DE-102024117342-B4 - VERFAHREN ZUR NACHBEHANDLUNGSREGENERIERUNG IN EINEM DIESELFAHRZEUG

Abstract

Verfahren (100) zur Nachbehandlungsregenerierung in einem Dieselfahrzeug, das umfasst: Leiten (102) von Abgasen aus einer Dieselkraftmaschine (12) durch ein Abgassystem (10) innerhalb des Fahrzeugs, wobei das Abgassystem (10) umfasst: einen Dieseloxidationskatalysator (DOC) (14), der unmittelbar unterstromig der Dieselkraftmaschine (12) angeordnet ist, eine oberstromige selektive katalytische Reduktionseinheit (SCR-Einheit) (16), die unterstromig des DOC (14) angeordnet ist, eine erste Dieselabgasfluid-Einspritzvorrichtung (DEF-Einspritzvorrichtung) (18), die zwischen dem DOC (14) und der oberstromigen SCR (16) angeordnet ist und zum Einspritzen von DEF in das Abgas ausgelegt ist, einen Dieselpartikelfilter (DPF) (20), der unterstromig der oberstromigen SCR (16) angeordnet ist und zum Auffangen von Partikelmaterial aus dem hindurchtretenden Abgas ausgelegt ist, eine unterstromige SCR (22), die unterstromig des DPF (20) angeordnet ist, eine zweite DEF-Einspritzvorrichtung (24), die zwischen dem DPF (20) und der unterstromigen SCR (22) angeordnet ist und zum Einspritzen von DEF in das Abgas ausgelegt ist, und einen Abgassystem-Controller (26), der mit einem Kraftmaschinen-Controller (28), mehreren Sensoren (30A-30F) innerhalb des Abgassystems (10) und der ersten und zweiten DEF-Einspritzvorrichtung (18, 24) in Kommunikation steht, wobei der Abgassystem-Controller (26) dazu ausgelegt ist, eine Zielabgastemperatur (EGT) an einem Einlass (48) der oberstromigen SCR (16) und einem Einlass (50) der unterstromigen SCR (22) zu etablieren und aufrechtzuerhalten, indem er über eine Kommunikation mit dem Kraftmaschinen-Controller (28) die Verbrennungseigenschaften der Dieselkraftmaschine (12) aktiv steuert, und Initiieren (104) einer stickstoffdioxidbasierten (NO2-basierten) Nachbehandlungsregenerierung des DPF (20) durch: zumindest teilweises Deaktivieren (206) der ersten DEF-Einspritzvorrichtung (18) und der oberstromigen SCR (16) mit dem Abgassystem-Controller (26), so dass NO2 die oberstromige SCR (16) durchlaufen kann, Erhöhen (108) von Pegeln von Stickstoffmonoxid (NO) in dem Abgas aus der Kraftmaschine (12) mit dem Abgassystem-Controller (26) über Kommunikation mit dem Kraftmaschinen-Controller (28), Etablieren (110) und Aufrechterhalten einer Zielabgastemperatur (Ziel-EGT) an einem Einlass (44) des DPF (20) (DPF-Einlasstemperatur) und einer Ziel-EGT an einem Einlass (46) des DOC (14) (DOC-Einlasstemperatur) durch aktives Steuern von Verbrennungseigenschaften der Kraftmaschine (12) mit dem Abgassystem-Controller (26) über Kommunikation mit dem Kraftmaschinen-Controller (28), Umwandeln (112) von NO in dem Abgas, das in den DOC (14) eintritt, in NO2 mit dem DOC (14), und Umwandeln (114) von festem kohlenstoffbasiertem Partikelmaterial, das sich in dem DPF (20) angesammelt hat, in gasförmiges Kohlendioxid (CO2) und NO unter Verwendung von NO2 als Oxidationsmittel.

Inventors

• Bryan D. Axe
• Sarah Funk
• Eric Darvin Thomas

Assignees

• GM Global Technology Operations LLC

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20240620

Priority Date

20240503

Claims (10)

