DE102010008048A1 - Verfahren für Abgasnachbehandlung in einem Verbrennungsmotor - Google Patents

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Abstract

Ein Verbrennungsmotor umfasst einen ersten und zweiten Satz Brennräume, die mit jeweiligen ersten und zweiten Nachbehandlungsvorrichtungen fluidverbunden sind. Eine dritte Nachbehandlungsvorrichtung, die eine zusätzliche Heizvorrichtung umfasst, ist mit Auslässen der ersten und zweiten Nachbehandlungsvorrichtung fluidverbunden. Der erste Satz von Brennräumen wird fett betrieben und der zweite Satz von Brennräumen wird mager betrieben. Die zusätzliche Heizvorrichtung wird betrieben, um thermische Energie auf den Abgaszustrom zu übertragen.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Diese Offenbarung betrifft den Betrieb und die Steuerung von Verbrennungsmotoren und insbesondere von Motoren, die selektiv überstöchiometrisch betreibbar sind.
  • Hintergrund
  • Die Angaben in diesem Abschnitt sehen lediglich Hintergrundinformationen bezüglich der vorliegenden Offenbarung vor und stellen eventuell nicht den Stand der Technik dar.
  • Das Betreiben eines Verbrennungsmotors unter überstöchiometrischen Bedingungen kann die Kraftstoffwirtschaftlichkeit verbessern, kann aber zu höheren Emissionen von Stickoxiden (,NOx') führen. Bekannte Nachbehandlungssysteme für Verbrennungsmotoren, die überstöchiometrisch arbeiten, können einen Dreiwege-Katalysator gefolgt von einem Mager-NOx-Reduktionskatalysator, der auch als Mager-NOx-Falle (,LNT-Vorrichtung', kurz vom engl. Lean NOx Trap) bezeichnet wird, umfassen, die gemeinsam mit anderen Abgasnachbehandlungsvorrichtungen verwendet werden können, zum Beispiel einer Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion (,SCR-Vorrichtung', kurz vom engl. Selective Catalytic Reduction). Bekannte Dreiwege-Katalysatoren (,TWC', kurz vom engl. Three-Way Catalytic Converters) dienen zum Reduzieren von aus dem Motor ausgestoßenen Emissionen von Kohlenwasserstoffen (,HC'), Kohlenmonoxid (,CO') und NOx während stöchiometrischen Motorbetriebs und von HC- und CO-Emissionen während eines fetten Betriebs.
  • Die SCR-Vorrichtung umfasst einen Katalysator, der die Reaktion von NOx mit einem Reduktionsmittel, beispielsweise Ammoniak oder Harnstoff, fördert, um Stickstoff und Wasser zu erzeugen. Die Reduktionsmittel können in einen Abgaszustrom stromaufwärts der SCR-Vorrichtung eingespritzt werden, was ein Einspritzsystem, einen Reduktionsmitteltank und ein Steuerungsschema erfordert. Der Tank kann ein regelmäßiges Füllen erfordern und kann in kalten Klimazonen gefrieren, was zusätzliche Heizvorrichtungen und Isolierung erfordert. Ferner kann der Motorbetrieb den TWC nutzen, um Ammoniak zur Verwendung als Reduktionsmittel zu erzeugen.
  • In SCR-Vorrichtungen verwendete Katalysatoren umfassen Vanadium (V) und Wolfram (W) auf Titan (Ti). Jüngst haben mobile Anwendungen begonnen, unedle Metalle, einschließlich Eisen (Fe) oder Kupfer (Cu), mit einem Zeolith-Washcoat zu adaptieren. Kupferkatalysatoren können bei niedrigeren Temperaturen effektiv arbeiten, weisen aber eine schlechte thermische Haltbarkeit auf. Eisenkatalysatoren können bei höheren Temperaturen gut arbeiten, jedoch mit sinkendem Reduktionsmittelspeicherwirkungsgrad.
  • Bei mobilen Anwendungen können SCR-Vorrichtungen einen bevorzugten Betriebstemperaturbereich von 200°C bis 600°C aufweisen. Der Temperaturbereich kann abhängig vom Katalysator variieren. Dieser Temperaturbereich kann während oder nach Betrieben bei höherer Last sinken. Temperaturen von über 600°C können ein Durchbrechen von Reduktionsmitteln und ein Degradieren der SCR-Katalysatoren verursachen, während die Wirksamkeit der NOx-Verarbeitung bei Temperaturen unter 200°C sinkt.
  • Die LNT-Vorrichtung adsorbiert während eines mageren Motorbetriebs NOx-Emissionen und arbeitet in einem Temperaturbereich zwischen 250°C und 450°C am effektivsten, wobei die Effektivität über und unter diesem Temperaturbereich abnimmt. Die LNT-Vorrichtung reduziert die adsorbierten NOx-Emissionen nur oberhalb einer Anspringtemperatur. Daher ist es vorteilhaft, die LNT-Vorrichtung und die SCR-Vorrichtung oberhalb der Anspringtemperatur zu halten.
  • Zusammenfassung
  • Ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors, der selektiv überstöchiometrisch betreibbar ist, umfasst das Fluidverbinden einer ersten Nachbehandlungsvorrichtung mit Auslasskanälen eines ersten Satzes von Brennräumen des Verbrennungsmotors und das Fluidverbinden einer zweiten Nachbehandlungsvorrichtung mit Auslasskanälen eines zweiten Satzes von Brennräumen des Verbrennungsmotors. Eine dritte Nachbehandlungsvorrichtung, die eine erste zusätzliche Heizvorrichtung umfasst, ist mit Auslässen der ersten und zweiten Nachbehandlungsvorrichtung fluidverbunden. Der Motor wird gestartet und der erste Satz von Brennräumen wird bei einem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis betrieben, der zweite Satz von Brennräumen wird bei einem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis betrieben und die erste zusätzliche Heizvorrichtung wird betrieben, um Wärmeenergie auf den Abgaszustrom zu übertragen.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Nun werden eine oder mehrere Ausführungsformen beispielhaft unter Bezug auf die Begleitzeichnungen beschrieben, wobei:
  • 1 eine schematische Zeichnung eines beispielhaften Motorssystems gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
  • 2 eine schematische Zeichnung eines beispielhaften Nachbehandlungssystems gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
  • 3 ein Flussdiagramm ist, das Abgasmanagement während Schlüssel-Einschalt-Vorgängen gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt; und
  • 4 Datengraphen gemäß der vorliegenden Offenbarung sind.
  • Eingehende Beschreibung
  • Unter Bezug nun auf die Zeichnungen, bei denen das Gezeigte lediglich dem Zweck des Veranschaulichens bestimmter beispielhafter Ausführungsformen und nicht dem Zweck des Beschränkens derselben dient, zeigen 1 und 2 schematisch einen Verbrennungsmotor 10, ein zugehöriges Steuermodul 5 und ein Abgasnachbehandlungssystem 70, die gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung konstruiert wurden. Der Motor 10 kann selektiv in mehreren Verbrennungsmodi betreibbar sein, einschließlich eines gesteuerten Selbstzündungsverbrennungsmodus, eines homogenen Fremdzündungsverbrennungsmodus und eines Fremdzündungsverbrennungsmodus mit Schichtladung. Der Motor 10 ist selek tiv bei einem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis und bei einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis, das vorrangig überstöchiometrisch ist, betreibbar. Die Offenbarung kann bei verschiedenen Verbrennungsmotorsystemen und Verbrennungszyklen angewendet werden.
  • In einer Ausführungsform kann der Motor 10 mit einer (nicht gezeigten) Getriebevorrichtung verbunden sein, um Zugkraft auf einen Antriebsstrang eines Fahrzeugs (nicht gezeigt) zu übertragen. Ein Getriebe kann ein Hybridgetriebe umfassen, das elektrische Maschinen umfasst, die zum Übertragen von Zugmoment auf einen Antriebsstrang dienen.
