DE102008017543B4

DE102008017543B4 - Dosiermodul und ein Verfahren zur Steuerung der Einspritzung von Reduktionsmittel

Info

Publication number: DE102008017543B4
Application number: DE102008017543.9A
Authority: DE
Inventors: Charles E. Solbrig
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2007-04-10
Filing date: 2008-04-07
Publication date: 2015-02-12
Anticipated expiration: 2028-04-08
Also published as: DE102008017543A1

Abstract

Dosiermodul (230) zur Steuerung der Einspritzung von Reduktionsmittel für ein Fahrzeug umfassend: ein Basisdosismodul (302), das ein Basisdosissignal erzeugt, das einem Massenstrom eines Dosiermittels entspricht; ein Dosisanpassungsmodul (314), das ein Ammoniak(NH3)-Signal empfängt und das eine erste Dosisanpassung beruhend auf dem NH3-Signal ermittelt, wobei das NH3-Signal stromabwärts eines Katalysators (120) gemessenes NH3 angibt; ein Vergleichsmodul (316), das das NH3-Signal mit einem Schwellenwert vergleicht und beruhend auf dem Vergleich ein Entweichungssignal mit einem ersten Zustand oder einem zweiten Zustand erzeugt, wobei das Vergleichsmodul (316) das Entweichungssignal mit dem ersten Zustand erzeugt, wenn das NH3-Signal größer als der Schwellenwert ist; ein Modul für maximale Speicherung (306), das eine maximale NH3-Speicherkapazität des Katalysators (120) ermittelt; ein Modul für momentane Speicherung (308), das eine von dem Katalysator (120) momentan gespeicherte Masse an NH3 ermittelt und die momentan gespeicherte Masse gleich der maximalen Speicherkapazität setzt, nachdem das Entweichungssignal mit dem ersten Zustand erzeugt wurde; ein Speicherungsverhältnismodul (310), das beruhend auf der momentan gespeicherten Masse und der maximalen Speicherkapazität ein Speicherungsverhältnis ermittelt; ein Speicherungsanpassungsmodul (312), das beruhend auf dem Speicherungsverhältnis eine zweite Dosisanpassung ermittelt; ein Wählmodul (318), das beruhend auf dem Entweichungssignal die erste Dosisanpassung oder die zweite Dosisanpassung wählt, wobei das Wählmodul (318) die erste Dosisanpassung wählt, wenn das Entweichungssignal mit dem ersten Zustand erzeugt wird; und ein Dosisermittlungsmodul (320), das beruhend auf dem Basisdosissignal und der gewählten Dosisanpassung ein Dosiersignal erzeugt.

Description

Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Dosiermodul und ein Verfahren zur Steuerung der Einspritzung von Reduktionsmittel.
Hintergrund
Unter Bezug nun auf 1 wird ein Funktionsblockdiagramm eines Brennkraftmaschinensystems 100 dargestellt. Durch einen Ansaugkrümmer 104 wird Luft in eine Brennkraftmaschine 102 gesaugt. Das Volumen der in die Brennkraftmaschine 102 gesaugten Luft wird durch eine Drosselklappe 106 verändert. Die Luft mischt sich mit Kraftstoff von einem oder von mehreren Kraftstoffeinspritzventilen 108, um ein Kraftstoff/Luft-Gemisch zu bilden. Das Kraftstoff/Luft-Gemisch wird zum Erzeugen von Drehmoment in einem oder mehreren Zylindern 110 der Brennkraftmaschine 102 verbrannt. Ein Brennkraftmaschinensteuermodul (ECM, kurz vom engl. Engine Control Module) 112 reguliert das von der Brennkraftmaschine 120 abgegebene Drehmoment mittels beispielsweise des Kraftstoffeinspritzventils 108 und/oder der Drosselklappe 106.
Das sich aus der Verbrennung des Kraftstoff/Luft-Gemisches ergebende Abgas wird aus den Zylindern zu einer Abgasanlage ausgestoßen. Das Abgas kann Partikel (PM, kurz vom engl. Particulate Matter) und Gas enthalten. Im Einzelnen kann das Abgas Stickstoffoxide (NOx), beispielsweise Stickstoffoxid (NO) und Stickstoffdioxid (NO₂), enthalten. Die Abgasanlage umfasst eine Behandlungsanlage 114, die u. a. die jeweiligen Mengen an NOx und PM in dem Abgas reduziert.
Die Behandlungsanlage 114 umfasst einen Dieseloxidationskatalysator (DOC, kurz vom engl. Diesel Oxidation Catalyst) 116, einen Dosiermittel-Injektor 118 und einen Katalysator 120. Der DOC 116 beseitigt zum Beispiel Kohlenwasserstoffe und/oder Kohlenoxide aus dem Abgas. Der Dosiermittel-Injektor 118 spritzt stromaufwärts des Katalysators 120 ein Dosiermittel in den Abgasstrom ein. Der Katalysator 120 ist im Einzelnen ein Katalysator für die selektive katalytische Reduktion (SCR, kurz vom engl. Selective Catalytic Reduction). Das Dosiermittel reagiert mit NOx in dem durch den SCR-Katalysator strömenden Abgas, was Stickstoff (N₂) und Wasser (H₂O) ergibt.
Das ECM 112 umfasst ein Dosiermodul 130, das den Massenstrom des mittels des Dosiermittel-Injektors 118 eingespritzten Dosiermittels (DA_IN) steuert. Das Dosiermodul 130 passt DA_IN beruhend auf Signalen von einem oder mehreren NOx-Sensoren 138 und 140 und/oder Signalen von einem oder mehreren Temperatursensoren 134 und 136 an. Zudem kann das Dosiermodul 130 DA_IN beruhend auf Signalen von anderen Sensoren 142 anpassen. Lediglich zum Beispiel können die anderen Sensoren 142 einen Sensor des Krümmerunterdrucks (MAP), einen Sensor des Massenstroms (MAF), einen Drosselpositionssensor (TPS), einen Sensor der Ansauglufttemperatur (IAT) und/oder jeden anderen geeigneten Sensor umfassen.
