DE102010004512A1 - Robuste Auslegung von Diagnose ermöglichenden Bedingungen für eine Überwachungsvorrichtung für Wirkungsgrad der SCR-NOX-Umwandlung - Google Patents

Robuste Auslegung von Diagnose ermöglichenden Bedingungen für eine Überwachungsvorrichtung für Wirkungsgrad der SCR-NOX-Umwandlung Download PDF

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Abstract

Ein Verfahren zum Steuern eines Fehlfunktionskatalysator-Diagnosetests, das einen Fehlfunktionszustand eines Katalysators in einer Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion ermittelt, umfasst das Überwachen eines Abgasstroms in einem Nachbehandlungssystem, das Schätzen einer Wirkung des Abgasstroms auf eine geschätzte Reduktionsmittelspeicherung an einem Katalysator in der Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion und das selektive Deaktivieren des Fehlfunktionskatalysator-Diagnosetests beruhend auf dem Schätzen der Wirkung des Abgasstroms auf die geschätzte Reduktionsmittelspeicherung.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Diese Offenbarung betrifft die Steuerung von Nachbehandlung von NOx-Emissionen bei Verbrennungsmotoren.
  • Hintergrund
  • Die Angaben in diesem Abschnitt sehen lediglich Hintergrundinformationen bezüglich der vorliegenden Offenbarung vor und stellen eventuell nicht den Stand der Technik dar.
  • Die Emissionssteuerung ist ein Faktor beim Motorenbau und der Motorsteuerung. NOx, ein bekanntes Nebenprodukt von Verbrennung, wird durch in der Motoransaugluft vorhandene Stickstoff- und Sauerstoffmoleküle erzeugt, die sich bei den hohen Verbrennungstemperaturen abspalten. Die Raten der NOx-Erzeugung folgen bekannten Beziehungen zu dem Verbrennungsprozess, wobei zum Beispiel höhere Raten der NOx-Erzeugung mit höheren Verbrennungstemperaturen und einem längeren Einwirken der höheren Temperaturen auf die Luftmoleküle in Verbindung stehen. Die Reduktion von im Verbrennungsprozess erzeugtem NOx und die Steuerung von NOx in einem Abgasnachbehandlungssystem sind beim Fahrzeugbau wünschenswert.
  • Sobald NOx-Moleküle in dem Brennraum erzeugt werden, können sie in beispielhaften Vorrichtungen, die im Stand der Technik innerhalb der breiteren Kategorie der Nachbehandlungsvorrichtungen bekannt sind, zurück zu Stickstoff- und Sauerstoffmolekülen umgewandelt werden. Ein Durchschnittsfachmann wird aber verstehen, dass Nachbehandlungsvorrichtungen zum großen Teil von Betriebsbedingungen abhängig sind, beispielsweise der von Abgasstromtemperaturen gesteuerten Vorrichtungsbetriebstemperatur. Zudem umfassen Nachbehandlungsvorrichtungen Materialien wie Katalysatorbetten, die infolge von Nutzung im Laufe der Zeit und Einwirken von hohen Temperaturen für Beschädigung oder Degradation anfällig sind.
  • Moderne Motorsteuerverfahren nutzen verschiedene Betriebsstrategien, um die Verbrennung zu optimieren. Manche Betriebsstrategien, die die Verbrennung hinsichtlich der Kraftstoffwirtschaftlichkeit optimieren, umfassen magere, örtlich begrenzte oder geschichtete Verbrennung in dem Brennraum, um die Kraftstofffüllung zu verringern, die zum Erreichen der von dem Zylinder geforderten Arbeitsleistung nötig ist. Während die Temperaturen in dem Brennraum in Verbrennungstaschen hoch genug werden können, um signifikante Mengen an NOx zu erzeugen, kann die gesamte Energieabgabe des Brennraums, insbesondere die von dem Motor durch den Abgasstrom abgegebene Wärmeenergie, gegenüber normalen Werten stark verringert sein. Solche Bedingungen können für Abgasnachbehandlungsstrategien eine Herausforderung darstellen, da wie vorstehend erwähnt die Nachbehandlungsvorrichtungen häufig eine erhöhte Betriebstemperatur erfordern, die von der Abgasstromtemperatur gesteuert wird, um zum Behandeln von NOx-Emissionen angemessen zu arbeiten.
  • Es sind zum Beispiel Nachbehandlungsvorrichtungen bekannt, die chemische Reaktionen nutzen, um Bestandteile in dem Abgasstrom zu behan deln. Eine beispielhafte Vorrichtung umfasst eine Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion (,SCR', kurz vom engl. Selective Catalytic Reduction). Eine SCR nutzt ein Reduktionsmittel, das mit NOx reagieren kann, um das NOx zu behandeln. Ein beispielhaftes Reduktionsmittel ist Ammoniak, das aus Harnstoffeinspritzung gewonnen wird oder durch katalytische Reaktion von Bestandteilen des Abgasstroms zurückgewonnen wird. Diese Offenbarung erläutert Ammoniak generisch als Reduktionsmittel, es versteht sich aber, dass aus dem Stand der Technik eine Reihe von Reduktionsmitteln bekannt sind und in dieser Offenbarung in Betracht gezogen werden. An einem Katalysatorbett in der SCR gespeichertes Ammoniak reagiert mit NOx, vorzugsweise NO2, und erzeugt günstige Reaktionen zum Behandeln des NOx. Es ist bekannt, bei Dieselanwendungen einen Dieseloxidationskatalysator (,DOC', kurz vom engl. Diesel Oxidation Catalyst) stromaufwärts der SCR zu betreiben, um NO zu NO2 umzuwandeln, was gegenüber einer Behandlung in der SCR bevorzugt ist. Eine ständige Verbesserung der Abgasnachbehandlung erfordert präzise Informationen bezüglich NOx-Emissionen in dem Abgasstrom, um eine wirksame NOx-Reduktion zu erreichen, beispielsweise das Dosieren der richtigen Menge von Harnstoff beruhend auf den überwachten NOx-Emissionen.
  • Zusätzlich sind andere Nachbehandlungsvorrichtungen zum Behandeln von Bestandteilen in dem Abgasstrom bekannt. Bei Benzinanwendungen werden insbesondere Dreiwegekatalysatoren (,TWC', kurz vom engl. Three Way Catalysts) zum Behandeln von Bestandteilen verwendet. Mager-NOx-Fallen (,NOx-Falle') nutzen Katalysatoren, die eine gewisse Menge an NOx speichern können, und es wurden Motorsteuerungstechnologien entwickelt, um diese NOx-Fallen oder NOx-Adsorber mit kraftstoffeffizienten Motorsteuerungsstrategien zu kombinieren, um den Kraftstoffwirkungsgrad zu verbessern und immer noch annehmbare NOx-Emissionswerte zu erreichen. Eine beispielhafte Strategie umfasst das Nutzen einer Mager-NOx-Falle, um NOx-Emissionen während kraftstoffmageren Betrieben zu speichern, und dann das Entfernen des gespeicherten NOx während kraftstoffreichen Motorbetriebsbedingungen höherer Temperatur mit herkömmlicher Dreiwegekatalyse zu Stickstoff und Wasser. Dieselpartikelfilter (,DPF') halten bei Dieselanwendungen Ruß und Partikelmaterial zurück, und das zurückgehaltene Material wird regelmäßig bei Regenerationsvorgängen hoher Temperatur entfernt.
  • Nachbehandlungsvorrichtungen wie SCR-Vorrichtungen wandeln NOx bei einem gewissen Umwandlungswirkungsgrad in andere Moleküle um. Der NOx-Umwandlungswirkungsgrad kann durch das Strömen von NOx, das in eine Vorrichtung strömt, verglichen mit dem Strömen von NOx, das aus der Vorrichtung austritt, beschrieben werden. Ein verringerter Umwandlungswirkungsgrad in einer SCR-Vorrichtung kann sich aus einer Reihe von Bedingungen ergeben. Fehlfunktionen oder verschlechterte Leistung, die durch Verschleiß oder Beschädigung verursacht werden, können den Wirkungsgrad der Nachbehandlungsvorrichtung verringern. Ferner kann eine SCR-Vorrichtung, die ansonsten ordnungsgemäß arbeitet, entsprechend den Eigenschaften des Abgasstroms, die die in der Vorrichtung erfolgende chemische Reaktion beeinflussen, verringerten Wirkungsgrad erfahren. Zum Beispiel beeinflussen Temperatur und Raumgeschwindigkeit der Gase in einer NOx-Falle den Wirkungsgrad der Vorrichtung. Die Temperatur und Raumgeschwindigkeit der Gase in einer SCR-Vorrichtung beeinflussen den Wirkungsgrad der Vorrichtung in ähnlicher Weise. Diese Umweltfaktoren können in dem Nachbehandlungssystem überwacht werden, und die Wirkungen dieser Faktoren auf den Umwandlungswirkungsgrad der Vorrichtung können geschätzt werden. Zudem führt ein Versagen des Systems, Ammoniak in der SCR-Vorrichtung nachzufüllen, zu einem verringertem Wirkungsgrad, und erhöhte Werte an Ammoniakschlupf oder Dissipation führen zu einer Variabilität des Wirkungsgrads. Tests zum Beurteilen von Fehlfunktionskatalysatoren sind bekannt, zum Beispiel durch Beurteilen eines aktuellen Umwandlungswirkungsgrads verglichen mit einem erwarteten Umwandlungswirkungsgrad. Abhängig, ob der verringerte Umwandlungswirkungsgrad eine Folge einer fehlerhaft funktionierenden Vorrichtung oder von Bedingungen in der Vorrichtung ist, sind aber Falschanzeigen eines Fehlfunktionskatalysators möglich. Ein Verfahren zum Unterscheiden verschlechterter Leistung beruhend auf vorübergehenden Umweltbedingungen von einer fehlerhaft funktionierenden oder beschädigten Nachbehandlungsvorrichtung zum Beispiel in Form von Bedingungen, die zum Auslösen eines Tests bezüglich eines Fehlfunktionskatalysators erforderlich sind, wäre für das Diagnostizieren einer Fehlfunktionsbedingung in der Vorrichtung vorteilhaft.
  • Zusammenfassung
  • Ein Antriebsstrang umfasst einen Verbrennungsmotor und ein Nachbehandlungssystem, das eine Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion umfasst. Ein Verfahren zum Steuern eines Fehlfunktionskatalysator-Diagnosetests, der einen Fehlfunktionsstatus eines Katalysators in der Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion ermittelt, umfasst das Überwachen eines Abgasstroms in dem Nachbehandlungssystem, das Schätzen einer Wirkung des Abgasstroms auf eine geschätzte Reduktionsmittelspeicherung an einem Katalysator in der Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion und das selektive Deaktivieren des Fehlfunktionskatalysator-Diagnosetests beruhend auf dem Schätzen der Wirkung des Abgasstroms auf die geschätzte Reduktionsmittelspeicherung.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Nun werden eine oder mehrere Ausführungsformen beispielhaft unter Bezug auf die Begleitzeichnungen beschrieben, wobei:
  • 1 eine Schnittdarstellung eines beispielhaften Dieselmotors gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
  • 2 schematisch ein beispielhaftes Nachbehandlungssystem gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt;
  • 3 graphisch beispielhafte Testdaten zeigt, die den Umwandlungswirkungsgrad mit Katalysatorbetttemperatur und Raumgeschwindigkeit in einer beispielhaften SCR gemäß der vorliegenden Offenbarung in Beziehung setzen;
  • 4 einen beispielhaften Informationsfluss zeigt, der einen Fehlfunktionskatalysator durch hierin beschriebene Verfahren unter Verwenden eines gemessenen tatsächlichen Umwandlungswirkungsgrads gemäß der vorliegenden Offenbarung diagnostiziert;
  • 5 einen beispielhaften Informationsfluss zeigt, der einen Fehlfunktionskatalysator durch hierin beschriebene Verfahren unter Verwenden eines gemessenen NOx-Gehalts stromabwärts einer SCR-Vorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung diagnostiziert;
  • 6 graphisch einen beispielhaften Betrieb eines Nachbehandlungssystems einschließlich Katalysatortemperatur und sich ergebendem Umwandlungswirkungsgrad gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt;
  • 7 graphisch eine sich aus einer schnellen Abnahme der Kraftstoffversorgung des Motors ergebende schnelle Abbremsung des Motors und sich ergebende Änderungen des Umwandlungswirkungsgrads gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt;
  • 8 graphisch einen beispielhaften Regenerationszyklus in einem Nachbehandlungssystem und das Deaktivieren eines Diagnosetests beruhend auf dem Regenerationszyklus gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt;
  • 9 einen beispielhaften Datenfluss zeigt, der zum Steuern von Harnstoffeinspritzung verwendet wird, um einen erwünschten Ammoniakspeicherwert in einer SCR gemäß der vorliegenden Offenbarung zu erreichen;
  • 10 graphisch einen beispielhaften Betrieb einer SCR-Vorrichtung durch einen Bereich von Ammoniakspeicherwerten und Katalysatorbetttemperaturen gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt;
  • 11 graphisch einen beispielhaften Betrieb einer SCR-Vorrichtung durch einen Bereich von Raumgeschwindigkeitswerten und Katalysatorbetttemperaturen gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt;
  • 12 schematisch ein beispielhaftes NOx-Modellmodul, das in einem Motorsteuermodul eingesetzt wird, und das Ermitteln einer Schätzung von NOx-Erzeugung gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt;
  • 13 graphisch eine beispielhafte Massenanteil-Verbrennungskurve gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt;
  • 14 graphisch einen beispielhaften Zylinderdruck aufgetragen gegen Kurbelwinkel während eines Verbrennungsprozesses gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt;
  • 15 eine Anzahl von im Brennraum schätzbaren unterschiedlichen Temperaturen, die für das Beschreiben des Verbrennungsprozesses relevant sind, gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt;
  • 16 eine graphische Darstellung von beispielhaften modellierten Ergebnissen ist, die standardisierte Wirkungen einer Anzahl von Eingaben auf NOx-Emissionen unter einer vorgegebenen Reihe von Bedingungen gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt; und
  • 17 schematisch ein beispielhaftes System darstellt, das eine NOx-Erzeugungsschätzung unter Verwenden von Modellen in einem neuronalen Netz generiert, um NOx-Erzeugungsschätzungen zu generieren, und ein dynamisches Modellmodul umfasst, um NOx-Erzeugungsschätzungen bezüglich der Wirkungen von dynamischen Motor- und Fahrzeugbe dingungen gemäß der vorliegenden Offenbarung zu kompensieren (engl. to compensated).