  • Der beispielhafte Motor 10 umfasst einen Mehrzylinder-Viertakt-Verbrennungsmotor mit Direkteinspritzung, der Hubkolben 14 aufweist, die in Zylindern 15, die Brennräume 16 veränderlichen Volumens festlegen, gleitend beweglich sind. Jeder Kolben 14 ist mit einer sich drehenden Kurbelwelle 12 verbunden, durch die eine lineare Hubbewegung in Drehbewegung umgewandelt wird. Ein Lufteinlasssystem liefert einem Ansaugkrümmer 29, der Luft in Saugrohre der Brennräume 16 leitet und verteilt, Ansaugluft. Das Lufteinlasssystem umfasst ein Luftstrom-Rohrsystem und Vorrichtungen zum Überwachen und Steuern des Luftstroms. Die Lufteinlassvorrichtungen umfassen vorzugsweise einen Luftmassensensor 32 zum Überwachen von Luftmassenstrom und Ansauglufttemperatur. Ein Drosselventil 34 umfasst vorzugsweise eine elektronisch gesteuerte Vorrichtung, die verwendet wird, um als Reaktion auf ein Steuersignal (,ETC') von dem Steuermodul 5 Luftstrom zu dem Motor 10 zu steuern. Ein Drucksensor 36 in dem Ansaugkrümmer 29 ist derart ausgelegt, dass er Krümmerunterdruck und Luftdruck überwacht. Ein externer Strömungskanal führt Abgase von dem Motorauslass zu dem Ansaugkrümmer 29 zurück, wobei er ein Strömungssteuerventil aufweist, das als Ventil 38 für Abgasrückführung (,AGR') bezeichnet wird. Das Steuermodul 5 dient zum Steuern des Massenstroms von Abgas zu dem Ansaugkrümmer 29 durch Steuern des Öffnens des AGR-Ventils 38. Es gibt einen ersten Satz und einen zweiten Satz von Brennräumen 16 und 16'. Der erste Satz von Brennräumen 16 weist Auslassventile auf, die mit einem ersten Abgaskrümmer 39 fluidverbunden sind, und der zweite Satz von Brennräumen 16' weist Auslassventile auf, die mit einem zweiten Abgaskrümmer 39' fluidverbunden sind. Der erste Satz und der zweite Satz von Brennräumen 16 und 16' können jeweils eine Reihe von Brennräumen umfassen, wenn der Motor 10 eine V-Konfiguration aufweist. Der erste und der zweite Satz von Brennräumen 16 und 16' können jeweils eine erste Hälfte und eine zweite Hälfte der Brennräume umfassen, wenn der Motor 10 eine Reihenkonfiguration aufweist.
  • Luftstrom von dem Ansaugkrümmer 29 in jeden der Brennräume 16, 16' wird durch ein oder mehrere Einlassventile 20 für jeden Brennraum gesteuert. Das Strömen von verbrannten Gasen von den Brennräumen 16, 16' zu dem ersten und zweiten Abgaskrümmer 39 und 39' wird durch ein oder mehrere Auslassventile 18 für jeden Brennraum gesteuert. Das Öffnen und Schließen der Einlass- und Auslassventile 20 und 18 wird vorzugsweise mit einer doppelten Nockenwelle (wie dargestellt) gesteuert, deren Drehungen mit der Drehung der Kurbelwelle 12 verbunden und indiziert sind. Der Motor 10 ist in einer Ausführungsform mit Vorrichtungen zum Steuern von Ventilhub der Einlassventile und Auslassventile ausgestattet, die als Steuervorrichtungen für veränderlichen Hub (,VLC', kurz vom engl. Variable Lift Control) bezeichnet werden. Die Steuervorrichtungen für veränderlichen Hub dienen zum Steuern des Ventilhubs oder Öffnens zu einem von zwei unterschiedlichen Stufen, z. B. einem Ventilöffnen mit niedrigem Hub (etwa 4–6 mm) bei einem Motorbetrieb mit niedriger Drehzahl und niedriger Last und einem Ventilöffnen mit hohem Hub (etwa 8–10 mm) bei einem Motorbetrieb mit hoher Drehzahl und hoher Last.
  • Der Motor 10 ist weiterhin in einer Ausführungsform mit Vorrichtungen zum Steuern von Phaseneinstellung (d. h. relativer Zeitsteuerung) des Öffnens und Schließens der Einlass- und Auslassventile 20 und 18 ausgestattet, was als veränderliche Nockenphaseneinstellung (,VCP', kurz vom engl. Variable Cam Phasing) bezeichnet wird, um eine Phaseneinstellung über das durch den zweistufigen VLC-Hub bewirkte Maß hinaus zu steuern. Für die Einlassventile 20 ist in einer Ausführungsform ein VCP/VLC-System 22 vorhanden, und für die Motorauslassventile 18 ist ein VCP/VLC-System 24 vorhanden. Die VCP/VLC-Systeme 22 und 24 werden durch das Steuermodul 5 gesteuert und liefern dem Steuermodul 5 eine Signalrückmeldung, zum Beispiel durch Nockenwellendrehstellungssensoren für die (nicht gezeigte) Einlassnockenwelle und die (nicht gezeigte) Auslassnockenwelle. Die Einlass- und Auslass-VCP/VLC-Systeme 22 und 24 weisen beschränkte Zuständigkeitsbereiche auf, in denen das Öffnen und Schließen der Einlass- und Auslassventile 18 und 20 gesteuert werden kann. VCP-Systeme können einen Bereich der Phaseneinstellungszuständigkeit von etwa 60°–90° Nockenwellendrehung aufweisen, was es dem Steuermodul 5 erlaubt, das Öffnen und Schließen eines der Einlass- und Auslassventile 20 und 18 auf früh oder spät zu verstellen. Der Bereich der Phaseneinstellungszuständigkeit wird durch die Hardware des VCP und das Steuersystem, das die VCP betätigt, festgelegt und beschränkt. Die Einlass- und Auslass-VCP/VLC-Systeme 22 und 24 können gesteuert durch das Steuermodul 5 mit Hilfe elektrohydraulischer, hydraulischer oder elektrischer Steuerkraft betätigt werden.
  • Der Motor 10 umfasst ein Kraftstoffeinspritzsystem, das mehrere Hochdruck-Kraftstoffinjektoren 28 umfasst, die jeweils derart ausgebildet sind, dass sie als Reaktion auf ein Signal von dem Steuermodul 5 eine Kraftstoffmasse direkt in einen der Brennräume 16, 16' einspritzen. Den Kraft stoffinjektoren 28 wird von einem (nicht gezeigten) Kraftstoffverteilungssystem druckbeaufschlagter Kraftstoff zugeführt.
  • Der Motor 10 umfasst ein Fremdzündungssystem, durch das als Reaktion auf ein Signal (,ZÜND.') von dem Steuermodul 5 einer Zündkerze 26 Zündenergie zum Zünden oder Unterstützen des Zündens von Zylinderfüllungen in jedem der Brennräume 16, 16' geliefert wird.
