispielhafte Routine 400 zeigt eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführung eines Schadstoffbegrenzungsanlagenbetriebs, der Ammoniak in der Schadstoffbegrenzungsanlage 200 steuern kann, um Ammoniakerzeugung während Bedingungen ausgeschalteten Motors anzugehen. Zum Beispiel kann Ammoniak aufgrund von externer Wärme erzeugt werden, die auf die Ammoniak-/Harnstoffspeicheranlage übertragen wird. In einem Beispiel kann Restwärme von Motor/Abgas verbunden mit Umgebungswärme die Erzeugung von Ammoniakdampf hervorrufen, der den Dampfdruck hebt. Solche Bedingungen können durch Speichern von Dampf während Bedingungen ausgeschalteten Motors, der später in das Abgas zur Schadstoffreduktion einzuleiten ist, angegangen werden.
Zunächst führt der Motor bei 410 ein Abschalten aus, wobei das Abschalten einen Zustand auslösen kann, der hierin als Bedingung abgeschalteten Motors bezeichnet werden kann. In einer Ausführung kann der Motor ein Verbrennungsmotor in einem Fahrzeug sein, wobei das Fahrzeug während Bedingungen abgeschalteten Motors abgeschaltet sein kann. In einer anderen Ausführung kann das Fahrzeug einen Elektromotor oder verschiedene andere Antriebselemente (z.B. eine Kraftstoffzelle, etc.) während der Bedingung ausgeschalteten Zustands des Verbrennungsmotors nutzen.
Während der Bedingung ausgeschalteten Motors des Verbrennungsmotors kann Ammoniak bei 420 in der Reduktionsmittel-Steueranlage auf verschiedene Weise erzeugt werden. Insbesondere kann der Harnstoff mit Wasser und/oder Sauerstoff in dem Speichertank reagieren, um Ammoniak bei Umgebungstemperatur zu erzeugen. Weiterhin kann Wärme die Zersetzung von Harnstoff zu Ammoniak erleichtern. Daher kann Restwärme aus dem vorherigen Betrieb des Motors zumindest teilweise die Ammoniakerzeugung im Speichertank beschleunigen.
Unter erneutem Bezug auf 2 kann die Reaktion gespeicherten Harnstoffs zu erhöhten Drücken von Ammoniakgas in der ersten Speichervorrichtung 220 führen, wobei die erste Speichervorrichtung 220 ein Harnstoffspeichertank sein kann. Druck in dem Speichertank kann durch Abgabe des Ammoniaks durch die Leitung 74 zu der Abgasanlage 71 oder durch ein Druckentlastungsventil 225 zu der zweiten Speichervorrichtung 230 oder durch eine Kombination derselben gesenkt werden. Insbesondere kann das Druckentlastungsventil 225 so ausgelegt sein, dass es öffnet, um den Dampfdruck in dem Speichertank unter manchen Bedingungen zu entlasten. Zum Beispiel kann das Druckentlastungsventil 225 bei einem ausgewählten Druck öffnen. Zurück zu 4 kann Ammoniak bei 430 in der zweiten Speichervorrichtung 230 sorbiert werden. Zum Beispiel kann das Druckentlastungsventil 225 dafür ausgelegt sein zu öffnen, bis das Steuergerät das Ventil auffordert zu schließen. Daher kann die Konzentration von Ammoniak aus dem Speichertank in der zweiten Speichervorrichtung 230 zumindest über einen Teil der Dauer der Bedingung abgeschalteten Motors ansteigen.
Dann wird bei 440 der Verbrennungsmotor gestartet. Bei 450 kann Ammoniak aus der zweiten Speichervorrichtung 230 desorbiert und während ausgewählten Motor-/Abgasbedingungen in die Abgasanlage 71 gespült werden. Nach einem Motordrehzahl hochfahren und nach Erreichen einer ausgewählten Betriebstemperatur des SCR-Katalysators kann zum Beispiel gespeichertes Ammoniak in das Abgas gespült und zum Reduzieren von in dem Abgas erzeugten NOx verwendet werden. In einem Beispiel kann mindestens eines von Spülmenge oder Spülfrequenz basierend auf Betriebsbedingungen wie Abgastemperatur, Katalysatortemperatur, Motordrehzahl, Motorlast oder Kombinationen derselben, angepasst werden. Weiterhin kann das Steuergerät 12 das Spülen von Ammoniak aus der zweiten Speichervorrichtung 230 als Reaktion auf verschiedene Bedingungen anpassen oder ermöglichen. In einem spezifischen Beispiel kann das Steuergerät 12 das Spülen von Ammoniak als Reaktion auf ein Rückkopplungssignal von einem Temperatursensor aktivieren, wobei der Temperatursensor in dem Abgas oder dem SCR-Katalysator stromabwärts der Reduktionsmittel-Steueranlage 73 angeordnet sein kann. In einem anderen Beispiel kann das Steuergerät 12 das Spülen von Ammoniak als Reaktion auf ein Rückkopplungssignal eines Ammoniaksensors aktivieren, der die Konzentration von in der zweiten Speichervorrichtung gespeichertem Ammoniak detektieren kann.
Auf diese Weise kann es möglich sein, Dampferzeugung während Bedingungen ausgeschalteten Motors zumindest unter ausgewählten Bedingungen anzugehen.
