DE102005059549B4 - Reduktionsmittel-dosiersteuerungssystem, entsprechendes verfahren und selektives katalytisches reduktionssystem - Google Patents

Reduktionsmittel-dosiersteuerungssystem, entsprechendes verfahren und selektives katalytisches reduktionssystem Download PDF

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Abstract

Reduktionsmittel-Dosiersteuerungssystem zur Verwendung in einem SCR-System eines Kraftfahrzeugs, das umfasst: einen Eingang, der ein NOx-Rückkopplungssignal von einem an dem SCR-System vorgesehenen NOx-Sensor empfängt; ein Basis-Dosiermodul, das eine Menge an benötigtem Reduktionsmittel berechnet, um es auf Basis des NOx-Rückkopplungssignals vor einem SCR-Katalysator des SCR-Systems einzuspritzen, wobei der SCR-Katalysator Ammoniak-Speichereigenschaften aufweist; und einen Ausgang, der einem Reduktionsmittel-Dosiermechanismus signalisiert, Überschussreduktionsmittel auf Basis der benötigten Menge an Reduktionsmittel periodisch einzuspritzen, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner ein intermittierendes Dosiermodul umfasst, das die Menge an Reduktionsmittel auf einer intermittierenden Basis durch Verwenden einer Basis-Verweisüberschussharnstoffmenge und einer Basis-Einschaltdauer berechnet und eine Ausschaltzeit auf Basis der benötigten Menge an Reduktionsmittel berechnet, wobei der Ausgang derart eingerichtet ist, dass er dem Reduktionsmittel-Dosiermechanismus signalisiert, Reduktionsmittel gemäß der Basis-Einschaltdauer, der Ausschaltzeit und der Menge an Reduktionsmittel intermittierend einzuspritzen, durch ein Ein- und Ausschalten eines Bits gemäß der Basis-Einschaltdauer und der Ausschaltzeit und Multiplizieren des Bits mit der Menge an Reduktionsmittel, und wobei die Basis-Einschaltdauer eine vorbestimmte Länge aufweist und eine Einspritzrate des Reduktionsmittel-Dosiermechanismus variabel ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Dieselmotorsteuerungssysteme und insbesondere eine intermittierende oder kontinuierliche Reduktionsmittelzufuhr zu Selektiven Katalytischen Reduktions-(SCR)-Katalysatoren auf Basis einer Rückkopplung von einem Motorausgang-NOx-Sensor.
  • Eine Selektive Katalytische Reduktion (SCR) von NOx unter Verwendung von Harnstoff als ein Reduktionsmittel ist für eine Reduktion von NOx-Emissionen an feststehenden Quellen und mobilen Anwendungen gut etabliert. In dem SCR-Prozess reagiert NOx mit einem Reduktionsmittel wie z. B. reinem wasserfreien Ammoniak, wässrigem Ammoniak und/oder Harnstoff, der vor einem speziellen SCR-Katalysator in den Abgasstrom eingespritzt wird. Der SCR-Ansatz verringert signifikant Diesel-NOx.
  • Der SCR-Prozess erfordert eine genaue Steuerung der Reduktionsmittel-Einspritzrate. Eine unzureichende Einspritzung kann in einer unannehmbar niedrigen NOx-Umwandlung resultieren. Eine Einspritzrate, die zu hoch ist, kann Reduktionsmittel in die Atmosphäre freisetzen. Das aktuelle Dosiersteuerungssystem verwendet Dosier-Routineverzeichnisse mit einem offenen Regelkreis auf Basis einer Motordrehzahl und -last, wobei Temperaturmodifikatoren die erforderliche Dosiermenge nachschlagen. Die Steuergerätlogik mit einem offenen Regelkreis kann jedoch auch nicht in einer optimalen NOx-Emissionseliminierung resultieren, möglicherweise wegen eines transienten Betriebs mit niedrigen Emissionswerten. Zum Teil auf Grund minimaler praktischer Einstellungen an Reduktionsmittel-Dosiermechanismen ist es schwierig, Reduktionsmittel bei diesen niedrigen Werten ohne ein Entweichen von Reduktionsmittel in die Umgebung genau zuzuführen.
  • Die EP 0 554 766 A1 offenbart ein Reduktionsmittel-Dosiersteuerungssystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, ein entsprechendes Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 7 sowie ein selektives katalytisches Reduktionssystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 13.
  • Die US 6,713,030 B1 beschreibt ein Verfahren zur Reduktion von Stickoxiden in Abgasen mittels selektiver katalytischer Reduktion (SCR) durch Ammoniak, wobei das Ammoniak einem Katalysator intermittierend zugeführt wird, so dass der Katalysator Ammoniak adsorbieren kann. Das adsorbierte Ammoniak reagiert mit den Stickoxiden der Abgase, wenn die Ammoniakzufuhr unterbrochen ist. Die intermittierende Zufuhr von Ammoniak ist eine Funktion der Temperatur des Katalysators.