  • Der Motor 10 ist mit verschiedenen Erfassungsvorrichtungen zum Überwachen von Motorbetrieb ausgestattet, darunter mit einem Kurbelwellenwinkelgeber 42, der eine Ausgabe (,U/min.') aufweist und zum Überwachen von Kurbelwellendrehstellung, d. h. Kurbelwinkel und -drehzahl, dient, in einer Ausführungsform mit einem Verbrennungssensor 30, der derart ausgelegt ist, dass er Verbrennung überwacht, und Abgassensoren 40 und 40', die derart ausgelegt sind, dass sie Abgase überwachen, wobei sie in einer Ausführungsform einen Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor umfassen. Der Verbrennungssensor 30 umfasst eine Sensorvorrichtung, die zum Überwachen eines Zustands eines Verbrennungsparameters dient, und ist als Zylinderdrucksensor dargestellt, der zum Überwachen von Verbrennungsdruck im Zylinder dient. Die Ausgabe des Verbrennungssensors 30 und des Kurbelwellenwinkelgebers 42 werden von dem Steuermodul 5 überwacht, das Verbrennungsphaseneinstellung, d. h. Zeitsteuerung von Verbrennungsdruck im Verhältnis zum Kurbelwinkel der Kurbelwelle 12 für jeden Zylinder 15 für jeden Verbrennungszyklus, ermittelt. Der Verbrennungssensor 30 kann auch von dem Steuermodul 5 überwacht werden, um einen effektiven Mitteldruck (nachstehend ,IMEP') für jeden Zylinder 15 für jeden Verbrennungszyklus zu ermitteln. Vorzugsweise sind der Motor 10 und das Steuermodul 5 mechanisiert, um Zustande des IMEP für jeden der Motorzylinder 15 während jedes Zylinderzündvorgangs zu überwachen und zu ermitteln. Alternativ können andere Erfas sungssysteme verwendet werden, um Zustände anderer Verbrennungsparameter innerhalb des Schutzumfangs der Offenbarung zu überwachen, z. B. Zündsysteme mit Ionenerfassung und nicht intrusive Zylinderdrucksensoren.
  • Das Steuermodul 5 ist vorzugsweise ein digitaler Mehrzweckcomputer, der allgemein einen Mikroprozessor oder eine zentrale Recheneinheit, Speichermedien mit einem nicht flüchtigem Speicher, der einen Festspeicher und einen elektrisch programmierbaren Festspeicher einschließt, einen Arbeitsspeicher, einen Hochgeschwindigkeitstaktgeber, eine Analog-Digital- und Digital-Analog-Schaltungsanordnung sowie eine Schaltungsanordnung und Einrichtungen für Eingabe/Ausgabe und eine geeignete Schaltungsanordnung zur Signalaufbereitung und Pufferung umfasst. Das Steuermodul weist einen Satz von Steueralgorithmen mit residenten Programmbefehlen und Kalibrierungen auf, die im nicht flüchtigen Speicher gespeichert sind und ausgeführt werden, um die jeweiligen Funktionen jedes Computers vorzusehen. Die Algorithmen werden vorzugsweise während voreingestellter Schleifenzyklen ausgeführt. Algorithmen werden von der zentralen Recheneinheit ausgeführt und dienen dazu, Eingaben von den vorstehend erwähnten Erfassungseinrichtungen zu überwachen und Steuerungs- und Diagnoseroutinen auszuführen, um einen Betrieb der Aktuatoren unter Verwendung voreingestellter Kalibrierungen zu steuern. Schleifenzyklen können in regelmäßigen Intervallen, z. B. alle 3,125, 6,25, 12,5, 25, 25 und 100 Millisekunden während eines laufenden Motor- und Fahrzeugbetriebs ausgeführt werden. Alternativ können Algorithmen als Reaktion auf das Eintreten eines Ereignisses ausgeführt werden.
  • Bei Betrieb überwacht das Steuermodul 5 Eingaben von den vorstehend erwähnten Sensoren, um Zustände von Motorparametern zu ermitteln. Das Steuermodul 5 ist dafür ausgelegt, Eingabesignale von einem Fahrer (z. B. eine Gaspedalstellung und eine Bremspedalstellung) zum Ermitteln einer Fahrerdrehmomentforderung und von den Sensoren, die die Motordrehzahl und Ansauglufttemperatur sowie Kühlmitteltemperatur und andere Umgebungsbedingungen anzeigen, zu empfangen.
  • Das Steuermodul 5 führt einen darin gespeicherten algorithmischen Code aus, um die vorstehend erwähnten Aktuatoren zu steuern, um die Zylinderfüllung zu bilden, einschließlich Steuern von Drosselklappenstellung, Fremdzündungszeitpunkt, Masse und Zeitpunkt der Kraftstoffeinspritzung, Stellung des AGR-Ventils, um ein Strömen von rückgeführten Abgasen zu steuern, und Zeitsteuerung und Phaseneinstellung von Einlass- und/oder Auslassventilen bei derart ausgestatteten Motoren. Die Zeitsteuerung und Phaseneinstellung von Ventilen kann in einer Ausführungsform NVO und Hub des erneuten Auslassventilöffnens (bei einer Abgasrücksaugstrategie) umfassen. Das Steuermodul 5 kann so arbeiten, dass es den Motor während laufenden Fahrzeugbetriebs ein- und ausschaltet, und kann so arbeiten, dass es einen Teil der Brennräume oder einen Teil der Ventile durch Steuerung von Kraftstoff und Zündung sowie Ventildeaktivierung selektiv deaktiviert. Das Steuermodul 5 kann beruhend auf Rückmeldung von Sensoren 40 und 40' das Luft/Kraftstoff-Verhältnis steuern, was das Steuern des ersten Satzes von Brennräumen 16 auf ein erstes Luft/Kraftstoff-Verhältnis und das Steuern des zweiten Satzes von Brennräumen 16' auf ein zweites, anderes Luft/Kraftstoff-Verhältnis umfasst.
  • Das Nachbehandlungssystem 70 ist mit dem Motor 10 fluidverbunden und mit dem Steuermodul 5 signalverbunden. Das beispielhafte Abgasnachbehandlungssystem 70 umfasst einen ersten und zweiten Dreiwege-Katalysator (,TWC') 80 und 80', die vorzugsweise nah an dem Motor 10 eingebaut sind. Der erste TWC 80 ist mittels des ersten Abgaskrümmers 39 mit dem Motor 10 verbunden und der zweite TWC 80' ist mittels des zweiten Abgaskrümmers 39' mit dem Motor 10 verbunden. Auslässe des ersten und zweiten TWC 80 und 80' sind fluidisch kombiniert und mit einem elektrisch beheizten Katalysator (,EHC') 90 verbunden, der nah an einer ersten katalytischen Vorrichtung 60 (,1.') eingebaut ist. Die erste katalytische Vorrichtung 60 ist vorzugsweise ein Mager-NOx-Adsorber (,LNT-Vorrichtung'). Alternativ kann sie eine beliebige von einer katalysierten Mager-NOx-Adsorbervorrichtung, einer Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion (,SCR'-Vorrichtung) und eines Dreiwege-Katalysators sein. In einer Ausführungsform umfasst das Abgasnachbehandlungssystem 70 eine zweite katalytische Vorrichtung 60' (,2.') stromabwärts der ersten katalytischen Vorrichtung 60. Die zweite katalytische Vorrichtung 60' ist vorzugsweise eine SCR-Vorrichtung. Alternativ kann sie eine beliebige von einer katalysierten Mager-NOx-Adsorbervorrichtung, einer LNT-Vorrichtung und eines zusätzlichen TWC sein. In einer Ausführungsform ist ein zweiter EHC 90' stromaufwärts der zweiten katalytischen Vorrichtung 60' und stromabwärts der ersten katalytischen Vorrichtung 60 eingefügt.
  • Sensoren (nicht gezeigt), die zum Überwachen von Bestandteilen des Abgaszustroms dienen, sind an bevorzugten Stellen des Abgasnachbehandlungssystems 70 eingebaut und mit dem Steuermodul 5 signalverbunden. Die Sensoren können eines von Luft/Kraftstoff-Verhältnis, Abgaszustromtemperatur und Konzentrationen von NOx, NH3, Sauerstoff und anderen Bestandteilen überwachen. Die Temperatursensoren können Sensoren umfassen, die dafür ausgelegt sind, die Temperatur eines von erstem und zweitem TWC 80 und 80' und erster und zweiter katalytischer Vorrichtung 60 und 60' zu überwachen. Jeder Sensor erzeugt ein Ausgangssignal, das von dem Steuermodul 5 für Steuerung und Diagnose des Motors 10 und des Nachbehandlungssystems 70 überwacht wird.