  • Eingehende Beschreibung
  • Unter Bezug nun auf die Zeichnungen, bei denen das Gezeigte lediglich dem Zweck des Veranschaulichens bestimmter beispielhafter Ausführungsformen und nicht dem Zweck des Beschränkens derselben dient, ist 1 eine Schnittdarstellung eines beispielhaften Dieselmotors gemäß der vorliegenden Offenbarung. Der Motor 10 umfasst herkömmlicherweise mehrere Zylinder 12, die darin Hubkolben 14, die mit einer Kurbelwelle 16 verbunden sind, aufweisen. Diese Offenbarung ist im Allgemeinen auf Viertakt-Kompressionszündungsmotoren mit Direkteinspritzung anwendbar. Die Enden des Zylinders sind durch einen Zylinderkopf 18 verschlossen, so dass die Zylinder und Kolben Brennräume 20 veränderlichen Volumens festlegen.
  • Der Zylinderkopf ist mit Einlassventilen 22 versehen, die die zeitlichen Einstellungen und das Strömen von Ansaugluft in die Zylinder während Ansaugtakten der Kolben steuern. Auslassventile 24 in dem Zylinderkopf steuern die zeitlichen Einstellungen und das Strömen von Abgasprodukten von den Brennräumen während der Auspufftakte der Kolben. In dem gezeigten Motor befinden sich zwei Einlassventile und zwei Auslassventile für jeden Zylinder, doch kann jede geeignete Anzahl an Ventilen, die für den Betrieb des Motors vorgesehen sind, gemäß der Offenbarung verwendet werden.
  • Die Einlass- und die Auslassventile werden durch separate Ventilbetätigungsvorrichtungen 26, 28 betätigt. Die Ventilbetätigungsvorrichtungen betreiben ausschließlich ihre jeweiligen Einlass- und Auslassventile, aber beide werden von der Kurbelwelle 16 durch eine Steuerkette 30 angetrieben.
  • Der beispielhafte Motor 10 umfasst einen Gussmetall-Motorblock mit mehreren darin ausgebildeten Zylindern und einem Motorkopf. Der Motorblock umfasst vorzugsweise Kühlmittelkanäle 32, durch die Motorkühlfluid strömt. Ein Kühlmittel-Temperatursensor, der zum Überwachen von Temperatur des Kühlfluids dient, ist an einer geeigneten Stelle positioniert und sieht eine parametrische Signaleingabe zu einem Steuersystem vor, die die bei der Motorsteuerung nützliche Motorbetriebstemperatur anzeigt. Der Motor umfasst vorzugsweise bekannte Systeme, einschließlich eines Ventils für externe Abgasrückführung (,AGR') und einer Ansaugluftdrosselklappe (nicht gezeigt).
  • Jeder Kolben 14 ist mittels eines Bolzens und einer Pleuelstange mit der Kurbelwelle 16 verbunden. Die Kurbelwelle 16 ist an einer Hauptlagerfläche nahe einem unteren Teil des Motorblocks drehbar an dem Motorblock angebracht, so dass die Kurbelwelle um eine Achse drehen kann, die senkrecht zu einer durch jeden Zylinder festlegten Längsachse ist. Ein (nicht gezeigter) Kurbelwellenwinkelgeber ist an einer geeigneten Stelle platziert, wobei er zum Erzeugen eines Signals dient, das durch das Steuergerät zum Messen von Kurbelwinkel verwendbar ist und das umwandelbar ist, um Maße für Kurbelwellendrehung, Drehzahl und Beschleunigung zu liefern, die bei verschiedenen Steuerabläufen verwendbar sind. Während des Betriebs des Motors bewegt sich jeder Kolben 14 in dem Zylinder aufgrund der Verbindung mit und Drehung der Kurbelwelle 16 sowie aufgrund des Verbrennungsprozesses hin- und herbewegend auf und ab. Der Drehvorgang der Kurbelwelle bewirkt eine Umwandlung einer linearen Kraft, die auf jeden Kolben während der Verbrennung ausgeübt wird, in eine Winkeldrehmomentabgabe von der Kurbelwelle, die auf eine andere Vorrichtung, z. B. einen Fahrzeugantriebsstrang, übertragen werden kann.
  • Der Motorkopf umfasst eine Gussmetallvorrichtung, die ein oder mehrere Einlasskanäle und ein oder mehrere Auslasskanäle aufweist, die zu dem Brennraum 20 verlaufen. Der Einlasskanal liefert dem Brennraum 20 Luft. Verbrennungsgase (verbrannte Gase) strömen mittels des Auslasskanals von dem Brennraum 20. Das Strömen von Luft durch jeden Einlasskanal wird durch Betätigung des einen oder der mehreren Einlassventile 22 gesteuert. Das Strömen von Verbrennungsgasen durch jeden Auslasskanal wird durch Betätigung eines oder mehrerer Auslassventile 24 gesteuert.
  • Die Einlass- und Auslassventile 22, 24 weisen jeweils einen Kopfabschnitt auf, der einen oberen Abschnitt umfasst, der dem Brennraum ausgesetzt ist. Jedes der Ventile 22, 24 weist einen Schaft auf, der mit einer Ventilbetätigungsvorrichtung verbunden ist. Eine Ventilbetätigungsvorrichtung 26 dient zum Steuern des Öffnens und Schließens jedes der Einlassventile 22, und eine zweite Ventilbetätigungsvorrichtung 28 dient zum Steuern des Öffnens und Schließens jedes der Auslassventile 24. Jede der Ventilbetätigungsvorrichtungen 26, 28 umfasst eine Vorrichtung, die mit dem Steuersystem signalverbunden ist und zum Steuern von zeitlichen Einstellungen, Dauer und Größenordnung des Öffnens und Schließens jedes Ventils, entweder gemeinsam oder einzeln, dient. Eine Ausführungsform des beispielhaften Motors umfasst ein System mit zwei oben liegenden Nockenwellen, das Vorrichtungen für eine variable Hubsteuerung (,VLC', kurz vom engl. Variable Lift Control) und eine variable Nockenphaseneinstellung (,VCP', kurz vom engl. Variable Cam Phasing) als Teil der Ventilbetätigungsvorrichtungen 26, 28 umfasst. VCP-Vorrichtungen dienen zum Steuern der Zeiten des Öffnens und Schließens jedes Einlassventils und jedes Auslassventils im Verhältnis zur Drehstellung der Kurbelwelle und öffnet jedes Ventil eine feste Kurbelwinkeldauer lang. VLC-Vorrichtungen dienen zum Steuern der Größenordnung des Ventilhubs zu einer von zwei Positionen, die in einer beispielhaften Konfiguration eine Position zu 3–5 mm Hub für eine offene Dauer von 120–150 Kurbelwinkelgrad und eine andere Position zu 9–12 mm Hub für eine offene Dauer von 220–260 Kurbelwinkelgrad umfasst. Einzelne Ventilbetätigungsvorrichtungen können der gleichen Funktion mit der gleichen Wirkung dienen. Die Ventilbetätigungsvorrichtungen werden vorzugsweise durch das Steuersystem 25 gemäß vorbestimmten Steuerprogrammen gesteuert. Es können auch alternative variable Ventilbetätigungsvorrichtungen, einschließlich zum Beispiel voll flexible elektrische oder elektrohydraulische Vorrichtungen, verwendet werden und haben den weiteren Vorteil einer unabhängigen Öffnungs- und Schließphasensteuerung sowie einer im Wesentlichen stufenlosen Ventilhubvariabilität innerhalb der Grenzen des Systems. Hierin wird eine spezifische Ausgestaltung eines Steuerprogramms zum Steuern des Öffnens und Schließens der Ventile beschrieben.
  • Durch einen Ansaugkrümmerkanal 34, der durch eine bekannte Luftdosiervorrichtung und eine Drosselvorrichtung (nicht gezeigt) strömende gefilterte Luft aufnimmt, wird Luft zu dem Einlasskanal eingelassen. Abgas strömt von dem Auslasskanal zu einem Abgaskrümmer, der Abgassensoren umfasst, die dazu dienen, Bestandteile des Abgasstroms zu überwachen und diesen zugeordnete Parameter zu ermitteln. Die Abgassensoren können eine beliebige von mehreren bekannten Erfassungsvorrichtungen umfassen, die zum Bereitstellen von Parameterwerten für den Abgasstrom, einschließlich des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, oder der Messung von Abgasbestandteilen, z. B. NOx, CO, HC usw. dienen. Das System kann einen im Zylinder befindlichen Sensor zum Überwachen von Verbrennungsdrücken oder nicht intrusive Drucksensoren oder eine folgernd er mittelte Druckermittlung (z. B. durch Kurbelwellenbeschleunigungen) umfassen. Die vorstehend erwähnten Sensoren und Dosiervorrichtungen liefern dem Steuersystem jeweils ein Signal als Parametereingabe. Diese Parametereingaben können von dem Steuersystem zum Ermitteln von Verbrennungsleistungsmessungen verwendet werden.
  • Das Steuersystem umfasst vorzugsweise eine Teilmenge einer Gesamtsteuerarchitektur, die zum Vorsehen einer koordinierten Systemsteuerung des Motors 10 und anderer Systeme dient. Beim Gesamtbetrieb dient das Steuersystem zum Synthetisieren von Fahrereingaben, Umgebungsbedingungen, Motorbetriebsparametern und Verbrennungsleistungsmessungen und zum Ausführen von Algorithmen, um verschiedene Aktuatoren zu so zu steuern, dass Ziele für Steuerparameter erreicht werden, einschließlich solcher Parameter wie Kraftstoffwirtschaftlichkeit, Emissionen, Leistung und Fahrverhalten. Das Steuersystem ist mit mehreren Vorrichtungen funktionell verbunden, durch die ein Fahrer den Betrieb des Motors steuert oder lenkt. Beispielhafte Fahrereingaben umfassen ein Gaspedal, ein Bremspedal, einen Gangwählhebel und eine automatische Fahrzeuggeschwindigkeitsregelung, wenn der Motor in einem Fahrzeug verwendet wird. Das Steuersystem kann mit anderen Steuergeräten, Sensoren und Aktuatoren mittels eines Busses (nicht gezeigt) eines lokalen Netzwerks (,LAN') kommunizieren, was vorzugsweise eine strukturierte Übermittlung von Steuerparametern und Befehlen zwischen verschiedenen Steuergeräten ermöglicht.
  • Das Steuersystem ist funktionell mit dem Motor 10 verbunden und dient zum Beschaffen von Parameterdaten von Sensoren und Steuern verschiedener Aktuatoren des Motors 10 über geeignete Schnittstellen. Das Steuersystem empfängt einen Motordrehmomentbefehl und erzeugt beruhend auf den Fahrereingaben eine Solldrehmomentabgabe. Beispielhafte Motor betriebsparameter, die von dem Steuersystem unter Verwenden der vorstehend erwähnten Sensoren erfasst werden, umfassen Motorkühlmitteltemperatur, Kurbelwellendrehzahl (,RPM') und -stellung, Krümmerunterdruck, Umgebungsluftstrom und -temperatur sowie Umgebungsluftdruck. Ein Sensor, der die Kurbelwellendrehstellung überwachen kann, kann genutzt werden, um ein Durchlaufen verschiedener Stufen eines Verbrennungszyklus von Motor und verschiedenen Zylindern zu überwachen oder zu ermitteln. Verbrennungsleistungsmessungen können gemessene und gefolgerte Verbrennungsparameter umfassen, die Luft/Kraftstoff-Verhältnis und Ort des Spitzenverbrennungsdrucks u. a. umfassen.
  • Von dem Steuersystem gesteuerte Aktuatoren umfassen: Kraftstoffeinspritzvorrichtungen (nicht gezeigt); die VCP/VLC-Ventilbetätigungsvorrichtungen 26, 28; AGR-Ventil (nicht gezeigt) und ein elektronisches Drosselsteuermodul (nicht gezeigt). Kraftstoffeinspritzvorrichtungen dienen vorzugsweise zum direkten Einspritzen von Kraftstoff in jeden Brennraum 20.
  • Das Steuersystem umfasst vorzugsweise einen oder mehrere Steuergeräte, die digitale Universalrechner umfassen, die im Allgemeinen einen Mikroprozessor oder einen Hauptprozessor, einen Festspeicher (ROM), einen Arbeitsspeicher (RAM), einen elektrisch programmierbaren Festspeicher (EPROM), einen Hochgeschwindigkeits-Taktgenerator, einen Analog-Digital(A/D)-Schaltkreis und Digital-Analog(D/A)-Schaltkreis sowie Eingangs-/Ausgangsschaltkreise und -vorrichtungen (E/A) und geeignete Signalaufbereitungs- und Pufferschaltkreise einschließen. Jedes Steuergerät weist einen Satz von Steueralgorithmen auf, wobei es residente Programmbefehle und Kalibrierungen umfasst, die im ROM gespeichert sind und zum Vorsehen der jeweiligen Funktionen jedes Computers ausgeführt werden.
  • Algorithmen für die Motorsteuerung können während einer vorab festgelegten Schleife ausgeführt werden. In den nicht flüchtigen Speichervorrichtungen gespeicherte Algorithmen werden von dem Hauptprozessor ausgeführt und dienen zum Überwachen von Eingaben von den Erfassungsvorrichtungen und zum Ausführen von Steuer- und Diagnoseroutinen zum Steuern des Betriebs des Motors unter Verwendung vorab festgelegter Kalibrierungen. Schleifendurchläufe können bei regelmäßigen Abständen, zum Beispiel alle 3,125, 6,25, 12,5, 25 und 100 Millisekunden während des laufenden Motorbetriebs, durchgeführt werden. Alternativ können Algorithmen als Reaktion auf das Eintreten eines Ereignisses oder einer Unterbrechungsforderung ausgeführt werden.
  • 1 beschreibt einen beispielhaften Dieselmotor. Es versteht sich aber, dass NOx-Behandlungs- und Nachbehandlungssysteme bei anderen Motorkonfigurationen, einschließlich Benzinmotoren, verwendet werden, und die Offenbarung soll nicht auf die hierin beschriebene spezifische beispielhafte Motorausführungsform beschränkt sein.