Unter Bezug nun auf 5A–D zeigen Blockdiagramme verschiedene Reduktionsmittel-Steuerbetriebe, die verwendet werden können, darunter Speichern, Spülen, etc. Zum Beispiel kann ein Betrieb das selektive Transportieren von Ammoniak von mindestens einer von erster Speichervorrichtung 220 oder zweiter Speichervorrichtung 230 umfassen, wobei der Ammoniaktransport durch eine oder mehrere Abblasöffnungen/Verbindungen zur Atmosphäre erleichtert werden kann. Weiterhin kann die Abblasöffnung ein Entlastungsventil sein, das Druck- oder Unterdruckaufbau entlasten kann (oder basierend auf der erwünschten Wirkung zwischen Druck- und Unterdruckentlasten wechseln kann) oder als Reaktion auf die erwünschte Transportrichtung von Ammoniak und/oder Harnstoff wechseln kann. Wie in 5A gezeigt, kann die Reduktionsmittel-Steueranlage 73 ein erstes atmosphärisches Ventil 510, das mit der ersten Speichervorrichtung 220 (d.h. dem Harnstoffspeichertank) verbunden werden kann, und/oder ein zweites atmosphärisches Ventil 520, das mit der zweiten Speichervorrichtung verbunden werden kann, umfassen, wobei jedes Ventil dafür ausgelegt sein kann, Druck- oder Unterdruckaufbau zu entlasten oder zu wechseln, wie hierin beschrieben wird. Die atmosphärischen Ventile können so ausgelegt sein, dass sie das Strömen von atmosphärischer Luft in die Reduktionsmittel-Steueranlage 73 von 2 anpassen oder das Strömen von Dampf aus der Anlage anpassen. Es versteht sich, dass die die Reduktionsmittel-Steueranlage 73 von 2 verlassenden Reduktionsmittel im Allgemeinen zur Atmosphäre und/oder Abgasanlage 71 geleitet werden können. Zum Beispiel kann der Harnstoff während eines geeigneten Betriebs optional von dem Speichertank zu dem SCR geleitet werden, um den aus der zweiten Speichervorrichtung gespülten Ammoniak zumindest teilweise zu ergänzen, oder er kann allein geliefert werden.
Unter speziellem Bezug auf 5A beschreibt das Diagramm 530 einen Reduktionsmittel-Strömweg in der Reduktionsmittel-Steueranlage 73, wobei das Strömen im Allgemeinen das Strömen von Ammoniakdampf, der in dem Speichertank erzeugt wird, zu der zweiten Speichervorrichtung 230 umfassen kann. Der durch das Diagramm 530 beschriebene Strömweg kann als Speicherbetrieb bezeichnet werden.
In einer Ausführung des hierin beschriebenen Speicherbetriebs kann NOx im Abgas in dem SCR-Katalysator durch flüssigen Harnstoff, der bei dem Strichpfeil 75 in die Abgasanlage von dem Speichertank eingeleitet wurde, reduziert werden. Der gespeicherte Harnstoff kann Ammoniakdampf erzeugen, der zu der zweiten Speichervorrichtung 230 geleitet werden kann, wobei der Ammoniakdampf in der zweiten Speichervorrichtung 230 gespeichert werden kann, bis das Steuergerät 12 einen Spülzustand fordert.
In einer anderen Ausführung fordert das Steuergerät 12 unter Umständen nicht die Abgabe eines Reduktionsmittels in die Abgasanlage 71. Während Bedingungen ausgeschalteten Motors können zum Beispiel in die Abgasanlage 71 eingeleiteter Harnstoff und/oder Ammoniak zu Ammoniakschlupf führen. Daher darf Harnstoff nicht in die Abgasanlage 71 eingeleitet werden. In dem Speichertank infolge von Restwärme des Motors zum Beispiel erzeugter Ammoniakdampf kann aber zur zweiten Speichervorrichtung geleitet werden. Dabei können erhöhte Dampfdrücke reduziert werden, auch wenn das Steuergerät 12 eventuell nicht die Abgabe von Reduktionsmitteln zur Abgasanlage 71 fordert.
Es kann vorteilhaft sein, den Transport von Ammoniak von dem Speichertank zur zweiten Speichervorrichtung 230 während eines Speicherbetriebs zu erleichtern. Zum Beispiel kann das atmosphärische Ventil 520 zum Öffnen ausgelegt sein. Dabei kann Druckaufbau in der zweiten Speichervorrichtung 230 entlastet werden, so dass die die Reduktionsmittel-Steueranlage 73 verlassende Luft im Wesentlichen frei von Ammoniak sein kann und mehr Ammoniakdampf in die zweite Speichervorrichtung 230 eindringen und darin gespeichert werden kann. In einem anderen Beispiel kann das atmosphärische Ventil 510 dafür ausgelegt sein, bei einem gewissen Druck zu öffnen, so dass atmosphärische Luft in den Speichertank gesaugt werden kann. Dadurch kann Unterdruck in dem Speichertank unter bestimmten Bedingungen entlastet werden, beispielsweise bei geringer Ammoniakerzeugung während Harnstoffzufuhr zu der Abgasanlage.