  • Eine LNT-Vorrichtung adsorbiert NOx in dem Abgaszustrom, wobei die Adsorptionsmenge auf Temperatur, Durchfluss und Luft/Kraftstoffverhältnis des Abgaszustroms und der bereits daran adsorbierten NOx-Menge beruht. Die LNT-Vorrichtung umfasst vorzugsweise ein (nicht gezeigtes) Substrat, das einen katalytisch aktives Material (nicht gezeigt) enthaltenden Washcoat aufweist. Das Substrat umfasst vorzugsweise ein aus Cordierit gebildetes monolithisches Element mit einer Zellendichte, die vorzugsweise bei 62–96 Zellen pro Quadratzentimeter (400 bis 600 Zellen pro Quadratzoll) liegt, und mit einer Wanddicke von 0,0762 mm bis 0,1778 mm. Die Zellen des Substrats umfassen Strömungsdurchlässe, durch die Abgas strömt und die katalytisch aktiven Materialien des Washcoat kontaktiert, um Adsorption und Desorption von NOx und anderen Bestandteilen des Abgaszufuhrstroms zu bewirken. Der Washcoat enthält Alkali- und Erdalkalimetall-Verbindungen, z. B. Ba und K, die zum Speichern von NOx dienen, das während eines mageren Motorbetriebs erzeugt wird. Der Washcoat enthält auch katalytisch aktive Materialien, z. B. PGM, die Pt, Pd und Rh umfassen, und Zusätze (z. B. Ce, Zr, La). Wenn unter fettem Motorbetrieb überschüssige Reduktionsmittel, z. B. (CO, H2, HC) in dem Abgaszustrom vorhanden sind, sind an der LNT-Vorrichtung gespeicherte NOx nicht stabil und zersetzen sich, um gespeichertes NOx freizusetzen. Das freigesetzte NOx kann bei Vorhandensein von überschüssigen Reduktionsmitteln an PGM-Katalysatorstellen reduziert werden. In einer Ausführungsform reichen die Beladungen für Ba und K von 5–25 Gew.-%, und die PGM-Beladungen reichen von Pt: 13–120 g/ft3 und Rh: 3–20 g/ft3. Für die Oxidation von NO zu NO2 ist Platin erforderlich, ein für Nitratbildung nötiger Schritt, da Rohemissions-NOx in einer Ausführungsform > 90% NO umfassen kann. Ein Arbeitstemperaturfenster für die LNT-Vorrichtung liegt in einem Bereich von 250° bis 500°C. Bei Temperaturen unter 250°C ist die Kinetik der Oxidation von NO zu NO2 zu langsam, um das NO in dem Abgaszustrom effektiv zu oxidieren, und unter fettem Mo torbetrieb ist die NOx-Reduktionskinetik zu langsam, um NOx-Speicherstellen während eines laufenden Motorbetriebs rechtzeitig zu regenerieren. Bei Temperaturen über 500°C werden NOx-Moleküle unter magerem Motorbetrieb instabil, was es der LNT-Vorrichtung unmöglich macht, eine ausreichende Menge an NOx-Molekülen zu speichern. Daher ist das Halten der LNT-Vorrichtung in dem Arbeitstemperaturfenster für eine NOx-Reduktion, die zum Erreichen von Emissionszielen ausreicht, erforderlich. Der Washcoat adsorbiert während mageren Motorbetriebs NOx-Moleküle und desorbiert und reduziert während eines Motorbetriebs, der einen fetten Abgaszustrom erzeugt, NOx-Moleküle. Das Steuermodul 5 steuert den Motor 10 einen Zeitraum lang selektiv bei einem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis. Der Zeitraum für fetten Betrieb wird beruhend auf einer verstrichenen Zeit ermittelt, die erforderlich ist, um das adsorbierte NOx von der LNT-Vorrichtung beruhend auf der Größe der LNT-Vorrichtung und anderen Faktoren zu desorbieren. Bei Vorhandensein der PGM und der Ce- und Zr-Washcoat-Komponenten fungiert die LNT-Vorrichtung bei stöchiometrischen Motorbetriebsbedingungen als Dreiwegekatalysator.
  • Eine beispielhafte SCR-Vorrichtung umfasst ein Substrat, das mit einem Zeolith-Washcoat und einem katalytisch aktiven unedlen Metall beschichtet ist. Das Substrat umfasst vorzugsweise einen aus Cordierit gebildeten Monolith mit einer Zellendichte von etwa 62–96 Zellen pro Quadratzentimeter (400 bis 600 Zellen pro Quadratzoll) und mit einer Wanddicke von 0,0762 mm bis 0,1778 mm. Die Zellen des Substrats umfassen Strömungsdurchlässe, durch die Abgas strömt, um die katalytisch aktiven Materialien zu kontaktieren, um Adsorption von NH3 zu bewirken. Das Substrat ist mit dem Zeolith-Washcoat imprägniert. Der Zeolith-Washcoat enthält auch katalytisch aktive unedle Metalle, z. B. Eisen (Fe), Kupfer (Cu), Kobalt (Co), Nickel (Ni). Alternativ können vanadiumoxidbasierte Zu sammensetzungen und/oder Zusammensetzungen mit Wolfram (W) auf Titan (Ti) als Katalysatoren verwendet werden.
  • Die SCR-Vorrichtung kann wasserfreies NH3, das mit NOx-Molekülen reagieren kann, speichern. Die Katalysatoren adsorbieren NH3, und das adsorbierte NH3 reagiert selektiv und katalytisch mit NOx, um in den SCR-Vorrichtungen 60 und 62 Stickstoff und Wasser zu erzeugen. Die folgenden Gleichungen beschreiben die primären Reaktionen mit NH3 in der ersten und zweiten SCR-Vorrichtung 60 und 62: 4NO + 4NH3 + O2 -> 4N2 + 6H2O [1] 3NO2 + 4NH3 -> 3,5N2 + 6H2O [2] 2NO + 2NO2 + 4NH3 -> 4N2 + 6H2O [3]
  • Abhängig von der Art des verbrauchten Kraftstoffs können mehrere sekundäre Reaktionen gleichzeitig auftreten und werden variieren.
  • Der erste und zweite EHC 90 und 90' sind elektrisch beheizte Strukturen, die elektrische Energie in Wärmeenergie umwandeln, um bei Betrieb Wärme auf den Abgaszustrom zu übertragen. In einer Ausführungsform umfasst der EHC 90 ein katalytisch reaktives Material, z. B. Pt, das unverbrannte HCs in dem Abgaszustrom oxidiert. Der EHC 90 ist vorzugsweise eine Metallmonolithstruktur mit einer Dichte von etwa 56 cpscm (Zellen pro Quadratzentimeter). In einer Ausführungsform hat der EHC 90 ein Volumen von 0,3 Liter. Der Betrag der von dem EHC 90 auf den Abgaszustrom übertragenen Wärme ist vorzugsweise steuerbar und kann abhängig von Bedingungen in dem Abgaszustrom und/oder der LNT-Vorrichtung 60 variieren, wie nachstehend näher erläutert wird. Ein Fachmann wird erkennen, dass der EHC 90 von mehreren Quellen, einschließlich z. B. einer Batterie oder einem Fahrzeuggeneratorsystem (nicht gezeigt), elektrische Energie erhalten kann. Das Steuermodul 5 betreibt den EHC 90 durch Steuern von elektrischer Energie zu diesem.