  • 2 veranschaulicht schematisch ein beispielhaftes Nachbehandlungssystem gemäß der vorliegenden Offenbarung. Das Nachbehandlungssystem 200 umfasst einen DOC 210, eine SCR 220, einen stromaufwärts befindlichen NOx-Sensor 230, einen stromabwärts befindlichen NOx-Sensor 240, einen Temperatursensor 250 und ein Harnstoffdosiermodul 260. Wie im Stand der Technik bekannt ist, übernimmt ein DOC 210 eine Reihe von katalytischen Funktionen, die für eine Nachbehandlung eines Abgasstroms erforderlich sind. Eine der Funktionen des DOC 210 ist das Umwandeln von NO, einem NOx-Bestandteil, der in einer SCR nicht einfach zu behandeln ist, zu NO2, einem NOx-Bestandteil, der in einer SCR leicht zu behandeln ist. Die SCR 220 nutzt Harnstoff als Reaktant, um NOx zu anderen Molekülen zu reduzieren. Der stromaufwärts befindliche NOx-Sensor 230 detektiert und quantifiziert NOx in dem Abgasstrom, der in das Nachbehandlungssystem 200 strömt. Während der stromaufwärts befindliche NOx-Sensor 230 als beispielhaftes Mittel zum Quantifizieren von NOx, das in das Nachbehandlungssystem strömt, veranschaulicht ist, ist anzumerken, dass in das System eindringendes NOx zur Verwendung bei der Beurteilung des Umwandlungswirkungsgrads in einer SCR durch andere Mittel quantifiziert werden kann, zum Beispiel durch einen zwischen dem DOC 210 und der SCR 220 angeordneten NOx-Sensor oder durch einen virtuellen NOx-Sensor, der Motorleistung und Bedingungen in dem Abgasstrom modelliert, um das Vorhandensein eines in das Nachbehandlungssystem eindringenden NOx zu schätzen. Diese Offenbarung erläutert im Allgemeinen einen Sensoreingabe, die in das Nachbehandlungssystem eindringendes NOx beschreibt, gemäß der beispielhaften Ausführungsform, doch versteht sich, dass abhängig von einer stromaufwärts befindlichen Anordnung des Sensors die Eingabe tatsächlich den NOx-Gehalt beschreiben könnte, der in einen Teil des Nachbehandlungssystems eindringt. Die SCR 220 nutzt Ammoniak, das zum Beispiel aus eingespritztem Harnstoff gewonnen wird, um NOx durch aus dem Stand der Technik bekannte Verfahren in andere Moleküle umzuwandeln. Es ist ein Temperatursensor 250 abgebildet, der in einem Bereich positioniert ist, um Abgasstromtemperaturen in dem Nachbehandlungssystem 200 zu erfassen. Ein Harnstoffdosiermodul 260 ist an einer Position stromaufwärts der SCR 220 abgebildet. Der Harnstoff kann direkt in den Abgasstrom, der in die SCR eindringt, eingespritzt werden. Es wird aber ein bevorzugtes Verfahren dargestellt, das eine Mischvorrichtung 270 nutzt. Das Harnstoffdosiermodul 260 spritzt Harnstoff auf die Mischvorrichtung 270, und dann wird der Harnstoff durch den Abgasstrom in einer im Wesentlichen gleichmäßigen Verteilung auf die Katalysatorflächen auf dem Inneren der SCR 220 befördert. Der stromabwärts befindliche NOx-Sensor 240 detek tiert und quantifiziert NOx in dem Abgasstrom, der aus dem Nachbehandlungssystem 200 austritt. Es ist anzumerken, dass NOx-Sensoren gegenüber Ammoniak querempfindlich sein können. Es sind Verfahren bekannt, um Sensormesswerte zwischen NOx, Ammoniak und einer Mischung der beiden zu unterscheiden, um den Betrieb der SCR-Vorrichtung korrekt zu diagnostizieren. Es wird ein Verfahren zum Nutzen eines Maßes des in das Nachbehandlungssystem eindringenden NOx und eines Maßes des aus dem Nachbehandlungssystem austretenden NOx offenbart, um den Umwandlungswirkungsgrad des NOx zu anderen Molekülen in Nachbehandlungsvorrichtungen zu ermitteln.
  • Der Umwandlungswirkungsgrad ist als der Wirkungsgrad beschrieben, mit dem eine Nachbehandlungsvorrichtung NOx zu anderen Molekülen umwandeln kann. Das vorstehend beschriebene beispielhafte Nachbehandlungssystem beschreibt einen gemessenen oder geschätzten NOx-Gehalt des Abgasstroms, der stromaufwärts der analysierten Nachbehandlungsvorrichtung gemessen wird. Dieses Maß an NOx, das in das Nachbehandlungssystem eindringt, kann zu einer beliebigen Zeit t als x(t) beschrieben werden. Das vorstehend beschriebene beispielhafte Nachbehandlungssystem beschreibt einen gemessenen oder geschätzten NOx-Gehalt des Abgasstroms, der stromabwärts der analysierten Nachbehandlungsvorrichtung gemessen wird. Dieses Maß an NOx, das aus dem Nachbehandlungssystem austritt, kann zu einer beliebigen Zeit als y(t) beschrieben werden. Der Umwandlungswirkungsgrad zu einer beliebigen vorgegebenen Zeit durch die folgende Gleichung.
  • Figure 00170001
  • Es versteht sich, dass diese Gleichung den Umwandlungswirkungsgrad zu einem beliebigen Zeitpunkt vorsieht. Solche Momentanmessungen oder -berechnungen sind beruhend auf Signalrauschen fehleranfällig. Aus dem Stand der Technik sind Verfahren zum Anlegen eines Tiefpassfilters bekannt. Eine Integration von x(t) oder y(t) ergibt eine Beschreibung einer Menge von tatsächlichem NOx, das während eines Zeitraums jeweils in das Nachbehandlungssystem eindringt oder aus diesem austritt. Eine beispielhafte Gleichung zum Ermitteln eines integrierten Umwandlungswirkungsgrads, wobei anomale Messungen in x(t) und y(t) gefiltert werden, kann wie folgt beschrieben werden.
  • Figure 00180001
  • Auf diese Weise können gemessene oder geschätzte Werte von NOx, das in das Nachbehandlungssystem eindringt oder aus diesem austritt, genutzt werden, um einen geschätzten oder berechneten tatsächlichen Umwandlungswirkungsgrad des Nachbehandlungssystems zu ermitteln.
  • Eine ordnungsgemäß arbeitende oder frische Nachbehandlungsvorrichtung arbeitet mit einem gewissen maximal erreichbaren Umwandlungswirkungsgrad bei einer vorgegebenen Reihe von Bedingungen. Es versteht sich aber, dass Nachbehandlungsvorrichtungen, insbesondere Vorrichtungen, die einen Katalysator nutzen, im Laufe der Zeit und insbesondere bei Einwirken von hohen Temperaturen einer verschlechterten Leistung unterliegen. Das Feststellen eines Fehlfunktionskatalysators ist beim Beibehalten von niedrigen NOx-Emissionen und fortgesetztem Ermöglichen von kraftstoffeffizienten Motorbetriebsmodi wünschenswert.
  • Der Umwandlungswirkungsgrad in einer frischen Vorrichtung wird durch eine Reihe von Umwelt- oder Betriebsfaktoren beeinflusst. Der Umwandlungswirkungsgrad für eine beispielhafte SCR kann durch ein Modell ermittelt werden, das durch die folgende Funktion ausgedrückt wird. η = f(TBETT, SV, θNH3, x(t), VHARNSTOFF, ρZELLE) [3]
  • TBETT beschreibt die Temperatur des Katalysatorbetts in der SCR. Diese Temperatur kann direkt gemessen werden oder kann beruhend auf Temperatur, Strömgeschwindigkeit und anderen Eigenschaften des Abgasstroms geschätzt werden. SV beschreibt die Raumgeschwindigkeit des Abgases, das durch die SCR-Vorrichtung strömt, und kann als Funktion von Eigenschaften des Abgasstroms, einschließlich Temperatur und Strömgeschwindigkeit, ermittelt werden. SV kann als der durch das Katalysatorvolumen normalisierte Standardvolumenstrom beschrieben werden. θNH3 beschreibt eine Menge von Ammoniakspeicherung auf dem Katalysatorbett, und es ist ein ausreichendes Vorhandensein von Ammoniak auf der SCR erforderlich, um die erwünschte NOx-Umwandlungsreaktion zu erreichen. θNH3 kann zum Beispiel durch Analysieren von Absorptions- und Desorptionsraten von Ammoniak, NOx-Umwandlungsraten und Oxidationsraten von adsorbiertem Ammoniak geschätzt werden. Wie vorstehend beschrieben beschreibt x(t) das Vorhandensein von NOx in dem Abgasstrom, der in das Nachbehandlungssystem eindringt. Niedrige NOx-Werte werden in einer ordnungsgemäß funktionierenden SCR problemlos reagiert, während NOx-Werte über einem bestimmten Schwellenwert schwieriger zu reagieren sind und niedrigeren Umwandlungswirkungsgraden entsprechen. Ein Beispiel für einen Faktor, der die Behandlung von NOx oberhalb von bestimmten Mengen beschränkt, umfasst ein in einer SCR vorhandenes beschränktes Ammoniak. VHARNSTOFF beschreibt das Volumen von eingespritztem Harnstoff. Während VHARNSTOFF ein Vorhandensein von Ammoni ak analog zu θNH3 beschreibt, umfasst VHARNSTOFF ein vorhandenes Maß an Harnstoff, der eingespritzt wird, und kann besser einen transienten Indikator für Ammoniak beschreiben, das in der nahen Zukunft erwartungsgemäß vorhanden ist. ρZELLE beschreibt die Dichte von Katalysatormaterial in der SCR und beschreibt daher eine Fähigkeit der SCR, die gewünschte Reaktion zu katalysieren.
  • Das vorstehende Modell, das den Umwandlungswirkungsgrad beschreibt, umfasst Faktoren, die bei einem normalen Betrieb einer SCR angenommen oder bestätigt werden können. Dadurch kann das Modell vereinfacht werden, wodurch eine zum Analysieren von Umwandlungswirkungsgrad durch das Modell erforderliche Verarbeitungslast verringert wird. Zum Beispiel kann VHARNSTOFF durch Betrieb des Harnstoffdosiermoduls überwacht werden, und bei VHARNSTOFF-Werten in einem bestimmten Sollbereich sollten die sich ergebenden Umwandlungswirkungsgradberechnungen unbeeinflusst bleiben. In manchen Ausführungsformen wird VHARNSTOFF so gesteuert, dass es im Wesentlichen direkt proportional zu x(t) ist. Ferner kann θNH3 in manchen Ausführungsformen beruhend auf VHARNSTOFF, überwachten Eigenschaften des Abgasstroms und der SCR, beispielsweise der Temperatur, und x(t) geschätzt werden. Bei θNH3-Werten in einem normalen Bereich kann θNH3 auf einen Teil des funktionellen Modells, der von TBETT abhängig ist, reduziert werden. Ein Wert für x(t), wie er vorstehend beschrieben ist, kann durch einen stromaufwärts befindlichen NOx-Sensor oder einen virtuellen NOx-Sensor überwacht werden. ρZELLE ist eine Eigenschaft der SCR-Vorrichtung und ist ein bekannter Wert. Aufgrund dieser bekannten oder schätzbaren Faktoren kann der Umwandlungswirkungsgrad für eine beispielhafte SCR durch ein vereinfachtes Modell ermittelt werden, das durch die folgende Funktion ausgedrückt wird. η = f(TBETT, SV, θNH3) [4]
  • Auf diese Weise kann der Umwandlungswirkungsgrad der SCR durch Halten anderer Faktoren in bekannten oder kalibrierten Bereichen präzis als Onboard-Diagnosefunktion ermittelt werden.
  • Wie vorstehend beschrieben kann eine Verringerung des Umwandlungswirkungsgrads einen Fehlfunktionskatalysator oder einen beschädigten Katalysator mit verringerter Fähigkeit, Bestandteile im Abgasstrom zu behandeln, anzeigen. Das Anzeigen eines Fehlfunktionskatalysators ist wünschenswert, um eine Reparatur der Vorrichtung zu veranlassen und einen längeren Betrieb des Antriebsstrangs mit erhöhten Emissionen zu vermeiden. Das schnelle Feststellen eines Fehlfunktionskatalysators ist beim Verringern eines Zeitraums wünschenswert, in dem ein beschädigter Katalysator zu erhöhten Emissionen führt. Das Vermeiden von Falschanzeigen eines Fehlfunktionskatalysators ist jedoch bezüglich Kundenzufriedenheit und Vermeiden unnötiger Reparaturen von teuren Komponenten wünschenswert. Es werden eine Reihe von Verfahren zum präzisen Diagnostizieren eines Fehlfunktionskatalysators in Betracht gezogen. Ein beispielhaftes Verfahren, das auf den vorstehenden Modellen und anderen aus dem Stand der Technik bekannten Modellen für eine bestimmte Nachbehandlungsvorrichtung beruht, umfasst das Vergleichen eines geschätzten Umwandlungswirkungsgrads für eine frische Nachbehandlungsvorrichtung mit einem gemessenen Umwandlungswirkungsgrad. Ein Fehlfunktionsumwandlungswirkungsgrad für eine Vorrichtung unter vorgegebenen Betriebsbedingungen kann beruhend auf Testdaten kalibriert werden oder kann als Anteil eines geschätzten Umwandlungswirkungsgrads einer frischen Vorrichtung festgelegt werden. Ein Maß verschlechterten Umwandlungswirkungsgrads, das anzeigt, dass die Nachbehandlungsvorrichtung nicht ordnungsgemäß arbeitet, kann experimentell, empirisch, prädiktiv, durch Modellieren oder andere Techniken entwickelt werden, die zum präzisen Vorhersagen von Nachbehandlungsvorrichtungsbetrieb ausreichen, und es könnte von der gleichen Nachbehandlungsvorrichtung eine Vielzahl von Fehlfunktionsumwandlungswirkungsgraden für unterschiedliche Bedingungen oder Betriebsbereiche verwendet werden. Vorbehaltlich der vorstehend beschriebenen Annahmen kann ein Fehlfunktionsumwandlungswirkungsgrad (ηFehlf_vorhergesagt) für eine SCR, ein Schwellenumwandlungswirkungsgrad für vorgegebene Betriebsbedingungen, bei denen eine Vorrichtungen arbeiten und nicht als funktionsgestört gelten sollte, durch die folgende Funktion ausgedrückt werden. (ηFehlf_vorhergesagt) = f(TBett, SV, θNH3) [5]
  • In diesem Fall kann der Fehlfunktionsumwandlungswirkungsgrad als Funktion der Temperatur in der Vorrichtung, der Geschwindigkeit der durch die Vorrichtung strömenden Abgase und der Menge der Ammoniakspeicherung ausgedrückt werden. Eine solche Funktion kann durch Testdaten oder kalibrierte Werte, die bekanntermaßen einen Fehlfunktionskatalysator bei vorgegebenen eingegebenen Bedingungen anzeigen, festgelegt oder abgebildet werden. Alternativ kann bei einem bekannten zulässigen Umwandlungswirkungsgrad oder Nennwirkungsgrad, der sich in einer frischen Vorrichtung (ηNO) unter aktuellen Bedingungen ergeben sollte, ein kalibrierbarer Schwellenfaktor (A), der zwischen null und eins vorliegt, genutzt werden, um einen Fehlfunktion in der Vorrichtung anzuzeigen. Eine beispielhafte Gleichung, die zum Beschreiben eines Fehlfunktionswirkungsgrads genutzt werden kann, wird wie folgt ausgedrückt. 1 – ηFehlf_vorhergesagt = A·(1 – ηNO) [6]
  • Das Lösen dieser Gleichung für ηFehlf_vorhergesagt ergibt die folgende Gleichung. ηFehlf_vorhergesagt = 1 – A·(1 – ηNO) [7]
  • Unter Verwenden eines der vorstehenden beispielhaften Verfahren kann ein Fehlfunktionsumwandlungswirkungsgrad genutzt werden, um einen Umwandlungswirkungsgradwert zu ermitteln, der unter einer Reihe von Betriebsbedingungen eine Fehlfunktion in einer Nachbehandlungsvorrichtung anzeigt.