1. Verfahren (100) zur Nachbehandlungsregenerierung in einem Dieselfahrzeug, das umfasst: Leiten (102) von Abgasen aus einer Dieselkraftmaschine (12) durch ein Abgassystem (10) innerhalb des Fahrzeugs, wobei das Abgassystem (10) umfasst: einen Dieseloxidationskatalysator (DOC) (14), der unmittelbar unterstromig der Dieselkraftmaschine (12) angeordnet ist, eine oberstromige selektive katalytische Reduktionseinheit (SCR-Einheit) (16), die unterstromig des DOC (14) angeordnet ist, eine erste Dieselabgasfluid-Einspritzvorrichtung (DEF-Einspritzvorrichtung) (18), die zwischen dem DOC (14) und der oberstromigen SCR (16) angeordnet ist und zum Einspritzen von DEF in das Abgas ausgelegt ist, einen Dieselpartikelfilter (DPF) (20), der unterstromig der oberstromigen SCR (16) angeordnet ist und zum Auffangen von Partikelmaterial aus dem hindurchtretenden Abgas ausgelegt ist, eine unterstromige SCR (22), die unterstromig des DPF (20) angeordnet ist, eine zweite DEF-Einspritzvorrichtung (24), die zwischen dem DPF (20) und der unterstromigen SCR (22) angeordnet ist und zum Einspritzen von DEF in das Abgas ausgelegt ist, und einen Abgassystem-Controller (26), der mit einem Kraftmaschinen-Controller (28), mehreren Sensoren (30A-30F) innerhalb des Abgassystems (10) und der ersten und zweiten DEF-Einspritzvorrichtung (18, 24) in Kommunikation steht, wobei der Abgassystem-Controller (26) dazu ausgelegt ist, eine Zielabgastemperatur (EGT) an einem Einlass (48) der oberstromigen SCR (16) und einem Einlass (50) der unterstromigen SCR (22) zu etablieren und aufrechtzuerhalten, indem er über eine Kommunikation mit dem Kraftmaschinen-Controller (28) die Verbrennungseigenschaften der Dieselkraftmaschine (12) aktiv steuert, und Initiieren (104) einer stickstoffdioxidbasierten (NO2-basierten) Nachbehandlungsregenerierung des DPF (20) durch: zumindest teilweises Deaktivieren (206) der ersten DEF-Einspritzvorrichtung (18) und der oberstromigen SCR (16) mit dem Abgassystem-Controller (26), so dass NO2 die oberstromige SCR (16) durchlaufen kann, Erhöhen (108) von Pegeln von Stickstoffmonoxid (NO) in dem Abgas aus der Kraftmaschine (12) mit dem Abgassystem-Controller (26) über Kommunikation mit dem Kraftmaschinen-Controller (28), Etablieren (110) und Aufrechterhalten einer Zielabgastemperatur (Ziel-EGT) an einem Einlass (44) des DPF (20) (DPF-Einlasstemperatur) und einer Ziel-EGT an einem Einlass (46) des DOC (14) (DOC-Einlasstemperatur) durch aktives Steuern von Verbrennungseigenschaften der Kraftmaschine (12) mit dem Abgassystem-Controller (26) über Kommunikation mit dem Kraftmaschinen-Controller (28), Umwandeln (112) von NO in dem Abgas, das in den DOC (14) eintritt, in NO2 mit dem DOC (14), und Umwandeln (114) von festem kohlenstoffbasiertem Partikelmaterial, das sich in dem DPF (20) angesammelt hat, in gasförmiges Kohlendioxid (CO2) und NO unter Verwendung von NO2 als Oxidationsmittel.
2. Verfahren (100) nach Anspruch 1 , wobei das Erhöhen der Pegel von NO in dem Abgas aus der Kraftmaschine (12) mit dem Abgassystem-Controller (26) über Kommunikation mit dem Kraftmaschinen-Controller (28) ferner ein selektives Anpassen (108) einer Nutzung einer Abgasrückführungseinheit (EGR-Einheit) (42), einer Einspritzzeitvorgabe, einer Einspritzmenge und einer Frischluftmenge in der Kraftmaschine (12) mit dem Abgassystem-Controller (26) über Kommunikation mit dem Kraftmaschinen-Controller (28) umfasst.