  • Die US 5,522,218 A betrifft ein System zur Reduktion von Stickoxiden in den Abgasen eines Motors, wobei ein die Stickoxide reduzierendes Fluid intermittierend in den Abgasstrom eingespritzt wird. Die Frequenz des Einspritzvorgangs hängt von den Betriebsparametern des Motors und der Abgastemperatur ab, während eine je Einspritzvorgang in den Abgasstrom abgegebene Menge von Reduktionsfluid konstant ist.
  • Die DE 38 25 206 A1 betrifft ein Verfahren zur Entfernung von in Abgasen enthaltenen Stickoxiden durch Behandeln der Abgase mit einem Reduktionsmittel an einem Katalysator bei einem vorgewählten stöchiometrischen Verhältnis zwischen Reduktionsmittelkonzentration und Stickoxidausgangskonzentration.
  • Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Reduktionsmittel-Dosiersteuerungssystem zur Verwendung in einem SCR-System eines Kraftfahrzeugs und ein SCR-System sowie ein entsprechendes Dosiersteuerungsverfahren zu schaffen, die über möglichst weite Zustandsbereiche des SCR-Systems verbesserte Ergebnisse liefern.
  • Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch das jeweilige System der Ansprüche 1 und 13 bzw. durch das Verfahren gemäß Anspruch 7.
  • Ein Reduktionsmittel-Dosiersteuerungssystem zur Verwendung in einem Selektiven Katalytischen Reduktions-(SCR)-System eines Kraftfahrzeugs umfasst einen Eingang, der ein NOx-Rückkopplungssignal von einem an dem SCR-System vorgesehenen NOx-Sensor empfängt. Ein Basis-Dosiermodul führt auf Basis des NOx-Rückkopplungsignals eine Berechnung einer Menge an Reduktionsmittel, um es vor einem SCR-Katalysator des SCR-Systems einzuspritzen, wobei der SCR-Katalysator NH3-Speichereigenschaften aufweist. Ein Ausgang signalisiert einem Reduktionsmittel-Dosiermechanismus, eine Überschussmenge an Reduktionsmittel auf Basis der Berechnung periodisch zuzuführen.
  • Die Erfindung wird in Folgendem beispielhaft anhand der Zeichnungen beschrieben; in diesen zeigt:
  • 1 ein funktionelles Blockdiagramm eines Dieselmotors mit einem selektiven katalytischen Reduktionssystem gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 2 ein Blockdiagramm eines SCR-Systems gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 3 einen Satz von Graphen, die eine Reduktionsmittel-Dosiersteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung demonstrieren;
  • 4 ein Blockdiagramm eines Reduktionsmittel-Dosiersteuerungssystems gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 5 ein Blockdiagramm eines NOx-Durchfluss-Bestimmungsmoduls gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 6 ein Blockdiagramm eines Basis-Dosiermoduls gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 7 ein Blockdiagramm eines Harnstoff-Dosiermengenmodifikator-Berechnungsmoduls gemäß der vorliegenden Erfindung
  • 8 ein Blockdiagramm eines Freigabelogikmoduls gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 9 ein Blockdiagramm eines Intermittierenden Dosiermoduls gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 10 ein Blockdiagramm eines Endbegrenzungsanwendungsmoduls gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 11 ein Blockdiagramm eines Konzentrationsberechnungsmoduls gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 12 ein Blockdiagramm eines Wirkungsgradberechnungsmoduls gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • 13A ein Blockdiagramm eines CAN-Moduls gemäß der vorliegenden Erfindung; und
  • 13B ein Blockdiagramm eines Rückstellungsintegrationsmoduls gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • Die nachfolgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform ist lediglich von beispielhafter Natur und soll die Erfindung, ihre Anwendung oder ihre Verwendungen in keiner Weise einschränken. Wie hierin verwendet bezieht sich der Begriff Modul auf einen anwendungsspezifischen Schaltkreis (ASIC), einen elektronischen Schaltkreis, einen Prozessor (geteilt, zugeordnet oder Gruppe) und einen Speicher, die ein oder mehrere Software- oder Firmware-Pragramme ausführen, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder weitere geeignete Komponenten, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen.
  • Als Übersicht veranschaulicht 1 ein selektives katalytisches Reduktionssystem gemäß der vorliegenden Erfindung. Darin stößt ein Dieselmotor 100 NOx in ein Abgassystem 102 aus. Ein elektronisches Steuermodul 104 empfängt sensorische Signale von einer Vielzahl an Sensoren, die an dem Motor 100 und dem Abgassystem 102 vorgesehen sind. Diese Sensoren umfassen einen Luftmassensensor 106, einen Motordrehzahlsensor 108, einen Ansauglufttemperatursensor 110, einen Drosselklappenstellungssensor 112, einen Motorausgang-NOx-Sensor 114, Abgastemperatursensoren 116, 118 und 120, einen SCR-Katalysatorausgang-NOx-Sensor 122 und/oder Deltadrucksensoren 124 und 126.