  • 3 zeigt graphisch beispielhafte Testdaten, die den Umwandlungswirkungsgrad mit der Katalysatorbetttemperatur und der Raumgeschwindigkeit in einer beispielhaftere SCR gemäß der vorliegenden Offenbarung in Beziehung setzen. Die dreidimensional projizierte Fläche beschreibt den Umwandlungswirkungsgrad in einer beispielhaften frischen SCR. In einer zweidimensionalen Ebene in der SV gleich eins ist, ist eine beispielhafte Datenkurve abgebildet, die das Verhalten eines Fehlfunktionskatalysators veranschaulicht. Bei Nutzen solcher Testdaten oder beispielhafter Daten, die während Normalbetriebs in einem Fahrzeug erfasst werden, kann ein Vergleich von gemessenem Umwandlungswirkungsgrad mit Nennumwandlungswirkungsgrad eine Ermittlung eines Fehlfunktionskatalysators in einer Nachbehandlungsvorrichtung ergeben.
  • Wie vorstehend beschrieben kann eine Integration von x- und y-Termen genutzt werden, um beim Ermitteln eines tatsächlichen Umwandlungswirkungsgrads einen Tiefpassfilter anzulegen. Ein ähnliches Verfahren kann beim Ermitteln eines Fehlfunktionswirkungsgrads eingesetzt werden. Durch Nutzen eines bekannten oder vorhergesagten Verhaltens einer Vorrichtung unter Nutzen von Daten, wie sie zum Beispiel in 3 beschrieben sind, um einen vorhergesagten Fehlfunktionsumwandlungswirkungsgrad zu erzeugen, und Überwachen einer Eingabe x(t) kann ein vor hergesagtes yFehlf(t) beruhend auf aktuellen Betriebsbedingungen beschrieben werden. Eine beispielhafte Ausführungsform einer Gleichung, die diese Vorhersage beschreibt, kann wie folgt ausgedrückt werden. yFehlf(t) = (1 – ηFehlf_vorhergesagt)·x(t) [8]
  • Durch Integrieren dieses Terms über einen Zeitraum kann ein gesamtes Schwellen-NOx, das aus der Nachbehandlung austritt, als ∫yFehlf(t)·dt beschrieben werden. Durch Vergleichen des gemessenen oder tatsächlichen NOx, das aus dem Nachbehandlungssystem austritt, mit diesem Schwellenterm kann eine Anzeige eines Fehlfunktionskatalysators ausgeführt werden. Zusätzlich kann ein gefilterter Term ηFehlf_vorhergesagt ermittelt werden. Diese Berechnung kann wie folgt ausgedrückt werden.
  • Figure 00240001
  • Dieser Term ergibt einen vorhergesagten Umwandlungswirkungsgrad, den ein Katalysator mit Schwellenwertfehlfunktion bei vorgegebenen x(t)-Werten über einen Zeitraum beruhend auf ηFehlf_vorhergesagt aus einem Modell, das Vorrichtungsverhalten vorhersagt, aufweisen würde. Auf diese Weise kann beruhend auf x(t)-Werten über einen Zeitraum ein Fehlfunktionsumwandlungswirkungsgrad ermittelt werden, wodurch transiente oder verrauschte x(t)-Signale von falschen Fehlfunktionskatalysatoranzeigen beseitigt werden.
  • Die vorstehenden Verfahren zum Ermitteln eines gemessenen oder tatsächlichen Umwandlungswirkungsgrads und zum Ermitteln eines Fehlfunktionsumwandlungswirkungsgrads können zusammen genutzt werden, um einen Fehlfunktionskatalysator in einer Nachbehandlungsvor richtung zu diagnostizieren. Wenn ein tatsächlicher Umwandlungswirkungsgrad bei aktuellen Betriebsbedingungen unterhalb eines Fehlfunktionsumwandlungswirkungsgrads liegt, dann kann ein Fehlfunktionskatalysator angezeigt werden. 4 veranschaulicht einen beispielhaften Informationsfluss, der einen Fehlfunktionskatalysator durch die hierin beschriebenen Verfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung diagnostiziert. Der Informationsfluss 400 umfasst ein Modul 410 für tatsächlichen Umwandlungswirkungsgrad, ein Umwandlungswirkungsgradmodellmodul 420, ein Modul 430 für einen integrierten Diagnoseschwellenwert und ein Komparatormodul 440. Das Modul 410 für tatsächlichen Umwandlungswirkungsgrad überwacht Eingaben x(t) und y(t), wobei es in ein Nachbehandlungssystem eindringendes bzw. aus diesem austretendes NOx beschreibt. Bei Anwenden von Gleichung 1 oder vorzugsweise der vorstehenden Gleichung 2 wird ein Term ηTATSÄCHLICH ermittelt. Gleichzeitig überwacht das Umwandlungswirkungsgradmodellmodul 420 Eingaben bezüglich TBett(t), SV(t) und θNH3 und wendet ein den Umwandlungswirkungsgrad ηFehlf_vorhergesagt unter aktuellen Betriebsbedingungen beschreibendes kalibriertes Modell an. Ein Term yFehlf(t), der einen Term des aus dem Nachbehandlungssystem austretenden NOx beschreibt, der eine nach der beispielhaften Gleichung 8 berechnete Katalysatorfehlfunktion anzeigen würde, wird von dem Modul 420 entwickelt und zu dem Modul 430 für integrierten Diagnoseschwellenwert ausgegeben. Das Modul 430 für integrierten Diagnoseschwellenwert legt eine Integration von yFehlf(t) über einen Zeitraum an und ermittelt einen Term ηFehlf_vorhergesagt. ηTATSÄCHLICH und ηFehlf_vorhergesagt werden im Komparatormodul 440 verglichen. Wenn ηTATSÄCHLICH großer als ηFehlf_vorhergesagt ist, dann wird ermittelt, dass sich der Katalysator in einem normalen Zustand befindet. Wenn ηTATSÄCHLICH kleiner als ηFehlf_vorhergesagt ist, dann wird ermittelt, dass der Katalysator ein Fehlfunktionskatalysator ist und es wird eine Fehlfunktionsanzeige erzeugt. Diese Ermittlung kann kontinuierlich, bei wiederkehrenden Intervallen erfolgen oder kann bei bestimmten Vorgängen wie einem Motorstartvorgang ausgelöst werden. Es versteht sich, dass zusätzlich oder alternativ Integrale der Ausgaben der Module 410 und 430 genutzt werden können, um den Umwandlungswirkungsgrad über einen Zeitraum verglichen mit einem Schwellenumwandlungswirkungsgrad während dieses Zeitraums zu beurteilen.
  • Es wird ein zusätzliches beispielhaftes Verfahren zum Anzeigen eines Fehlfunktionskatalysators vorgesehen. Wie vorstehend in Gleichung 7 beschrieben kann ein Faktor A genutzt werden, um einen Term ηFehlf_vorhergesagt in Beziehung zu einem bekannten Wert ηNO zu ermitteln. Diese Beziehung kann zu folgender Gleichung umgeordnet werden.
  • Figure 00260001
  • Eine Umordnung von Gleichung 10 und ein äquivalenter Ausdruck von ηNO und eine Integration von yNO(t)-Werten, die in Gleichung 9 eingegeben werden, ergeben die folgende Gleichung.
  • Figure 00260002
  • Der Term yNO(t) kann beruhend auf den durch die Gleichungen 3, 4 oder 5 beschriebenen Modellen und x(t) geschätzt werden. Beruhend auf Gleichung 11 kann bei einem kalibrierten Wert A und einer vorhergesagten Integration von yNO(t) über einen Zeitraum ein vorhergesagter Schwellenwert für eine Integration von yFehlf(t) ermittelt werden, der eine Menge von NOx beschreibt, die in einem funktionsgestörten Katalysator aus dem Nachbehandlungssystem austritt. Durch Vergleichen eines Maßes des tat sächlichen NOx, das aus dem Nachbehandlungssystem austritt, mit einem vorhergesagten Schwellenwert-NOx, das bei einem Fehlfunktionskatalysator aus dem Nachbehandlungssystem austritt, kann eine Ermittlung vorgenommen werden, ob der überwachte Katalysator funktionsgestört ist.
  • Das Nutzen der vorstehenden Verfahren zum Ermitteln eines tatsächlichen NOx, das aus dem Nachbehandlungssystem austritt, und zum Ermitteln eines vorhergesagten Schwellenwert-NOx, das aus dem Nachbehandlungssystem austritt, bei einem Fehlfunktionskatalysator kann zusammen genutzt werden, um einen Fehlfunktionskatalysator in einer Nachbehandlungsvorrichtung zu diagnostizieren. Wenn das aus dem Nachbehandlungssystem austretende tatsächliche NOx größer als das aus dem Nachbehandlungssystem austretende vorhergesagte Schwellenwert-NOx für einen Fehlfunktionskatalysator bei aktuellen Betriebsbedingungen ist, dann kann ein Fehlfunktionskatalysator angezeigt werden. 5 veranschaulicht einen beispielhaften Informationsfluss, der einen Fehlfunktionskatalysator durch hierin beschriebene Verfahren diagnostiziert, gemäß der vorliegenden Offenbarung. Der Informationsfluss 450 umfasst ein Modul 460 zur Ermittlung des tatsächlichen NOx, ein Umwandlungswirkungsgradmodellmodul 470, ein Modul 480 für einen integrierten Diagnoseschwellenwert und ein Komparatormodul 490. Das Modul 460 für die Ermittlung des tatsächlichen NOx überwacht y(t), wobei es aus einem Nachbehandlungssystem austretendes NOx beschreibt. Durch Integrieren von y(t) wird ein Term ∫y(t)·dt ermittelt. Gleichzeitig überwacht das Umwandlungswirkungsgradmodellmodul 470 Eingaben bezüglich x(t), TBETT(t), SV(t) und θNH3(t) und wendet ein den Umwandlungswirkungsgrad ηFehlf_vorhergesagt für eine Fehlfunktionsvorrichtung beschreibendes kalibriertes Modell an. ηFehlf_vorhergesagt kann durch hierin beschriebene Verfahren ermittelt werden. Ein Term yFehlf(t), der einen Term für aus dem Nachbehandlungssystem austretendes NOx beschreibt, der eine Katalysatorfehl funktion anzeigen würde, wird von dem Modul 470 entwickelt und zu dem Modul 480 für integrierten Diagnoseschwellenwert ausgegeben. Das Modul 480 für integrierten Diagnoseschwellenwert legt eine Integration von yFehlf(t) über einen Zeitraum an und gibt einen Term ∫yFehlf(t)·dt aus. ∫y(t)·dt und ∫yFehlf(t)·dt werden in dem Komparatormodul 490 verglichen. Wenn ∫y(t)·dt kleiner als ∫yFehlf(t)·dt ist, dann wird ermittelt, dass sich der Katalysator in einem Normalzustand befindet. Wenn ∫y(t)·dt größer als ∫yFehlf(t)·dt ist, dann wird ermittelt, dass der Katalysator ein Fehlfunktionskatalysator ist und es wird eine Fehlfunktionsanzeige erzeugt. Diese Ermittlung kann kontinuierlich, bei wiederkehrenden Intervallen erfolgen oder kann bei bestimmten Vorgängen wie einem Motorstartvorgang ausgelöst werden.
  • Das in Verbindung mit 5 beschriebene Verfahren umfasst x(t) oder ein Maß von NOx, das in das Nachbehandlungssystem eindringt. Es versteht sich aber, dass dieser Term genutzt wird, um einen präzis vorhergesagten Term yFehlf(t) für spätere Integration zu erzeugen. In dem Fall, dass der Term x(t) nicht verfügbar ist oder als unzuverlässig ermittelt ist, kann eine alternative Schätzung von yFehlf(t) oder ∫yFehlf(t)·dt zum Vergleich mit ∫y(t)·dt anderweitig ermittelt werden. Zum Beispiel könnte beruhend auf einer Lookup-Tabelle oder bestimmten Motorbetriebseigenschaften, die NOx-Produktion näher angeben, ein aus dem Nachbehandlungssystem austretendes vorhergesagtes Schwellenwert-NOx erzeugt werden. Einige dieser beispielhaften Eigenschaften werden nachstehend in Abschnitten, die den Betrieb eines virtuellen NOx-Sensors näher schildern, beschrieben, und einige oder alle dieser Faktoren könnten gleichfalls genutzt werden, um den vorhergesagten Schwellenwert-Term an Stelle eines funktionsgestörten Sensors zu schätzen.
  • Wie vorstehend beschrieben kann ein verringerter Umwandlungswirkungsgrad oder Vorhandensein von NOx stromabwärts einer SCR-Vorrichtung genutzt werden, um einen Fehlfunktionskatalysator anzuzeigen. Ein verringerter Wirkungsgrad kann aber durch andere Faktoren verursacht werden, und ein Verfahren zum Unterscheiden eines durch einen Fehlfunktionskatalysator verursachten verringerten Wirkungsgrads und eines durch andere Faktoren verursachten verringerten Wirkungsgrads ist beim Vermeiden von Falschanzeigen wünschenswert. Ein Verfahren zum Vermeiden von Falschanzeigen eines Fehlfunktionskatalysators umfasst das Überwachen eines anderen Faktors oder anderer Faktoren als eines Fehlfunktionskatalysators, die Verringerungen des Umwandlungswirkungsgrads einer SCR-Vorrichtung verursachen können, und das Auslösen eines Diagnosetests, um einen Fehlfunktionskatalysator nur anzuzeigen, wenn das Überwachen nicht einen der Faktoren anzeigt, die zu einer falschen Fehlfunktionskatalysatoranzeige führen.
