DE112009000235B4 - Verfahren zum Steuern eines Abgaszustroms für einen Motor mit Direkteinspritzung und Fremdzündung - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Steuern eines Abgaszustroms von einem Verbrennungsmotor (10) mit Fremdzündung und Kraftstoffdirekteinspritzung zu einem Abgasnachbehandlungssystem (50) mit einem ersten Umwandlerelement, das einen ersten Mager-NOx-Reduktionskatalysator (52) stromaufwärts eines zweiten Umwandlerelements (53) einschließt, umfassend:Ermitteln von Temperaturen des ersten Mager-NOx-Reduktionskatalysators (52) und des zweiten Umwandlerelements (53);Betreiben des Motors (10) in einem Verbrennungsmodus mit homogener Ladung, wenn die Temperatur des ersten Mager-NOx-Reduktionskatalysators unter einem ersten Schwellenwert liegt (320); gekennzeichnet durchBetreiben des Motors (10) in einem Verbrennungsmodus mit geschichteter Ladung, wenn die Temperatur des ersten Mager-NOx-Reduktionskatalysators (52) zwischen einem ersten Schwellenwert und einem zweiten Schwellenwert liegt (322), der größer als der erste Schwellenwert ist;selektives Betreiben des Motors (10) in dem Verbrennungsmodus mit geschichteter Ladung (322) und Umleiten eines Abgasstroms zu dem zweiten Umwandlerelement (328), wenn die Temperatur des ersten Mager-NOx-Reduktionskatalysators (52) größer als der zweite Schwellenwert ist und die Temperatur des zweiten Umwandlerelements (53) zwischen einem dritten Schwellenwert und einem vierten Schwellenwert liegt (322), der größer als der dritte Schwellenwert ist; undselektives Betreiben des Motors (10) in dem Verbrennungsmodus mit homogener Ladung (334) und selektives Umleiten des Abgasstroms zu dem zweiten Umwandlerelement (330), wenn die Temperatur des ersten Mager-NOx-Reduktionskatalysators (52) größer als der zweite Schwellenwert ist und die Temperatur des zweiten Umwandlerelements (53) über dem vierten Schwellenwert liegt.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Diese Offenbarung betrifft ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zum Steuern von Verbrennungsmotoren mit Direkteinspritzung und Fremdzündung, wie es der Art nach im Wesentlichen aus der DE 690 17 617 T2 bekannt ist.
  • Bezüglich des weitergehenden Standes der Technik sei an dieser Stelle auf die WO 2007 / 008 121 A1 verwiesen.
  • Hintergrund
  • Bekannte Fremdzündungsmotoren arbeiten durch Einleiten eines Kraftstoff/LuftGemisches in einen Brennraum und Zünden des Gemisches unter Verwenden einer Zündquelle, beispielsweise einer Zündkerze. Ein Fremdzündungsmotor kann bei einem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis, einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis bei oder nahe Stöchiometrie und bei einem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis arbeiten. Ein Fremdzündungsmotor arbeitet kurz vor dem Auslösen eines Funkens bei dem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis, was Arbeiten in einem Modus mit geschichteter Ladung umfasst, was im Wesentlichen ungedrosseltes Arbeiten umfasst, wobei der Kraftstoff während eines Verdichtungstakts direkt in jeden Brennraum eingespritzt wird. Es ist bekannt, einen Fremdzündungsmotor von einem Verbrennungsmodus mit geschichteter Ladung zu einem Verbrennungsmodus mit homogener Ladung zu überführen, um eine Regeneration eines Mager-NOx-Reduktionskatalysators zu bewirken. Das Betreiben eines Fremdzündungsmotors in einem Verbrennungsmodus mit homogener Ladung umfasst das Betreiben bei einem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis, wobei eine Motordrosselklappe zu einer vorbestimmten Stellung gesteuert wird und wobei während eines Ansaugtakts vor dem Verdichtungstakt und der Fremdzündung Kraftstoff direkt in jeden Brennraum eingespritzt wird.
  • Bekannte Nachbehandlungssysteme für Fremdzündungsmotoren, die überstöchiometrisch arbeiten, können einen Mager-NOx-Reduktionskatalysator umfassen, der zusammen mit anderen Abgasnachbehandlungsvorrichtungen, einschließlich Dreiwegekatalysatoren, verwendet werden kann. Ein Mager-NOx-Reduktionskatalysator arbeitet am effektivsten innerhalb eines Temperaturbereichs, der schmäler als ein Abgaszustrom-Temperaturbereich ist, der während Motorbetrieb auftritt, der Motorstarten und Betrieb bei hoher Drehzahl und hoher Last umfasst. Ein Mager-NOx-Reduktionskatalysator erfordert eine regelmäßige Regeneration, um adsorbierte NOx-Elemente zu desorbieren und reduzieren. Bekannte regenerative Methoden umfassen das Betreiben des Fremdzündungsmotors bei einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis, das stöchiometrisch oder unterstöchiometrisch ist.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein gattungsgemäßes Verfahren hinsichtlich des Wirkungsgrads der beteiligten Komponenten zu verbessern.
  • Zusammenfassung
  • Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • Figurenliste
  • Nun werden eine oder mehrere Ausführungsformen beispielhaft unter Bezug auf die Begleitzeichnungen beschrieben, wobei:
    • 1 und 2 schematische Diagramme eines Motors und Abgasnachbehandlungssystems gemäß der vorliegenden Offenbarung sind; und
    • 3 ein Steuerflussdiagramm gemäß der vorliegenden Offenbarung ist.