  • Es sollte einzusehen sein, dass SCR- und Dieselpartikelfilter(DPF)-Systeme in demselben Fahrzeug getrennt oder gemeinsam vorhanden sein können. Während Filter verwendet werden können, um Partikelstoffe aus einem Motorabgas gemäß einem DPF zu entfernen, kann eine SCR die chemische Struktur von gasförmigen Emissionen mit Hilfe eines Katalysators, der die giftigen Emissionen als ein nicht-gasförmiges Produkt der chemischen Reaktion festhält, chemisch verändern. Demgemäß können Deltadruck Sensoren 124 und 126 in einem kombinierten SCR-/DPF-System gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden oder in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit nur einer SCR weggelassen werden.
  • Das elektronische Steuermodul 104 verwendet ein oder mehrere Sensorsignal/e, umfassend ein Signal von einem Motorausgang-NOx-Sensor 114, um einen Reduktionsmittel-Dosiersollwert zu berechnen und den Sollwert wie z. B. einen Spannungspegel an das Dosier-Steuermodul 26 des Reduktionsmittel-Dosiersystems 30 weiterzuleiten. Das Dosier-Steuermodul 26 wiederum bewirkt, dass eine Reduktionsmittel-Dosiereinheit 32 wie z. B. ein elektromagnetisch betätigtes Ventil Reduktionsmittel von einer Reduktionsmittelzufuhr 128 in das Abgassystem 102 an einem Punkt vor einem SCR-Katalysator 130 einspritzt. Zum Beispiel öffnet die Sollwertspannung das Ventil in eine Stellung, die zulässt, dass Reduktionsmittel mit einer vorbestimmten Rate durchströmt. Wenn der Spannungssollwert sich ändert, ändert sich demgemäß die Einspritzrate.
  • Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Bereich des Reduktionsmittel-Dosiersystems 30 durch Überwinden der Minimalsollwertbegrenzung der Reduktionsmittel-Dosiereinheit 32 erweitert. Zum Beispiel gibt es eine minimale Öffnungsstellung eines Ventils und daher eine minimale Rate einer Reduktionsmitteleinspritzung. Demgemäß umfasst die vorliegende Erfindung ein intermittierendes Einspritzen von Reduktionsmittel in das Abgassystem mit einer gegebenen Rate vor dem Katalysator für Zeitperioden, die durch Zeitspannen ohne Einspritzung getrennt sind. Demgemäß wird der Sollwert während der Zeitspannen ohne Einspritzung auf null geändert. In einer unten stehend unter Bezug auf die 2–8 beschriebenen bevorzugten Ausführungsform weist die Einspritzperiode eine vorbestimmte Länge auf, während die Einspritzrate und die Zeitspanne ohne Einspritzung variabel sind. Ein zeolithbasierter SCR-Katalysator wird gegenwärtig bevorzugt, um einen hohen Umwandlungswirkungsgrad über den Katalysator bei intermittierender Einspritzung aufrecht zu erhalten. Es sollte jedoch einzusehen sein, dass andere im Wesentlichen gleichwertigen Katalysatoren verwendet werden können, die Ammoniak-Speichereigenschaften aufweisen.
  • 2 veranschaulicht die gegenwärtig bevorzugte Ausführungsform eines Selektiven Katalytischen Reduktions-(SCR)-Systems zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug gemäß der vorliegenden Erfindung. Demgemäß verwendet ein elektronisches Steuermodul 104 ein Reduktionsmittel-Dosiersteuerungssystem 14, um den Sollwert für ein Reduktionsmittel-Dosiersteuerungssystem 30 zu berechnen. Die bevorzugte Ausführungsform verwendet Harnstoff als ein Reduktionsmittel. Das Reduktionsmittel-Dosier-steuerungssystem 14 umfasst ein NOx-Durchfluss-Bestimmungsmodul 16, ein Basis-Dosiermodul 18, ein Harnstoff-Dosiermengenmodifikator-Berechnungsmodul 20, ein intermittierendes Dosiermodul 50, ein Freigabelogikmodul 24, ein Endbegrenzungsanwendungsmodul 52, ein Konzentrationsberechnungsmodul 22, ein Wirkungsgradberechnungsmodul 54, ein CAN-Modul 56 und ein Rückstellungsintegrationsmodul 58. Das elektronische Steuermodul 104 verwendet ein Dosier-Steuermodul 14, um den Betrieb des Dosier-Steuermoduls 26 zu beeinflussen. Das Dosier-Steuer-modul 26 steht mit dem elektronischen Steuermodul 104 über einen CAN-Bus 28 in Verbindung.
  • Das Dosier-Steuermodul 26 betätigt das Reduktionsmittel-Dosiersystem 30, um Harnstoff in das Abgassystem 102 einzuspritzen. Eine Rückkopplung von einem Echtzeit-Motorausgang-NOx-Sensor 114 wird verwendet, um eine benötigte Harnstoffmenge während eines Standard-(d. h. konstanten Einspritz-)Dosiermodus und eines Modus für eine intermittierende Dosierung gemäß der vorliegenden Erfindung zu berechnen.