  • Wie in Verbindung mit Gleichung 3 beschrieben, beeinflussen eine Reihe von Faktoren oder Bedingungen bei einer SCR-Vorrichtung den Umwandlungswirkungsgrad. Zum Beispiel wirkt sich die Katalysatorbetttemperatur signifikant auf Reaktionen aus, die in der SCR-Vorrichtung auftreten. Zusätzlich steht die an dem Katalysator gespeicherte Ammoniakmenge direkt mit dem Umwandlungswirkungsgrad der Vorrichtung in Verbindung. Während Ermittlungen vorgenommen werden können, wie die durch Gleichung 5 ausgedrückte Beziehung, wobei Faktoren oder Bedingungen berücksichtigt werden, während die Diagnosetests für einen Fehlfunktionskatalysator fortgesetzt werden, kann die NOx-Umwandlung bei transienten oder ungeeigneten Bedingungen unstet sein. Eine Bedingung oder eine Reihe von Bedingungen, die den Betrieb eines Fehlfunktionskatalysator-Diagnosetests deaktivieren, kann/können das Auftreten von falschen Fehlfunktionskatalysatoranzeigen verringern.
  • Ein Faktor beim Beschreiben des Betriebs einer SCR ist ein Ammoniakspeicherwert. Während ein Nichtfehlfunktionskatalysator für einen Normalbetrieb einer SCR-Vorrichtung erforderlich ist, ist das Vorhandensein einer adäquaten Menge an Ammoniak auch für Normalbetrieb erforderlich. θNH3 kann zum Beispiel durch Analysieren von Ammoniakabsorptions- und Ammoniakdesorptionsraten, NOx-Umwandlungsraten und Oxidationsraten von adsorbiertem Ammoniak geschätzt werden. θNH3 wird am genauesten durch Modellieren relevanter Variablen wie VHARNSTOFF, TBETT, x(t) und Eigenschaften der SCR-Vorrichtung, einschließlich einer Ammoniakspeicherfähigkeit und ρZELLE, überwacht. Da das Vorhandensein von Ammoniak, dem Reduktionsmittel bei der chemischen Reaktion, in ausreichenden Mengen auf dem Katalysator eine Voraussetzung für eine normale Umwandlung von NOx in einer SCR-Vorrichtung ist, kann ein Mangel an ausreichendem Ammoniak, wenn dies bekannt ist, genutzt werden, um den Betrieb eines Fehlfunktionskatalysator-Diagnosetests zu deaktivieren, bis ausreichend Ammoniak auf dem Katalysator abgelagert ist.
  • Die für einen normalen Betrieb der SCR-Vorrichtung erforderliche Menge an Ammoniak hängt stark von der jeweiligen SCR-Vorrichtung, die genutzt wird, und dem Strom von NOx, das einer Umwandlung bedarf, ab. Werte, die eine Schwellenmenge von Ammoniak festlegen, können experimentell, empirisch, prädiktiv, durch Modellierung oder andere Techniken entwickelt werden, die adäquat sind, um einen Betrieb des Nachbehandlungssystems oder der SCR-Vorrichtung präzis vorherzusagen, und eine Vielzahl von Bereichen oder Werten können von dem gleichen System unterschiedlicher Einstellungen, Bedingungen oder Betriebsbereiche verwendet werden. Um die erforderliche katalytische Reaktion aufrechtzuerhalten, muss eine molare Menge von Ammoniak in einem Verhältnis von etwa eins zu eins zu einer molaren Menge von NOx, das in die Vorrichtung eindringt, verfügbar sein. Ein beispielhafter Ausdruck einer Menge von Ammoniak, das zum effizienten Betreiben der SCR-Vorrichtung (SNH3) erforderlich ist, kann durch die die folgende funktionelle Beziehung gegeben werden. SNH3 = f(TBETT, SV) [12]
  • Aus diese Weise kann SNH3 beruhend auf verschiedenen Faktoren, die NOx-Umwandlung beschreiben, vorhergesagt werden. Ein Vergleich von SNH3 und θNH3 zum Beispiel, der ermittelt, ob θNH3 mindestens gleich SNH3 ist, kann eine beispielhafte Bedingung sein, die zum Deaktivieren des Betriebs eines Fehlfunktionskatalysator-Diagnosetests genutzt wird, bis genügend Ammoniak auf dem Katalysator abgelagert ist.
  • Ein Vergleich von SNH3 und θNH3 kann verwendet werden, um eine Lücke in der Ammoniakspeicherung, die erforderlich (im engl. require statt required) ist, um die SCR-Vorrichtung effizient zu betreiben, und die geschätzte Ammoniakspeicherung auf dem Katalysator festzustellen. Es versteht sich aber, dass θNH3 eine Schätzung ist und einen Schätzfehler enthalten kann. Zum Testen der Genauigkeit von θNH3 wird ein beispielhaftes Verfahren offenbart. Ein Steuerungsanpassungszyklus kann ausgeführt werden, um intrusiv zu testen, auf welcher Seite eines erwünschten Ammoniakspeicherwerts der tatsächliche Speicherwert vorliegt. Da der Steuerungsanpassungszyklus intrusiv ist und eine Modulation des Nachbehandlungsprozesses erfordert, wird der Zyklus vorzugsweise nicht als Vorbedingung für jedes Auftreten jedes Fehlfunktionskatalysator-Diagnosetests ausgeführt, da der intrusive Betrieb für den normalen Betrieb des Antriebsstrangs nachteilig wäre. Ein Verfahren zum Nutzen eines solchen Tests umfasst das Ausführen eines Fehlfunktionstests gemäß anderen Aktivie rungsbedingungen und bei einer einzigen oder einer festgelegten Anzahl an Fehlfunktionskatalysatoranzeigen das Betreiben eines Steuerungsanpassungszyklus vor einem folgenden Fehlfunktionskatalysator-Diagnosetest. Der Steuerungsanpassungszyklus kann in diesem letzteren Zustand verwendet werden, um die Genauigkeit von θNH3 zu testen. Durch Analysieren dieser Genauigkeit können die früheren Fehlfunktionskatalysatoranzeigen für gültig oder ungültig erklärt werden, und festgestellte Ungenauigkeiten können genutzt werden, um den Betrieb eines Fehlfunktionskatalysator-Diagnosetests zum Beispiel zu deaktivieren, wenn die Genauigkeit sich um mehr als ein Schwellengenauigkeitsmaß verschlechtert, bis eine normale Genauigkeit von θNH3 wiederhergestellt werden kann. Es wird angemerkt, dass Sensoren, die θNH3 direkt messen können oder die Genauigkeit von θNH3 direkt in einem nicht intrusiven Test messen, als Bedingung für den Fehlfunktionskatalysator-Diagnosetest ähnlich zu anderen hierin beschriebenen Tests verwendet werden könnten. Bekannte Sensoren schließen aber Querempfindlichkeit ein, was Potential für ungenaue Beurteilungen der θNH3-Schätzgenauigkeit erzeugt. Auf diese Weise kann eine Beurteilung der Genauigkeit von θNH3 genutzt werden, um den Betrieb eines Fehlfunktionskatalysator-Diagnosetests zu deaktivieren, bis die Schätzung auf eine zulässige Genauigkeit rückgeführt werden kann.
  • Wie hierin beschrieben wird Reduktionsmittel, beispielsweise durch Harnstoffeinspritzung eingebrachtes Ammoniak, verwendet, um die erforderlichen Reaktionen in der SCR-Vorrichtung zu erzeugen, um NOx umzuwandeln. Es versteht sich aber für den Fachmann, dass Ammoniak, kohlwasserstoffbasierte Reduktionsmittel oder andere Reduktionsmittel durch andere Verfahren als Harnstoffeinspritzung in das Nachbehandlungssystem eingebracht werden können. Zum Beispiel ist Ammoniak unter bestimmten Betriebsbedingungen als Verbrennungsnebenprodukt im Motor und der Verwendung bekannter Nachbehandlungskatalysatoren bekannt.
  • In einem Verfahren, das Ammoniakerzeugungszyklen nutzt, um Ammoniak im Antriebsstrang ohne Einspritzung von Reduktionsmittel zu erzeugen, können die Ammoniakerzeugungszyklen überwacht oder modelliert werden, und eine geschätzte Ansammlung von Ammoniak in den Ammoniakerzeugungszyklen kann genutzt werden, um den Betrieb eines Fehlfunktionskatalysator-Diagnosetests zu deaktivieren, bis die Ammoniakspeicherung auf normale Werte zurückgeführt ist. Analog kann in Systemen, die andere Reduktionsmittel nutzen, die Erzeugung der Reduktionsmittel überwacht und genutzt werden, um den Diagnosetest zu deaktivieren, wenn dies gemäß den hierin beschriebenen Verfahren angebracht ist.
  • Wie vorstehend beschrieben ist die Temperatur des Katalysators oder TBett ein anderer Faktor beim Beschreiben des Betriebs einer SCR. Temperaturen unter einem normalen Betriebsbereich hemmen die chemischen Umwandlungsprozesse in Nachbehandlungsvorrichtungen und insbesondere die Umwandlung von NOx durch Ammoniak durch katalytische Reaktion in einer SCR. Ferner können niedrige Temperaturen einen Motor in einem Aufwärmzeitraum anzeigen, während dessen das Erzeugen von NOx und anderen Komponenten des Abgasstroms anomal oder im Übergang befindlich sein kann. Temperaturen über einem normalen Betriebsbereich können hohe Raten von Ammoniakschlupf oder Verlust von gespeichertem Ammoniak von dem Katalysator zu dem stromabwärtigen Abgasstrom verursachen. Dadurch können Temperaturen entweder unter oder über einem normalen Betriebsbereich für eine SCR genutzt werden, um den Betrieb eines Fehlfunktionskatalysator-Diagnosetests zu deaktivieren, bis die Temperaturen zu dem normalen Bereich zurückkehren. Ein solcher Temperaturbetriebsbereich kann durch einen niedrigen Temperaturschwellenwert und einen hohen Temperaturschwellenwert festgelegt sein.
  • Das Testen von TBETT als Bedingung, den Betrieb eines Fehlfunktionsdiagnosetests zu deaktivieren, kann viele Formen annehmen. Zum Beispiel kann ein Temperatursensor direkt in der SCR-Vorrichtung Temperaturen lesen und die Temperaturen mit einer Schwellentemperatur vergleichen. Temperaturen außerhalb des normalen Bereichs können dann verwendet werden, um einen Aktivierungs-/Deaktivierungsparameter umzuschalten, der den Fehlfunktionsdiagnosetest steuert. Alternativ kann TBETT beruhend auf einem Abgastemperaturmesswert bzw. Abgastemperaturmesswerten modelliert werden, die an anderen Stellen in dem Nachbehandlungssystem genommen werden. Zusätzlich oder alternativ kann ein solches Modell andere Variablen wie Abgasdurchfluss und Motorbetrieb, einschließlich Drehzahl und Last, berücksichtigen. Ein beispielhafter Ausdruck von TBETT kann durch die folgende funktionelle Beziehung gegeben werden. TBETT = f(T1, T2, MDOT_ABG, TUMG, SCRGEOMETRIE) [13]
  • T1 beschreibt die Temperatur des stromaufwärts der SCR-Vorrichtung gemessenen Abgasstroms, und T2 beschreibt die Temperatur des stromabwärts der SCR-Vorrichtung gemessenen Abgasstroms. MDOT_ABG beschreibt einen Massendurchsatz von Abgas durch die SCR-Vorrichtung und kann beruhend auf denn Betrieb des Motors geschätzt oder modelliert werden. TUMG beschreibt eine Temperatur von Umgebungsbedingungen zu dem Abgassystem und kann direkt gemessen oder beruhend auf in üblicher Weise gemessenen Werten, beispielsweise der Ansauglufttemperatur, ermittelt werden. Zusätzlich kann statt des Nutzens von Messungen oder Schätzungen der momentanen Temperatur eine zeitgewichtete Beurteilung von TBETT genutzt werden, zum Beispiel ein mittlerer Wert von TBETT während eines Zeitraums, um die Wirkungen von Temperatur auf den SCR-Betrieb zu approximieren. Zum Beispiel verursacht eine kurze Spitze bei TBETT nicht das gleiche Maß an Ammoniakschlupf in der SCR-Vorrichtung wie ein längerer Zeitraum mit erhöhtem TBETT.
  • Werte, die den normalen Betriebsbereich von TBETT festlegen, können experimentell, empirisch, prädiktiv, durch Modellieren oder anderen Techniken entwickelt werden, die adäquat sind, um den Betrieb des Nachbehandlungssystems oder der SCR-Vorrichtung präzis vorherzusagen, und es könnten eine Vielzahl von Bereichen oder Werten von dem gleichen System unter Verwendung unterschiedlicher Einstellungen, Bedingungen oder Betriebsbereiche verwendet werden. Zum Beispiel könnte im Fall von Temperaturspitzen eine Spitze eines bestimmten Werts als Schwellenwert genutzt werden, und ein unterer Schwellenwert könnte für längere Zeiträume erhöhter Temperaturen verwendet werden. Ein beispielhafter Wert beträgt in einer Ausführungsform für das hohe Ende des normalen Betriebsbereichs 350°C, und eine beispielhafte Ausführungsform für das untere Ende des normalen Betriebsbereichs beträgt 200°C. Wie jedoch vorstehend beschrieben sind diese Zahlen weitgehend von den Einzelheiten des betroffenen Systems abhängig.
  • Wie vorstehend in Bezug auf die zeitgewichtete Beurteilung von TBETT beschrieben, muss ein aufgrund hoher oder niedriger Werte TBETT verringerter Umwandlungswirkungsgrad nicht unbedingt zu einem normalen Umwandlungswirkungsgrad zurückkehren. Wenn zum Beispiel TBETT über einen längeren Zeitraum über dem normalen Betriebsbereich der SCR-Vorrichtung erhöht ist, was zu einer Entleerung von Ammoniak von dem Katalysator führt, und dann TBETT auf einen Wert innerhalb des normalen Betriebsbereichs sinkt, kann es dauern, bis der Ammoniakspeicherwert die erforderlichen adäquaten Werte wieder erreicht. Das Testen von TBETT als Bedingung, um den Betrieb eines Fehlfunktionsdiagnosetests zu deaktivieren, kann Absinken von TBETT von einer hohen Temperatur zu norma len Temperaturen feststellen, und ein Zeitraum fortgesetzten deaktivierten Betriebs des Fehlfunktionsdiagnosetests kann entweder einen festen Zeitraum lang oder solange, bis ein prädiktives Modell von θNH3 ein adäquates Auffüllen von Ammoniak an dem Katalysator beschreibt, aufrechterhalten werden.
  • Transitorische Wirkungen von TBETT können den Umwandlungswirkungsgrad negativ beeinflussen. Zum Beispiel kann ein schnelles Anheben von Temperaturen in einer SCR-Vorrichtung Ammoniakkonzentrationen in der Vorrichtung beeinflussen und den Umwandlungswirkungsgrad negativ beeinflussen, obwohl TBETT ansonsten in Nennbereichen bleibt. Analog kann ein schnelles Senken von Temperaturen in einer SCR-Vorrichtung den Umwandlungswirkungsgrad durch die Variabilität von Bedingungen in der Vorrichtung negativ beeinflussen.