Unter Bezug speziell auf 5B beschreibt das Diagramm 560 einen Speichervorrichtungsspülbetrieb mit einem Strömweg von Reduktionsmitteln in der Reduktionsmittel-Steueranlage 73, wobei das Strömen im Allgemeinen das Strömen von in der zweiten Speichervorrichtung 230 gespeichertem Ammoniakdampf zur Abgasanlage 71 umfassen kann. Das atmosphärische Ventil 520 kann so ausgelegt sein, dass es öffnet, so dass atmosphärische Luft in die zweite Speichervorrichtung 230 eingeleitet werden kann, wobei die atmosphärische Luft mittels einer Druckdifferenz, beispielsweise einer Venturivorrichtung am Eintrittspunkt von Ammoniakdampf in die Abgasanlage 71 oder einer Pumpe, in die zweite Speichervorrichtung 230 eingeleitet werden kann. Weiterhin kann die aus der zweiten Speichervorrichtung austretende atmosphärische Luft zumindest teilweise mit Ammoniakdampf gesättigt sein, der für die selektive und katalytische Reduktion von NOx in die Abgasanlage 71 eingeleitet werden kann.
Während des in 5B gezeigten Speichervorrichtungsspülens kann Harnstoff in dem Speichertank Ammoniak erzeugen, was erhöhte Ammoniakdampfdrücke in dem Tank erzeugt. Daher kann der Spülbetrieb beendet werden, so dass Dämpfe wieder basierend auf Druck in 200 in 230 gespeichert werden können. Ferner kann der Speichertank gemäß Diagramm 530 bevorzugt durch mindestens teilweises Leiten des Dampfs zu der zweiten Speichervorrichtung 230 und/oder Einleiten von Ammoniak in die Abgasanlage 71 nach dem durch Diagramm 570 beschriebenen Betrieb entlastet werden.
In einem Beispiel kann die Freisetzung von Ammoniak aus der zweiten Speichervorrichtung 230 durch Erwärmen der atmosphärischen Luft vor dem Einleiten der Luft erleichtert werden. Die Schadstoffbegrenzungsanlage 200 kann zum Beispiel eine (nicht dargestellte) Heizvorrichtung umfassen, die zwischen dem atmosphärischen Ventil 520 und der zweiten Speichervorrichtung 230 angeordnet werden kann. In einem anderen Beispiel kann die Schadstoffbegrenzungsanlage 200 einen Teil des heißen Abgases so leiten, dass die atmosphärische Luft vorgewärmt werden kann.
Unter besonderem Bezug nun auf 5C beschreibt Diagramm 570 eine Speichertankspülung mit einer Reduktionsmittel-Strömweg-Steueranlage 73, wobei das Strömen allgemein das Strömen von im Speichertank gespeicherten Ammoniakdampf zu der Abgasanlage 71 umfassen kann. Im Einzelnen kann das atmosphärische Ventil 510 dafür ausgelegt werden, so zu öffnen, dass atmosphärische Luft in den Speichertank eingeleitet werden kann, um den Unterdruck zu entlasten, der durch die Abgabe von Ammoniak aus dem Speichertank zur Abgasanlage 71 für die selektive und katalytische Reduktion von NOx oder aufgrund von Temperaturänderungen hervorgerufen wird.
Unter besonderem Bezug auf 5D beschreibt Diagramm 580 einen Speichertank und eine Vorrichtungsspülung mit einem Reduktionsmittel-Strömweg in der Reduktionsmittel-Steueranlage 73, wobei das Strömen allgemein das Strömen von in dem Speichertank und in der zweiten Speichervorrichtung 230 gespeichertem Ammoniakdampf zu der Abgasanlage 71 umfassen kann. Das atmosphärische Ventil 510 und/oder das atmosphärische Ventil 520 können dafür ausgelegt sein, so zu öffnen, dass atmosphärische Luft in den Speichertank und die Speichervorrichtung 220 eingeleitet werden kann, um den Unterdruck zu entlasten, der durch die Abgabe von Ammoniak aus dem Speichertank zu der Abgasanlage 71 für die selektive und katalytische Reduktion von NOx oder aufgrund von Temperaturänderungen hervorgerufen wird.
Weiterhin können aus dem Speichertank austretendes Ammoniak und aus der zweiten Speichervorrichtung 230 austretendes Ammoniak an der Verbindungsstelle 590 zusammentreffen, wo ein Dreiwegeventil angeordnet sein kann. Daher kann das Steuergerät 12 zwischen den durch 5A–B beschriebenen Betrieben schalten. Weiterhin können die hierin beschriebenen Ventile so eingestellt werden, dass sie das Strömen von Ammoniak in der Schadstoffbegrenzungsanlage 200 steuern.