  • Eingehende Beschreibung
  • Unter Bezug nun auf die Zeichnungen, bei denen das Gezeigte lediglich dem Zweck des Veranschaulichens bestimmter beispielhafter Ausführungsformen dient, zeigt 1 schematisch einen Verbrennungsmotor 10 und ein zugehöriges Steuermodul 5, die gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung konstruiert wurden. Der Motor 10 umfasst einen Mehrzylinder-Viertakt-Verbrennungsmotor mit Fremdzündung und Direkteinspritzung, der Hubkolben 14 aufweist, die im Zylinder 15, die Brennräume 16 variablen Volumens ausbilden, gleitend bewegbar sind. Jeder Kolben 14 umfasst einen Muldenabschnitt oben auf dem Kolben, in den Kraftstoff einspritzt wird. Jeder Kolben 14 ist mit einer sich drehenden Kurbelwelle 12 verbunden, durch die eine lineare Hubbewegung des Kolbens in Drehbewegung umgewandelt wird. In 1 ist ein einziger der Zylinder 15 gezeigt. Der Motor 10 ist selektiv in einem Verbrennungsmodus mit geschichteter Ladung und einem Verbrennungsmodus mit homogener Ladung betreibbar. Der Verbrennungsmodus mit geschichteter Ladung umfasst das Arbeiten bei einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis, das überstöchiometrisch ist, zum Beispiel ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis, das von 17:1 bis 60:1 reicht, wobei eine Kraftstoffzufuhr einer Einzeleinspritzung einen einzelnen Kraftstoffpuls umfasst, der spät in einem Verdichtungstakt erfolgt, und bei einer AGR-Masse hoher Verdünnung. Eine AGR-Masse hoher Verdünnung kann eine AGR-Masse sein, die größer als 40% einer Zylinderladung ist. Eine Drosselklappe 34 wird bei oder nahe einer weit offenen Drosselstellung gehalten. Der Verbrennungsmodus mit homogener Ladung umfasst das Arbeiten bei einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis, das bei oder nahe Stöchiometrie liegt, vorzugsweise mit einer Kraftstoffzufuhr mit einer Einzeleinspritzung, die einen einzigen Kraftstoffpuls umfasst, der während eines Ansaugtakts erfolgt, und bei einer AGR-Masse niedriger Verdünnung, z.B. weniger als 5% der Zylinderladung. Die Drosselklappe 34 wird beruhend auf einer Drehmomentforderung des Fahrers gesteuert. Der Motor 10 arbeitet unter leichten bis mittleren Motorlasten in dem Verbrennungsmodus mit geschichteter Ladung. Unter schwereren Motorlasten, während Motoraufwärmen, wenn ein Element eines Nachbehandlungssystems 50 nicht innerhalb eines bevorzugten Temperaturfensters liegt und bei Arbeiten, um ein Element eines Abgasnachbehandlungssystems 50 zu regenerieren, arbeitet der Motor 10 in dem Verbrennungsmodus homogener Ladung.
  • Der Motor 10 umfasst ein Lufteinlasssystem 30, das Ansaugluft zu jedem Brennraum 16 leitet und verteilt. Das Lufteinlasssystem 30 besteht aus Luftstromkanälen zwischen der Drosselklappe 34 und Motoreinlassventilen 20 und umfasst vorzugsweise Leitungen, einen Ansaugkrümmer 31 und Einlasskanäle 29. Das Lufteinlasssystem 30 umfasst Vorrichtungen zum Überwachen und Steuern des Ansaugluftstroms durch dieses. Die Vorrichtungen zum Steuern des Ansaugluftstroms umfassen in dieser Ausführungsform vorzugsweise die Drosselkappe 34. Die Vorrichtungen zum Überwachen des Ansaugluftstroms umfassen vorzugsweise einen Drucksensor 36, der ausgelegt ist, um Krümmerunterdruck und Atmosphärendruck in dem Ansaugkrümmer 31 zu überwachen. Ein Luftmengensensor 32 ist vorzugsweise stromaufwärts der Drosselklappe 34 positioniert, um Masse des Ansaugluftstroms und Ansauglufttemperatur zu überwachen. Die Drosselklappe 34 umfasst vorzugsweise eine elektronisch gesteuerte Vorrichtung, die ausgelegt ist, um den Ansaugluftstrom zu dem Motor 10 als Reaktion auf ein Steuersignal (,ECT') von dem Steuermodul 5 zu steuern. Ein (nicht gezeigter) externer Stromkanal führt, gesteuert von einem Steuerventil 38 für Abgasrückführung (hierin nachstehend ,AGR'), Abgase von einem Abgaskrümmer 40 zu dem Lufteinlasssystem 30 zurück. Das Steuermodul 5 steuert den Massenstrom von Abgas zu dem Lufteinlasssystem 30 durch Steuern des Öffnens des AGR-Steuerventils 38.
  • Motorventile, einschließlich Einlassventil(e) 20 und Auslassventil(e) 18, steuern den Strom in und aus jedem Brennraum 16. Der Ansaugluftstrom von dem Einlasskanal 29 in den Brennraum 16 wird durch das Einlassventil/die Einlassventile 20 gesteuert. Ein Abgasstrom aus dem Brennraum 16 wird von dem Auslassventil/den Auslassventilen 18 mittels Auslasskanälen 39 zu dem Abgaskrümmer 40 gesteuert. Das Öffnen und Schließen der Einlass- und Auslassventile 20 und 18 wird bevorzugt mit einer doppelten Nockenwelle (wie abgebildet) gesteuert, deren Umdrehungen mit der Umdrehung der Kurbelwelle 12 verbunden und indiziert sind. Die Einlass- und Auslassventile 20 und 18 können von Vorrichtungen 22 und 24 gesteuert werden. Die Vorrichtung 22 umfasst vorzugsweise einen steuerbaren Mechanismus, der zum veränderlichen Steuern von Ventilhub (,VLC') und zum veränderlichen Steuern von Nockenphasenlage (,VCP') des Einlassventils/der Einlassventile 20 für jeden Zylinder 15 als Reaktion auf ein Steuersignal (,INTAKE') von dem Steuermodul 5 dient. Die Vorrichtung 24 umfasst vorzugsweise einen steuerbaren Mechanismus, der zum verändern Steuern von Ventilhub (,VLC') und zum veränderlichen Steuern von Nockenphasenlage (,VCP') des Auslassventils/der Auslassventile 18 für jeden Zylinder 15 als Reaktion auf ein Steuersignal (,EXHAUST') von dem Steuermodul 5 dient. Die Vorrichtungen 22 und 24 umfasst jeweils bevorzugt einen steuerbaren Zweistufen-Ventilhubmechanismus, der zum Steuern der Größenordnung des Ventilhubs oder des Öffnens zu einer von zwei getrennten Stufen dient, z.B. einer offenen Ventilstellung mit niedrigem Hub (typischerweise etwa 4 - 6 mm) bei Betrieb mit Lastdrehzahl und niedriger Last und einer offenen Ventilstellung mit hohem Hub (typischerweise etwa 8 - 10 mm) bei Betrieb mit hoher Drehzahl und hoher Last. Die Vorrichtungen 22 und 24 umfassen weiterhin Mechanismen für veränderliche Nockenphasenlage, um die Phasenlage zu steuern, d.h. die relativen Steuerzeiten des Öffnens und Schließens des Einlassventils/der Einlassventile 20 bzw. des Auslassventils/der Auslassventile 18 gemessen in Kurbelwinkelgrad. Die Mechanismen für veränderliche Nockenphasenlage verschieben die Ventilöffnungszeit im Verhältnis zu den Positionen der Kurbelwelle 12 und des Kolbens 14. Das VCP-System hat einen Phasenlagen-Zuständigkeitsbereich von vorzugsweise 40° - 90° Kurbeldrehung, was es dem Steuermodul 5 erlaubt, das Öffnen und Schließen eines der Einlassventile 20 und der Auslassventile 18 im Verhältnis zur Position der Kurbelwelle 12 und des Kolbens 14 auf früh oder spät zu verstellen. Der Phasenlagen-Zuständigkeitsbereich wird durch die Vorrichtungen 22 und 24 festgelegt und beschränkt. Die Vorrichtungen 22 und 24 werden mit Hilfe einer elektrohydraulischen, hydraulischen und elektrischen Steuerkraft, gesteuert von dem Steuermodul 5, betätigt.