  • 6 zeigt graphisch einen beispielhaften Betrieb eines Nachbehandlungssystems einschließlich der Katalysatortemperatur und des resultierenden Umwandlungswirkungsgrads gemäß der vorliegenden Offenbarung. Der obere Abschnitt des Graphen zeigt Änderungen der Temperatur in der SCR-Vorrichtung. Es wird ein schneller Anstieg der Temperatur, beginnend bei in etwa 980 Sekunden, gezeigt. Der untere Abschnitt des Graphen zeigt den resultierenden Umwandlungswirkungsgrad in der SCR-Vorrichtung. Auf den schnellen Anstieg der Temperatur in der Vorrichtung folgt ein signifikanter Abfall des Umwandlungswirkungsgrads. Eine beispielhafte Bedingung zum Deaktivieren eines Fehlfunktionskatalysator-Diagnosetests umfasst das Überwachen einer Rate der Änderung der Temperatur in der SCR-Vorrichtung und das Deaktivieren des Tests bei jeder Temperaturänderungsrate, die eine Schwellenänderungsrate überschreitet. Eine andere beispielhafte Bedingung zum Deaktivieren eines Fehlfunktionskatalysator-Diagnosetests, die auf einem hierin beschriebe nen beispielhaften System beruht, wobei ein normaler Umwandlungswirkungsgrad durch TBETT zwischen 200°C und 350°C beschrieben ist, umfasst einen temperaturabhängigen Term, wobei zum Beispiel gefordert wird, dass TBETT größer als 300°C ist, und wobei eine Anstiegsrate von TBETT gefordert wird, die eine Schwellenanstiegsrate überschreitet. In 6 wird die Rate des Temperaturanstiegs durch die Neigung der Linie in dem oberen Abschnitt des Graphen beschrieben. Der temperaturabhängige Term und die Schwellenrate des Temperaturanstiegs können zum Beispiel durch Analyse von Daten, wie zum Beispiel durch 6 beschrieben ist, kalibriert werden, oder die Werte können durch ein Modell festgelegt werden, das ausreicht, um den Betrieb und den Umwandlungswirkungsgrad einer SCR-Vorrichtung zu beschreiben. Analog kann ein schnelles Sinken von Temperatur in einer SCR-Vorrichtung analysiert und genutzt werden, um den Diagnosetest zu deaktivieren. Auf diese Weise können transiente Anstiege von TBETT genutzt werden, um den Diagnosetest beruhend auf sich ergebenden Wirkungen auf den Umwandlungswirkungsgrad zu deaktivieren.
  • Transientes Verhalten von TBETT kann Abnahmen des Umwandlungswirkungsgrads in einer SCR-Vorrichtung hervorrufen. Analog können Änderungen der Motordrehzahl den Umwandlungswirkungsgrad beeinflussen. Eine Motordrehzahlbeschleunigung, die eine hohe Temperatur in dem Abgasstrom erzeugt, kann Ammoniakschlupf hervorrufen und dadurch den Umwandlungswirkungsgrad beeinflussen. Zusätzlich kann Motorschubbetrieb, insbesondere einschließlich Kraftstoffunterbrechung zu den Brennräumen, eine NOx-Rohemission bzw. einen NOx-Motorausgang signifikant verringern, in manchen Fällen fast vollständig, was zu einer ungenauen Messung des Umwandlungswirkungsgrads führt, und kann einen Verlust von gespeichertem Ammoniak bewirken. Dadurch ist der überwachte Wirkungsgrad während des Übergangs sehr gering oder ungenau. Das Deak tivieren des Diagnosetests und das Einschließen einer Verzögerung, bis der Motor die Beschleunigung wieder aufnimmt, ist bevorzugt. Das Überwachen von Änderungen der Motordrehzahl als Bedingung zum Deaktivieren des Betriebs eines Fehlfunktionsdiagnosetests kann Bedingungen feststellen, bei denen der Umwandlungswirkungsgrad durch transienten Motorbetrieb nachteilig beeinflusst wird.
  • 7 zeigt graphisch ein schnelles Abbremsen eines Motors, das sich aus einer schnellen Abnahme der Kraftstoffversorgung des Motors ergibt, sowie sich ergebende Änderungen des Umwandlungswirkungsgrads gemäß der vorliegenden Offenbarung. Der obere Abschnitt des Graphen stellt eine Kraftstoffzufuhrrate zum Motor dar. Die Kraftstoffzufuhr ist ein direkter Hinweis auf Motorleistung, und ein scharfer Abfall der Kraftstoffzufuhr entspricht einem schnellen Abfall der Motorleistung und des Abgasausstoßes. Der untere Abschnitt des Graphen stellt einen sich ergebenden Umwandlungswirkungsgrad dar. Wie vorstehend beschrieben führten schnelle Abnahmen der Motordrehzahl zu einem variablen oder unvorhersehbaren Betrieb der SCR-Vorrichtung. Bei den beispielhaften Daten von 7 führt eine Abnahme der Kraftstoffzufuhr in dem oberen Abschnitt des Graphen zu einer folgenden Verringerung des Umwandlungswirkungsgrads. Eine solche Verringerung der Kraftstoffzufuhr kann genutzt werden, um einen Fehlfunktionskatalysator-Diagnosetest zu deaktivieren. Zum Beispiel ist in dem unteren Abschnitt von 7 ein binärer aktivierter/deaktivierter Indikator dargestellt. In der dargestellten beispielhaften Ausführungsform ist das Kriterium für das Deaktivieren des Diagnosetests auf Kraftstoffzufuhr gleich null gesetzt und gilt für einen gewissen Verzögerungszeitraum weiter. Ein alternatives Kriterium zum Deaktivieren des Diagnosetests könnte einen Schwellenwert umfassen, der eine niedrige Kraftstoffzufuhrrate anzeigt, und könnte den Test deaktivieren, wenn die Kraftstoffzufuhrrate unter den Schwellenwert fällt. Ein solcher Schwel lenwert könnte fest oder beruhend auf den jüngsten Kraftstoffzufuhrraten variabel sein. Auf diese Weise können Kraftstoffzufuhrabnahmen, die Abbremsen des Motorbetriebs beschreiben, genutzt werden, um den Diagnosetest beruhend auf sich ergebenden Wirkungen auf den Umwandlungswirkungsgrad zu deaktivieren.
  • Wie vorstehend beschrieben umfassen beispielhafte Nachbehandlungsvorrichtungen die Verwendung von Regenerationszyklen, um gespeicherte Verunreinigungen zu beseitigen. Zum Beispiel speichert ein DPF unverbrannte Kohlenwasserstoffe und Ruß in dem DPF, und es wird ein regelmäßiger Regenerationszyklus hoher Temperatur genutzt, um die Verunreinigungen aus dem DPF zu entfernen. In manchen beispielhaften Nachbehandlungssystemen tritt dieses Hochtemperaturabgas durch die SCR-Vorrichtung und bewirkt hohen Ammoniakschlupf. Bei anderen beispielhaften Nachbehandlungssystemen kann ein Umgehungskreislauf verwendet werden, um die SCR-Vorrichtung und andere Nachbehandlungsvorrichtungen, die anfällig für Beschädigung sind, vor dem Regenerationszyklus hoher Temperatur zu schützen. Die Verwendung eines solchen Umgehungsventils beeinträchtigt aber den Umwandlungswirkungsgrad der SCR-Vorrichtung. Dadurch kann eine Detektion eines Regenerationszyklus hoher Temperatur in dem Nachbehandlungssystem genutzt werden, um den Betrieb eines Fehlfunktionskatalysator-Diagnosetests zu deaktivieren, bis der Regenerationszyklus beendet ist. 8 zeigt graphisch einen beispielhaften Regenerationszyklus in einem Nachbehandlungssystems sowie das Deaktivieren eines Diagnosetests beruhend auf dem Regenerationszyklus gemäß der vorliegenden Offenbarung. Drei Abschnitte des Graphen stellen den Regenerationszyklus gegen eine gemeinsame Zeitskala dar. Ein oberer Abschnitt des Graphen stellt TBETT während des Regenerationszyklus dar. In der Mitte des oberen Abschnitts korreliert ein Zeitraum scharf gestiegener Temperaturen mit erhöhten Abgastemperaturen, was eine reinigende Regeneration des Nachbehandlungssystems erreicht. Der mittlere Abschnitt des Graphen stellt einen Anteil der Ammoniakspeicherung dar, der den Anteil der Ammoniakspeicherfähigkeit des Katalysators beschreibt, der gerade genutzt wird. Wie vorstehend beschrieben führen erhöhte Werte TBETT zu einem erhöhten Ammoniakschlupf. Dadurch fällt der Ammoniakspeicherungsanteil während des Regenerationszyklus scharf ab. Der untere Abschnitt des Graphen stellt den Umwandlungswirkungsgrad während des Regenerationszyklus dar. Ein Abfall des Umwandlungswirkungsgrads während des Regenerationszyklus ist offensichtlich. Nach Beendigung des Regenerationszyklus erholt sich der Umwandlungswirkungsgrad nicht unmittelbar nach Sinken der Werte TBETT. Stattdessen ist eine Reduktionsmitteleinspritzung im Laufe der Zeit während einer Füllzeit erforderlich, um Ammoniak an dem Katalysator auf normale Werte zurückzuführen. Der Graph zeigt, dass der Umwandlungswirkungsgrad während eines Regenerationszyklus und während einer Füllzeit nach dem Regenerationszyklus aufgrund der hohen Temperaturen des Abgasstroms während des Zyklus bekanntermaßen abfällt. Das Deaktivieren eines Fehlfunktionskatalysator-Diagnosetests während eines Regenerationszyklus und während einer kalibrierten Füllzeit nach dem Regenerationszyklus kann auf diese Weise genutzt werden, um falsche Anzeigen eines Fehlfunktionskatalysators zu vermeiden.
  • Das NOx in dem Abgasstrom umfasst NO und NO2. Die Nutzung von Ammoniak in einer SCR-Vorrichtung ist beim Umwandeln von NO2 effizienter als beim Umwandeln von NO. Ein Verhältnis von NO zu NO2, die in eine SCR-Vorrichtung eindringen, kann verwendet werden, um einen resultierenden NOx-Umwandlungswirkungsgrad zu schätzen. Ein Schwellenverhältnis von NO zu NO2 kann genutzt werden, um den Betrieb eines Fehlfunktions-Diagnosetests zu deaktivieren, bis das Verhältnis zu einem Wert zurückkehrt, der für normale NOx-Umwandlung förderlich ist.
  • An dem Katalysator gespeichertes Ammoniak, das als θNH3 verfolgt wird, wird gemäß einem Sollwert gesteuert. 9 zeigt einen beispielhaften Datenfluss, der zum Steuern von Harnstoffeinspritzung genutzt wird, um einen erwünschten Ammoniakspeicherwert in einer SCR gemäß der vorliegenden Offenbarung zu verwirklichen. Der Informationsfluss 300 umfasst ein Zielharnstoffeinspritzungsmodul 310, das einen unmodifizierten Harnstoffeinspritzungsbefehl beruhend auf NOx-Rohemission ermittelt, und ein Sollammoniakspeichermodul 320, ein Ammoniakspeichersummiermodul 330 und ein Ammoniak-zu-Harnstoff-Umwandlungsmodul 340, das einen Harnstoffeinspritzungskorrekturterm ermittelt. Der Informationsfluss 300 addiert den unmodifizierten Harnstoffeinspritzungsbefehl und den Harnstoffeinspritzungskorrekturterm, um einen korrigierten Harnstoffeinspritzungsbefehl zu ermitteln. Das Zielharnstoffeinspritzungsmodul 310 überwacht die NOx-Rohemission, nutzt einen NH3-zu-NOx-Verhältnis-Befehl, integriert Kompensationsfaktoren und ermittelt einen unmodifizierten Harnstoffeinspritzungsbefehl. NOx-Rohemissionen können direkt gemessen oder durch Modellieren des Motorbetriebs, beispielsweise durch einen virtuellen NOx-Sensor, geschätzt werden, wie hierin beschrieben wird. Der NH3-zu-NOx-Verhältnis-Befehl beschreibt die chemische Reaktion, die NOx-Umwandlung verwirklicht, und wie vorstehend beschrieben liegt dieses Verhältnis vorzugsweise nahe bei eins zu eins. Kompensationsfaktoren umfassen ermittelbaren Wirkungen, die die in der SCR-Vorrichtung erforderliche Ammoniakmenge ändern, die für effiziente NOx-Umwandlung erforderlich ist. Das Modul 310 nutzt diese überwachten Terme, um eine Harnstoffeinspritzung zu schätzen, die dem Katalysator eine erforderliche Ammoniakmenge liefert. Die Bedingungen in der SCR-Vorrichtung können aber die Harnstoffmenge ändern, die tatsächlich erforderlich ist, um die Ammoniakspeicherung an dem Katalysator zu erzeugen, die für NOx-Umwandlung erforderlich ist. Das Modul 320 überwacht TBETT und einen Zielumwandlungswirkungsgrad. Das Modul 320 verarbeitet diese überwachten Eingaben und ermittelt ein erwünschtes θNH3 zum Erreichen des Zielumwandlungswirkungsgrads. Das Modul 320 kann kalibrierte Lookup-Tabellen oder ein programmiertes Modell umfassen, das Umwandlungswirkungsgrade beschreibt, die sich bekanntermaßen aus TBETT und θNH3 gemäß den hierin beschriebenen Verfahren ergeben. Das Ammoniakspeichersummiermodul 330 vergleicht den erwünschten θNH3-Term von Modul 320 und einen geschätzten θNH3-Term und gibt einen Steuerungsfehlerterm aus. Der Steuerungsfehlerterm beschreibt die Differenz zwischen dem erwünschten θNH3-Term und dem geschätzten θNH3-Term oder eine Änderung von θNH3, die zum Erreichen des erwünschten θNH3-Terms erforderlich ist. Der Steuerungsfehlerterm quantifiziert eine Differenz der Ammoniakspeicherung. Das Ammoniak-zu-Harnstoff-Umwandlungsmodul 340 wandelt den Steuerungsfehlerterm zu einem Harnstoffeinspritzungskorrekturterm um. Das Summiermodul 350 addiert den unmodifizierten Harnstoffeinspritzungsbefehl und den Harnstoffeinspritzungskorrekturterm, um einen korrigierten Harnstoffeinspritzbefehl zu erzeugen, wobei es eine einzuspritzende Harnstoffmenge beruhend auf NOx-Rohemissionen und dem Steuerungsfehler quantifiziert. Auf diese Weise kann die Harnstoffeinspritzung gesteuert werden, um NOx effizient umzuwandeln.