  • Die Dosiersteuerungsstrategie der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform umfasst drei primäre Schritte, um die korrekte (Sollwert-)Menge an Harnstoffreduktionsmittel zu berechnen und dem Abgassystem zuzuführen. Zum Beispiel wird ein Signal von dem Echtzeit-NOx-(Rückkopplungs)-Sensor 114 verwendet, um die korrekte Menge an Harnstoff zu berechnen, die zum Einspritzen vor einem zeolithbasierten SCR-Katalysator benötigt wird, um eine optimale Leistung (NOx-Umwandlungswirkungsgrad) aufrecht zu erhalten. Es wird auch der Betrieb einer vorhandenen Dosiereinheit verbessert, indem der Betrieb am unteren Ende durch einen Prozess, der als intermittierende Dosierung bezeichnet wird, erweitert wird. Dieser Prozess führt periodisch eine Überschussmenge an Harnstoff zu und nutzt die Ammoniak-Speichereigenschaften eines zeolithbasierten SCR-Katalysators, um einen hohen Umwandlungswirkungsgrad über den Katalysator aufrecht zu erhalten, wenn das Reduktionsmittel-Dosiersystem 30 (wenn es wie konstruiert verwendet wird) sonst keinerlei Harnstofflösung zuführen könnte. Ferner wird ein Eingang von weiteren Sensoren wie z. B. Motor-Luftmassen- und Temperatursensoren zum Berechnen von Modifikatoren verwendet, um die berechnete Harnstoffmenge an die physikalischen Zustände des Katalysators wie z. B. Temperatur und Raumgeschwindigkeit anzupassen.
  • Wendet man sich nun den 4–13 zu, ist hier ein Reduktionsmittel-Dosiersteuerungssystem 14 (4) im Detail beschrieben. Wie in 5 veranschaulicht, liefert in dem NOx-Durchfluss-Bestimmungsmodul 16 (5) das NOx-Sensorsignal das PPM-Signal und es wird unter Verwendung eines Luftdurchflusses + Kraftstoffdurchflusses als Abgasdurchfluss (nicht gezeigt, aber an 0 zugeführt, Mexh) und von NOx- und Abgasmolekulargewichten (gezeigt und berechnet in dem Konzentrationsberechnungsmodul 22 (4), MW_NOX, MW_Exh) zu einem Masse-pro-Zeit-Signal umgewandelt. Die Hauptausgänge des NOx-Durchfluss-Bestimmungsmoduls 16 sind der NOx-Durchfluss (MNOXF, g/s) und der Abgasmassendurchfluss (MEF, g/s).
  • In dem Basis-Dosiermodul 18 und wie in 6 weiter veranschaulicht wird eine stöchiometrische Dosiermenge an Harnstofflösung aus dem NOx-Durchfluss (MNOXF) unter Verwendung der Harnstoff-zu-Ammoniak-Zersetzungseigenschaften (2 MOL NH3 für 1 MOL Harnstoff) und der Molekulargewichte von Harnstoff und NOx berechnet; diese Menge wird für eine 32,5%ige Harnstoff-/Wasserlösung (die die verfügbare Standardkonzentration ist) berechnet. Die Basis-Sollwert-Dosiermenge wird dann für eine zusätzliche Verdünnung (mit Wasser, für eine Verdünnung und Dichte) korrigiert und gefiltert, um ein Rauschen zu reduzieren. Der Hauptausgang des Basis-Dosiermoduls 18 ist ein Basis-Harnstofflösungsdurchfluss (QUreaSolnBase, g/h).
  • Zurückkommend auf 4 werden in dem Harnstoff-Dosiermengen-modifikator-Berechnungsmodul 20 Harnstoff-Dosiermengenmodifikatoren in der Form von Multiplikatoren für Motor- und/oder Katalysator-Betriebszustände berechnet, wie in 7 veranschaulicht. Zwei Haupttypen von Modifikatoren werden berechnet. Zuerst wird ein Modifikator auf Basis von Katalysatorzuständen (Temperatur (SCR_TexOpt) und Raumgeschwindigkeit (SCR_SpVel)) bestimmt (UreaCatCondMulti) und dann wird ein Modifikator auf Basis einer Motordrehzahl und -last und einer Katalysatortemperatur (UreaEngineMapMulti) wird bestimmt. Der End-Basis-Modifikator kann eine Funktion eines oder beider dieser Verfahren (welches der Situation auch immer am besten gerecht wird) sein. Dann werden zwei weitere Modifikatoren eingeschlossen (einer auf Basis einer Motorlaufzeit und einer Motorbeschleunigung), bevor die Endmodifikatoren angewendet werden. Es gibt zwei Endmodifikatoren, einen für einen Standardbetriebsmodus und einen für einen Betriebsmodus für eine intermittierende Dosierung. Zurückkommend auf 4 sind die Hauptausgänge des Harnstoff-Dosiermengenmodifikator-Berechnungsmoduls 20 ein Standardmodusmodifikator (UreaFinal_Multi) und ein Modifikator für den intermittierenden Modus (UreaFinal_MultiInt). Diese Modifikatoren werden in MAIN zu dem Harnstoff-Basislösungsdurchfluss (QUreaSolnBase, g/h) multipliziert, um (QUreaSolnStd) zu erhalten, und dieses wird dem intermittierenden Dosiermodul 50 und dem Freigabelogikmodul 24 zugeführt.