3. Verfahren (100) nach Anspruch 2 , wobei das Etablieren und Aufrechterhalten einer Zielabgastemperatur (Ziel-EGT) an einem Einlass (44) des DPF (20) (DPF-Einlasstemperatur) und einer Ziel-EGT an einem Einlass (46) des DOC (14) (DOC-Einlasstemperatur) durch aktives Steuern von Verbrennungseigenschaften der Kraftmaschine (12) mit dem Abgassystem-Controller (26) über eine Kommunikation mit dem Kraftmaschinen-Controller (28) ferner umfasst: Berechnen (118) einer Ziel-EGT von Abgas, das aus der Kraftmaschine (12) kommt, basierend auf der Ziel-EGT an dem DPF (20) und der Ziel-EGT an dem DOC (14) sowie thermodynamischen Eigenschaften des Abgassystems (10) und Etablieren (120) und Aufrechterhalten der Ziel-EGT von Abgas, das aus der Kraftmaschine (12) kommt, und der Ziel-EGT von Abgas, das aus dem DOC (14) kommt, durch selektives Nutzen von späten Einspritzungen und Nacheinspritzungen innerhalb der Kraftmaschine (12) mit dem Abgassystem-Controller (26) über eine Kommunikation mit dem Kraftmaschinen-Controller (28).
4. Verfahren (100) nach Anspruch 3 , wobei das Etablieren und Aufrechterhalten einer Zielabgastemperatur (Ziel-EGT) an einem Einlass (44) des DPF (20) (DPF-Einlasstemperatur) ferner ein Etablieren und Aufrechterhalten (110) der DPF-Einlasstemperatur zwischen ungefähr dreihundert Grad Celsius und ungefähr fünfhundert Grad Celsius umfasst.
5. Verfahren (100) nach Anspruch 4 , wobei das Umwandeln von NO in dem Abgas, das in den DOC (14) eintritt, in NO2 mit dem DOC (14) ferner ein Umwandeln (112) von NO in dem Abgas, das in den DOC (14) eintritt, in NO2 mit dem DOC (14) unter Verwendung von Platin als Katalysator umfasst.
6. Verfahren (100) nach Anspruch 5 , wobei das zumindest teilweise Deaktivieren der ersten DEF-Einspritzvorrichtung (18) und der oberstromigen SCR (16) mit dem Abgassystem-Controller (26), so dass NO2 die oberstromige SCR (16) durchlaufen kann, ferner vor dem Erhöhen (108) von Pegeln von NO in Abgas aus der Kraftmaschine (12), dem Etablieren und Aufrechterhalten (110) einer Ziel-DPF-Einlasstemperatur und einer Ziel-DOC-Einlasstemperatur und dem Umwandeln von NO in dem in den DOC (14) eintretenden Abgas in NO2 mit dem DOC (14) umfasst: zumindest teilweises Deaktivieren (112) der ersten DEF-Einspritzvorrichtung (18) mit dem Abgassystem-Controller (26) und Ermöglichen, dass sich Rest-DEF in der oberstromigen SCR (16) auf akzeptable Pegel abbaut.
7. Verfahren (100) nach Anspruch 6 , wobei das Umwandeln von festem kohlenstoffbasiertem Partikelmaterial, das sich in dem DPF (20) angesammelt hat, in gasförmiges Kohlendioxid (CO2) und NO unter Verwendung von NO2 als Oxidationsmittel ferner umfasst: Aussetzen (114) des Kohlenstoffpartikelmaterials in dem DPF (20) einem Platin- und/oder einem Palladiumkatalysator, wobei das Kohlenstoffpartikelmaterial und das NO2 reagieren, um CO2 und NO zu bilden, und wobei ferner das NO mit Sauerstoff (O2) reagiert, um NO2 zu bilden, wobei das neu gebildete NO2 weiter mit Kohlenstoffpartikelmaterial reagiert.