  • Ein Kraftstoffeinspritzsystem umfasst mehrere Hochdruck-Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 28, die Kraftstoff direkt in den Brennraum 16 einspritzen. Ein Kraftstoffpuls ist eine Masse von Kraftstoff, der in den Brennraum 16 als Reaktion auf ein Steuersignal (,INJ_PW') von dem Steuermodul 5 eingespritzt wird. Das Steuersignal von dem Steuermodul 5 umfasst vorzugsweise Steuerzeiten für einen Start jedes Kraftstoffpulses im Verhältnis zu einem Kurbelwinkel, der eine Position des Kolbens 14 in dem Zylinder 15 festlegt, und die Dauer einer Pulsweite, um eine vorbestimmte Kraftstoffmasse von der Einspritzvorrichtung 28 in den Zylinder 15 einzuspritzen. Den Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 28 wird druckbeaufschlagter Kraftstoff von einem (nicht gezeigten) Kraftstoffverteilersystem zugeführt. Kraftstoff kann während einer Kraftstoffzufuhr mit einer Einzeleinspritzung für jeden Zylinder 15 für jeden Verbrennungszyklus eingespritzt werden. Es kann mehrere Kraftstoffzufuhrvorgänge für jeden Zylinder 15 für jeden Verbrennungszyklus geben, wie hierin nachstehend beschrieben wird.
  • Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 28 umfasst eine solenoidgesteuerte Hochdruck-Kraftstoffeinspritzvorrichtung. Die Betriebsparameter umfassen eine Mindestbetriebspulsweite, bei der die solenoidgesteuerte Kraftstoffeinspritzvorrichtung 28 gesteuert werden kann, was eine Mindestkraftstoffmasse erzeugt, die für einen Kraftstoffdruckwert geliefert wird. Alternativ kann die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 28 eine Hochdruck-Kraftstoffeinspritzvorrichtung umfassen, die eine alternative Betätigungstechnologie nutzt, z.B. piezoelektrische Betätigung. Die alternative Kraftstoffeinspritzvorrichtung 28 ist steuerbar, um eine minimale Kraftstoffmasse für den Kraftstoffdruckwert zu liefern.
  • Ein Fremdzündungssystem liefert einer Zündkerze 26 elektrische Energie zum Zünden von Zylinderladungen in jedem Brennraum 16 als Reaktion auf ein Steuersignal (,IGN') von dem Steuermodul 5. Das Steuersignal IGN wird gesteuert, um bevorzugte Fremdzündungsteuerzeiten beruhend auf einem Kurbelwinkel, der die Position des Kolbens 14 in dem Zylinder 15 während jedes Motorzyklus festlegt, zu erreichen.
  • Verschiedene Erfassungsvorrichtungen überwachen Motorbetrieb, einschließlich eines Drehzahlsensors 13, der ausgelegt ist, um Drehzahl der Kurbelwelle 12 zu überwachen, und eines Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors 42 mit breitem Bereich, der ausgelegt ist, um das Luft/Kraftstoff-Verhältnis von Abgas zu überwachen. Der Motor 10 kann einen Verbrennungssensor 44 umfassen, der ausgelegt ist, um Verbrennung im Zylinder in Echtzeit während laufenden Betriebs des Motors 10 zu überwachen. Der Verbrennungssensor 44 umfasst eine Sensorvorrichtung, die dazu dient, einen Zustand eines Verbrennungsparameters zu überwachen, und ist als Zylinderdrucksensor dargestellt, der dazu dient, Verbrennungsdruck im Zylinder zu überwachen. Alternativ können andere Erfassungssysteme verwendet werden, um Echtzeit-Parameter von Verbrennung im Zylinder zu überwachen, die in Verbrennungsphasenlage übersetzt werden können, z.B. lonenstrommessungs-Zündsysteme und nicht intrusive Drucksensoren.