  • Wendet man sich 8 zu, so wird in dem Freigabelogikmodul 24 eine Entscheidung getroffen, um zu bestimmen, ob die benötigte Harnstoffmenge durch das vorhandene Dosiersystem zugeführt werden kann (auf Grund von Minimaldosierungsbegrenzungen). Zurückkommend auf 4 wird (QUreaSolnStd, g/h) an das Endbegrenzungsanwendungsmodul 52 weitergeleitet, wenn die Dosiermenge dem minimalen Dosierbedarf des Dosiersystems gerecht wird. Andernfalls wird der Modus für eine intermittierende Dosierung aktiviert und die durch das intermittierende Dosiermodul 50 für eine berechnete intermittierende Dosiermenge (QUreaSolnInt, g/h) wird an das Endbegrenzungsanwendungsmodul 52 weitergeleitet. Nunmehr zurückkommend auf 8 bestimmt das Freigabelogikmodul 24 auf Basis einer SCR-Katalysatortemperatur (SCR_TexOpt, C) auch, ob eine Harnstoffdosierung überhaupt erfolgen sollte. Zurückkommend auf 4 sind die Hauptausgänge des Freigabelogikmoduls 24 ein Dosierfreigabe-Flag (DosingEnb) und ein Freigabe-Flag (IntDosingEnb) für eine intermittierende Dosierung.
  • In dem intermittierenden Dosiermodul 50 wird die intermittierende Dosiermenge (QUreaSolnInt) berechnet. Wendet man sich nun 9 zu, so verwendet die in dem intermittierenden Dosiermodul 50 durchgeführte Intermittierungsberechnung eine Basis-Verweisüberschussharnstoff-Sollwertmenge aus einer Tabelle (IntDosingQ) oder aus einer Multiplikatortabelle (IntDosingQ_Mult) mal der Standardmenge (QUreaSolnStd) und eine Basis-Einschaltdauer und berechnet die Ausschaltzeit auf Basis der Sollwertmenge. Ein Zeitsteuerungsalgorithmus schaltet dann gemäß der berechneten Einschaltzeit und Ausschaltzeit ein Bit Ein-1 und Aus-0 und das Bit wird mit der Überschussharnstoff-Dosiermenge multipliziert. Zurückkommend auf 4 ist der Hauptausgang des Intermittierenden Dosiermoduls 50 eine intermittierende Dosiermenge (QUreaSolnInt, g/h).
  • In dem Endbegrenzungsanwendungsmodul 52 erfolgt eine Endbegrenzung der Harnstoffmenge auf Basis einer Information für einen maximalen und minimalen Durchfluss des Dosiersystems und die Harnstoff-Sollwertmenge wird an MAIN zurückgeleitet, wobei (QUreaSolnOutFinal, g/h) zu dem Dosiersystem (durch die Hardware-E/A-Ebene an den CAN-Bus) gesendet wird. Die Berechnung von (QUreaSolnOutFinal, g/h) ist in 10 detailliert beschrieben, wobei das Endbegrenzungsanwendungsmodul 52 die Eingangsmenge auf Basis der minimalen und maximalen Dosiersystemfähigkeiten begrenzt.
  • Zurückkommend auf 4 sind weitere Zusatzmodule vorhanden, die das Konzentrationsberechnungsmodul 22, das Wirkungsgradberechnungsmodul 24 und das Rückstellintegrationsmodul 58 umfassen, um die Algorithmen und Versuche zu unterstützen. Wendet man sich 11 zu sowerden z. B. in dem Konzentrationsberechnungsmodul 22 NO/NO2-Anteile sowie augenblickliche und kumulative NH3/NOx-Molverhältnisse werden berechnet. Wendet man sich 12, so berechnet auch das Wirkungsgradberechnungsmodul 54 augenblickliche und kumulative NOx-Umwandlungswirkungsgrade von NOx-Sensoren vor und nach dem SCR-Katalysator. Wendet man sich als nächstes 13A zu, so erfasst das CAN-Modul 56 ferner CAN-Businformation von dem Dosiersystem und skaliert die erfasste Information. Noch weiter veranschaulicht 13B einen Betrieb des Rückstellintegrationsmoduls 58.
  • Resultate einer SCR-Reduktionsmittel-Dosiersteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung sind in den 2 und 3 graphisch dargestellt. Zum Beispiel umreißt eine Dosier-/Nicht-Dosierlinie 38 den FTP 75-Betriebsbereich 40. Dieser Bereich wird wie bei 36 mit Hilfe einer intermittierenden Dosierung erweitert, wenn die benötigte Reduktionsmittelmenge unter einen Minimalwert fällt, der durch eine konstante Dosierung bereitgestellt werden kann. Auch ist bei 42 eine NOx-Sensor-Dosiersteuerung graphisch dargestellt, wobei eine Harnstoffmenge mit den NOx aus dem Motor skaliert ist. Des Weiteren sind eine intermittierende und konstante Dosierung zusammen bei 44 graphisch dargestellt, wobei zwischen den Moden gemäß der oberen Kurve eine Schaltung erfolgt. Es sollte einzusehen sein, dass eine intermittierende Dosierung in einigen Ausführungsformen ausschließlich verwendet werden kann, dass aber Zeitspannen ohne Einspritzung sich zu Zeiten, wenn ein starker Reduktionsmittelfluss benötigt wird, auf null verringern können.