Zum Ausführen einer NOx-Reduktion speichert der SCR-Katalysator 120 von dem Dosiermittel vorgesehenes NH₃. Die Masse des von dem SCR-Katalysator 120 gespeicherten NH₃ wird als momentane Speicherung bezeichnet. Der Prozentsatz (z. B. 0–100%) des NOx, der aus dem Abgas beseitigt wird, wird als Umwandlungswirkungsgrad bezeichnet und hängt von der momentanen Speicherung ab. Lediglich zum Beispiel steigt bei zunehmender momentaner Speicherung auch der Umwandlungswirkungsgrad.
Um einen vorgegebenen Umwandlungswirkungsgrad beizubehalten, passt das Dosiermodul 130 DA_IN an, um eine entsprechende momentane Speicherung vorzusehen. Der SCR-Katalysator 120 kann aber in der Lage sein, bis zu einer maximalen Masse NH₃ zu speichern, was als maximale Speicherkapazität bezeichnet wird. Der Umwandlungswirkungsgrad kann maximiert werden, wenn die momentane Speicherung des SCR-Katalysators 120 bei maximaler Speicherkapazität liegt. Demgemäß passt das Dosiermodul 130 DA_IN an, um die momentane Speicherung zur Maximierung des Umwandlungswirkungsgrads bei oder nahe der maximalen Speicherkapazität zu halten.
Herkömmliche Dosiermodule zur Steuerung der Einspritzung von Reduktionsmittel in den Abgasstrom eines Fahrzeugs sind aus den Druckschriften DE 100 22 981 A1 , DE 101 00 420 A1 , DE 10 2005 062 120 A1 und DE 10 2006 056 857 A1 bekannt.
Zusammenfassung
Ein erfindungsgemäßes Dosiermodul für ein Fahrzeug umfasst ein Basisdosismodul, ein Dosisanpassungsmodul und ein Dosisermittlungsmodul. Das Basisdosismodul erzeugt ein Basisdosissignal, das einem Massenstrom eines Dosiermittels entspricht. Das Dosisanpassungsmodul empfängt ein (Ammoniak(NH3)-Signal und ermittelt beruhend auf dem NH3-Signal eine erste Dosisanpassung. Das NH3-Signal gibt stromabwärts eines Katalysators gemessenes NH3 an.
Weiterhin umfasst das Dosiermodul ein Vergleichsmodul, das das NH3-Signal mit einem Schwellenwert vergleicht und das beruhend auf dem Vergleich ein Entweichungssignal mit einem ersten Zustand und einem zweiten Zustand erzeugt. Das Vergleichsmodul erzeugt das Entweichungssignal mit dem ersten Zustand, wenn das NH3-Signal größer als der Schwellenwert ist.
Ferner umfasst das Dosiermodul ein Modul für maximale Speicherung und ein Modul für momentane Speicherung. Das Modul für maximale Speicherung ermittelt eine maximale NH3-Speicherkapazität des Katalysators. Das Modul für momentane Speicherung ermittelt eine von dem Katalysator momentan gespeicherte Masse an NH3 und setzt die momentan gespeicherte Masse gleich der maximalen Speicherkapazität, nachdem das Entweichungssignal mit dem ersten Zustand erzeugt wurde.
Außerdem umfasst das Dosiermodul ein Speicherungsverhältnismodul, ein Speicherungsanpassungsmodul und ein Wählmodul. Das Speicherungsverhältnismodul ermittelt beruhend auf der momentan gespeicherten Masse und der maximalen Speicherkapazität ein Speicherungsverhältnis. Das Speicherungsanpassungsmodul ermittelt beruhend auf dem Speicherungsverhältnis eine zweite Dosisanpassung. Das Wählmodul wählt beruhend auf dem Entweichungssignal die erste Dosisanpassung oder die zweite Dosisanpassung, wobei das Wählmodul die erste Dosisanpassung wählt, wenn das Entweichungssignal mit dem ersten Zustand erzeugt wird. Das Dosisermittlungsmodul erzeugt beruhend auf dem Basisdosissignal und der gewählten Dosisanpassung das Dosiersignal.
Bei anderen Merkmalen umfasst eine Abgasbehandlungsanlage das Dosiermodul, einen NH3-Sensor und einen Dosiermittel-Injektor. Der NH3-Sensor erzeugt das NH3-Signal. Der Dosiermittel-Injektor liefert dem Katalysator das Dosiermittel beruhend auf dem Dosiersignal. Das Dosisanpassungsmodul umfasst eine nach dem NH3-Signal indizierte so genannte Lookup-Tabelle (= ein auf einer Tabelle beruhendes Berechnungsverfahren) der Dosisanpassung, und das Dosisanpassungsmodul ermittelt die erste Dosisanpassung weiterhin beruhend auf der Lookup-Tabelle.
Bei noch anderen Merkmalen ermittelt das Speicherungsanpassungsmodul beruhend auf einem Anteil des Speicherungsverhältnisses die zweite Dosisanpassung. Der Anteil wird beruhend auf einem Signal ermittelt, das die Temperatur des Katalysators anzeigt.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren umfasst das Erzeugen eines Basisdosissignals, das einem Massenstrom eines Dosiermittels entspricht und das Ermitteln einer ersten Dosisanpassung beruhend auf einem Ammoniak(NH3)-Signal. Das NH3-Signal gibt das stromabwärts eines Katalysators gemessene NH3 an.
Das Verfahren umfasst weiterhin das Vergleichen des NH3-Signals mit einem Grenzwert und das Erzeugen eines Entweichungssignals mit einem ersten Zustand oder einem zweiten Zustand beruhend auf dem Vergleich. Das Entweichungssignal mit dem ersten Zustand wird erzeugt, wenn das NH3-Signal größer als der Grenzwert ist.
Weiterhin umfasst das Verfahren das Ermitteln einer maximalen NH3-Speicherkapazität des Katalysators, das Ermitteln einer von dem Katalysator momentan gespeicherten Masse an NH3 und das Setzen der momentan gespeicherten Masse gleich der maximalen Speicherkapazität, nachdem das Entweichungssignal mit dem ersten Zustand erzeugt wurde.