6–8 zeigen drei beispielhafte Ausführungen von Anlagen zum Steuern eines flüssigen Reduktionsmittels (zum Beispiel einer Harnstofflösung) und eines gasförmigen Reduktionsmittels (zum Beispiel eines aus der Harnstofflösung entstandenen Ammoniakgases). Diese Ausführungen weisen verschiedene gemeinsame Bestandteile auf. Zum Beispiel umfasst jede dieser beispielhaften Ausführungen eine erste Speichervorrichtung 220, die erstes Reduktionsmittel 222 speichert, eine zweite Speichervorrichtung 230, die zweites Reduktionsmittel 224 speichert, und eine Leitung. 625 mit einem Einwege-Druckventil 225, das fluidisch zwischen der ersten Speichervorrichtung 220 und der zweiten Speichervorrichtung 230 angeordnet ist, das selektiv zweites Reduktionsmittel 224 für spätere Abgabe in die Abgasanlage 71 in die zweite Speichervorrichtung 230 abgibt. Zudem kann ein Sensor 640 zum Messen einer Konzentration einer Gasphasenkomponente in dem zweiten Reduktionsmitteleingang 77 vorgesehen werden, wie nachstehend eingehender beschrieben wird. Weiterhin umfasst jede der beispielhaften Ausführungen von 6–8 ein atmosphärisches Ventil 510 zum Entlasten von Druck und/oder Unterdruck in dem Speichertank und einen Füllkanal 695, um das Nachfüllen des ersten Reduktionsmittels 222 zu ermöglichen. Während die Leitung 625 als Direktverbindung von erster Speichervorrichtung 220 und zweiter Speichervorrichtung 230 gezeigt wird, versteht sich, dass die Leitung 625 dazwischenliegende Strukturen umfassen kann. Der Begriff „Leitung" wird hierin verwendet, um einen fluidischen Weg zwischen der ersten Speichervorrichtung 220 und der zweiten Speichervorrichtung 230 zu zeigen, der mehrere unterschiedliche Strukturen einschließen kann.
Es versteht sich, dass der Betrieb der oben beschriebenen Bauteile sowie der nachstehend beschriebenen Bauteile, die den 6–8 dargestellten Vorgehen eigen sind, durch das Steuergerät 12 mittels der Ausführung eines im Speicher 106, 108 am Steuergerät 12 gespeicherten Codes durch den Prozessor 102 gesteuert werden kann. Ferner versteht sich, dass die hierin beschriebenen spezifischen Ausführungen lediglich beispielhaft sind und dass andere Ausführungen nur Untergruppen der beschriebenen Strukturen und/oder nicht dargestellte beliebige geeignete weitere Strukturen umfassen können.
Unter Bezug nun auf die in 6 gezeigte Ausführung umfasst eine Reduktionsmittel-Steueranlage 600 zusätzlich zu den vorstehend beschriebenen Strukturen ein Speicherventil 610 zum Regeln eines Strömens von Ammoniakdampf in die zweite Speichervorrichtung 230 und ein Spülventil 620 zum Regeln eines Strömens von Ammoniakdampf von der zweiten Speichervorrichtung 230 in die Abgasanlage 71.
In einer Ausführung kann das Speicherventil 610 in einer normalerweise offenen Stellung gehalten werden, während das Spülventil 620 in einer normalerweise geschlossenen Stellung gehalten werden kann. Dieser Zustand kann durch Diagramm 530 als Speicherbetrieb schematisch gezeigt werden. Dies ermöglicht das Speichern des durch das Einwege-Druckventil 225 freigegebenen überschüssigen Ammoniakdampfs in der zweiten Speichervorrichtung 230. Dann kann das Steuergerät 12 unter manchen Bedingungen, beispielsweise erhöhter gespeicherter Ammoniakkonzentration in der zweiten Speichervorrichtung 230 oder ausgewählten Motorbetriebsbedingungen, das Speicherventil 225 schließen und das Spülventil 620 öffnen. Dieser Betrieb kann durch Diagramm 570 als Speichervorrichtungsspülbetrieb schematisch gezeigt werden. Der Betrieb in dem Modus des Speichervorrichtungsspülens ermöglicht das Einleiten von Ammoniak durch das Spülventil 620 in die Abgasanlage 71 wie folgt. Zunächst kann eine Venturivorrichtung 650 am Auslass des zweiten Reduktionsmitteleingangs 77 eine Niederdruckzone erzeugen, wodurch ein Strömen von atmosphärischer Luft durch den Kanal 660 und in die zweite Speichervorrichtung 230 hervorgerufen wird. Aus der zweiten Speichervorrichtung 230 an der Stelle 670 austretende Luft kann einen erheblichen Ammoniakdampf-Teildruck umfassen. Der Ammoniakdampf in dieser Luft kann dann durch den zweiten Reduktionsmitteleingang 77 mittels der Venturivorrichtung 650 in die Abgasanlage 71 gesaugt werden, wobei sich die Vorrichtung 650 in dem Abgasrohr befindet.
Unter Bezug nun auf die in 7 dargestellte Ausführung umfasst die Reduktionsmittel-Steueranlage 700 zusätzlich zu den in der Schadstoffbegrenzungsanlage 600 enthaltenen Strukturen eine Luftpumpe 710. In dieser Ausführung kann der Spülbetrieb das so geartete Betreiben der Luftpumpe 710 umfassen, dass zusätzlich zum Schließen des Speicherventils 610 und Öffnen des Spülventils 620 ein Strömen von atmosphärischer Luft durch den Luftkanal 760 und in die zweite Speichervorrichtung 230 hervorgerufen wird. Das durch die Luftpumpe 710 bewirkte Strömen von Luft kann Ammoniak aus der zweiten Speichervorrichtung mittels des zweiten Reduktionsmitteleingangs in die Abgasanlage 71 befördern. Aufgrund der durch die Luftpumpe 710 erzeugten Druckdifferenz kann in dieser Ausführung auf die Venturivorrichtung 650 verzichtet werden. Weiterhin kann Druckluft von anderen Quellen im Fahrzeug zusätzlich oder an Stelle der Luftpumpe 710 verwendet werden, beispielsweise Druckluft von einer Turbine in der Ansauganlage des Motors.