  • Das Abgasnachbehandlungssystem 50 ist mit dem Abgaskrümmer 40 fluidverbunden und umfasst katalytische und/oder filternde Vorrichtungen, die dazu dienen, Elemente des Abgaszustroms zu oxidieren, adsorbieren, desorbieren, reduzieren und zu verbrennen. Wie in 2 dargestellt umfasst das Abgasnachbehandlungssystem 50 einen oder mehrere Dreiwegekatalysatoren (,TWC') 48, die vorzugsweise motornah an den Abgaskrümmer 40 des Motors 10 gekoppelt sind. Der Dreiwegekatalysator/die Dreiwegekatalysatoren 48 ist/sind mit einem Strömungsweichenventil 51 fluidverbunden. Das Strömungsweichenventil 51 steuert das Strömen des Abgaszustroms zu einem ersten Mager-NOx-Reduktionskatalysator (,LNTA') 52 und leitet das Strömen des Abgaszustroms um den Mager-NOx-Reduktionskatalysator 52 mittels eines Abgasstromkanals zu einem zweiten Umwandlerelement (,LNTB') 53 um, wenn es von einem Steuersignal von dem Steuermodul 5 betätigt wird. Der Mager-NOx-Reduktionskatalysator 52 befindet sich vorzugsweise im Unterboden. Das Strömungsweichenventil 51 leitet den Strom um den Mager-NOx-Reduktionskatalysator 52 mittels eines Abgasstromrohrs 54 um, das stromabwärts des Mager-NOx-Reduktionskatalysators 52 und stromaufwärts des zweiten Umwandlerelements 53 fluidisch anschließt. Das Strömungsweichenventil 51 ist vorzugsweise leckfrei. Minimale interne Lecks können aber von dem Mager-NOx-Reduktionskatalysator 52 und dem zweiten Umwandlerelement 53 bewältigt werden.
  • Ein Temperatursensor 43 überwacht die Temperatur des Abgaszustroms stromaufwärts des Mager-NOx-Reduktionskatalysators 52, dessen Ausgang von dem Steuermodul 5 zum Ermitteln von Temperaturen des Abgaszustroms und des Mager-NOx-Reduktionskatalysators 52 überwacht wird. Ein zweiter Sensor 55 überwacht den in das zweite Umwandlerelement 53 eindringenden Abgaszustrom, was vorzugsweise das Überwachen von Temperatur und Luft/Kraftstoff-Verhältnis desselben umfasst. Ein dritter Sensor 56 überwacht den Abgaszustrom stromabwärts des zweiten Umwandlerelements 53, wobei er vorzugsweise einen Abgasbestandteil, z.B. NOx-Konzentration und Luft/Kraftstoff-Verhältnis, überwacht, dessen Ausgang von dem Steuermodul 5 für Steuerungs- und Diagnosezwecke überwacht wird.
  • Der Mager-NOx-Reduktionskatalysator 52 umfasst vorzugsweise eine Vorrichtung, die Nitrate in dem Abgaszustrom adsorbiert, wobei die Adsorptionsmenge auf Temperatur, Durchsatz und Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgaszustroms und der bereits daran adsorbierten Nitratmenge beruht. Ein (nicht gezeigtes) Substrat mit einem Washcoat, der katalytisch aktives Material enthält, ist dort vorhanden. Das Substrat umfasst vorzugsweise ein monolithisches Element, das aus Cordierit mit einer Zelldichte, die typischerweise 400 bis 600 Zellen pro Quadratzoll beträgt, und mit einer Wanddicke von drei Mil (0,0762 mm) bis sieben Mil (0,1779 mm) ausgebildet ist. Die Zellen des Substrats umfassen Stromdurchlässe, durch die Abgas strömt, um die katalytisch aktiven Materialien des Washcoat zu kontaktieren, um Adsorption und Desorption von Nitraten, Sauerstoffspeicherung und Oxidation sowie Reduktion von Bestandteilen des Abgaszustroms zu bewirken. Der Washcoat enthält vorzugsweise Alkali- und/oder Erdalkalimetallverbindungen, z.B. Ba und K, die dazu dienen, NOx als Nitrate zu speichern, die während mageren Motorbetriebs erzeugt werden. Der Washcoat kann auch katalytisch aktive Materialien, z.B. Platingruppenmetalle, die Pt, Pd und Rh umfassen, und Zusätze (z.B. Ce, Zr und La) umfassen. Der Washcoat adsorbiert während mageren Motorbetriebs Nitrate und desorbiert und reduziert während Motorbetrieb, der einen fetten Abgaszustrom erzeugt, Nitrate. Der Mager-NOx-Reduktionskatalysator 52 kann sich mit adsorbierten Nitraten sättigen, was seine Effektivität mindert. Der Mager-NOx-Reduktionskatalysator 52 kann durch Desorbieren der adsorbierten Nitrate bei Vorhandensein der Reduktionsmittel und durch Reagieren damit, um zu Stickstoff und anderen inerten Elemente zu reduzieren, regeneriert werden. Wenn der Abgaszustrom unterstöchiometrisch ist, werden die Reduktionsmittel erzeugt und die adsorbierten Nitrate werden instabil und zersetzen sich, was die gespeicherten Nitrate freisetzt. Die Reduktionsmittel in dem Abgaszustrom umfassen HC-Moleküle, Wasserstoffmoleküle und CO, die bei dem fetten Luft/KraftstoffVerhältnis erzeugt werden. Die desorbierten Nitrate reagieren an Stellen der katalytisch aktiven Materialien mit den überschüssigen Reduktionsmitteln und werden von diesen reduziert.
  • Ein Arbeitstemperaturfenster für den Mager-NOx-Reduktionskatalysator 52 liegt von etwa 250°C bis etwa 500°C. Bei Temperaturen unter 250°C kann die Kinetik der Oxidation von NO zu NO2 zu langsam sein, um das NO in dem Abgaszustrom effektiv zu oxidieren, und die NOx-Reduktionskinetik unter fettem Motorbetrieb ist zu langsam, um NOx-Speicherstellen während laufenden Motorbetriebs rechtzeitig zu regenerieren. Bei Temperaturen über 500°C wird das Nitrat selbst unter Motorbetrieb, der überstöchiometrisch ist, instabil, was den Mager-NOx-Reduktionskatalysator 52 unfähig macht, NOx effizient zu speichern. Das zweite Umwandlerelement 53 kann beliebig eines von einem Dreiwegekatalysator, einer Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion, einem Mager-NOx-Reduktionskatalysator und einem Partikelfilter, einschließlich eines katalysierten Partikelfilters, und Kombinationen derselben umfassen.