Ferner umfasst das Verfahren das Ermitteln eines Speicherungsverhältnisses beruhend auf der momentan gespeicherten Masse und der maximalen Speicherkapazität, das Ermitteln einer zweiten Dosisanpassung beruhend auf dem Speicherungsverhältnis, das Wählen von erster Dosisanpassung oder zweiter Dosisanpassung beruhend auf dem Entweichungssignal und das Erzeugen eines Dosiersignals beruhend auf dem Basisdosissignal und der gewählten Dosisanpassung. Dabei wird die erste Dosisanpassung gewählt, wenn das Entweichungssignal mit dem ersten Zustand erzeugt wird.
Bei anderen Merkmalen umfasst das Verfahren weiterhin das Zuführen des Dosiermittels zum Katalysator beruhend auf dem Dosiersignal. Das Verfahren umfasst weiterhin das Ermitteln der ersten Dosisanpassung weiterhin beruhend auf einer nach dem NH3-Signal indizierten Lookup-Tabelle einer Dosisanpassung.
Das Verfahren umfasst weiterhin das Ermitteln der zweiten Dosisanpassung beruhend auf einem Anteil des Speicherungsverhältnisses. Das Verfahren umfasst weiterhin das Ermitteln des Anteils beruhend auf einem Signal, das die Temperatur des Katalysators anzeigt.
Weitere Anwendungsbereiche der vorliegenden Offenbarung gehen aus der nachstehend vorgesehenen eingehenden Beschreibung hervor.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Offenbarung geht aus der eingehenden Beschreibung und den Begleitzeichnungen umfassender hervor. Hierbei zeigen:
1 ein Funktionsblockdiagramm eines Brennkraftmaschinensystems nach dem Stand der Technik;
2 ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Brennkraftmaschinensystems nach den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung;
3A–3B Funktionsblockdiagramme beispielhafter Umsetzungen eines Dosiermoduls nach den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung;
4 ein Flussdiagramm, das beispielhafte Schritte zeigt, die von dem Dosiermodul nach den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung ausgeführt werden; und
5 eine graphische Darstellung des Betriebs des Dosiermoduls nach den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung.
Eingehende Beschreibung
Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur. Der Klarheit halber werden in den Zeichnungen die gleichen Bezugszeichen zur Bezeichnung ähnlicher Elemente verwendet. Der Ausdruck mindestens eines von A, B und C', wie er hierin verwendet wird, sollte so ausgelegt werden, dass er ein logisches (A oder B oder C) unter Verwendung eines nicht ausschließlichen logischen Oder bedeutet. Es versteht sich, dass Schritte in einem Verfahren in anderer Reihenfolge ausgeführt werden können, ohne die Grundsätze der vorliegenden Offenbarung zu ändern.
Der Begriff Modul, wie er hierin verwendet wird, bezeichnet eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC, kurz vom engl. Application Specific Integrated Circuit), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (geteilt, dediziert oder Gruppe) samt Speicher, die ein oder mehrere Software- oder Firmware-Programme ausführen, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten, die die beschriebene Funktionalität vorsehen.
Bei normalem Betrieb versucht ein Dosiermittel-Steuergerät den Umwandlungswirkungsgrad durch Anpassen des Massenstroms des eingespritzten Dosiermittels (DA_IN) zu maximieren, um die momentane Speicherung eines Katalysators für selektive katalytische Reduktion (SCR) bei oder nahe einer maximalen Speicherkapazität zu halten. Wird aber Dosiermittel so eingespritzt, dass die momentane Speicherung die maximale Speicherkapazität übersteigen würde, kann aus einem Fahrzeug Ammoniak (NH₃) ausgestoßen werden, was als Entweichen (slip) bezeichnet wird. Das Dosiermittel-Steuergerät ermittelt die momentane Speicherung und die maximale Speicherkapazität, um sowohl den Umwandlungswirkungsgrad zu maximieren als auch das Entweichen zu minimieren.
Die maximale Speicherkapazität hat eine umgekehrte Beziehung zur Temperatur des SCR-Katalysators. Wenn zum Beispiel die SCR-Temperatur ansteigt, nimmt die maximale Speicherkapazität ab. Demgemäß kann die maximale Speicherkapazität beruhend auf einer Abbildung der SCR-Temperatur zur maximalen Speicherkapazität ermittelt werden. Es können auch andere Parameter zur Ermittlung der maximalen Speicherkapazität verwendet werden, beispielsweise die Strömrate des Abgases, die Konzentration von Stickstoffdioxid (NO₂) in dem Abgas und/oder jeder andere geeignete Parameter.
Das Ermitteln der momentanen Speicherung kann dagegen eine komplexere Analyse erfordern, wie nachstehend näher erläutert wird. Das Dosiermittel-Steuergerät kann zum Beispiel die momentane Speicherung beruhend auf der Masse an NH₃, das dem SCR-Katalysator (NH3_IN) zugeführt wird, und der Masse an NH₃, das während eines vorgegebenen Zeitraums aufgebraucht wird (NH3_USED), ermitteln.
Das Ermitteln von NH3_IN und/oder NH3_USED kann aber eine Reihe von Variablen erfordern, die jeweils von Umwelt- und/oder Systembedingungen beeinflusst werden können, wodurch die Möglichkeit eines Fehlers in die Berechnung der momentanen Speicherung eingebracht werden kann. Demgemäß kann das Dosiermittel-Steuergerät unwissentlich ein Entweichen verursachen, während es versucht, die momentane Speicherung bei einem Sollwert zu halten, beispielsweise bei oder nahe der maximalen Speicherkapazität. Alternativ kann das Dosiermittel-Steuergerät einen niedrigeren Umwandlungswirkungsgrad verursachen.
Das Dosiermittel-Steuergerät kann präzis detektieren, wann ein Entweichen auftritt, indem es unter Verwendung eines NH3-Sensors die NH₃-Konzentration stromabwärts des SCR-Katalysators misst. Wird ein Entweichen detektiert, beginnt das Dosiermittel-Steuergerät, DA_IN beruhend auf der gemessenen NH₃-Konzentration zu reduzieren. Das Dosiermittel-Steuergerät kann, lediglich zum Beispiel, DA_IN mehr und mehr reduzieren, wenn die NH₃-Konzentration steigt. Demgemäß kann das Dosiermittel-Steuergerät sowohl den Umwandlungswirkungsgrad maximieren als auch das Entweichen minimieren.