  • Ein oder mehrere der Elemente des Nachbehandlungssystems 70 können unter einem Mindesttemperaturschwellenwert liegen, beispielsweise während und unmittelbar anschließend an einen Motorkaltstart nach einem längeren Motorabschaltzeitraum. 3 zeigt ein erstes Steuerungsschema 300 zum Steuern eines Abgaszustroms von dem Motor 10 während eines Kaltstarts, bis die erste katalytische Vorrichtung 60 eine Mindestschwellentemperatur erreicht. Das Steuerungsschema 300 wird vorzugsweise als ein oder mehrere Algorithmen in dem Steuermodul 5 ausgeführt. Das Steuerungsschema 300 umfasst das Detektieren eines Schlüssel-Ein-Vorgangs (310). Die Temperatur der ersten katalytischen Vorrichtung 60 wird vorzugsweise durch einen (nicht gezeigten) Temperatursensor überwacht, der nahe der ersten katalytischen Vorrichtung 60 positioniert ist und mit dem Steuermodul 5 (320) signalverbunden ist, und es wird ermittelt, ob die Temperatur den Mindesttemperaturschwellenwert (330) überschreitet. Ist die Temperatur der ersten katalytischen Vorrichtung 60 niedriger als die Mindestschwellenwerttemperatur, wird der Betrieb des EHC 90 aktiviert (,EHC aktivieren') und es wird eine Lambda-Split-Kraftstoffeinspritzstrategie aktiviert (,λ-Split aktivieren') (340). Die Temperatur der ersten katalytischen Vorrichtung 60 (320) wird laufend überwacht und mit dem Mindesttemperaturschwellenwert (330) verglichen. Wenn die Temperatur der ersten katalytischen Vorrichtung 60 den Mindesttemperaturschwellenwert übersteigt, wird der Betrieb des EHC 90 deaktiviert (,EHC deaktivieren') und die Lambda-Split-Kraftstoffeinspritzstrategie wird deaktiviert (,λ-Split deaktivieren') (350).
  • Die Lambda-Split-Kraftstoffeinspritzstrategie umfasst eine Motorsteuerungsstrategie, die das Steuern von Kraftstoffeinspritzung zu dem ersten Satz von Brennräumen 16, um bei einem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu arbeiten, und das Steuern von Kraftstoffeinspritzung zu dem zweiten Satz von Brennräumen 16', um bei einem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu arbeiten, umfasst. Eine Technik mit auf spät verstellter Zündung mit zwei Impulsen (,TPRS', kurz vom engl. Two Pulse Retarded Spark') umfasst sowohl eine Lambda-Split-Kraftstoffeinspritzstrategie als auch eine Zündungsspätverstellungstechnik. Die Lambda-Split-Kraftstoffeinspritzstrategie umfasst das Steuern von Leistungsabgabe von den ersten und zweiten Brennräumen 16 und 16'. Die Split-Einspritz-Strategie umfasst das Einspritzen von zwei Kraftstoffimpulsen in die ersten Brennräume 16 bei jedem Verbrennungszyklus, vorzugsweise während jedes Verdichtungstakts. Die während des ersten Kraftstoffimpulses eingespritzte Kraftstoffmasse wird beruhend auf einer Menge ermittelt, die ausreicht, um den beispielhaften Motor 10 so zu betreiben, dass er die Fahrerdrehmomentforderung und andere Lastforderungen erfüllt. Anschließend werden während des Verbrennungszyklus ein oder mehrere anschließende Kraftstoffimpulse zu dem Brennraum 16 eingespritzt, um einen fetten Abgaszustrom zu erzeugen. Vorzugsweise wird eine Zündungsspätverstellungstechnik in Verbindung mit der Split-Kraftstoffeinspritzstrategie verwendet, um durch den eingespritzten Kraftstoff erzeugte Leistung zu steuern. Das Verstellen der Funkenentladung auf spät lässt einen Teil des Kraftstoffs unverbrannt bleiben und aus dem Brennraum 16 als Abgas austreten, das in den Abgaszustrom zu dem Abgasnachbehandlungssystem strömen kann. Vorzugsweise werden die zweiten Brennräume 16' mager betrieben, während die ersten Brennräume 16 fett betrieben werden. Die Lambda-Split-Kraftstoffeinspritzstrategie wird vorzugsweise aktiviert, sobald der erste und zweite TWC 80 und 80' Mindesttemperaturschwellenwerte erreichen. Vorzugsweise beruht der Mindesttemperaturschwel lenwert auf Anspringtemperaturen des ersten und zweiten TWC 80 und 80'.
  • Wenn der Motor 10 unter Verwenden der Lambda-Split-Kraftstoffeinspritzstrategie betrieben wird, tritt ein Teil des fetten Abgaszustroms durch den ersten TWC 80, um mit dem mageren Zustrom zu reagieren, der durch den zweiten TWC 80' in dem EHC 90 trat, wodurch die Temperatur des in die erste katalytische Vorrichtung 60 tretenden Abgaszustroms erhöht wird, was ein Ansteigen der Temperatur der ersten katalytischen Vorrichtung 60 bewirkt.
  • Während des Schlüssel-Ein-Vorgangs (310) überwacht das Steuerungsschema 300 die Temperatur der ersten katalytischen Vorrichtung 60. Der Motor 10 wird unter Verwenden der Lambda-Split-Kraftstoffeinspritzstrategie betrieben, bis die Temperatur der ersten katalytischen Vorrichtung 60 den Mindesttemperaturschwellenwert (330) übersteigt. Wenn die Temperatur der ersten katalytischen Vorrichtung 60 den Mindesttemperaturschwellenwert übersteigt, schaltet das Steuerungsschema 300 die Energie zu dem ECH 90 ab und deaktiviert die Lambda-Split-Kraftstoffeinspritzstrategie (350). Wenn die Temperatur der ersten katalytischen Vorrichtung 60 nicht den Mindesttemperaturschwellenwert überschreitet, bleiben der EHC 90 und die Lambda-Split-Kraftstoffeinspritzstrategie aktiviert (340). Alternativ kann das Steuerungsschema 300 separate Mindesttemperaturschwellwerte zum Deaktivieren der Lambda-Split-Kraftstoffeinspritzstrategie bzw. des EHC 90 verwenden. Zum Beispiel kann das Steuerungsschema 300 die Lambda-Split-Kraftstoffeinspritzstrategie bei einem ersten Mindesttemperaturschwellenwert deaktivieren und dann den ECH 90 bei einem zweiten Mindeststemperaturschwellenwert deaktivieren.
  • Wenn das Nachbehandlungssystem 70 die zweite katalytische Vorrichtung 60' und den zweiten EHC 90' umfasst, überwacht das Steuerungsschema 300 eine Temperatur der zweiten katalytischen Vorrichtung 60' unter Verwenden eines (nicht gezeigten) Temperatursensors, der nahe der zweiten katalytischen Vorrichtung 60' positioniert ist. Das Steuerungsschema 300 ermittelt, ob die Temperatur der zweiten katalytischen Vorrichtung 60' den Mindesttemperaturschwellenwert übersteigt. Wenn die Temperatur der zweiten katalytischen Vorrichtung 60' den Mindesttemperaturschwellenwert übersteigt, schaltet das Steuerungsschema 300 die Energie zu dem ersten und zweiten EHC 90 und 90' ab und deaktiviert die Lambda-Split-Kraftstoffeinspritzstrategie. Alternativ kann das Steuerungsschema 300 separate Mindesttemperaturschwellwerte des ersten und zweiten EHC 90 und 90' zum Deaktivieren der Lambda-Split-Kraftstoffeinspritzstrategie, der Energie zu dem ersten EHC 90 und der Energie zu dem zweiten EHC 90' verwenden.