Unter Bezug nun auf die in 8 dargestellte Ausführung umfasst die Reduktionsmittel-Steueranlage 800 eine erste Speichervorrichtung 220, eine zweite Speichervorrichtung 230, ein Einwege-Druckventil 630, ein Unterdruckventil 690, einen Füllkanal 695 und eine Venturivorrichtung 650. Die Reduktionsmittel-Steueranlage 800 umfasst aber kein Speicherventil 610 und Spülventil 620. Stattdessen kann das dem Füllkanal 695 zugeordnete atmosphärische Ventil 510 durch das Steuergerät 12 selektiv geöffnet werden, um das Saugen von Luft durch die erste Speichervorrichtung 220 und die zweite Speichervorrichtung 230 zu ermöglichen, um dadurch mittels einer an der Venturivorrichtung 650 ausgebildeten Niederdruckzone Ammoniakdampf in die Abgasanlage 71 zu befördern. Es versteht sich, dass das Einwege-Druckventil 630 auch während eines solchen Spülprozesses geöffnet werden kann, um ein adäquates Strömen von Luft durch die zweite Speichervorrichtung 230 sicherzustellen.
Die Zugabe von Harnstoff und Ammoniak (oder eines anderen geeigneten Reduktionsmittels) zu einer Abgasanlage, wie es vorstehend offenbart wird, kann auf unterschiedliche Weise durchgeführt werden. Zum Beispiel kann das Steuergerät 12 einen ausführbaren Code zum Steuern der Zugabe geeigneter Mengen von Reduktionsmitteln mittels geeigneter Anlagenkomponenten, einschließlich aber nicht ausschließlich Ventile, Pumpen, Einspritzdüsen, etc., zu einer Abgasanlage umfassen.
In manchen Ausführungen kann die Anlage zum Steuern der als Reaktion auf Regelung zugegebenen Mengen ausgelegt sein. In manchen Ausführungen kann das Steuergerät 12 zum Beispiel Mengen des ersten Reduktionsmittels und des zweiten Reduktionsmittels anpassen, die der Abgasanlage basierend auf einer vom Sensor 640 erhaltenen Rückmeldung zugegeben werden. In manchen Ausführungen kann der Sensor 640 ein Ammoniaksensor sein, während der Sensor 640 in anderen Ausführungen ein NOx-Sensor sein kann. Weiterhin können in noch weiteren Ausführungen sowohl ein Ammoniaksensor als auch ein NOx-Sensor zusammen mit einem beliebigen anderen geeigneten Sensor bzw. Sensoren eingesetzt werden. In noch anderen Ausführungen kann das Steuergerät 12 zum Bestimmen von NOx-Konzentrationen basierend auf Motorbetriebsbedingungen ausgelegt werden und/oder kann zum Schätzen einer der Abgasanlage von der zweiten Speichervorrichtung 230 zugegebenen Ammoniakkonzentration basierend auf Variablen wie Strömungsrate von Luft durch die zweite Speichervorrichtung etc. ausgelegt werden.
Unter Bezug nun auf 9 wird eine beispielhafte Ausführung eines Verfahrens 900 zum Steuern der Zugabe mehrerer Reduktionsmittel zu einer Abgasanlage gezeigt. Das Verfahren 900 kann auf unterschiedliche Weise umgesetzt werden, zum Beispiel kann das Verfahren 900 in manchen Ausführungen durch die Ausführung eines am Steuergerät 12 gespeicherten Codes umgesetzt werden.
Das Verfahren 900 umfasst zunächst das Bestimmen bei Schritt 910 einer NOx-Konzentration in den Abgasen in der Abgasanlage 71. Beispiele für das Bestimmen der NOx-Konzentration umfassen das Erhalten eines Signals von einem NOx-Sensor und/oder das Bestimmen einer geschätzten NOx-Konzentration aus Motorbetriebsbedingungen wie Drehzahl und Last, sind aber nicht hierauf beschränkt. Des Weiteren kann die NOx-Menge in verschiedenen Formen geschätzt werden, zum Beispiel als NOx-Pegel, NOx-Konzentration und/oder NOx-Ratenmasse pro Volumenfluss.
Als Nächstes umfasst das Verfahren 900 bei Schritt 920 das Bestimmen, ob ein Ammoniakspülen aus der zweiten Speichervorrichtung 230 gefordert wird. Es können verschiedene Bedingungen oder Ereignisse genutzt werden, um zu bestimmen, wann eine Ammoniakspülung gefordert wird. Beispiele umfassen das Fordern einer Spülung, wenn ein Druck von Ammoniak in der zweiten Speichervorrichtung 230 einen Grenzdruck übersteigt, das Fordern einer Spülung nach einem vorbestimmten Motorbetriebsintervall (zum Beispiel ein Zeitintervall oder eine Anzahl von Motorzyklen), das Fordern einer Spülung, wenn Motorbetriebsbedingungen die Möglichkeit zum Spülen bieten, und/oder das Fordern einer Spülung, wenn eine Menge von in 230 gespeichertem Reduktionsmittel einen vorbestimmten Wert erreicht etc., sind aber nicht hierauf beschränkt.