  • Die NOx-Rückkopplungsteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung lässt zu, dass das Harnstoff-Dosiersystem die korrekte Menge an Harnstoff unter allen Motor- und Katalysator-Betriebszustände zuführt. Auch können unübliche Motor-Betriebszustände wie z. B. eine AGR-Störung und eine Partikelfilterregeration automatisch untergebracht werden. Im Ergebnis kann unter den meisten Umständen ein Endrohr-Ammoniak minimiert werden. Des Weiteren passt sich die Dosiermenge selbst der Motorkalibrierung an, was den Motorkalibrierprozess erleichtert.
  • Die Strategie einer intermittierenden Dosierung erweitert auch die Fähigkeit des Harnstoff-Dosiersystems, ein NH3/NOx-Verhältnis während niedriger NOx-Zustände durch Ausschöpfen der Zeolith-Katalysator-NH3-Speichereigenschaften aufrecht zu erhalten. Sie lässt auch die Verwendung einer Lösung mit Höherkonzentration zu, um sowohl die Zustände Niedrige Drehzahl, Geringe Last (NOx-Niedrig) und Hohe Drehzahl, Hohe Last (NOx-Hoch) abzudecken.
  • Es ist vorstellbar, dass zusätzliche Algorithmen hinzugefügt werden können, um die Verwendung von Echtzeit-Katalysatorwirkungsgrad-Berechnungen zuzulassen, oder für eine On-Board-Diagnose-(OBD)-Funktionalität (mit Hilfe von 2 NOx-Sensoren) und historische Betriebsdateninformation, um die Sollwert-Dosiermenge aus einem System-Langzeitlernverhalten zu modifizieren. Es ist auch noch vorstellbar, dass das System und Verfahren der gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform modifiziert werden können, um andere Reduktionsmittel wie z. B. reinen wasserfreien Ammoniak, wässrigen Ammoniak oder jede beliebige Form von Ammoniak, die genau dosiert werden kann, unterzubringen. Es sollte einzusehen sein, dass Harnstoff durch Zersetzungsreaktionen in dem Abgassystem zu NH3 umgewandelt wird. Es sind jedoch nur 2 Mol NH3 für jedes Mol Harnstoff verfügbar, anstelle von nur 1 Mol reinen Ammoniaks. Somit ändert sich die Berechnung geringfügig in Abhängigkeit davon, ob NH3 oder Harnstoff vorhanden ist, und von der Konzentration des Stoffes.
  • Zusammengefasst betrifft die Erfindung ein Reduktionsmittel-Dosiersteuerungssystem für eine Verwendung in einem Selektiven Katalytischen Reduktions-(SCR)-System eines Kraftfahrzeugs, umfassend einen Eingang, der ein NOx-Rückkopplungssignal von einem an dem SCR-System vorgesehenen NOx-Sensor empfängt. Ein Basis-Dosiermodul berechnet auf Basis des NOx-Rückkopplungssignals eine benötigte Menge an Reduktionsmittel, um sie vor einem SCR-Katalysator des SCR-Systems einzuspritzen. Der SCR-Katalysator weist Ammoniak-Speichereigenschaften auf. Ein Ausgang signalisiert einem Reduktionsmittel-Dosiermechanismus auf Basis der benötigten Menge an Reduktionsmittel, Überschussreduktionsmittel periodisch einzuspritzen.

Claims (15)

  1. Reduktionsmittel-Dosiersteuerungssystem zur Verwendung in einem SCR-System eines Kraftfahrzeugs, das umfasst: einen Eingang, der ein NOx-Rückkopplungssignal von einem an dem SCR-System vorgesehenen NOx-Sensor empfängt; ein Basis-Dosiermodul, das eine Menge an benötigtem Reduktionsmittel berechnet, um es auf Basis des NOx-Rückkopplungssignals vor einem SCR-Katalysator des SCR-Systems einzuspritzen, wobei der SCR-Katalysator Ammoniak-Speichereigenschaften aufweist; und einen Ausgang, der einem Reduktionsmittel-Dosiermechanismus signalisiert, Überschussreduktionsmittel auf Basis der benötigten Menge an Reduktionsmittel periodisch einzuspritzen, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner ein intermittierendes Dosiermodul umfasst, das die Menge an Reduktionsmittel auf einer intermittierenden Basis durch Verwenden einer Basis-Verweisüberschussharnstoffmenge und einer Basis-Einschaltdauer berechnet und eine Ausschaltzeit auf Basis der benötigten Menge an Reduktionsmittel berechnet, wobei der Ausgang derart eingerichtet ist, dass er dem Reduktionsmittel-Dosiermechanismus signalisiert, Reduktionsmittel gemäß der Basis-Einschaltdauer, der Ausschaltzeit und der Menge an Reduktionsmittel intermittierend einzuspritzen, durch ein Ein- und Ausschalten eines Bits gemäß der Basis-Einschaltdauer und der Ausschaltzeit und Multiplizieren des Bits mit der Menge an Reduktionsmittel, und wobei die Basis-Einschaltdauer eine vorbestimmte Länge aufweist und eine Einspritzrate des Reduktionsmittel-Dosiermechanismus variabel ist.