Weiterhin kann das Dosiermittel-Steuergerät bei Auftreten eines Entweichens die momentane Speicherung gleich der maximalen Speicherkapazität setzen, da ein Entweichen nur auftritt, wenn die momentane Speicherung die maximale Speicherkapazität überschreitet. Dies aktualisiert die momentane Speicherung auf einen präzisen Wert, den das Dosiermittel-Steuergerät bei Normalbetrieb nach Enden des Entweichens verwenden kann.
Unter Bezug nun auf 2 wird ein Funktionsblockdiagramm eines beispielhaften Brennkraftmaschinensystems 200 dargestellt. Die Brennkraftmaschine 102 kann jede geeignete Art von Brennkraftmaschine sein, beispielsweise ein Benzin-Verbrennungsmotor, ein Diesel-Verbrennungsmotor oder eine Hybrid-Brennkraftmaschine. Die Brennkraftmaschine 102 erzeugt durch Verbrennen eines Kraftstoff/Luft-Gemisches in Zylindern der Brennkraftmaschine 102 ein Drehmoment. Lediglich zum Beispiel kann die Brennkraftmaschine 102 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10 oder 12 Zylinder umfassen. Die Verbrennung des Kraftstoff/Luft-Gemisches hat Abgas zur Folge.
Das Abgas wird aus den Zylindern zu einer Abgasanlage ausgestoßen. Die Abgasanlage umfasst eine Behandlungsanlage 214, die u. a. die Menge an Stickstoffoxiden (NOx) reduziert, beispielsweise Stickstoffoxid (NO) und Stickstoffdioxid (NO₂) in dem Abgas. Die Behandlungsanlage 214 umfasst den Dieseloxidationskatalysator (DOC) 116, den Dosiermittel-Injektor 118 und den SCR-Katalysator 120. Lediglich zum Beispiel kann der SCR-Katalysator 120 einen Vanadiumkatalysator, einen Zeolitkatalysator und/oder jeden anderen geeigneten Katalysator umfassen. Der SCR-Katalysator 120 kann mit einem Dieselpartikelfilter (DPF) oder in jeder anderen geeigneten Konfiguration umgesetzt werden.
Die Behandlungsanlage 214 umfasst auch die NOx-Sensoren 138 und 140 und kann einen oder mehrere der Temperatursensoren 134 und 136 umfassen. Die Temperatursensoren 134 und 136 können sich an verschiedenen Stellen in der gesamten Abgasanlage befinden. Lediglich zum Beispiel kann der Temperatursensor 134 stromabwärts des DOC 116 und stromaufwärts des SCR-Katalysators 120 sein, und der Temperatursensor 136 kann stromabwärts des SCR-Katalysators 120 sein. Die Temperatursensoren 134 und 136 können jeweils ein Signal liefern, das eine Temperatur des Abgases an ihrer Position angibt, das als T_B bzw. T_C bezeichnet wird.
Der NOx-Sensor 138 befindet sich stromaufwärts des DOC 116 und liefert ein Signal, das eine NOx-Konzentration in dem Abgas anzeigt, die als NOx_US (ppm) bezeichnet wird. Der NOx-Sensor 140 ist stromabwärts des SCR-Katalysators 120 angeordnet und liefert ein Signal, das eine NOx-Konzentration in dem Abgas angibt, die als NOx_DS (ppm) bezeichnet wird. Der NOx-Sensor 140 kann auf NH3 in dem Abgas kreuzempfindlich sein.
Ein Brennkraftmaschinen-Steuermodul (ECM) 212 reguliert die Drehmomentabgabe der Brennkraftmaschine 102. Das ECM 212 umfasst ein Dosiermodul 230, das DA_IN (g/s) steuert, d. h. den dem SCR-Katalysator 120 gelieferten Massenstrom an Dosiermittel. Lediglich zum Beispiel kann das Dosiermittel Harnstoff, Ammoniak (NH₃) oder jedes andere geeignete Dosiermittel sein. In Fällen, da Harnstoff als Dosiermittel verwendet wird, reagiert er mit dem Abgas, was NH₃ zur Folge hat. Der SCR-Katalysator 120 speichert NH₃ und katalysiert eine Reaktion zwischen dem gespeicherten NH₃ und dem aus dem SCR-Katalysator 120 austretenden NOx.
NOx und NH₃ reagieren bei einer bekannten Rate, die als k_3OX bezeichnet wird und durch folgende Gleichung beschrieben wird:
wobei x abhängig von der Menge an NO₂ in dem Abgas von 1,0 bis 1,333 schwankt. Das Dosiermodul 230 ermittelt eine Grunddosis, die als DA_BASE (g/s) bezeichnet wird. In verschiedenen Umsetzungen ermittelt das Dosiermodul 230 DA_BASE beruhend auf NOx_US. Lediglich zum Beispiel kann DA_BASE die Menge an Dosiermittel (Mol) sein, die zum Erzeugen eines stöchiometrischen Gemisches aus NH₃ und NOx stromaufwärts des SCR-Katalysators 120 erforderlich ist.
Das Dosiermodul 230 ermittelt die momentane Speicherung (g) und die maximale Speicherkapazität (g) des SCR-Katalysators 120 beruhend auf bekannten Werten und Signalen von verschiedenen Sensoren, wie nachstehend näher beschrieben wird. Das Dosiermodul 230 ermittelt beruhend auf der momentanen Speicherung und der maximalen Speicherkapazität ein Speicherungsverhältnis. Das Dosiermodul 230 ermittelt beruhend auf dem Speicherungsverhältnis eine Dosisanpassung. Die Dosisanpassung wird als zweite Dosisanpassung bezeichnet.
Die Behandlungsanlage 214 umfasst weiterhin einen NH3-Sensor 244, der stromabwärts des SCR-Katalysators 120 angeordnet ist. Der NH3-Sensor 244 liefert ein Signal, das eine NH3-Konzentration in dem Abgas anzeigt, die als NH3_OUT (ppm) bezeichnet wird. Im Einzelnen zeigt NH3_OUT die NH₃-Konzentration abgesehen von anderen Komponenten des Abgases, wie NOx, an. Das Dosiermodul 230 ermittelt beruhend auf NH3_OUT eine andere Dosisanpassung. Diese Dosisanpassung wird als erste Dosisanpassung bezeichnet.