  • Bevor das Nachbehandlungssystem 70 während eines Kaltstart- und Motorbetriebsvorgangs den Mindesttemperaturschwellenwert übersteigt, kann das Steuermodul 5 zusätzlich den Motor 10 während eines Motorleerlaufzustands und/oder während einer Fahrzeugverzögerung abschalten, d. h. das Motorabschaltverfahren. Der Begriff „Motor abgeschaltet”, wie er hierin verwendet wird, bezeichnet einen Motorbetriebszustand, bei dem dem Motor 10 kein Kraftstoff zugeführt wird und er nicht dreht oder Luft pumpt (z. B. deaktivierte Ventile). Die Fahrzeugverzögerung kann beruhend auf einer überwachten Fahrerdrehmomentforderung oder beruhend auf einer überwachten Geschwindigkeit des Fahrzeugs ermittelt werden. Das Abschalten des Motors 10 verhindert thermische Wärmeübertragung von der ersten und zweiten katalytischen Vorrichtung 60 und 60' auf den Abgaszustrom, zu dem es während Motorleerlauf und Fahrzeugverzögerung aufgrund eines Luftstroms durch die erste und zweite katalytische Vorrichtung 60 und 60' kommt, wodurch das Kühlen der ersten und zweiten katalytischen Vorrichtung 60 und 60' minimiert wird. Während einer Fahrzeugverzögerung kann der Motor 10 ab Beginn der Verzögerung bis zum Beschleunigen des Fahrzeugs aus einer Standposition abgeschaltet sein, zum Beispiel wenn der Antriebsstrang ein Hybridsystem umfasst, das Antriebsleistung ohne Motorbetrieb erzeugen kann.
  • Nach dem Erreichen des Mindesttemperaturschwellenwerts können mehrere Verfahren ausgeführt werden, um die Temperatur der mehreren Vorrichtungen des Nachbehandlungssystems 70 über den Mindesttemperaturschwellenwerten zu halten.
  • Ein erstes Verfahren zum Halten der Temperatur des Nachbehandlungssystems 70 umfasst die Lambda-Split-Kraftstoffeinspritzstrategie, welche die Kraftstoffzufuhr zu dem ersten Satz von Brennräumen 16 bei einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis über der Stöchiometrie und zu einem zweiten Satz von Brennräumen 16' bei einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis unter der Stöchiometrie umfasst. Die Luft/Kraftstoff-Änderung über und unter Stöchiometrie wird vorzugsweise so festgelegt, dass das Luft/Kraftstoff-Gesamtverhältnis des Motors stöchiometrisch ist. Unverbrannter Kraftstoff und CO-Emissionen von der fetten Reihe von Zylindern 16 und überschüssiger Sauerstoff von der mageren Reihe von Zylindern 16' treten durch den TWC 80 und vermischen sich stromaufwärts der ersten katalytischen Vorrichtung 60. Die erste katalytische Vorrichtung 60 oxidiert den unverbrannten Kraftstoff und die CO-Emissionen, wodurch Wärme erzeugt und die Temperatur der ersten katalytischen Vorrichtung 60 angehoben wird. Vorzugsweise wird während Motorleerlaufbedingungen, Fahrzeugverzögerungen und/oder dann, wenn das Fahrzeug im Wesentlichen still steht, die Lambda-Split-Kraftstoffeinspritzstrategie genutzt.
  • Ein zweites Verfahren zum Halten der Temperatur des Nachbehandlungssystems 70 umfasst das Betreiben des EHC 90, um den Abgaszustrom elektrisch zu erwärmen. Der EHC 90 kann während Motorleerlaufbedingungen, Fahrzeugverzögerungen und/oder dann, wenn das Fahrzeug im Wesentlichen still steht, eingeschaltet werden. Der EHC 90 kann dazu dienen, den Abgaszustrom zu erwärmen, bevor der TWC 80 die Temperatur für Katalysatoranspringen erreicht. Der EHC 90 kann in Verbindung mit der Lambda-Split-Kraftstoffeinspritzstrategie betrieben werden. Wenn die Lambda-Split-Kraftstoffeinspritzstrategie verwendet wird, kann das Betreiben des EHC 90 chemische Reaktionen in den Abgaszuströmen, die von dem ersten und zweiten Satz von Brennräumen 16 und 16' strömen, erleichtern. Die chemischen Reaktionen erzeugen Wärme, wodurch die Temperatur der ersten katalytischen Vorrichtung 60 angehoben wird. Wenn das Nachbehandlungssystem 70 die zweite katalytische Vorrichtung 60' und den zweiten EHC 90' umfasst, kann der zweite EHC 90' zusätzlich verwendet werden, um den Abgaszustrom in die zweite katalytische Vorrichtung 60' zu erwärmen.
  • Ein drittes Verfahren zum Halten der Temperatur des Nachbehandlungssystems 70 umfasst das Abschalten des Motors 10 bei Motorleerlaufbedingungen, bei einer Standposition und/oder während einer Fahrzeugverzögerung. Das Abschalten des Motors 10 minimiert die thermische Wärmeübertragung von den katalytischen Vorrichtungen des Nachbehandlungssystems 70 auf den Abgaszustrom, der während Motorleerlauf- und Fahrzeugverzögerungsbedingungen eine niedrigere Temperatur aufweisen kann, wodurch das Kühlen minimiert wird. Während Fahrzeugverzögerungen kann der Motor 10 von Beginn der Verzögerung bis zum Beschleunigen des Fahrzeugs aus einer im Wesentlichen stationären Position abgeschaltet sein. Das Motorabschaltverfahren kann zusätzlich für Kraftwirtschaftlichkeit vorteilhaft sein.
  • Die vorstehend erwähnten Verfahren können allein oder kombiniert verwendet werden. Ein erstes bevorzugtes Verfahren umfasst das Verwenden des Motorabschaltverfahrens, wenn sich das Fahrzeug in einer Standposition befindet, und das Verwenden des Motorabschaltverfahrens während Verzögerungen bis zur Beschleunigung des Fahrzeugs aus einer Standposition. Optional kann die Lambda-Split-Kraftstoffeinspritzstrategie und/oder der EHC 90 während Motorleerlauf betrieben werden. Optional kann der EHC 90 während Verzögerungen verwendet werden. Optional kann der EHC 90 während Verzögerung bei geschlossener Drosselklappe 34 und bei im Wesentlichen weit offenem AGR-Ventil 38 betrieben werden.
  • Ein anderes bevorzugtes Verfahren umfasst das Betreiben des EHC 90 während Verzögerung bei geschlossener Drosselklappe 34 und bei im Wesentlichen weit offenem AGR-Ventil 38 und das Verwenden des Motorabschaltverfahrens bei einer im Wesentlichen stationären Position, d. h. Geschwindigkeit null.
  • 4–7 zeigt Ergebnisse bei Betreiben eines beispielhaften Antriebstrangsystems, der ein Nachbehandlungssystem 70 umfasst, das mit dem EHC 90 und einer LNT-Vorrichtung als erste katalytische Vorrichtung 60 ausgestattet ist, bei einem standardmäßigen Neuen Europäischen Fahrzyklus (,NEFZ'), um die Abgaszustromtemperatur und die Temperatur des Nachbehandlungssystems 70 zu steuern.