  2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner ein Freigabelogikmodul umfasst, das eine Bestimmung durchführt, ob ein Reduktionsmittel-Dosiersystem des SCR-Systems in der Lage ist, die Menge an Reduktionsmittel unter vorliegenden Umständen zuzuführen, und selektiv eine Sollwert-Dosiermenge weiterleitet, die die Menge an Reduktionsmittel an das Reduktionsmittel-Dosiersystem auf Basis von Ergebnissen der Bestimmung wiedergibt.
  3. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Eingang sensorische Signale von Motor-Luftmassensensoren des Kraftfahrzeugs und von Temperatursensoren des SCR-Systems empfängt, wobei das System ferner ein Dosier-Modifikationsmodul umfasst, das Modifikatoren auf Basis der sensorischen Signale berechnet, um die Menge an Reduktionsmittel an physikalische Zustände des Motors und Katalysators, die Temperatur und Raumgeschwindigkeit umfassen, anzupassen, und die Menge an Reduktionsmittel für Motor- und Katalysator-Betriebszustände gemäß den Modifikatoren modifiziert.
  4. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner ein NOx-Durchfluss-Bestimmungsmodul umfasst, das ein PPM-Signal von dem NOx-Sensor unter Verwendung eines Luftdurchflusses, Kraftstoffdurchflusses und NOx-Molekulargewichts zu einem Masse-pro-Zeit-NOx-Durchfluss-Signal umwandelt, wobei das Basis-Dosiermodul derart eingerichtet ist, dass es eine stöchiometrische Dosiermenge an Harnstoff für eine 32,5%ige Harnstoff-/Wasserlösung berechnet, was ein Berechnen der Dosiermenge aus dem NOx-Durchfluss unter Verwendung einer Harnstoff-zu-Ammoniak-Zersetzungseigenschaft und der Molekulargewichte von Harnstoff und NOx umfasst, um die stöchiometrische Dosiermenge für eine zusätzliche Verdünnung mit Wasser zu korrigieren und die Menge zu filtern, um ein Rauschen zu reduzieren, und dadurch eine Sollwert-Dosiermenge zu bestimmen.
  5. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner ein Konzentrationsberechnungsmodul umfasst, das einen NO/NO2-Anteil auf Basis von Oxidationskatalysator(DOC)-Eigenschaften abschätzt.
  6. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner ein Konzentrationsberechnungsmodul umfasst, das NH3/NOx-Malverhältnisse berechnet.
  7. Reduktionsmittel-Dosiersteuerungsverfahren zur Verwendung in einem SCR-System eines Kraftfahrzeugs, umfassend die Schritte: Empfangen eines NOx-Rückkopplungssignals von einem an dem SCR-System vorgesehenen NOx-Sensor; Berechnen einer benötigten Menge an Reduktionsmittel, um sie vor einem SCR-Katalysator des SCR-Systems einzuspritzen, auf Basis des NOx-Rückkopplungssignals, wobei der SCR-Katalysator Ammoniak-Speichereigenschaften aufweist; und periodisches Zuführen einer Überschussmenge an Reduktionsmittel auf Basis der benötigten Menge an Reduktionsmittel, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner die Schritte umfasst: Berechnen der Menge an Reduktionsmittel auf einer intermittierenden Basis umfassend das Verwenden einer Basis-Verweisüberschussharnstoffmenge und einer Basis-Einschaltdauer und Berechnen einer Ausschaltzeit auf Basis der Menge an Reduktionsmittel; und intermittierendes Einspritzen von Reduktionsmittel gemäß der Basis-Einschaltdauer, der Ausschaltzeit und der Menge an Reduktionsmittel, umfassend ein Ein- und Ausschalten eines Bits gemäß der Basis-Einschaltdauer und der Ausschaltzeit und Multiplizieren des Bits mit der Menge an Reduktionsmittel, wobei die Basis-Einschaltdauer eine vorbestimmte Länge aufweist und eine Einspritzrate des Reduktionsmittels variabel ist.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner die Schritte umfasst: Durchführen einer Bestimmung, ob ein Reduktionsmittel-Dosiersystem des SCR-Systems in der Lage ist, die Menge an Reduktionsmittel unter vorliegenden Umständen zuzuführen; selektives Weiterleiten einer Sollwert-Dosiermenge, die die Menge an Reduktionsmittel an das Reduktionsmittel-Dosiersystem auf Basis von Ergebnissen der Bestimmung wiedergibt.