Das Dosiermodul 230 ermittelt beruhend auf NH3_OUT, ob ein Entweichen auftritt. In verschiedenen Umsetzungen ermittelt das Dosiermodul 230, dass ein Entweichen auftritt, wenn NH3_OUT größer als ein Grenzwert ist, der als Entweichungsschwellenwert bezeichnet wird. Lediglich zum Beispiel kann der Entweichungsschwellenwert bei 2,0 ppm NH₃ liegen.
Das Dosiermodul 230 wählt beruhend darauf, ob ein Entweichen auftritt, die erste oder zweite Dosisanpassung. Lediglich zum Beispiel wählt das Dosiermodul 230 die erste Dosisanpassung, wenn ein Entweichen auftritt. Dann passt das Dosiermodul 230 beruhend auf der gewählten Dosisanpassung DA_BASE an, wodurch DA_IN erzeugt wird.
Wenn kein Entweichen auftritt, passt das Dosiermodul 230 mit anderen Worten beruhend auf der zweiten Dosisanpassung (d. h. dem Speicherungsverhältnis) DA_BASE an. Dieses Verfahren wird in der U.S. Patentanmeldung Nr. 11/786,036, die auf den Rechtsinhaber der vorliegenden Anmeldung übertragen ist, eingereicht am 10. April 2007, deren Offenbarung durch Verweis in ihrer Gesamtheit hierin übernommen wird, näher erläutert. Bei Auftreten eines Entweichens passt das Dosiermodul 230 beruhend auf der ersten Dosisanpassung (d. h. beruhend auf NH3_OUT) DA_BASE an.
Weiterhin kann das Dosiermodul 230 die momentane Speicherung gleich der maximalen Speicherkapazität setzen, wenn ein Entweichen auftritt. Dies ermöglicht es dem Dosiermodul 230, die momentane Speicherung auf einen bekannten Wert zu aktualisieren, da ein Entweichen nur auftritt, wenn die momentane Speicherung gleich der maximalen Speicherkapazität ist. Wenn das Entweichen endet, kehrt das Dosiermodul 230 zurück zum Anpassen von DA_BASE beruhend auf der zweiten Dosisanpassung (d. h. beruhend auf dem Speicherungsverhältnis).
Unter Bezug nun auf 3 wird ein Funktionsblockdiagramm einer beispielhaften Umsetzung des Dosiermoduls 230 dargestellt. Das Dosiermodul 230 umfasst ein Grunddosismodul 302, ein SCR-Temp-Modul 304, ein Modul 306 für maximale Speicherung, ein Modul 308 für momentane Speicherung, ein Speicherungsverhältnismodul 310 und ein Speicherungsanpassungsmodul 312. Das Dosiermodul 230 umfasst ferner ein Dosisanpassungsmodul 314, ein Vergleichsmodul 316, ein Wählmodul 318 und ein Dosisermittlungsmodul 320.
Das Grunddosismodul 302 ermittelt beruhend auf zum Beispiel NOx_US DA_BASE. Das SCR-Temp-Modul 304 ermittelt die SCR-Temperatur beruhend zum Beispiel auf den Temperaturen T_B und T_C von den Temperatursensoren 134 bzw. 136. Alternativ kann die SCR-Temperatur dem SCR-Temp-Modul 304 durch einen Sensor, der die SCR-Temperatur misst, jeden anderen geeigneten Sensor oder ein Modell geliefert werden.
Das Modul 306 für maximale Speicherung ermittelt die maximale Speicherkapazität des SCR-Katalysators 120 beruhend auf der SCR-Temperatur. Lediglich zum Beispiel kann die maximale Speicherkapazität beruhend auf einer Abbildung der SCR-Temperatur zur maximalen Speicherkapazität ermittelt werden. Diese Abbildung kann zum Beispiel in einem nicht flüchtigen oder flüchtigen Speicher umgesetzt werden. Zudem kann die maximale Speicherkapazität auf anderen Eigenschaften beruhen, beispielsweise Alterung und/oder MAF.
Das Modul 308 für momentane Speicherung ermittelt die momentane Speicherung des SCR-Katalysators 120. Das Modul 308 für momentane Speicherung kann beruhend auf NH3_IN und NH3_USED während eines vorgegebenen Zeitraums die momentane Speicherung ermitteln. Das Modul 308 für momentane Speicherung kann die momentane Speicherung bei einem vorgegebenen Intervall, beispielsweise alle 0,1 Sekunden, ermitteln. Das Modul 308 für momentane Speicherung kann beruhend zum Beispiel auf DA_IN, der Konzentration des Dosiermittels (DA_CONC), der Rate, bei der sich das Dosiermittel zu NH3 (k_DEC) zersetzt, und den relativen Molekülmassen von NH₃ (NH3_MW) und des Dosiermittels (DA_MW) NH3_IN ermitteln. Lediglich zum Beispiel kann NH3_IN unter Verwendung der folgenden Gleichung ermittelt werden.
DA_CONC ist der Prozentsatz des in der Dosiermittellösung vorhandenen Dosiermittels (z. B. 32,5% zeigt 0,325 Teile Dosiermittel pro 1 Teil Dosiermittellösung an). k_DEC hängt von der Art des eingespritzten Dosiermittels ab. Lediglich zum Beispiel kann k_DEC 2,0 sein, was angibt, dass sich 2,0 Mol NH₃ aus der Zersetzung von 1,0 Mol Dosiermittel ergeben. DA_MW beträgt im Fall von Harnstoff 60,06 g/mol und NH3_MW beträgt 17,031 g/mol.
Das Modul 308 für momentane Speicherung kann beruhend auf zum Beispiel NOx_US, NOx_DS, den relativen Molekülmassen von NOx (NOx_MW) und NH₃ (NH3_MW) und der Rate, bei der NH₃ und NOx reagieren (k_3OX), wie vorstehend in Gleichung (1) beschrieben wurde, NH3_USED ermitteln. NOx_MW beträgt im Fall von NO₂ 46,055 g/mol. Lediglich zum Beispiel kann NH3_USED mit Hilfe der folgenden Gleichung ermittelt werden.
Das Modul 308 für momentane Speicherung ermittelt beruhend auf der Differenz zwischen NH3_IN und NH3_USED während eines vorgegebenen Zeitraums die momentane Speicherung des SCR-Katalysators 120. Das Speicherungsverhältnismodul 310 ermittelt beruhend auf der momentanen Speicherung und der maximalen Speicherkapazität ein Speicherungsverhältnis.