8. Verfahren (100) nach Anspruch 7 , das ferner umfasst: Überwachen (122) eines Pegels von Kohlenstoffpartikelmaterial in dem DPF (20) mit dem Abgassystem-Controller (26) über eine Kommunikation mit einem Deltadrucksensor (30F) und einer Temperatur des Abgases in dem DPF (20); und Initiieren (128) einer kurzfristigen O2-basierten Nachbehandlungsregenerierung des DPF (20) dann, wenn: ein Pegel von Partikelmaterial in dem DPF (20) während einer NO2-basierten Nachbehandlungsregenerierung zunimmt (126); oder der Pegel von Partikelmaterial in dem DPF (20) während einer NO2-basierten Nachbehandlungsregenerierung langsamer abnimmt (130) als eine vorgegebene Rate.
9. Verfahren (100) nach Anspruch 8 , wobei das Initiieren einer kurzfristigen O2-basierten Nachbehandlungsregenerierung des DPF (20) ferner umfasst: Verwalten (140) des Pegels von O2 in Abgas an dem Einlass (44) des DPF (20) durch Steuern von Pegeln von O2 in Abgas aus der Kraftmaschine (12) mit dem Abgassystem-Controller (26) über Kommunikation mit dem Kraftmaschinen-Controller (28) durch selektives Anpassen einer Nutzung der EGR-Einheit (42), einer Einspritzzeitvorgabe, einer Einspritzmenge und einer Frischluftmenge in der Kraftmaschine (12) mit dem Abgassystem-Controller (26) über Kommunikation mit dem Kraftmaschinen-Controller (28), Etablieren und Aufrechterhalten (142) einer gewünschten EGT zwischen ungefähr fünfhundert Grad Celsius und sechshundertfünfzig Grad Celsius an dem Einlass (44) des DPF (20) durch: Berechnen (144) einer Ziel-EGT von Abgas, das aus der Kraftmaschine (12) kommt, und einer Ziel-EGT von Abgas, das aus dem DOC (14) kommt, basierend auf der gewünschten EGT an dem Einlass (44) des DPF (20) und den thermodynamischen Eigenschaften des Abgassystems (10), und Etablieren und Aufrechterhalten (146) der Ziel-EGT von Abgas, das aus der Kraftmaschine (12) kommt, und der Ziel-EGT von Abgas, das aus dem DOC (14) kommt, durch aktives Steuern von Verbrennungseigenschaften der Kraftmaschine (12) mit dem Abgassystem-Controller (26) über Kommunikation mit dem Kraftmaschinen-Controller (28) und selektives Nutzen von Späteinspritzungen und Nacheinspritzungen in der Kraftmaschine (12) mit dem Abgassystem-Controller (26) über Kommunikation mit dem Kraftmaschinen-Controller (28); und Umwandeln (148) von festem, kohlenstoffbasiertem Partikelmaterial, das sich in dem DPF (20) angesammelt hat, in gasförmiges CO2 unter Verwendung von O2 als Oxidationsmittel.
10. Verfahren (100) nach Anspruch 9 , das ferner ein Initiieren (134) einer kurzfristigen SCR-Entsulfatierung und ein Desorbieren von Schwefeloxiden (SOx) innerhalb der oberstromigen SCR (16) umfasst, wobei die kurzfristige SCR-Entsulfatierung umfasst: Etablieren und Aufrechterhalten (136) einer Ziel-Desorptions-EGT an einem Einlass der oberstromigen SCR (16) durch: Berechnen einer Ziel-EGT von Abgas, das aus der Kraftmaschine (12) kommt, und einer Ziel-EGT von Abgas, das aus dem DOC (14) kommt, basierend auf der Ziel-Desorptions-EGT und den thermodynamischen Eigenschaften des Abgassystems (10); und Etablieren und Aufrechterhalten (138) der Ziel-EGT von Abgas, das aus der Kraftmaschine (12) kommt, und der Ziel-EGT von Abgas, das aus dem DOC (14) kommt, durch aktives Steuern von Verbrennungseigenschaften der Kraftmaschine (12) mit dem Abgassystem-Controller (26) über eine Kommunikation mit dem Kraftmaschinen-Controller (28) und selektives Nutzen von späten Einspritzungen und Nacheinspritzungen innerhalb der Kraftmaschine (12) mit dem Abgassystem-Controller (26) über eine Kommunikation mit dem Kraftmaschinen-Controller (28).