Wird keine Ammoniakspülung gefordert, dann rückt das Verfahren 900 zu Schritt 930 vor, wo eine dem Abgas zuzugebende Harnstoffmenge bestimmt wird, und dann zu Schritt 940, wo die ermittelte Harnstoffmenge beispielsweise mittels 75 dem Abgas zugegeben wird. Eine dem Abgas zuzugebende Harnstoffmenge kann auf verschiedene Weise bestimmt werden. In manchen Ausführungen kann das Steuergerät 12 eine Eingabe von einem NOx-Sensor erhalten, die eine NOx-Konzentration in Abgasen anzeigt, und das Steuergerät 12 kann dann aus dieser Eingabe eine dem Abgas zuzugebende Harnstoffmenge bestimmen und/oder anpassen. In anderen Ausführungen kann eine NOx-Konzentration in dem Abgas aus Motorbetriebsbedingungen geschätzt werden, und dem Abgas kann eine korrelierende Harnstoffmenge zugegeben werden. In noch anderen Ausführungen kann dem Abgas Harnstoff bei einer konstanten Rate zugegeben werden. Die Menge zuzugebenden Ammoniaks für eine gewählte Sensoreingabe oder Motorbetriebsbedingung kann berechnet oder vorbestimmt und in einer Lookup-Tabelle am Steuergerät 12 gespeichert und basierend auf eingegebenen Betriebsbedingungen angepasst werden.
Wenn andererseits eine Ammoniakspülung gefordert wird, dann rückt das Verfahren 900 zu 950 vor, wo der Abgasanlage Ammoniak zugegeben wird und eine Spülung ausgeführt wird. In Ausführungen, bei denen der Sensor 640 ein Ammoniaksensor ist, kann das Steuergerät 12 die Rate der Ammoniakzugabe zur Abgasanlage zum Beispiel durch Steuern eines Strömens von Ammoniak in die Abgasanlage steuern oder anpassen. Alternativ kann der Abgasanlage Ammoniak bei vorgewählter Rate zugegeben werden.
Wie vorstehend beschrieben kann in manchen Ausführungen der Abgasanlage Ammoniak unter Ausschluss von Harnstoff zugegeben werden. In anderen Ausführungen kann Ammoniak von der zweiten Speichervorrichtung gleichzeitig mit Harnstoff der Abgasanlage zugegeben werden. Wenn der Abgasanlage Ammoniak aus der zweiten Speichervorrichtung gleichzeitig mit Harnstoff zugegeben wird, kann das Verfahren 900 bei 960 das Bestimmen und/oder Vorsehen der Zugabe einer verminderten Menge an Harnstoff zur Abgasanlage, um das zugegebene Ammoniak unter Vermeidung von Ammoniakschlupf aufzunehmen, sowie dann bei 970 das Zugeben der ermittelten Harnstoffmenge zur Abgasanlage umfassen.
Die der Abgasanlage zuzugebende verringerte Harnstoffmenge kann auf verschiedene Weise ermittelt werden. Zum Beispiel kann das Steuergerät 12 die dem Abgas zuzugebende verringerte Harnstoffmenge bestimmen: durch Ermitteln einer der Abgasanlage zugegebenen Menge oder Konzentration an Ammoniak und auch durch Ermitteln einer Menge oder Konzentration an NOx in den Abgasen des Motors 10 und dann Ermitteln, wie viel Harnstoff zuzugeben ist, um das gesamte NOx in den Abgasen vollständig zu reduzieren. Die zuzugebende Harnstoffmenge kann aus einer Funktion oder Funktionen berechnet werden, die aus den Stöchiometrien der NOx-Reduktionsreaktion gewonnen werden, oder kann mittels einer am Steuergerät 12 gespeicherten Lookup-Tabelle ermittelt werden. Auf diese Weise kann die dem Abgas zuzugebende Harnstoffmenge als Reaktion auf eine Veränderung einer Menge oder Konzentration des der Abgasanlage zugegebenen Harnstoffs und/oder auf eine Veränderung einer Menge oder Konzentration von NOx in den Abgasen des Motors 10 angepasst werden.
Auf diese Weise kann es möglich sein, Reduktionsmittelzugabe zum Abgas während verschiedenen Bedingungen zu steuern und das Spülen von Ammoniakdämpfen zusammen mit separater Reduktionsmittelzufuhr zu steuern, um eine verbessere NOx-Reduktion zu erreichen und Ammoniakschlupf zu mindern.
Unter erneutem Bezug auf 5A–D zeigen die Betriebe des Reduktionsmittel-Steuerns, dass flüssiger Harnstoff aus dem Speichertank, der durch die Strichlinie 540 gezeigt wird, unabhängig von Ammoniak wie in Diagramm 530 zugeführt werden kann oder zumindest zeitweilig parallel mit Ammoniak aus dem Speichertank wie in 570 zugeführt werden kann oder zumindest zeitweilig parallel mit Ammoniak aus der zweiten Speichervorrichtung wie in 560 oder in einer Kombination derselben zugeführt werden kann. Ferner kann Ammoniak aus dem Speichertank unabhängig wie in 570 oder parallel mit Ammoniak von der zweiten Speichervorrichtung 230 wie in 580 zugeführt werden, wobei Harnstoff nicht zugeführt werden muss (d.h. Strichlinie 540 trifft unter Umständen nicht zu).