In verschiedenen Umsetzungen kann das Speicherungsverhältnis die momentane Speicherung dividiert durch die maximale Speicherkapazität sein. Bei verschiedenen anderen Umsetzungen kann das Speicherungsverhältnis ein Anteil der momentanen Speicherung dividiert durch die maximale Speicherkapazität sein. Dieser Anteil kann eine Konstante sein, beispielsweise 0,9 (d. h. 90%). Alternativ kann der Anteil von der SCR-Temperatur abhängen. Lediglich zum Beispiel kann der Anteil abnehmen, wenn die SCR-Temperatur steigt. Der Anteil kann einen Puffer vorsehen, so dass, wenn die maximale Speicherkapazität niedrig ist (d. h. bei hohen SCR-Temperaturen), ein signifikanter Fehler in der Berechnung der momentanen Speicherung erforderlich ist, um ein Entweichen zu erzeugen.
Das Speicheranpassungsmodul 312 ermittelt beruhend auf dem Speicherungsverhältnis die zweite Dosisanpassung. Die zweite Dosisanpassung zeigt eine Zunahme oder Abnahme von DA_BASE an, die zum Erzeugen eines Sollverhältnisses (oder Sollanteils) der momentanen Speicherung zur maximalen Speicherkapazität erforderlich ist. Bei verschiedenen Umsetzungen wird die zweite Dosisanpassung beruhend auf einer Abbildung des Speicherungsverhältnisses zur Dosisanpassung ermittelt. Diese Abbildung kann zum Beispiel in einem flüchtigen oder nicht flüchtigen Speicher umgesetzt werden.
Das Dosisanpassungsmodul 314 empfängt NH3_OUT von dem NH3-Sensor 244 und ermittelt beruhend auf NH3_OUT die erste Dosisanpassung. Die erste Dosisanpassung zeigt eine Reduzierung von DA_BASE, die zum Reduzieren oder Beenden eines Entweichens erforderlich ist. Lediglich zum Beispiel nimmt die erste Dosisanpassung ab, wenn NH3_OUT zunimmt. Ferner kann die erste Dosisanpassung 0,0 betragen (was anzeigt, dass keine Dosierung erforderlich ist), wenn NH3_OUT größer oder gleich einem Grenzwert ist. Lediglich zum Beispiel kann dieser Grenzwert bei 50 ppm NH₃ liegen. Bei verschiedenen Umsetzungen wird die erste Dosisanpassung beruhend auf einer Lookup-Tabelle ermittelt, die eine Abbildung von NH3_OUT zu Dosisanpassung aufweist. Diese Lookup-Tabelle kann in einem flüchtigen oder nicht flüchtigen Speicher umgesetzt sein.
Das Vergleichsmodul 316 empfängt ebenfalls NH3_OUT und erzeugt ein Entweichungssignal, das das Auftreten eines Entweichens angibt, wenn NH3_OUT größer als der Entweichungsschwellenwert ist. Lediglich zum Beispiel kann der Entweichungsschwellenwert bei 2,0 ppm NH₃ liegen. Das Vergleichsmodul 316 überträgt das Entweichungssignal zu dem Modul 308 für momentane Speicherung und dem Wählmodul 318. Bei verschiedenen Umsetzungen setzt das Modul 308 für momentane Speicherung, bei Empfang des Entweichungssignals die momentane Speicherung gleich der maximalen Speicherkapazität.
Das Wählmodul 318 wählt beruhend auf dem Entweichungssignal die erste Dosisanpassung oder die zweite Dosisanpassung. Lediglich zum Beispiel wählt das Wählmodul 318 die erste Dosisanpassung, wenn das Entweichungssignal empfangen wird. Bei verschiedenen Umsetzungen kann das Wählmodul 318 einen dargestellten Multiplexer oder ein Relais, einen Schalter oder jede andere geeignete Vorrichtung umfassen.
Das Dosisermittlungsmodul 320 empfängt DA_BASE von dem Basisdosismodul 302 und die von dem Wählmodul 318 erzeugte Dosisanpassung. Das Dosisermittlungsmodul 320 erzeugt durch Anpassen von DA_BASE beruhend auf der gewählten Dosisanpassung DA_IN. Wenn kein Entweichen auftritt, wird auf diese Weise DA_BASE beruhend auf der zweiten Dosisanpassung (d. h. dem Speicherungsverhältnis) angepasst. Tritt Entweichen auf, wird DA_BASE beruhend auf der ersten Dosisanpassung angepasst (d. h. NH3_OUT).
Unter Bezug nun auf 3B wird ein anderes Funktionsblockdiagramm einer beispielhaften Umsetzung des Dosiermoduls 230 dargestellt. Das Dosisanpassungsmodul 314 empfängt NH3_OUT von dem NH3-Sensor 244 und ermittelt beruhend auf NH3_OUT die erste Dosisanpassung. Lediglich zum Beispiel nähert sich die erste Dosisanpassung 1,0, wenn NH3_OUT sich einem vorgegebenen Wert, beispielsweise 0,0, nähert.
Ein erstes Multiplikatormodul 350 empfängt die erste Dosisanpassung und DA_BASE und multipliziert die erste Dosisanpassung und DA_BASE. Das Speicherungsanpassungsmodul 312 ermittelt beruhend auf dem Speicherungsverhältnis die zweite Dosisanpassung. Lediglich zum Beispiel nähert sich die zweite Dosisanpassung 1,0, wenn sich das Speicherungsverhältnis einem vorgegebenen Wert, beispielsweise 0,9 (was dem Fall entspricht, da die momentane Speicherung gleich einem vorgegebenen Prozentsatz der maximalen Speicherkapazität ist), nähert.
Ein zweites Multiplikatormodul 352 empfängt die zweite Dosisanpassung und das Produkt von DA_BASE und der ersten Dosisanpassung. Das zweite Multiplikatormodul 352 multipliziert die zweite Dosisanpassung mit dem Produkt von DA_BASE und der ersten Dosisanpassung, wodurch DA_IN erzeugt wird. Demgemäß kann bei verschiedenen Umsetzungen DA_IN das Produkt der ersten Dosisanpassung, der zweiten Dosisanpassung und von DA_BASE sein.