  9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner die Schritte umfasst: Empfangen sensorischer Signale von Motor-Luftmassensensoren des Kraftfahrzeugs und von Temperatursensoren des SCR-Systems; Berechnen von Modifikatoren auf Basis der sensorischen Signale, um die Menge an Reduktionsmittel an physikalische Zustände des Motors und Katalysators, die Temperatur und Raumgeschwindigkeit umfassen, anzupassen; und Modifizieren der Menge an Reduktionsmittel für Motor- und Katalysator-Betriebszustände gemäß den Modifikatoren.
  10. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner die Schritte umfasst: Umwandeln eines PPM-Signals von dem NOx-Sensor zu einem Masse-pro-Zeit-NOx-Durchfluss-Signal unter Verwendung eines Luftdurchflusses, Kraftstoffdurchflusses und NOx-Molekulargewichts; Berechnen einer stöchiometrischen Dosiermenge an Harnstoff für eine 32,5%ige Harnstoff-/Wasserlösung, was ein Berechnen der Dosiermenge aus dem NOx-Durchfluss unter Verwendung einer Harnstoff-zu-Ammoniak-Zersetzungseigenschaft und der Molekulargewichte von Harnstoff und NOx umfasst; und Korrigieren der stöchiometrischen Dosiermenge für eine zusätzliche Verdünnung mit Wasser und Filtern der Menge, um ein Rauschen zu reduzieren, wodurch eine Sollwert-Dosiermenge bestimmt wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner den Schritt umfasst: Abschätzen eines NO/NO2-Verhältnisses auf Basis von Eigenschaften des Oxidationskatalysators (DOC).
  12. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner den Schritt umfasst: Berechnen von NH3/NOx-Molverhältnissen.
  13. Selektives katalytisches Reduktionssystem zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug, das umfasst: einen zeolithbasierten Katalysator, der in einem Abgassystem angeordnet ist und ein NOx-Abgas aufnimmt, das aus einem Dieselmotor austritt; eine Zufuhr eines Reduktionsmittels; einen Reduktionsmittel-Dosiermechanismus, der derart eingerichtet ist, dass er Reduktionsmittel in das Abgassystem vor dem Katalysator gemäß einem variablen Reduktionsmittel-Dosiersollwert einspritzt; einen NOx-Rückkopplungssensor, der ein NOx-Rückkopplungssignal liefert, das eine Menge an NOx-Abgas angibt, die aus dem Dieselmotor austritt; und ein Reduktionsmittel-Dosiersteuerungssystem, das derart eingerichtet ist, dass es eine benötigte Menge an Reduktionsmittel, um sie vor dem zeolithbasierten SCR-Katalysator einzuspritzen, auf Basis des NOx-Rückkopplungssignals berechnet, um die Menge an Reduktionsmittel auf Basis von sensorischen Signalen von Motor-Luftmassensensoren des Dieselmotors und Temperatursensoren des Gehäuses zu modifizieren und einen Reduktionsmittel-Sollwert auf Basis der benötigten Menge an Reduktionsmittel an den Reduktionsmittel-Dosiermechanismus weiterzuleiten, dadurch gekennzeichnet, dass das Reduktionsmittel-Dosiersteuerungssystem derart eingerichtet ist, dass es den Reduktionsmittel-Dosiermechanismus steuert, um Überschussreduktionsmittel in das Abgassystem vor dem Katalysator für Zeitperioden, die durch Zeitspannen ohne Einspritzung getrennt sind, intermittierend einzuspritzen, wobei zumindest eine der Zeitperioden und der Zeitspannen auf Basis der benötigten Menge an Reduktionsmittel berechnet wird, und dass das Reduktionsmittel-Dosiersteuerungssystem derart eingerichtet ist, dass es die benötigte Menge an Reduktionsmittel mit einer dem konstanten Betrieb des Dosiermechanismus bei einem minimalen Sollwert zugeordneten Reduktionsmittelmenge vergleicht.
  14. System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Reduktionsmittel-Dosiersteuerungssystem derart eingerichtet ist, dass es einen NO/NO2-Anteil abschätzt und NH3/NOx-Molverhältnisse berechnet.
  15. System nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Reduktionsmittel-Dosiersteuerungssystem derart eingerichtet ist, dass es ein PPM-Signal von dem NOx-Sensor unter Verwendung eines Luftdurchflusses, Kraftstoffdurchflusses und NOx-Molekulargewichts zu einem Masse-pro-Zeit-NOx-Durchfluss-Signal umwandelt, eine stöchiometrische Dosiermenge an Harnstoff für eine 32,5%ige Harnstoff-/Wasserlösung berechnet, was ein Berechnen der Dosiermenge aus dem NOx-Durchfluss unter Verwendung einer Harnstoff-zu-Ammoniak-Zersetzungseigenschaft und der Molekulargewichte von Harnstoff und NOx umfasst, die stöchiometrische Dosiermenge für eine zusätzliche Verdünnung mit Wasser korrigiert und die Menge filtert, um ein Rauschen zu reduzieren, wodurch eine Basis-Sollwert-Dosiermenge bestimmt wird.
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