  • Der vorstehend beschriebene Steuerungsfehlerterm beschreibt eine Differenz oder Abweichung eines geschätzten θNH3-Terms und eines erwünschten θNH3-Terms. Aus einer Reihe von Gründen können Instabilitäts- oder transiente Bedingungen eine Änderung der tatsächlichen Ammoniakspeicherung verursachen. Gemäß den vorstehend beschriebenen Verfahren kann das Deaktivieren des Betriebs eines Fehlfunktionskatalysator-Diagnosetests in Zeiträumen von Instabilität oder wenn andere Faktoren als ein Fehlfunktionskatalysator Änderungen des Umwandlungswirkungsgrads hervorrufen, falsche Anzeigen eines Fehlfunktionskatalysators ver meiden. Es wird ein Verfahren offenbart, um den Steuerungsfehler mit einem Schwellensteuerungsfehler zu vergleichen, und, wenn der Steuerungsfehler den Schwellenterm überschreitet, um den Fehlfunktionskatalysator-Diagnosetest zu deaktivieren, bis der Steuerungsfehler verringert ist.
  • Wie hierin beschrieben können NOx-Rohemissionen gemessen oder beruhend auf Motorbetrieb geschätzt werden. Störungen bei NOx-Rohemissionen können festgestellt werden, wobei NOx-Rohemissionen entweder einen normalen Bereich überschreiten oder eine Sensorfehlfunktion Verarbeitungsprobleme erzeugt, die für das präzise Testen von Umwandlungswirkungsgrad nicht förderlich sind. Das Überwachen von Störungen von NOx-Rohemissionen durch eine beliebige Kombination von Motor- oder Nachbehandlungsbetriebsparametern, die eine geschätzte oder tatsächliche NOx-Erzeugung anzeigen, kann genutzt werden, um den Betrieb eines Fehlfunktionskatalysator-Diagnosetests zu deaktivieren, bis die NOx-Rohemissionen zu normalen Werten zurückkehren.
  • Wie bei den beispielhaften Bedingungen beschrieben, die zum Deaktivieren des Betriebs eines Fehlfunktionskatalysator-Diagnosetests genutzt werden, können Faktoren, die den Umwandlungswirkungsgrad der SCR-Vorrichtung beeinflussen, genutzt werden, um Bedingungen festzustellen, bei denen ein verringerter Umwandlungswirkungsgrad oder eine Instabilität des Umwandlungswirkungsgrads auf andere Quellen als einen Fehlfunktionskatalysator zurückzuführen ist. Diese Faktoren können isoliert verwendet werden, wobei jeder Faktor im Vergleich zu Schwellenwerten oder Betriebsbereichen genutzt wird, um einen normalen Betrieb in der SCR-Vorrichtung zu schätzen. Alternativ oder zusätzlich können mehrere Faktoren gemeinsam genutzt werden, um einen normalen Betrieb einer SCR-Vorrichtung innerhalb eines Bereichs zu beurteilen, der für das Di agnostizieren eines Fehlfunktionskatalysators geeignet ist. 10 zeigt graphisch einen beispielhaften Betrieb einer SCR-Vorrichtung durch einen Bereich von Ammoniakspeicherwerten und Katalysatorbetttemperaturen gemäß der vorliegenden Offenbarung. Der NOx-Umwandlungswirkungsgrad ist gegen θNH3 dargestellt, und es sind eine Reihe von Datenverläufen dargestellt, die SCR-Vorrichtungen mit verschiedenen Werten TBETT zeigen. Wie entlang jedes Datenverlaufs dargestellt ist, führen Verringerungen des an dem Katalysator vorhandenen Ammoniaks zu Verringerungen des Umwandlungswirkungsgrads. Wie zwischen den Datensätzen dargestellt, beeinflussen Temperaturänderungen einen sich ergebenden Umwandlungswirkungsgrad bei einem vorgegebenen θNH3-Wert. Zusätzlich ist ein bevorzugter θNH3-Verlauf dargestellt, der eine bevorzugte Ammoniakmenge beschreibt, deren Beibehalten an dem Katalysator angestrebt werden kann. Es versteht sich, dass der bevorzugte θNH3-Verlauf, auf den die Ammoniakspeicherung gesteuert wird, eine Funktion von Umwandlungswirkungsgraden, die von dem Antriebsstrang gefordert werden, zum Beispiel infolge von Bestimmungen, von Reduktionsmitteleinspritzung, die zum Erreichen des erforderlichen Umwandlungswirkungsgrads erforderlich ist, Ammoniakschlupfraten und anderen Betriebseigenschaften der SCR-Vorrichtung und des die Vorrichtung nutzenden Antriebsstrangs ist. Beruhend auf Beschränkungen bei TBETT, θNH3 und normalem Betrieb der Reduktionsmittelzufuhr zu dem Sollwert kann ein normaler Betriebsbereich festgelegt werden, bei dem ein Betrieb der SCR-Vorrichtung und ein sich ergebender Umwandlungswirkungsgrad innerhalb normaler stabiler Bereiche liegen und bei dem ein Fehlfunktionskatalysator-Diagnosetest angebracht ist. Der Betrieb in diesem Bereich kann genutzt werden, um den Betrieb eines Fehlfunktionskatalysator-Diagnosetests zu deaktivieren, bis der Betrieb zurück in diesen Bereich gesteuert werden kann.
  • Analog können TBETT und SV gemeinsam genutzt werden, um einen normalen Betrieb einer SCR-Vorrichtung innerhalb eines Bereichs zu beurteilen, der für das Diagnostizieren eines Fehlfunktionskatalysators förderlich ist. 11 zeigt graphisch einen beispielhaften Betrieb einer SCR-Vorrichtung durch einen Bereich von Raumgeschwindigkeitswerten und Katalysatorbetttemperaturen gemäß der vorliegenden Offenbarung. Wie vorstehend beschrieben steigern hohe Temperaturen in der SCR-Vorrichtung, wie durch TBETT angezeigt, Ammoniakschlupf und sind nicht bevorzugt, um einen Fehlfunktionskatalysator-Diagnosetest laufen zu lassen. Analog steigern hohe SV-Werte ebenfalls Ammoniakschlupf und erzeugen Bedingungen, die nicht bevorzugt sind, um einen Fehlfunktionskatalysator-Diagnosetest laufen zu lassen. 11 zeigt den Umwandlungswirkungsgrad durch Bereiche von TBETT- und SV-Werten. Wie bei den Daten offensichtlich ist, haben TBETT und SV eine kumulierende Wirkung auf den Umwandlungswirkungsgrad. Es wird ein Verfahren zum Nutzen von dynamischen Schwellenwerten bei TBETT und SV offenbart, um den Betrieb eines Fehlfunktionsdiagnosetests zu deaktivieren kann Bedingungen feststellen, bei denen der Umwandlungswirkungsgrad durch TBETT und SV negativ beeinflusst wird. Wie in 11 demonstriert kann ein Bereich 1 festgelegt werden, bei dem ein hoher Umwandlungswirkungsgrad beibehalten wird. Außerhalb dieses Bereichs können Wirkungen von TBETT und SV den Umwandlungswirkungsgrad negativ beeinflussen oder Instabilität desselben erzeugen, so dass das Deaktivieren des Betriebs eines Fehlfunktionsdiagnosetests falsche Fehlfunktionskatalysatoranzeigen vermeiden kann. Über dem Bereich 1 zeigt den Betrieb an, bei dem TBETT und SV den Umwandlungswirkungsgrad signifikant verringern, zum Beispiel durch Bewirken von übermäßigem Ammoniakschlupf. Unterhalb des Bereichs zeigt den Betrieb an, bei dem TBETT und SV den Umwandlungswirkungsgrad signifikant verringern, zum Beispiel durch niedrige Temperatur, was eine ineffiziente Umwandlung hervorruft, und hohe Raumgeschwindigkei ten, die instabile Bedingungen in der Vorrichtung hervorrufen oder NOx durch die SCR-Vorrichtung blasen lassen, bevor Umwandlung eintreten kann. Bei den spezifischen beispielhaften Daten von 11 ist ein Bereich 2 festgelegt, in dem der Umwandlungswirkungsgrad variabel ist oder nicht notwendigerweise bei höheren Werten liegt. Nachbehandlungssysteme sind häufig optimalerweise ausgelegt, um in stabilen Bereichen hohen Umwandlungswirkungsgrads, beispielsweise Bereich 1, zu arbeiten. Nachbehandlungssysteme arbeiten während transitorischer Zeiträume oder Aufwärmzeiträume in dem beispielhaften Bereich 2. Während Testen in dem stabilen Bereich 1 aufgrund des vorhersehbar hohen Umwandlungsgrads, der durch die Werte TBETT und SV gewährt wird, günstig ist, hat das Testen gezeigt, dass der Umwandlungswirkungsgrad in diesem Bereich aufgrund der günstigen Temperatur- und SV-Bedingungen durch einen Fehlfunktionskatalysator nicht unbedingt stark beeinflusst wird. Dieser effiziente Betrieb führt trotz eines Fehlfunktionskatalysators zu verringerter Auflösung bei einem Fehlfunktionskatalysator-Diagnosetest. Alternativ kann ein Umwandlungswirkungsgrad in einem nicht optimalen Betriebsbereich, beispielsweise dem beispielhaften transitorischen Bereich 2 von 11, durch einen Fehlfunktionskatalysator signifikanter beeinflusst werden. Auch wenn Umwandlungswirkungsgrade eines normalen Katalysators in einem transitorischen Bereich wie Bereich 2 niedriger und vielleicht variabler sind, kann dadurch der Betrieb des Diagnosetests in einem solchen Bereich hilfreich beim Feststellen eines Fehlfunktionskatalysators sein. In einem solchen Fall kann es bevorzugt sein, den Diagnosetest in einem solchen Bereich nicht zu deaktivieren, sondern vielmehr sorgfältig Schwellenumwandlungswirkungsgrade zu wählen oder redundante Tests in dem Bereich auszuführen, um Variabilität in dem Bereich zu berücksichtigen, während die verbesserte Diagnosetestauflösung ausgenutzt wird. Bei den vorstehend beschriebenen Wegen kann durch Schätzen oder Modellieren von TBETT und SV ein Vergleich mit einem dy namischen Schwellenwert vorgenommen werden, um den Diagnosetest zu deaktivieren oder zu aktivieren, wobei ein stabiles Deaktivierungskriterium in einem stabilen Bereich angelegt wird und ein transitorisches Deaktivierungskriterium in einem transitorischen Bereich angelegt wird.
  • Ein NOx-Sensor oder ein Sauerstoffsensor erhöhen Kosten und Gewicht eines Fahrzeugs, und solche Sensoren erfordern häufig einen bestimmten Betriebstemperaturbereich, der nach einer gewissen Aufwärmzeit erreicht wird, um funktionsfähig zu sein. Wie vorstehend beschrieben kann ein virtueller NOx-Sensor verwendet werden, um das Vorhandensein von NOx in einem Nachbehandlungssystem zu schätzen. 12 stellt schematisch ein beispielhaftes NOx-Modellmodul gemäß der vorliegenden Offenbarung dar, das in einem Motorsteuermodul genutzt wird und eine NOx-Erzeugungsschätzung ermittelt. Das beispielhafte NOx-Modellmodul 500 wird in einem NOx-Erzeugungsschätzsystem 510 betrieben und umfasst ein Modellmodul 520 und ein NOx-Schätzmodul 530. Motorsensoreingaben x1 bis xn sind Eingaben in das NOx-Modellmodul und können eine Reihe von Faktoren umfassen, einschließlich Temperaturen, Drücke, Motorsteuereinstellungen einschließlich Ventil- und Zündeinstellungen, und andere Messwerte, die einen Verbrennungszustand in dem Brennraum anzeigen. Das Modellmodul 520 erhält diese Eingaben und legt bekannte Beziehungen an, um eine Anzahl von Parametern zu ermitteln, um Verbrennung in dem Brennraum zu beschreiben. Beispiele für diese beschreibenden Parameter umfassen AGR%, der Prozentsatz von Abgas, das in den Brennraum zurückgeleitet wird, um die Steuerung den Verbrennungsprozess zu steuern; ein Luft-Kraftstoff-Ladungsverhältnis (AFR), das das Gemisch von Luft und Kraftstoff beschreibt, das in dem Brennraum vorhanden ist; Verbrennungstemperaturmessgrößen, einschließlich zum Beispiel entweder Verbrennungstemperatur des verbrannten Gases oder mittlere Verbrennungstemperatur; eine Verbrennungszeitmessgröße, die das Fort schreiten der Verbrennung während eines Verbrennungsprozesses verfolgt, zum Beispiel CA50, eine Messung, bei welchem Kurbelwinkel 50% der Masse des ursprünglich in dem Brennraum vorhandenen Kraftstoffs verbrannt sind; und Kraftstoffverteilerrohrdruck, der den Druck von Kraftstoff anzeigt, der Kraftstoffeinspritzvorrichtungen zur Verfügung steht, um in den Brennraum gespritzt zu werden. Diese beschreibenden Parameter können verwendet werden, um in dem Brennraum während des Verbrennungsprozesses vorhandene Bedingungen zu schätzen. Wie vorstehend beschrieben beeinflussen in dem Brennraum vorliegende Bedingungen die Erzeugung von NOx in dem Verbrennungsprozess. Diese beschreibenden Parameter können dem NOx-Schätzmodul 530 zugeführt werden, in dem programmierte Berechnungen die beschreibenden Parameter als Eingaben nutzen, um eine Schätzung der NOx-Erzeugung aufgrund des Verbrennungsprozesses zu erzeugen. Wie jedoch vorstehend beschrieben können Modelle, die eine Variable analysieren, die den Verbrennungsprozess beschreibt, komplexe Berechnungen umfassen, deren Berechnung länger dauert als zum Erzeugen von Echtzeitergebnissen erforderlich ist, die große Mengen an Verarbeitungsfähigkeit erfordern und nur so genau sind, wie es der vorprogrammierte Algorithmus erlaubt. Infolge dieser Herausforderungen und einer Notwendigkeit genauer und rechtzeitiger Information ist die Schätzung von NOx-Erzeugung in einem Motorsteuergerät als Teil einer Nachbehandlungssteuerstrategie derzeit nicht bevorzugt.