Description

EINLEITUNG Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Nachbehandlungsregenerierung in einem Dieselfahrzeug. Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen eine Steuerstrategie für die Nachbehandlungsregenerierung eines Abgassystems für eine Brennkraftmaschine. Die Druckschrift US 2011 / 0 283 680 A1 offenbart beispielsweise ein Verfahren zur Nachbehandlungsregenerierung in einem Dieselfahrzeug, bei dem Abgas eines Motors durch einen Oxidationskatalysator, einen SCR-Katalysator und einen Dieselpartikelfilter geleitet wird, wobei zwischen dem Oxidationskatalysator und dem SCR-Katalysator ein Reduktionsmittel eingespritzt wird. Die Druckschrift EP 1 916 029 A1 beschreibt ein verwandtes Verfahren. Nachbehandlungsvorrichtungen von Dieselabgassystemen wie der Dieseloxidationskatalysator (DOC), der Dieselpartikelfilter (DPF), die Mager-NOx-Falle (LNT) und die selektive katalytische Reduktion (SCR) sind unverzichtbar geworden. Die sauerstoffbasierte Regenerierung von DPFs erfolgt bei sehr hohen Temperaturen, was zu einer vorzeitigen „Alterung“ der Komponenten des DPF und der SCR sowie anderer Komponenten des Abgassystems aufgrund thermischer Verschlechterung führt. Daher besteht eine Aufgabe der Erfindung darin, ein verbessertes Verfahren zum Bereitstellen einer Nachbehandlungsregenerierung des DPF und der SCR für ein Dieselabgassystem bereitzustellen, das umfasst: primäres Verwenden einer NO2-basierten Nachbehandlungsregenerierung des DPF, gelegentliches Verwenden einer kurzfristigen O2-basierten Nachbehandlungsregenerierung des DPF dann, wenn die Rußreduzierung innerhalb des DPF während einer NO2-basierten Nachbehandlungsregenerierung unwirksam ist, und gelegentliches Verwenden einer SCR-Entsulfatierung dann, wenn keine aktuelle O2-basierte Nachbehandlungsregenerierung eingeleitet wurde. ZUSAMMENFASSUNG Die vorgenannte Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen angegeben. Gemäß mehreren Aspekten der vorliegenden Offenbarung umfasst ein Verfahren zur Nachbehandlungsregenerierung in einem Dieselfahrzeug: Leiten von Abgasen aus einer Dieselkraftmaschine durch ein Abgassystem innerhalb des Fahrzeugs, wobei das Abgassystem umfasst: einen Dieseloxidationskatalysator (DOC), der unmittelbar unterstromig der Dieselkraftmaschine angeordnet ist, eine oberstromige selektive katalytische Reduktionseinheit (SCR-Einheit), die unterstromig des DOC angeordnet ist, eine erste Einspritzvorrichtung für Dieselabgasfluid (DEF-Einspritzvorrichtung), die zwischen dem DOC und der ersten SCR angeordnet ist und zum Einspritzen von DEF in das Abgas ausgelegt ist, einen Dieselpartikelfilter (DPF), der unterstromig der ersten SCR angeordnet ist und zum Auffangen von Partikelmaterial aus dem hindurchtretenden Abgas ausgelegt ist, und einen Abgassystem-Controller, der mit einem Kraftmaschinen-Controller, mehreren Sensoren innerhalb des Abgassystems und der ersten DEF-Einspritzvorrichtung in Kommunikation steht, und Initiieren einer stickstoffdioxidbasierten (NO2-basierten) Nachbehandlungsregenerierung des DPF durch: zumindest teilweises Deaktivieren der ersten DEF-Einspritzvorrichtung und der oberstromigen SCR mit dem Abgassystem-Controller, so dass NO2 die oberstromige SCR durchströmen kann, Erhöhen von Pegeln von Stickstoffmonoxid (NO) in dem Abgas aus der Kraftmaschine mit dem Abgassystem-Controller über Kommunikation mit dem Kraftmaschinen-Controller, Etablieren und Aufrechterhalten einer Zielabgastemperatur (Ziel-EGT) an einem Einlass des DPF (DPF-Einlasstemperatur) und einer Ziel-EGT an einem Einlass des DOC (DOC-Einlasstemperatur) durch aktives Steuern der Verbrennungseigenschaften der Kraftmaschine mit dem Abgassystem-Controller über Kommunikation mit dem Kraftmaschinen-Controller, Umwandeln von NO in dem Abgas, das in den DOC eintritt, in NO2 mit dem DOC und Umwandeln von festem kohlenstoffbasiertem Partikelmaterial, das sich in dem DPF angesammelt hat, in gasförmiges Kohlendioxid (CO2) und NO unter Verwendung von NO2 als Oxidationsmittel. Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst das Erhöhen der Pegel von NO in dem Abgas der Kraftmaschine mit dem Abgassystem-Controller über Kommunikation mit dem Kraftmaschinen-Controller ferner ein selektives Anpassen einer Nutzung einer Abgasrückführungseinheit (EGR-Einheit), einer Einspritzzeitvorgabe, einer Einspritzmenge und einer Frischluftmenge in der Kraftmaschine mit dem Abgassystem-Controller über Kommunikation mit dem Kraftmaschinen-Controller. Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst das Etablieren und Aufrechterhalten einer Zielabgastemperatur (Ziel-EGT) an einem Einlass des DPF (DPF-Einlasstemperatur) und einer Ziel-EGT an einem Einlass des DOC (DOC-Einlasstemperatur) durch aktives Steuern der Verbrennungseigenschaften der Kraftmaschine mit dem Abgassystem-Controller über eine Kommunikation mit dem Kraftmaschinen-Controller ferner: Berechnen einer Ziel-EGT von aus de