Wie vorstehend erwähnt nähert sich die erste Dosisanpassung 1,0, wenn sich NH3_OUT dem vorgegebenen Wert nähert (d. h. wenn kein Entweichen auftritt). Ferner nähert sich die zweite Dosisanpassung 1,0, wenn sich das Speicherungsverhältnis einem vorgegebenen Wert nähert (d. h. wenn kein Entweichen auftritt). Demgemäß wird DA_BASE beruhend auf der ersten Dosisanpassung angepasst und wird nicht auf der zweiten Dosisanpassung beruhend angepasst, wenn ein Entweichen auftritt. Tritt kein Entweichen auf, wird DA_BASE beruhend auf der zweiten Dosisanpassung angepasst und wird nicht auf der ersten Dosisanpassung beruhend angepasst.
Unter Bezug nun auf 4 wird ein Funktionsblockdiagramm, das von dem Dosiermodul 230 ausgeführte beispielhafte Schritte zeigt, geschildert. Die Steuerung kann zum Beispiel bei Starten der Brennkraftmaschine 102 einsetzen. Die Steuerung kann beruhend zum Beispiel auf T_B und T_C die SCR-Temperatur ermitteln. Dann fährt die Steuerung bei Schritt 406 fort, wo die Steuerung die maximale Speicherkapazität ermittelt. Die Steuerung ermittelt beruhend auf der SCR-Temperatur die maximale Speicherkapazität.
Die Steuerung fährt bei Schritt 410 fort, wo die Steuerung die momentane Speicherung des SCR-Katalysators 120 ermittelt. Lediglich zum Beispiel kann die Steuerung die momentane Speicherung beruhend auf der Differenz zwischen NH3_IN und NH3_USED ermitteln. NH3_IN und NH3_USED können wie vorstehend beschrieben mit Hilfe der Gleichungen (2) bzw. (3) berechnet werden. Bei Schritt 414 ermittelt die Steuerung das Speicherungsverhältnis. Lediglich zum Beispiel kann das Speicherungsverhältnis die momentane Speicherung dividiert durch die maximale Speicherkapazität sein.
Die Steuerung fährt bei Schritt 418 fort, wo die Steuerung die zweite Dosisanpassung ermittelt. Die Steuerung kann die zweite Dosisanpassung beruhend zum Beispiel auf einer Abbildung von Speicherungsverhältnis zu Dosisanpassung ermitteln. Bei Schritt 422 misst die Steuerung NH3_OUT, das von dem NH3-Sensor 244 vorgesehen wird. Die Steuerung fährt bei Schritt 426 fort, wo die Steuerung die erste Dosisanpassung ermittelt. Die Steuerung ermittelt die erste Dosisanpassung beruhend auf NH3_OUT. Lediglich zum Beispiel kann die Steuerung die erste Dosisanpassung beruhend auf einer Abbildung von NH3_OUT zu Dosisanpassung ermitteln.
Bei Schritt 430 ermittelt die Steuerung, ob NH3_OUT größer als der Entweichungsschwellenwert ist. Wenn ja, fährt die Steuerung bei Schritt 434 fort; ansonsten wechselt die Steuerung zu Schritt 438. Bei Schritt 434 setzt die Steuerung die momentane Speicherung gleich der maximalen Speicherkapazität. Dann fährt die Steuerung bei Schritt 442 fort, wo die Steuerung die erste Dosisanpassung wählt, und die Steuerung fährt bei Schritt 446 fort.
Bei Schritt 438 wählt die Steuerung die zweite Dosisanpassung, und die Steuerung fährt bei Schritt 446 fort. Bei Schritt 446 passt die Steuerung DA_BASE beruhend auf der gewählten Dosisanpassung an, und die Steuerung kehrt zu Schritt 402 zurück. Lediglich zum Beispiel passt die Steuerung DA_BASE beruhend auf der ersten Dosisanpassung (d. h. NH3_OUT) an, wenn NH3_OUT größer als der Entweichungsschwellenwert ist.
Unter Bezug nun auf 5 wird eine beispielhafte grafische Darstellung des Betriebs des Dosiermoduls vorgestellt. Die Linie 532 stellt eine beispielhafte maximale Speicherkapazität des SCR-Katalysators 120 dar. Das Dosiermodul 230 kann versuchen, die momentane Speicherung des SCR-Katalysators 120 bei oder nahe der maximalen Speicherkapazität zu halten, wie durch Pfeil 504 gezeigt wird. Lediglich zum Beispiel kann das Dosiermodul 230 die momentane Speicherung bei einem vorgegebenen Prozentsatz der maximalen Speicherkapazität halten, beispielsweise 90%. Das Dosiermodul 230 ermittelt das Speicherungsverhältnis (das Verhältnis der momentanen Speicherung zur maximalen Speicherkapazität) und passt beruhend auf dem Speicherungsverhältnis DA_BASE an, wenn kein Entweichen auftritt.
Alterungs- und andere Variablen können einen geringfügigen Fehler bei der Ermittlung der momentanen Speicherung hervorrufen. Solche Fehler können ein Entweichen hervorrufen. Das Dosiermodul 230 ermittelt beruhend auf NH3_OUT, ob ein Entweichen auftritt. Zum Beispiel kann das Dosiermodul 230 ermitteln, dass ein Entweichen auftritt, wenn NH3_OUT größer als ein Grenzwert ist. Bei Auftreten eines Entweichens passt das Dosiermodul 230 DA_BASE beruhend auf NH3_OUT an, wie durch Pfeil 506 gezeigt wird. Bei Auftreten eines Entweichens, wenn die momentane Speicherung gleich der maximalen Speicherkapazität ist, kann das Dosiermodul 230 die momentane Speicherung gleich der maximalen Speicherkapazität setzen, wenn ein Entweichen auftritt.