10 ist ein weiteres Flussdiagramm 100 einer Ausführung, die das Steuern der der Abgasanlage 71 zugeführten Harnstoffmenge basierend auf der aus der zweiten Speichervorrichtung 230 gespülten Ammoniakmenge veranschaulicht. Daher kann das Steuergerät 12 ermitteln, ob bei 1010 eventuell ein Ammoniakspülen aktiviert ist, andernfalls endet die Routine. Ein Ammoniakspülen kann als Reaktion auf verschiedene Rückkopplungssignale des Steuergeräts 12 aktiviert werden, wie hierin beschrieben wird. Zum Beispiel kann das Steuergerät 12 die Speichervorrichtung auffordern, als Reaktion auf die Ammoniakkonzentration in der zweiten Speichervorrichtung 230 zu spülen.
Bei 1020 kann das Ammoniakspülen bei einem niedrigeren Strömwert ausgelöst werden. Daher kann das Strömen durch die Leitung 625 durch ein Ventil, beispielsweise Speicherventil 610, reduziert oder teilweise gesperrt werden. Weiterhin kann ein Ventil, beispielsweise ein Spülventil 620 oder ein Dreiwegeventil an der Verbindungsstelle 590, dafür ausgelegt sein zu öffnen, so dass Ammoniak zur Abgasanlage 71 gespült werden kann. Das Strömen von Ammoniak von der zweiten Speichervorrichtung 230 kann aber über einen anfänglichen Zeitraum oder über eine anfängliche Dauer erheblich niedriger sein. Während dieses Zustands kann flüssiger Harnstoff in die Abgasanlage 71 eingeleitet und/oder angepasst (z.B. reduziert) werden, um ein geringes Strömen von Ammoniak als Reaktion auf eine Rückmeldung von Abgassensoren oder Sensoren, die die Menge des gerade gespülten Ammoniaks oder anderen Reduktionsmittels anzeigen, auszugleichen. Auf diese Weise kann die Anpassung von Harnstoff aus dem Speichertank die Ammoniakdampfzufuhr berücksichtigen, während Ammoniak von der zweiten Speichervorrichtung 230 strömt. Ferner kann der Ausgleich zunächst angewendet werden, während das Strömen geringer ist, um die Wirkung von Fehlern in der Schätzung/Messung zu mindern, wie viel Ammoniak gerade gespült wird. Sobald der Zustand der Speichervorrichtung 230 gelernt wurde, kann dann das Strömen wie nachstehend gezeigt angehoben werden.
Im Einzelnen kann nach gewisser Zeit oder einer gewählten Dauer (oder bei ausreichender Messung von gespülten Ammoniakdämpfen) bei 1020 ein Ammoniakstrom in Strömverhalten annehmen, bei dem Ammoniak bei höherer Strömung aus der zweiten Speichervorrichtung freigesetzt werden kann. Zu diesem Zeitpunkt kann ein Sensor, beispielsweise Sensor 640, weiter die Menge oder Konzentration von aus der zweiten Speichervorrichtung 230 freigesetztem Ammoniak detektieren. Daher kann bei 1040 eine Harnstoffmenge zur Ergänzung der zur Abgasanlage 71 gespülten Ammoniakmenge ermittelt oder mittels des Eingangs 75 zur Abgasanlage 71 angepasst werden.
Bei 1050 kann die Routine durch zum Beispiel einen mit der zweiten Speichervorrichtung 230 verbundenen Sensor die Ammoniakkonzentration in der zweiten Speichervorrichtung 230 bestimmen. Das Steuergerät 12 kann ermitteln, ob die Ammoniakkonzentration in der zweiten Speichervorrichtung 230 eventuell eine Grenzkonzentration übersteigt. Wenn nicht, spült die Routine bei 1070 weiter, und somit kann sich der Prozess wiederholen, bis die Konzentration in der zweiten Speichervorrichtung 230 eventuell unter der Grenzammoniakkonzentration liegt. Wenn ja, kann die Routine weiter zu 1060 gehen, wo die Ventile in der Schadstoffbegrenzungsanlage 200 so ausgelegt sein können, dass Strömen von der zweiten Speichervorrichtung 230 zur Abgasanlage 71 entsprechend reduziert oder gesperrt werden kann.
Es ist verständlich, dass die Reihenfolge der hierin beschriebenen Abläufe nicht unbedingt erforderlich ist, um die Merkmale und Vorteile der hierin beschriebenen beispielhaften Ausführungen zu verwirklichen, aber der einfachen Veranschaulichung und Beschreibung halber vorgesehen wird. Einer oder mehrere der gezeigten Schritte oder Funktionen können abhängig von der verwendeten jeweiligen Strategie wiederholt ausgeführt werden. Weiterhin können die beschriebenen Schritte den in ein maschinell lesbares Speichermedium, zum Beispiel in das Motorsteuergerät, zu programmierenden Code für den Sensor graphisch darstellen.
Die Ausführungen der hierin offenbarten Anlagen und Verfahren zum Steuern mehrerer Reduktionsmittel, die in einem SCR-Prozess verwendet werden, sind beispielhafter Natur, und diese spezifischen Ausführungen sind nicht einschränkend zu sehen, da zahlreiche Abwandlungen möglich sind. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung umfasst alle neuartigen und nicht naheliegenden Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Anlagen und Verfahren zum Desulfatieren eines NOx-Filters sowie andere hierin offenbarte Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften. Die folgenden Ansprüche zeigen insbesondere besondere Kombinationen und Unterkombinationen auf, die als neuartig und nicht naheliegend betrachtet werden. Diese Ansprüche können sich auf „ein" Element oder „ein erstes Element" oder eine Entsprechung davon beziehen. Solche Ansprüche sollten so verstanden werden, dass sie das Integrieren eines oder mehrerer solcher Elemente umfassen, wobei sie zwei oder mehr solche Elemente weder fordern noch ausschließen. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der hierin offenbarten verschiedenen Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Änderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Vorlage neuer Ansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Solche Ansprüche werden, ob sie nun gegenüber dem Schutzumfang der ursprünglichen Ansprüche breiter, enger, gleich oder unterschiedlich sind, ebenfalls als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthalten betrachtet.