  • 4 zeigt Ergebnisse einschließlich der Temperatur (,Temperatur, °C') der LNT-Vorrichtung, wenn der EHC 90 arbeitet, um den Abgaszustrom während Motorbetrieb bis zu einem dritten Motorleerlaufzeitraum, der in etwa 117 Sekunden nach dem Start des NEFZ eintritt, zu erwärmen. 4 zeigt zusätzlich einen Luftmassendurchfluss (,Massendurchfluss, g/s'), der den Abgaszustrom durch die LNT-Vorrichtung während des NEFZ anzeigt. Ein dargestelltes erstes Verfahren umfasst das Betreiben des EHC 90 bis zum dritten Leerlaufzeitraum und das Verwenden der Lambda-Split-Kraftstoffeinspritzstrategie während des dritten Motorleerlaufzeitraums. Der EHC 90 arbeitet, um den Abgaszustrom zu erwärmen und Emissionen von der fetten und mageren Reihe von Zylindern chemisch zu reagieren. Ein zweites Verfahren in 4 umfasst das Betreiben des EHC 90, um den Abgaszustrom bis zu einem dritten Motorleerlaufzeitraum zu erwärmen, und das Motorabschaltverfahren während des dritten Motorleerlaufzeitraums. Der EHC 90 arbeitet, um den Abgaszustrom zu erwärmen, und das Motorabschaltverfahren verhindert die thermische Wärmeübertragung von dem heißeren Katalysator in der LNT-Vorrichtung zu dem kühleren Abgaszustrom, der während Motorleerlauf gegeben ist. In 4 wird auch eine Baseline-Temperatur gezeigt. Die Baseline-Temperatur zeigt die Temperatur der LNT-Vorrichtung während normalen Motorbetriebs ohne Betreiben des EHC 90, der Lambda-Split-Kraftstoffeinspritzvorrichtung oder des Motorabschaltverfahrens während des NEFZ an. Das Betreiben des EHC 90 in Verbindung mit der Lambda-Split-Kraftstoffeinspritzstrategie oder dem Motorabschaltverfahren kann in einer Ausführungsform bei etwa 80 Sekunden im NEFZ eine Temperatur von 300°C erreichen. Die Baseline-Temperatur zeigt, dass die LNT-Vorrichtung in einer Ausführungsform bei in etwa 345 Sekunden im NEFZ ohne Betreiben des EHC 90, ohne die Lambda-Split-Kraftstoffeinspritzstrategie oder das Motorabschaltverfahren 300°C erreicht.
  • 5 zeigt Ergebnisse einschließlich der Temperatur der LNT-Vorrichtung (,Temperatur, °C') während des NEFZ bei Verwenden von zwei Verfahren. Ein erstes Verfahren umfasst das Verwenden der Lambda-Split-Kraftstoffeinspritzstrategie (,Lambda-Split'), wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit (,Fahrzeuggeschwindigkeit, km/Std.') im Wesentlichen null ist, d. h. es steht. Die LNT-Vorrichtung oxidiert den unverbrannten Kraftstoff, was Wärme erzeugt und die Temperatur der LNT-Vorrichtung anhebt. Ein zweites Verfahren umfasst das Betreiben des EHC 90 (,EHC'), um in einer Ausführungsform den Abgaszustrom während Leerlaufbetrieben in dem NEFZ zu erwärmen. 5 zeigt, dass in einer Ausführungsform das Verwenden der Lambda-Split-Kraftstoffeinspritzstrategie, wenn das Fahrzeug im Wesentlichen null ist, bei etwa 200 Sekunden im NEFZ 300°C erreicht, während in einer Ausführungsform das Betreiben des EHC 90 bei in etwa 110 Sekunden in dem NEFZ 300°C erreicht. Das Baseline-Verfahren erreicht in einer Ausführungsform bei in etwa 325 Sekunden im NEFZ 300°C.
  • 6 zeigt Ergebnisse einschließlich der Temperatur der LNT-Vorrichtung (,Temperatur, °C') und Fahrzeuggeschwindigkeit (,Fahrzeuggeschwindigkeit, km/Std.') während des NEFZ bei Verwenden von drei Verfahren. Ein in 6 gezeigtes erstes Verfahren umfasst das Betreiben des EHC 90, um den Abgaszustrom während Motorleerlaufbedingungen zu erwärmen. Das erste Verfahren erreicht in einer Ausführungsform bei in etwa 115 Sekunden im NEFZ 300°C. Ein in 6 gezeigtes zweites Verfahren umfasst das Betreiben des EHC während Motorverzögerungen. Das zweite Verfahren erreicht in einer Ausführungsform bei in etwa 105 Sekunden im NEFZ 300°C. Ein in 6 gezeigtes drittes Verfahren umfasst das Betreiben des EHC 90 während Motorverzögerungen und während Motorleerlaufbedingungen. Das dritte Verfahren erreicht in einer Ausführungsform bei in etwa 115 Sekunden im NEFZ 300°C und bleibt über den Großteil des NEFZ über 300°C.
  • 7 zeigt die Temperatur der LNT-Vorrichtung (,Temperatur, °C') und die Fahrzeuggeschwindigkeit (,Fahrzeuggeschwindigkeit, km/Std.') während des NEFZ bei Verwenden von zwei Verfahren. Ein erstes Verfahren um fasst das Verwenden des Motorabschaltverfahrens, sobald der Motor 10 im Leerlauf ist. Dieses Verfahren erreicht in einer Ausführungsform bei in etwa 200 Sekunden im NEFZ 250°C und in einer Ausführungsform bei in etwa 450 Sekunden im NEFZ 300°C. Ein zweites Verfahren umfasst das Verwenden des Motorabschaltverfahrens, wenn der Motor 10 im Leerlauf ist und während Verzögerungen. Dieses Verfahren erreicht in einer Ausführungsform bei in etwa 2225 Sekunden im NEFZ 250°C und in einer Ausführungsform bei in etwa 450 Sekunden im NEFZ 300°C. Eine Baseline-Temperatur ist enthalten. Die Baseline zeigt die Temperatur der LNT-Vorrichtung während normalen Motorbetriebs ohne Abschalten des Motors 10 an. Die Baseline zeigt in einer Ausführungsform das Erreichen von 250°C bei in etwa 200 Sekunden im NEFZ und in einer Ausführungsform das Erreichen von 300°C bei in etwa 450 Sekunden im NEFZ an.
  • Ein Fachmann wird erkennen, dass die hierin vorstehend beschriebenen Verfahren ausschließlich der Lambda-Split-Kraftstoffeinspritzstrategie an einem Nachbehandlungssystem mit einem Dreiwege-Katalysator ausgeführt werden können. Der Dreiwege-Katalysator ist vorzugsweise nahe dem Motor 10 eingebaut.
  • Die Offenbarung beschreibt bestimmte bevorzugte Ausführungsformen und Abwandlungen derselben. Weitere Abwandlungen und Änderungen können Dritten beim Lesen und Verstehen der Beschreibung in den Sinn kommen. Daher soll die Offenbarung nicht auf die besondere(n) Ausführungsform(en) beschränkt sein, die als die zum Ausführen dieser Offenbarung in Betracht gezogene beste Methode offenbart wurde(n), sondern die Offenbarung beinhaltet alle Ausführungsformen, die in den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche fallen.