Die maximale Speicherkapazität des SCR-Katalysators 120 kann von der Temperatur des SCR-Katalysators 120 abhängen. Lediglich zum Beispiel nimmt die maximale Speicherkapazität ab, wenn die Temperatur des SCR-Katalysators 120 steigt. Wie vorstehend erwähnt passt das Dosiermodul 230 DA_BASE beruhend auf dem Speicherungsverhältnis an, wenn kein Entweichen auftritt, wie durch Pfeil 508 dargestellt wird. Ein Anstieg der Temperatur des SCR-Katalysators 120 kann aber ein Entweichen verursachen. Ein Entweichen kann durch die Abnahme der maximalen Speicherkapazität, die auf den Anstieg der SCR-Temperatur zurückzuführen ist, hervorgerufen werden. Demgemäß passt das Dosiermodul 230 beruhend auf NH3_OUT DA_BASE an, wenn ein Entweichen auftritt, wie durch Pfeil 510 dargestellt wird. Auf diese Weise maximiert das Dosiermodul 230 den Umwandlungswirkungsgrad, während es das Entweichen minimiert.

Claims

Dosiermodul (230) zur Steuerung der Einspritzung von Reduktionsmittel für ein Fahrzeug umfassend: ein Basisdosismodul (302), das ein Basisdosissignal erzeugt, das einem Massenstrom eines Dosiermittels entspricht; ein Dosisanpassungsmodul (314), das ein Ammoniak(NH3)-Signal empfängt und das eine erste Dosisanpassung beruhend auf dem NH3-Signal ermittelt, wobei das NH3-Signal stromabwärts eines Katalysators (120) gemessenes NH3 angibt; ein Vergleichsmodul (316), das das NH3-Signal mit einem Schwellenwert vergleicht und beruhend auf dem Vergleich ein Entweichungssignal mit einem ersten Zustand oder einem zweiten Zustand erzeugt, wobei das Vergleichsmodul (316) das Entweichungssignal mit dem ersten Zustand erzeugt, wenn das NH3-Signal größer als der Schwellenwert ist; ein Modul für maximale Speicherung (306), das eine maximale NH3-Speicherkapazität des Katalysators (120) ermittelt; ein Modul für momentane Speicherung (308), das eine von dem Katalysator (120) momentan gespeicherte Masse an NH3 ermittelt und die momentan gespeicherte Masse gleich der maximalen Speicherkapazität setzt, nachdem das Entweichungssignal mit dem ersten Zustand erzeugt wurde; ein Speicherungsverhältnismodul (310), das beruhend auf der momentan gespeicherten Masse und der maximalen Speicherkapazität ein Speicherungsverhältnis ermittelt; ein Speicherungsanpassungsmodul (312), das beruhend auf dem Speicherungsverhältnis eine zweite Dosisanpassung ermittelt; ein Wählmodul (318), das beruhend auf dem Entweichungssignal die erste Dosisanpassung oder die zweite Dosisanpassung wählt, wobei das Wählmodul (318) die erste Dosisanpassung wählt, wenn das Entweichungssignal mit dem ersten Zustand erzeugt wird; und ein Dosisermittlungsmodul (320), das beruhend auf dem Basisdosissignal und der gewählten Dosisanpassung ein Dosiersignal erzeugt.
Dosiermodul (230) nach Anspruch 1, wobei das Dosisanpassungsmodul (314) eine nach dem NH3-Signal indizierte Lookup-Tabelle der Dosisanpassung umfasst, wobei das Dosisanpassungsmodul (314) die erste Dosisanpassung weiterhin beruhend auf der Lookup-Tabelle ermittelt.
Dosiermodul (230) nach Anspruch 1, wobei das Speicherungsanpassungsmodul (312) beruhend auf einem Anteil des Speicherungsverhältnisses die zweite Dosisanpassung ermittelt.
Dosiermodul (230) nach Anspruch 3, wobei der Anteil beruhend auf einem die Temperatur des Katalysators (120) angebenden Signal ermittelt wird.
Abgasbehandlungsanlage (214) umfassend das Dosiermodul (230) nach Anspruch 1; einen NH3-Sensor (244), der das NH3-Signal erzeugt; und einen Dosiermittel-Injektor (118), der dem Katalysator (120) beruhend auf dem Dosiersignal das Dosiermittel zuführt.
Verfahren zur Steuerung der Einspritzung von Reduktionsmittel umfassend: Erzeugen eines Basisdosissignals, das einem Massenstrom eines Dosiermittels entspricht; Ermitteln einer ersten Dosisanpassung beruhend auf einem Ammoniak(NH3)-Signal, wobei das NH3-Signal stromabwärts eines Katalysators (120) gemessenes NH3 angibt; Vergleichen des NH3-Signals mit einem Schwellenwert; Erzeugen eines Entweichungssignals mit einem ersten Zustand oder einem zweiten Zustand beruhend auf dem Vergleich, wobei das Entweichungssignal mit dem ersten Zustand erzeugt wird, wenn das NH3-Signal größer als der Schwellenwert ist; Ermitteln einer maximalen NH3-Speicherkapazität des Katalysators (120); Ermitteln einer von dem Katalysator (120) momentan gespeicherten NH3-Masse; Gleichsetzen der momentan gespeicherten Masse mit der maximalen Speicherkapazität, nachdem das Entweichungssignal mit dem ersten Zustand erzeugt wurde; Ermitteln eines Speicherungsverhältnisses beruhend auf der momentan gespeicherten Masse und der maximalen Speicherkapazität; Ermitteln einer zweiten Dosisanpassung beruhend auf dem Speicherungsverhältnis; Wählen der ersten Dosisanpassung oder der zweiten Dosisanpassung beruhend auf dem Entweichungssignal, wobei die erste Dosisanpassung gewählt wird, wenn das Entweichungssignal mit dem ersten Zustand erzeugt wird; und Erzeugen eines Dosiersignals beruhend auf dem Basisdosissignal und der gewählten Dosisanpassung.
Verfahren nach Anspruch 6, weiterhin umfassend: Zuführen des Dosiermittels zu dem Katalysator (120) beruhend auf dem Dosiersignal.
Verfahren nach Anspruch 6, weiterhin umfassend: Ermitteln der ersten Dosisanpassung weiterhin beruhend auf einer nach dem NH3-Signal indizierten Lookup-Tabelle der Dosisanpassung.
Verfahren nach Anspruch 6, weiterhin umfassend: Ermitteln der zweiten Dosisanpassung beruhend auf einem Anteil des Speicherungsverhältnisses.
Verfahren nach Anspruch 9, weiterhin umfassend: Ermitteln des Anteils beruhend auf einem die Temperatur des Katalysators angebenden Signal.