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Reduktionsmittel-Zufuhr- und Speicheranlage eines Fahrzeugs, welches umfasst: – Speichern eines ammoniakhaltigen Fluids in einer ersten Speichervorrichtung; – Erzeugen von Ammoniakdämpfen in der ersten Speichervorrichtung und Speichern der erzeugten Ammoniakdämpfe in einer zweiten Speichervorrichtung; – Spülen der gespeicherten Dämpfe aus der zweiten Speichervorrichtung zu einem Abgas des Motors; – Zuführen des ammoniakhaltigen Fluids zu dem Abgas des Motors; und – Anpassen mindestens eines von: einer zugeführten ammoniakhaltigen Fluidmenge und einer zu dem Abgas gespülten Dampfmenge basierend auf dem anderen von mindestens einem von: zugeführter ammoniakhaltiger Fluidmenge und zu dem Abgas gespülter Dampfmenge.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zugeführte ammoniakhaltige Fluidmenge basierend auf der zu dem Abgas gespülten Dampfmenge angepasst wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dampfmenge basierend auf Informationen von einem Sensor in dem Abgas geschätzt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dampfmenge basierend auf Informationen von einem Sensor in der Reduktionsmittel-Zufuhranlage geschätzt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zugeführte ammoniakhaltige Fluidmenge angehoben wird, wenn die Dampfmenge gesenkt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zugeführte ammoniakhaltige Fluidmenge gesenkt wird, wenn die Dampfmenge angehoben wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dampfmenge durch ein Ventil in der Reduktionsmittel-Zufuhranlage angepasst wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gespülte Dampfmenge basierend auf der zugeführten ammoniakhaltigen Fluidmenge angepasst wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die gespülte Dampfmenge angehoben wird, wenn die ammoniakhaltige Fluidmenge gesenkt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die gespülte Dampfmenge gesenkt wird, wenn die ammoniakhaltige Fluidmenge angehoben wird.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die gespülte Dampfmenge durch ein Ventil in der Reduktionsmittel-Zufuhranlage angepasst wird und die Anpassung weiterhin auf einer Schätzung von NOx aus dem Motor beruht.
Verfahren zum Betreiben einer Reduktionsmittel-Zufuhr- und Speicheranlage eines Fahrzeugs, welches umfasst: – Speichern eines ammoniakhaltigen Fluids in einer ersten Speichervorrichtung; – Erzeugen von Ammoniakdämpfen in der ersten Speichervorrichtung und Speichern der erzeugten Ammoniakdämpfe in einer zweiten Speichervorrichtung; – Spülen der gespeicherten Dämpfe aus der zweiten Speichervorrichtung zu einem Abgas des Motors; – Zuführen des ammoniakhaltigen Fluids zu dem Abgas des Motors; und – Anpassen einer zugeführten ammoniakhaltigen Fluidmenge als Reaktion auf die zu dem Abgas gespülte Dampfmenge und Ändern der zu dem Abgas gespülten Dampfmenge basierend auf einem Gehalt der Dämpfe.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt der Dämpfe eine Ammoniakkonzentration in den Dämpfen umfasst.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Dampfmenge durch ein Ventil in der Reduktionsmittel-Zufuhranlage geändert wird.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil eingestellt wird, um zunächst eine geringere Dampfmenge einzuleiten und dann eine größere Dampfmenge einzuleiten.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die größere Dampfmenge nach Feststellen des Gehalts der Dämpfe eingeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehalt mit einer Ammoniakkonzentration in den Dämpfen in Verbindung steht.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die ammoniakhaltige Fluidmenge weiterhin basierend auf Motorbetriebsbedingungen angepasst wird.
Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die gespülte Dampfmenge basierend auf Motorbetriebsbedingungen geändert wird.
Verfahren zum Betreiben einer Reduktionsmittel-Zufuhr- und Speicheranlage eines Fahrzeugs, welches umfasst: – Speichern eines ammoniakhaltigen Fluids in einer ersten Speichervorrichtung; – Erzeugen von Ammoniakdämpfen in der ersten Speichervorrichtung und Speichern der erzeugten Ammoniakdämpfe in einer zweiten Speichervorrichtung; – Spülen der gespeicherten Dämpfe aus der zweiten Speichervorrichtung zu einem Abgas des Motors; – Zuführen des ammoniakhaltigen Fluids zu dem Abgas des Motors; – Anpassen einer zugeführten ammoniakhaltigen Fluidmenge als Reaktion auf die zu dem Abgas gespülte Dampfmenge und Ändern der zu dem Abgas gespülten Dampfmenge basierend auf einem Gehalt der Dämpfe; und – Behandeln von in dem Motor erzeugten NOx mit der zugeführten ammoniakhaltigen Fluidmenge und der in das Abgas gespülten Dampfmenge in einem SCR-Katalysator.