  • Der Motor 10 arbeitet in dem Verbrennungsmodus mit geschichteter Ladung vorzugsweise ungedrosselt, d.h. die Drosselklappe 34 befindet sich bei niedrigen und mittleren Motordrehzahlen und -lasten bei einer im Wesentlichen weit offenen Stellung. Die Drosselklappe 34 kann leicht geschlossen werden, um in dem Ansaugkrümmer 31 einen Unterdruck zu erzeugen, um einen Strom von AGR-Gas durch das AGR-Steuerventil 38 zu bewirken. Ein erster Kraftstoffpuls wird während des Verdichtungstakts jedes Motorzyklus eingespritzt. Der Motor 10 arbeitet unter Bedingungen, die für den Verbrennungsmodusbetrieb mit geschichteter Ladung nicht förderlich sind, und um eine Motorleistung zu erreichen, die die Drehmomentforderung des Fahrers erfüllt, in dem Verbrennungsmodus mit homogener Ladung, wobei die Drosselklappe 34 für stöchiometrischen Betrieb gesteuert wird, wie hierin nachstehend beschrieben wird.
  • Das Steuermodul 5 umfasst vorzugsweise einen Universaldigitalrechner, der im Allgemeinen umfasst: einen Mikroprozessor oder eine zentrale Recheneinheit, Speichermedien, die einen nicht flüchtigen Speicher, einschließlich einen Festwertspeicher (ROM) und einen elektronisch programmierbaren Festwertspeicher (EPROM) umfassen, einen Arbeitsspeicher (RAM), einen Hochgeschwindigkeitstaktgeber, eine Analog-Digital-Schaltung (A/D) und eine Digital-Analog-Schaltung (D/A) und eine Input/Output-Schaltung sowie Vorrichtungen (I/O) und geeignete Signalaufbereitungs- und Pufferschaltkreise. Das Steuermodul 5 weist einen Satz von Steueralgorithmen auf, die speicherresidente Programmbefehle und Kalibrierungen umfassen, die in dem nicht flüchtigen Speicher ge-speichert sind und ausgeführt werden, um die jeweiligen Funktionen jedes Rechners vorzusehen. Die Algorithmen werden während vorab festgelegter Schleifendurchläufe ausgeführt, so dass jeder Algorithmus mindestens einmal pro Schleifendurchlauf ausgeführt wird. Algorithmen werden durch die zentrale Recheneinheiten ausgeführt und dienen dazu, Ein-gänge von den vorstehend erwähnten Erfassungsvorrichtungen zu überwachen und unter Verwendung vorab festgelegter Kalibrierungen Steuer- und Diagnoseroutinen zum Steuern des Betriebs der Aktuatoren auszuführen. Schleifendurchläufe werden bei regelmäßigen Intervallen, zum Beispiel alle 3,125, 6,25, 12,5, 25 und 100 Millisekunden während laufenden Motor- und Fahrzeugbetriebs ausgeführt. Alternativ können Algorithmen als Reaktion auf das Auftreten eines Vorgangs ausgeführt werden.
  • Bei Betrieb überwacht das Steuermodul 5 Eingänge von den vorstehend erwähnten Sensoren, um Zustände von Motorparametern zu ermitteln. Das Steuermodul 5 führt einen algorithmischen Code aus, der darin gespeichert ist, um die vorstehend erwähnten Aktuatoren zu steuern, um die Zylinderladung zu bilden, was Steuern der Drosselstellung, der Fremdzündungssteuerzeiten, der Kraftstoffeinspritzmasse und -steuerzeiten, der AGR-Ventilstellung zum Steuern des Stroms von rückgeführten Abgasen und Einlass- und/oder Auslassventil-Steuerzeiten und Phasenlage von derart ausgestatteten Motoren umfasst. Das Steuermodul 5 kann dazu dienen, den Motor während laufenden Fahrzeugbetriebs ein- und auszuschalten, und kann dazu dienen, einen Teil der Brennräume durch Steuerung von Kraftstoff und Zündfunke selektiv zu deaktivieren.
  • Bei Betrieb kann der Motor 10 angewiesen werden, so zu arbeiten, dass er einen Abgaszustrom aufweist, der unterstöchiometrisch ist, vorzugsweise bei erhöhter Temperatur, um die Reduktionsmittel zum Regenerieren des Mager-NOx-Reduktionskatalysators 52 und/oder des zweiten Umwandlerelements 53 zu erzeugen. Der Motorbetrieb umfasst das Arbeiten in dem Verbrennungsmodus mit geschichteter Ladung, wobei die Drosselklappe 34 im Wesentlichen weit offen ist und wobei der während des Verdichtungstakts in den Brennraum 16 eingespritzte erste Kraftstoffpuls so koordiniert wird, dass er unmittelbar vor der Fremdzündungssteuerzeit liegt, was eine geschichtete Zündung desselben bewirkt. Die während des ersten Kraftstoffpulses eingespritzte Kraftstoffmasse wird beruhend auf einer Menge ermittelt, die ausreicht, um den Motor 10 so zu betreiben, dass er die Drehmomentforderung des Fahrers erfüllt.
  • 3 stellt ein Steuerschema für das Betreiben des Motors 10 und des Abgasnachbehandlungssystems 50 dar. Der Betrieb des Motors 10 kann so gesteuert werden, dass er einen Abgaszustrom erzeugt, um beruhend auf Betriebsbedingungen und Fahrerbefehlen mehrere Ziele zu verwirklichen. Der Motorbetrieb kann während des anfänglichen Motorbetriebs zu dem Verbrennungsmodus mit homogener Ladung gesteuert werden, um ein Aufwärmen des Motors und des Abgasnachbehandlungssystems 50, einschließlich des Mager-NOx-Reduktionskatalysators 52, zu bewirken. Der Motorbetrieb kann zu dem Verbrennungsmodus mit homogener Ladung gesteuert werden, um das Aufwärmen des zweiten Umwandlerelements 53 durch Umleiten des Abgaszustroms um den Mager-NOx-Reduktionskatalysator 52 unter Verwenden des Strömungsweichenventils 51 bewirken.