Claims (12)

  1. Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors, der selektiv überstöchiometrisch betreibbar ist, wobei das Verfahren umfasst: Fluidverbinden einer ersten Nachbehandlungsvorrichtung mit Auslasskanälen eines ersten Satzes von Brennräumen des Verbrennungsmotors; Fluidverbinden einer zweiten Nachbehandlungsvorrichtung mit Auslasskanälen eines zweiten Satzes von Brennräumen des Verbrennungsmotors; Fluidverbinden einer dritten Nachbehandlungsvorrichtung, die eine erste zusätzliche Heizvorrichtung umfasst, mit Auslässen der ersten und zweiten Nachbehandlungsvorrichtung; Starten des Motors; und Betreiben des ersten Satzes von Brennräumen bei einem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis und Betreiben des zweiten Satzes von Brennräumen bei einem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis und Betreiben der ersten zusätzlichen Heizvorrichtung, um thermische Energie auf den Abgaszustrom zu übertragen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin umfassend: Verstellen der Zündzeiten sowohl des ersten als auch des zweiten Satzes von Brennräumen auf spät.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, welches weiterhin das Fluidverbinden einer vierten Nachbehandlungsvorrichtung, die eine zweite zusätzli che Heizvorrichtung umfasst, mit einem Auslass der dritten Nachbehandlungsvorrichtung umfasst, und/oder weiterhin umfassend: Überwachen der Temperatur der dritten Nachbehandlungsvorrichtung; Betreiben der ersten und zweiten Brennräume bei einem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis und Aussetzen des Betreibens der ersten zusätzlichen Heizvorrichtung, wenn die Temperatur der dritten Nachbehandlungsvorrichtung einen vorbestimmten Temperaturschwellenwert übersteigt.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin umfassend: Ausstatten eines Fahrzeugs mit dem Motor; Überwachen einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs; und Abschalten des Motors während Fahrzeugverzögerung und/oder weiterhin umfassend: Ausstatten eines Fahrzeugs mit dem Motor; Überwachen einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs; und Abschalten des Motors, wenn entweder die Geschwindigkeit des Fahrzeugs im Wesentlichen null ist oder der Motor sich im Leerlauf befindet.
  5. Verfahren zum Steuern eines Fahrzeugverbrennungsmotors, der selektiv überstöchiometrisch betreibbar ist, wobei das Verfahren umfasst: Ausstatten des Motors mit einem Nachbehandlungssystem, das umfasst: eine erste Nachbehandlungsvorrichtung, die mit Auslasskanälen eines ersten Satzes von Brennräumen des Motors fluid verbunden ist, eine zweite Nachbehandlungsvorrichtung, die mit Auslasskanälen eines zweiten Satzes von Brennräumen des Motors fluidverbunden ist, und eine eine erste zusätzliche Heizvorrichtung umfassende dritte Nachbehandlungsvorrichtung, die mit Auslässen der ersten und zweiten Nachbehandlungsvorrichtung fluidverbunden ist; selektives Betreiben des ersten Satzes von Brennräumen bei einem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis und des zweiten Satzes von Brennräumen bei einem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis, und selektives Betreiben der ersten zusätzlichen Heizvorrichtung.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, welches weiterhin das Fluidverbinden einer eine zweite zusätzliche Heizvorrichtung umfassenden vierten Nachbehandlungsvorrichtung mit einem Auslass der dritten Nachbehandlungsvorrichtung umfasst, wobei es insbesondere weiterhin das selektive Betreiben des Motors in einem Motorabschalt-Betriebszustand umfasst, insbesondere weiterhin umfassend: Detektieren eines Fahrzeugverzögerungsvorgangs; und während des Fahrzeugverzögerungsvorgangs Betreiben des Motors in dem Motorabschalt-Betriebszustand.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, weiterhin umfassend: Detektieren eines Fahrzeugverzögerungsvorgangs; und Betreiben entweder der ersten zusätzlichen Heizvorrichtung oder der zweiten zusätzlichen Heizvorrichtung während des Fahrzeugverzögerungsvorgangs, wobei insbesondere der Motor einen Ansaugkümmer und eine Ansaugdrosselklappe umfasst; wobei das Nachbehandlungssystem weiterhin einen externen Strömungsdurchlass umfasst, der derart ausgelegt ist, um Abgase von der ersten und zweiten Nachbehandlungsvorrichtung zu dem Ansaugkrümmer zurückzuführen; und wobei während eines Fahrzeugverzögerungsvorgangs das Verfahren weiterhin umfasst während eines Verzögerungsvorgangs Rückführen von Abgasen von der ersten und zweiten Nachbehandlungsvorrichtung zu dem Ansaugkrümmer und Schließen der Ansaugdrosselklappe.
  8. Verfahren nach Anspruch 6, welches weiterhin das Betreiben der ersten zusätzlichen Heizvorrichtung bei Arbeiten des Motors bei Leerlauf umfasst und/oder weiterhin umfassend: Detektieren eines Fahrzeugverzögerungsvorgangs; und Betreiben der ersten zusätzlichen Heizvorrichtung während des Verzögerungsvorgangs.
  9. Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs mit einem Verbrennungsmotor, der selektiv überstöchiometrisch betreibbar ist, wobei das Verfahren umfasst: Ausstatten des Motors mit einem Nachbehandlungssystem, das umfasst: eine erste Nachbehandlungsvorrichtung, die mit Auslasskanälen eines ersten Satzes von Brennräumen des Motors fluidverbunden ist, eine zweite Nachbehandlungsvorrichtung, die mit Auslasskanälen eines zweiten Satzes von Brennräumen des Motors fluidverbunden ist, und eine eine zusätzliche Heizvorrichtung umfassende dritte Nachbehandlungsvorrichtung, die mit Auslässen der ersten und zweiten Nachbehandlungsvorrichtung fluidverbunden ist; selektives Betreiben des ersten Satzes von Brennräumen bei einem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis und des zweiten Satzes von Brennräumen bei einem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis; selektives Betreiben der zusätzlichen Heizvorrichtung; und selektives Betreiben des Motors in einem Motoreinschalt-Betriebszustand oder einem Motorabschalt-Betriebszustand.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, weiterhin umfassend: Überwachen einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs; und Betreiben des Motors mit dem ersten Satz von Brennräumen bei einem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis und mit dem zweiten Satz von Brennräumen bei einem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis, wenn die Geschwindigkeit des Fahrzeugs null ist, wobei es weiterhin insbesondere das Verstellen von Zündzeiten sowohl in dem ersten als auch dem zweiten Satz von Brennräumen auf spät umfasst.
  11. Verfahren nach Anspruch 9: wobei der Motor einen Ansaugkrümmer und eine Ansaugdrosselklappe umfasst; wobei das Nachbehandlungssystem weiterhin einen externen Strömungsdurchlass umfasst, der derart ausgelegt ist, um Abgase von der ersten und zweiten Nachbehandlungsvorrichtung zu dem Ansaugkrümmer zurückzuführen; und wobei während eines Fahrzeugverzögerungsvorgangs das Verfahren weiterhin umfasst Rückführen von Abgasen von der ersten und zweiten Nachbehandlungsvorrichtung zu dem Ansaugkrümmer und Schließen der Ansaugdrosselklappe, und/oder weiterhin umfassend: Überwachen einer Geschwindigkeit des Fahrzeugs; und Betreiben des Motors in dem Motorabschalt-Betriebszustand, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit null ist.
  12. Verfahren zum Betreiben eines Fahrzeugs, das einen Verbrennungsmotor mit einem Ansaugkrümmer und einer Ansaugdrosselklappe umfasst, wobei der Motor der selektiv überstöchiometrisch betreibbar ist, wobei das Verfahren umfasst: Ausstatten des Motors mit einem Nachbehandlungssystem, das umfasst: eine erste Nachbehandlungsvorrichtung, die mit mehreren Auslasskanälen des Motors fluidverbunden ist, eine zweite Nachbehandlungsvorrichtung, die eine zusätzliche Heizvorrichtung umfasst, die mit Auslässen der Nachbehandlungsvorrichtung fluidverbunden ist, und die derart ausgelegt ist, um Abgase von der ersten Nachbehandlungsvorrichtung zu dem Ansaugkrümmer zurückzuführen; selektives Betreiben der zusätzlichen Heizvorrichtung; selektives Betreiben des Motors in einem Motoreinschalt-Betriebszustand oder einem Motorabschalt-Betriebszustand; während eines Fahrzeugverzögerungsvorgangs Rückführen von Abgasen von der ersten Nachbehandlungsvorrichtung zu dem Ansaugkrümmer; und Schließen der Ansaugdrosselklappe bei Betreiben der zusätzlichen Heizvorrichtung.
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