  • Der Motorbetrieb wird vorzugsweise zu dem Verbrennungsmodus mit geschichteter Ladung gesteuert, wobei der Abgaszustrom während Betrieb bei niedriger und mittlerer Motordrehzahl/-last durch den Mager-NOx-Reduktionskatalysator 52 und das zweite Umwandlerelement 53 strömt. Der Motorbetrieb kann zu dem Verbrennungsmodus mit homogener Ladung, vorzugsweise bei einem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis, gesteuert werden, um den Mager-NOx-Reduktionskatalysator 52 zu regenerieren. Der Motorbetrieb kann zu dem Verbrennungsmodus mit homogener Ladung, vorzugsweise bei einem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis, gesteuert werden, wobei der Abgaszustrom von dem Strömungsweichenventil 51 umgeleitet wird, um das zweite Umwandlerelement 53 zu regenerieren. Der Motorbetrieb kann zu dem Verbrennungsmodus mit geschichteter Ladung gesteuert werden, wobei der Abgaszustrom von dem Strömungsweichenventil 51 zu dem zweiten Umwandlerelement 53 umgeleitet wird, um die Motorbetriebszeit in dem Verbrennungsmodus mit geschichteter Ladung zu verlängern. Der Motorbetrieb kann zu dem Verbrennungsmodus mit geschichteter Ladung gesteuert werden, wobei der Abgaszustrom unter spezifischen Betriebsbedingungen von dem Strömungsweichenventil 51 zu dem zweiten Umwandlerelement 53 umgeleitet wird, um das Einwirken von erhöhten Abgaszustromtemperaturen auf den Mager-NOx-Reduktionskatalysator 52, was während Betrieb bei hoher Drehzahl und hoher Last, während Schubabschaltungsvorgängen und infolge von Motorstörungen, die zu dem Auftreten von Zylinderfehlzündungen führen, auftreten kann, zu minimieren oder zu verhindern.
  • Das Steuerschema zum Betreiben des Motors 10 und des Abgasnachbehandlungssystems 50 beruht auf Temperaturen des Abgaszustroms, des Mager-NOx-Reduktionskatalysators 52 und des zweiten Umwandlerelements 53. Wenn der Motor 10 gestartet wird (310), ist es notwendig, den motornah eingebauten Dreiwegekatalysator 48 und den Mager-NOx-Reduktionskatalysator 52 für effektiven Betrieb aufzuwärmen, d.h. den Umwandlungswirkungsgrad und die Nitratadsorption zu steigern. Der Motor 10 arbeitet ohne Bypass-Strom (312) und mit dem Motor 10 in einem Katalysatorheizmodus (314), der Verbrennungsmodusbetrieb mit homogener Ladung bei oder nahe Stöchiometrie mit auf spät verstellten Fremdzündungssteuerzeiten umfassen kann, um Wärme zu erzeugen und von dem Motor 10 zu dem Abgasnachbehandlungssystem 50 zu übertragen. Die Temperaturen des Mager-NOx-Reduktionskatalysators 52 (,LNTA') und des zweiten Umwandlerelements 53 (,LNTB') werden mittels Sensoren 43 und 55 überwacht. Wenn die überwachte Temperatur des Mager-NOx-Reduktionskatalysators 52 unter einem ersten Schwellenwert T1 liegt, wird der Motor 10 in dem Verbrennungsmodus mit homogener Ladung (,Modus mit homogener Ladung') (316, 318, 320) betrieben. Wenn die überwachte Temperatur des Mager-NOx-Reduktionskatalysators 52 zwischen dem ersten Schwellenwert T1 und einem zweiten Schwellenwert T2 liegt, wird der Motor 10 vorzugsweise in dem Verbrennungsmodus mit geschichteter Ladung betrieben, solange Kriterien für das Betreiben in dem Verbrennungsmodus mit geschichteter Ladung erfüllt sind (,Modus mit geschichteter Ladung') (316, 322). Wenn die überwachte Temperatur des Mager-NOx-Reduktionskatalysators 52 größer als der zweite Schwellenwert T2 ist, wird der Motor 10 vorzugsweise in dem Verbrennungsmodus mit homogener Ladung betrieben und der Abgasstrom wird durch Steuern der Stellung des Strömungsweichenventils 51 weg von dem Mager-NOx-Reduktionskatalysator 52 (,Bypass-Modus') zu dem zweiten Umwandlerelement 53 umgeleitet (316, 318, 324, 326, 330, 334). Der erste und der zweite Schwellenwert T1 und T2 legen einen ersten zulässigen Temperaturbereich fest und werden vorzugsweise beruhend auf dem Arbeitstemperaturfenster für den Mager-NOx-Reduktionskatalysator 52 ermittelt, wobei Abgaszustromtemperaturen, die für die Regeneration desselben erforderlich sind, und andere Faktoren berücksichtigt werden.
  • Wenn die überwachte Temperatur des Mager-NOx-Reduktionskatalysators 52 größer als der zweite Schwellenwert T2 ist und die Temperatur des zweiten Umwandlerelements 53 innerhalb eines zweiten zulässigen Temperaturbereichs liegt, d.h. größer als ein dritter Schwellenwert T3 und kleiner als ein vierter Schwellenwert T4 ist, wird der Motor 10 in dem Verbrennungsmodus mit geschichteter Ladung betrieben, solange Kriterien für das Betreiben in dem Verbrennungsmodus mit geschichteter Ladung erfüllt werden (,Modus mit geschichteter Ladung'), und der Abgasstrom wird durch Steuern der Stellung des Strömungsweichenventils 51 weg von dem Mager-NOx-Reduktionskatalysator 52 zu dem zweiten Umwandlerelement 53 umgeleitet (316, 318, 324, 328, 332). Der dritte und der vierte Schwellenwert T3 und T4 werden vorzugsweise beruhend auf dem Arbeitstemperaturfenster für das zweite Umwandlerelement 53 ermittelt, wobei Abgaszustromtemperaturen, die für die Regeneration desselben erforderlich sind, und andere Faktoren berücksichtigt werden.
  • Wenn die überwachte Temperatur des zweiten Umwandlerelements 53 größer als der vierte Schwellenwert T4 ist, wird der Motor 10 vorzugsweise in dem Verbrennungsmodus mit homogener Ladung betrieben und der Abgasstrom wird durch Steuern der Stellung des Strömungsweichenventils 51 weg von dem Mager-NOx-Reduktionskatalysator 52 zu dem zweiten Umwandlerelement 53 umgeleitet (316, 318, 324, 326, 330, 334).
  • Das Steuermodul 5 steuert das Strömen von Abgaszustrom, z.B. Temperatur und Luft/Kraftstoff-Verhältnis, zu dem zweiten Umwandlerelement 53 mit Hilfe des Strömungsweichenventils 51. Dies kann das unterstöchiometrische Betreiben des Motors 10, um gespeicherte Nitrate zu desorbieren und zu reduzieren, wenn das zweite Umwandlerelement 53 einen Mager-NOx-Reduktionskatalysator umfasst, und das Betreiben mit erhöhter Abgaszustromtemperatur zum Spülen, wenn das zweite Umwandlerelement 53 einen Partikelfilter umfasst, umfassen. Die erhöhte Abgaszustromtemperatur kann durch Motorbetrieb, einschließlich Betrieb mit homogener Ladung, und Verändern von Zündsteuerzeiten zum Anheben von Motor- und Abgastemperaturen erreicht werden.
  • Das Steuermodul 5 kann auch das Strömen von Abgaszustrom, z.B. Temperatur und Luft/Kraftstoff-Verhältnis, zu dem zweiten Umwandlerelement 53 mit Hilfe des Strömungsweichenventils 51 steuern, um das zweite Umwandlerelement 53 einschließlich einer Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion als Element desselben zu steuern. Dies umfasst das Betreiben des Motors 10 bei einem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis, wobei der Abgaszustrom durch den Mager-NOx-Reduktionskatalysator 52 strömt. Während des anfänglichen Betriebs bei dem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis regeneriert der Mager-NOx-Reduktionskatalysator 52. Wenn der Mager-NOx-Reduktionskatalysator 52 regeneriert ist, wandelt sich anschließendes Abgas, das durch diesen strömt, in Elemente um, die Ammoniak oder NH3 einschließen. Das Ammoniak strömt zu der Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion des zweiten Umwandlerelements 53, wo es gespeichert wird. Das Steuermodul kann den Motor 10 bei einem mageren Luft/KraftstoffVerhältnis betreiben und den Abgasstrom mit Hilfe des Weichenventils 51 zu dem zweiten Umwandlerelement 53 umleiten. Das gespeicherte Ammoniak reagiert mit den Nitraten in dem mageren Abgaszustrom an der Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion des zweiten Umwandlerelements 53, um zu Stickstoff zu reduzieren. Das Steuermodul 5 ist kalibriert, um die Zeitdauer zu steuern, die der Motor 5 in den verschiedenen Betriebsmodi und Luft/Kraftstoff-Verhältnissen arbeitet.
  • Das Steuermodul 5 kann mit Hilfe des Strömungsweichenventils 51 das Strömen des Abgaszustroms, z.B. die Temperatur und das Luft/Kraftstoff-Verhältnis, zu dem zweiten Wandlerelement 53 steuern, um das zweite Umwandlerelement 53 zu desulfatieren. Dies umfasst vorzugsweise das Betreiben des Motors 10 in dem Verbrennungsmodus mit homogener Ladung bei einem fetten Luft/KraftstoffVerhältnis und bei einer erhöhten Abgastemperatur. Der Strom von Abgas zu dem zweiten Umwandlerelement 53 wird eine Zeitdauer lang und bei einer Temperatur zum Desulfatieren des zweiten Umwandlerelements umgeleitet. Das Desulfatieren kann Temperaturen von über 600°C erfordern.

Claims (9)

  1. Verfahren zum Steuern eines Abgaszustroms von einem Verbrennungsmotor (10) mit Fremdzündung und Kraftstoffdirekteinspritzung zu einem Abgasnachbehandlungssystem (50) mit einem ersten Umwandlerelement, das einen ersten Mager-NOx-Reduktionskatalysator (52) stromaufwärts eines zweiten Umwandlerelements (53) einschließt, umfassend: Ermitteln von Temperaturen des ersten Mager-NOx-Reduktionskatalysators (52) und des zweiten Umwandlerelements (53); Betreiben des Motors (10) in einem Verbrennungsmodus mit homogener Ladung, wenn die Temperatur des ersten Mager-NOx-Reduktionskatalysators unter einem ersten Schwellenwert liegt (320); gekennzeichnet durch Betreiben des Motors (10) in einem Verbrennungsmodus mit geschichteter Ladung, wenn die Temperatur des ersten Mager-NOx-Reduktionskatalysators (52) zwischen einem ersten Schwellenwert und einem zweiten Schwellenwert liegt (322), der größer als der erste Schwellenwert ist; selektives Betreiben des Motors (10) in dem Verbrennungsmodus mit geschichteter Ladung (322) und Umleiten eines Abgasstroms zu dem zweiten Umwandlerelement (328), wenn die Temperatur des ersten Mager-NOx-Reduktionskatalysators (52) größer als der zweite Schwellenwert ist und die Temperatur des zweiten Umwandlerelements (53) zwischen einem dritten Schwellenwert und einem vierten Schwellenwert liegt (322), der größer als der dritte Schwellenwert ist; und selektives Betreiben des Motors (10) in dem Verbrennungsmodus mit homogener Ladung (334) und selektives Umleiten des Abgasstroms zu dem zweiten Umwandlerelement (330), wenn die Temperatur des ersten Mager-NOx-Reduktionskatalysators (52) größer als der zweite Schwellenwert ist und die Temperatur des zweiten Umwandlerelements (53) über dem vierten Schwellenwert liegt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, welches das selektive Betreiben des Motors (10) in dem Verbrennungsmodus mit homogener Ladung bei einem unterstöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis und das selektive Umleiten des Abgasstroms zu dem zweiten Umwandlerelement (53) umfasst, um das zweite Umwandlerelement (53) zu regenerieren.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, welches das selektive Betreiben des Motors (10) in dem Verbrennungsmodus mit homogener Ladung bei einem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis und einer erhöhten Temperatur und das selektiven Umleiten des Abgasstroms zu dem zweiten Umwandlerelement (53) umfasst, um das zweite Umwandlerelement (53) zu desulfatieren.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, welches das selektive Betreiben des Motors (10) in dem Verbrennungsmodus mit homogener Ladung bei einem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis umfasst, um den ersten Mager-NOx-Reduktionskatalysator (52) zu regenerieren.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, welches das Betreiben des Motors (10) in dem Verbrennungsmodus mit geschichteter Ladung und das Umleiten des Abgasstroms zu dem zweiten Umwandlerelement (53) umfasst, wenn der erste Mager-NOx-Reduktionskatalysator (52) im Wesentlichen gesättigt ist.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, welches das Aufnehmen eines zweiten Mager-NOx-Reduktionskatalysators (52) als ein Element des zweiten Umwandlerelements (53) und das selektive Betreiben des Motors (10) in dem Verbrennungsmodus mit geschichteter Ladung und das Umleiten des Abgasstroms zu dem zweiten Umwandlerelement (53) umfasst, wenn der erste Mager-NOx-Reduktionskatalysator (52) im Wesentlichen gesättigt ist.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, welches das Überwachen einer Temperatur des Abgaszustroms stromaufwärts des ersten Mager-NOx-Reduktionskatalysators (52) umfasst.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, welches das selektive Betreiben des Motors (10) in dem Verbrennungsmodus mit homogener Ladung bei einem fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnis und das Umleiten des Abgasstroms umfasst, um das zweite Umwandlerelement (53) zu regenerieren.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, welches das selektive Umleiten des Abgasstroms zu dem zweiten Umwandlerelement (53) umfasst, wenn die Temperatur des ersten Mager-NOx-Reduktionskatalysators (52) den zulässigen Betriebstemperaturbereich übersteigt.
DE112009000235.8T 2008-02-01 2009-01-28 Verfahren zum Steuern eines Abgaszustroms für einen Motor mit Direkteinspritzung und Fremdzündung Active DE112009000235B4 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US12/024,638 2008-02-01
US12/024,638 US8001768B2 (en) 2008-02-01 2008-02-01 Method and apparatus for managing an exhaust gas feedstream for a spark-ignition direct-injection engine
PCT/US2009/032179 WO2009099817A2 (en) 2008-02-01 2009-01-28 Method and apparatus for managing an exhaust gas feedstream for a spark-ignition direct-injection engine

Publications (2)

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DE112009000235T5 DE112009000235T5 (de) 2010-12-09
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US (1) US8001768B2 (de)
CN (1) CN101932804B (de)
DE (1) DE112009000235B4 (de)
WO (1) WO2009099817A2 (de)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9863348B2 (en) * 2009-09-29 2018-01-09 Ford Global Technologies, Llc Method for controlling fuel of a spark ignited engine while regenerating a particulate filter
JP4894954B2 (ja) * 2009-10-06 2012-03-14 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化システム
US9186654B2 (en) 2011-11-03 2015-11-17 GM Global Technology Operations LLC Low cost lean NOx reduction catalyst system
US20140356237A1 (en) * 2012-02-07 2014-12-04 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Exhaust gas purification apparatus for internal combustion engine
GB2513137B (en) * 2013-04-16 2016-01-06 Perkins Engines Co Ltd Method and apparatus for exhaust gas aftertreatment device warming
JP6414117B2 (ja) 2016-03-28 2018-10-31 トヨタ自動車株式会社 内燃機関
DE102016120432B4 (de) * 2016-10-26 2023-05-04 Volkswagen Ag Abgasanlage und zugehöriges Verfahren zum Betrieb der Abgasanlage zum Schutz eines Otto-Partikelfilters

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69017617T2 (de) 1989-12-06 1995-08-03 Toyota Motor Co Ltd Abgasreinigungssystem für eine Brennkraftmaschine.
WO2007008121A1 (en) 2005-07-07 2007-01-18 Volvo Lastvagnar Ab Method, device and computer program product for diagnosing of at least one exhaust emission control unit

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2830464B2 (ja) * 1989-12-06 1998-12-02 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化装置
US5233831A (en) 1991-06-28 1993-08-10 Mazda Motor Corporation Exhaust control system for internal combustion engine
US5363647A (en) 1992-10-13 1994-11-15 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Dual-sensor type air fuel ratio control system for internal combustion engine and catalytic converter diagnosis apparatus for the same
KR950704598A (ko) 1992-11-19 1995-11-20 스티븐 아이. 밀러 엔진 배기 가스 스트림 처리 방법 및 장치(Method and Apparatus for Treating an Engine Exhaust Gas Stream)
JP3237611B2 (ja) * 1997-11-11 2001-12-10 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化装置
US6513320B1 (en) * 1998-09-29 2003-02-04 Mazda Motor Corporation Control system for a direct injection-spark ignition engine
US6401454B2 (en) * 1999-03-19 2002-06-11 Hitachi, Ltd. Engine control device
US6311484B1 (en) * 2000-02-22 2001-11-06 Engelhard Corporation System for reducing NOx transient emission
JP4389372B2 (ja) * 2000-09-29 2009-12-24 マツダ株式会社 エンジンの燃料制御装置
DE10307338A1 (de) * 2003-02-21 2004-09-16 Bayerische Motoren Werke Ag Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine und Abgasanlage für den Betrieb der Brennkraftmaschine
JP4347076B2 (ja) * 2004-01-30 2009-10-21 本田技研工業株式会社 内燃機関の排気浄化装置
US7401462B2 (en) * 2004-03-30 2008-07-22 General Motors Corporation Control strategy for lean NOx trap regeneration
US20050223698A1 (en) * 2004-03-31 2005-10-13 Mitsubishi Fuso Truck And Bus Corporation Exhaust gas cleaning device

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69017617T2 (de) 1989-12-06 1995-08-03 Toyota Motor Co Ltd Abgasreinigungssystem für eine Brennkraftmaschine.
WO2007008121A1 (en) 2005-07-07 2007-01-18 Volvo Lastvagnar Ab Method, device and computer program product for diagnosing of at least one exhaust emission control unit

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