  • Es können verschiedene Motorsensoreingaben verwendet werden, um die Parameter zu quantifizieren, die den Verbrennungsprozess beschreiben. Es ist aber schwierig, die in dem Motor erfolgende Verbrennung direkt zu überwachen. Sensoren können Kraftstoffstrom und Luftstrom in den Zylinder detektieren und messen, ein Sensor kann eine bestimmte elektrische Spannung überwachen, die an einer Zündkerze angelegt wird, oder ein Prozessor kann eine Summe von Informationen erfassen, die Bedingungen vorhersagen würden, die zum Erzeugen einer Selbstzündung erforderlich sind, doch sind diese Messwerte für die Verbrennung zusammen lediglich prädiktiv und messen nicht die tatsächlichen Verbrennungsergebnisse. Ein beispielhaftes Verfahren, das tatsächliche Verbrennungsergebnisse misst, nutzt Druckmessungen, die im Brennraum während eines Verbrennungsprozesses genommen werden. Zylinderdruckmesswerte liefern konkrete Messwerte, die Bedingungen in dem Brennraum beschreiben. Beruhend auf einem Verständnis des Verbrennungsprozesses können Zylinderdrücke analysiert werden, um den Zustand des Verbrennungsprozesses in einem bestimmten Zylinder zu schätzen, wobei die Verbrennung bezüglich sowohl der Verbrennungsphasenregelung als auch der Verbrennungsstärke beschrieben wird. Die Verbrennung einer bekannten Ladung bei bekannten Zeiten unter bekannten Bedingungen erzeugt einen vorhersehbaren Druck in dem Zylinder. Durch Beschreiben der Phase und Stärke der Verbrennung bei bestimmten Kurbelwinkeln können die Auslösung und das Fortschreiten eines bestimmten Verbrennungsprozesses als geschätzter Verbrennungszustand beschrieben werden. Durch Schätzen des Zustands des Verbrennungsprozesses für einen Zylinder können Faktoren, die die NOx-Erzeugung während des Verbrennungsprozesses beeinflussen, ermittelt und zur Verwendung bei der Schätzung der NOx-Erzeugung verfügbar gemacht werden.
  • Ein bekanntes Verfahren zum Überwachen von Verbrennungsphasenregelung ist das Schätzen des Massenanteilverbrennungsverhältnisses für einen vorgegebenen Kurbelwinkel beruhend auf bekannten Parametern. Das Massenanteilverbrennungsverhältnis beschreibt, welcher Prozentsatz der Ladung in dem Brennraum verbrannt wurde, und dient als gute Schätzung der Verbrennungsphasenregelung. 13 zeigt graphisch eine beispielhafte Massenanteilsverbrennungskurve gemäß der vorliegenden Of fenbarung. Bei einem vorgegebenen Kurbelwinkel beschreibt die dargestellte Kurve den geschätzten Prozentsatz eines Kraftstoff/Luft-Gemisches in der Ladung, das für diesen Verbrennungsprozess verbrannt wurde. Um als Maß der Verbrennungsphasenregelung verwendet zu werden, ist es bekannt, entweder einen bestimmten interessierenden Massenanteilverbrennungsprozentsatz oder einen bestimmten interessierenden Kurbelwinkel festzustellen. 13 bestimmt CA50% als Kurbelwinkel, bei dem die Massenanteilverbrennung gleich 50% ist. Durch Prüfen dieses bestimmten Maßes über mehrere Verbrennungsprozesse in diesem Zylinder oder über eine Anzahl von Zylindern kann die vergleichsweise Phasenregelung der bestimmten Verbrennungsprozesse beschrieben werden.
  • Wie vorstehend beschrieben kann die Verbrennungsphasenregelung genutzt werden, um den Zustand eines bestimmten Verbrennungsprozesses zu schätzen. Es wird ein beispielhaftes Verfahren zum Überwachen von Verbrennungsphasenregelung zum Diagnostizieren ineffektiver Verbrennung offenbart, wodurch Verbrennung in einem Motor überwacht wird, Massenanteilverbrennungsverhältnisse für jeden Zylinderverbrennungsprozess erzeugt werden und die Verbrennungsphasenregelung über den Zylindern verglichen werden. Wenn sich die Verbrennungsphase für einen Zylinder bei einem bestimmten Kurbelwinkel für diesen ersten Zylinder um mehr als eine Schwellenphasendifferenz von der Verbrennungsphase für einen anderen Zylinder bei dem gleichen Kurbelwinkel für diesen zweiten Zylinder unterscheidet, kann eine anomale Verbrennung gefolgert werden. Durch dieses Verfahren können viele Quellen anomaler Verbrennung diagnostiziert werden. Wenn zum Beispiel eine bestimmte Bedingung eine frühzeitige Zündung oder Klopfen in dem Brennraum hervorruft, weisen die Zylinderdruckmesswerte andere Werte als die normale Verbrennung auf. Zudem verursachen Kraftstoffanlagen-Einspritzzeitfehler, die eine Einspritzung der Ladung zu falschen Zeiten bewirken, anomale Zy linderdruckmesswerte. Wenn weiterhin ein Zylinder eine Fehlzündung aufweist oder nie Verbrennung erreicht, weisen die Zylinderdruckmesswerte andere Werte als normale Verbrennung auf. Analog können Druckkurven verwendet werden, um andere anomale Verbrennungsbedingungen zu diagnostizieren, beispielsweise Änderungen des Luft/Kraftstoff-Gemisches, Änderungen der Nockenwellenphaseneinstellung und Wartungsstörungen bei zugehörigen Komponenten. Alle solche Diagnosen von Verbrennungsgesundheit haben Auswirkungen auf NOx und können hilfreich sein, um die NOx-Erzeugung zu schätzen.
  • Es sind viele Verfahren zum Schätzen der Massenanteilverbrennung bekannt. Ein Verfahren prüft Druckdaten aus dem Brennraum, wobei es das Analysieren des Druckanstiegs in dem Raum einschließt, der auf die Verbrennung zurückzuführen ist. Es gibt verschiedene Verfahren, um einen Druckanstieg in einem Zylinder zu quantifizieren, der auf Verbrennung zurückführbar ist. Druckverhältnissteuerung (PRM, kurz vom engl. Pressure Ratio Management) ist ein Verfahren, das auf dem Rassweiler-Ansatz beruht, der besagt, dass die Massenanteilverbrennung durch den anteiligen Druckanstieg aufgrund Verbrennung approximiert werden kann. Die Verbrennung einer bekannten Ladung bei einer bekannten Zeit unter bekannten Bedingungen pflegt einen einheitlich vorhersehbaren Druckanstieg in dem Zylinder zu erzeugen. PRM leitet aus dem Verhältnis eines gemessenen Zylinderdrucks unter Verbrennung bei einem vorgegebenen Kurbelwinkel (PZYL(θ)) zu einem berechneten Zylinderdruck ohne Verbrennung, dem so genannten „motored pressure”, ein Druckverhältnis (PR) ab, wobei sie, wenn in dem Zylinder keine Verbrennung erfolgte, einen Druckwert bei einem vorgegebenen Kurbelwinkel (PMOT(θ)) schätzt, was die folgende Gleichung ergibt.
  • Figure 00520001
  • 14 zeigt graphisch einen beispielhaften Zylinderdruck, der gegen Kurbelwinkel während eines Verbrennungsprozesses aufgetragen ist, gemäß der vorliegenden Offenbarung. PMOT(θ) weist eine gleichmäßige, inverse Parabolspitze von dem Kolben auf, der eine zurückgehalte Gastasche ohne Verbrennung verdichtet. Bei dem Kolben am UT sind alle Ventile geschlossen, der Kolben bewegt sich nach oben, wobei das Gas verdichtet wird, der Kolben erreicht bei der Spitze der Druckkurve den OT, und der Druck sinkt, wenn der Kolben von dem OT abfällt. Durch PZYL(θ) ist ein Druckanstieg über PMOT(θ) dargestellt. Die Verbrennungszeiten variieren von Anwendung zu Anwendung. Bei dieser bestimmten beispielhaften Kurve beginnt PZYL(θ) um den OT von PMOT(θ) anzusteigen, was einen Zündvorgang zu einem Zeitpunkt vor dem OT beschreibt. Wenn die Ladung verbrennt, ergeben sich Wärme und Arbeit aus der Verbrennung, was zu einem Druckanstieg in dem Brennraum führt. PR ist ein Verhältnis von PMOT zu PZYL, und PMOT ist eine Komponente von PZYL. Der Nettoverbrennungsdruck (NCP(θ)) ist die Differenz zwischen PZYL(θ) und PMOT(θ) bzw. der Druckanstieg in dem Brennraum, der auf eine Verbrennung bei einem vorgegebenen Kurbelwinkel zurückzuführen ist. Es versteht sich, dass durch Subtrahieren von eins von PR ein Verhältnis von NCP zu PMOT wie folgt ermittelt werden kann.
  • Figure 00520002
  • Das durch die vorstehende Gleichung gemessene PR kann daher verwendet werden, um die Stärke der Verbrennung in einem Zylinder direkt zu beschreiben. Das Normalisieren von PR minus eins bei einem Kurbelwin kel θ zu einem erwarteten oder theoretischen maximalen PR-Wert minus eins ergibt ein anteiliges Druckverhältnis des Druckanstiegs aufgrund Verbrennung bei Kurbelwinkel θ zu dem erwarten gesamten Druckanstieg aufgrund Verbrennung bei der Beendigung des Verbrennungsprozesses. Diese Normalisierung kann durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden.
  • Figure 00530001
  • Dieses anteilige Druckverhältnis beschreibt durch Gleichstellen des auf Verbrennung zurückführbaren Druckanstiegs mit dem Fortschreiten von Verbrennung die Massenanteilverbrennung für diesen bestimmten Verbrennungsprozess. Durch Nutzen von PRM können Druckmesswerte von einem Zylinder verwendet werden, um eine Massenanteilverbrennung für diesen Zylinder zu schätzen.
  • Das vorstehende Verfahren, das PRM nutzt, ist für breite Bereiche von Temperatur, Zylinderladung und Steuerzeiten in Verbindung mit Kompressionszündungsmotoren anwendbar, mit dem zusätzlichen Vorteil, dass es keine kalibrierten Drucksensoren benötigt. Da PR ein Verhältnis von Drücken ist, kann ein nicht kalibrierter linearer Druckwandler genutzt werden, um Druckdatenmesswerte von jedem Zylinder zu erfassen.
  • Ein anderes Verfahren zum Schätzen von Massenanteilverbrennung ist das direkte Nutzen des Rassweiler-Ansatzes zum Ermitteln von Massenanteilverbrennung durch Berechnen der gesamten Wärme, die bei einem vorgegebenen Kurbelwinkel freigesetzt wird. Der Rassweiler-Ansatz nutzt Druckmesswerte von einem Zylinder, um die inkrementale Wärmefreiset zung in dem Zylinder zu approximieren. Dieser Ansatz wird durch die folgende Gleichung gegeben.
  • Figure 00540001
  • Die Massenanteilverbrennung, ein Maß, wie viel der Ladung bei einem bestimmten Kurbelwinkel verbrannt ist, kann durch Ermitteln, welcher Anteil an Wärmefreisetzung für einen Verbrennungsprozess bei einem vorgegebenen Kurbelwinkel stattgefunden hat, approximiert werden. Die inkrementale Wärmefreisetzung, die durch den Rassweiler-Ansatz ermittelt wird, kann über einen Bereich von Kurbelwinkeln addiert werden, mit der gesamten erwarteten oder theoretischen Wärmefreisetzung für den Verbrennungsprozess verglichen werden und genutzt werden, um die Massenanteilverbrennung zu schätzen. Wenn zum Beispiel 75% der gesamten erwarteten Wärmefreisetzung bei einem vorgegebenen Kurbelwinkel realisiert wurden, können wir schätzen, dass 75% der Verbrennung für den Zyklus bei diesem Kurbelwinkel stattgefunden hat.
  • Es können andere Verfahren verwendet werden, um die Massenanteilverbrennung zu schätzen. Ein Verfahren quantifiziert die Änderungsrate von Energie in dem Brennraum aufgrund von Verbrennung durch eine Analyse klassischer Wärmefreisetzungsmaße beruhend auf Analyse der freigesetzten Wärme und erbrachten Arbeit während der Verbrennung der Ladung. Solche Analysen sind auf den ersten Hauptsatz der Thermodynamik abgestellt, der besagt, dass die Nettoänderung von Energie in einem geschlossenen System gleich der Summe der Wärme und Arbeit ist, die dem System zugegeben werden. Angewandt auf einen Brennraum ist der Energieanstieg in dem Brennraum und den eingeschlossenen Gasen gleich der Wärme, die auf die Wände des Raums und die Gase übertragen wird, plus die expansive Arbeit, die durch die Verbrennung durchgeführt wird.
  • Ein beispielhaftes Verfahren, das diese klassischen Wärmefreisetzungsmaße nutzt, um eine Schätzung der Massenanteilverbrennung zu approximieren, analysiert die Rate der Wärmefreisetzung durch Ladungsverbrennung während des gesamten Verbrennungsprozesses. Diese Rate der Wärmefreisetzung, dQch/dθ, kann über einen Bereich von Kurbelwinkeln integriert werden, um die in Form von Wärme freigesetzte Nettoenergie zu beschreiben. Durch Ableitungen, die aus dem Stand der Technik gut bekannt sind, kann diese Wärmefreisetzung durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden.
  • Figure 00550001
  • Gamma, γ, umfasst ein Verhältnis von spezifischen Wärmen und wird nominell als das für Luft bei der Temperatur, die denen zum Berechnen des Signal-Bias verwendeten und ohne AGR entspricht, gewählt. Somit ist nominell oder anfänglich γ = 1,365 bei Dieselmotoren und nominell γ = 1,30 bei herkömmlichen Benzinmotoren. Diese können jedoch beruhend auf den Daten von den spezifischen Wärmen für Luft und stöchiometrischen Produkten unter Verwenden einer Schätzung des Äquivalenzverhältnisses Φ und des für die Betriebsbedingung angestrebten AGR-Molanteils und unter Verwenden der Beziehung, dass [γ = 1 + (R/cv)], wobei R die universale Gaskonstante ist, und des gewichteten Mittels von Luft und Produkteigenschaften durch den folgenden Ausdruck angepasst werden. Cv(T) = (1,0 – Φ·AGR)·Cvluft(T) + (Φ·AGR)·Cvstöchprod(T) [19]
  • Der Ausdruck wird bei der Gastemperatur beurteilt, die der für Drücke entspricht, die für die Berechnung von Signalbias genommen werden.
  • Ob durch das vorstehende Verfahren oder durch ein anderes aus dem Stand der Technik bekanntes Verfahren berechnet kann die Berechnung von Energie, die in dem Verbrennungsprozess bei einem vorgegebenen Kurbelwinkel freigesetzt wird, mit einer erwarteten oder theoretischen gesamten Energiefreisetzung für den Verbrennungsprozess verglichen werden. Dieser Vergleich ergibt eine Schätzung von Massenanteilverbrennung zur Verwendung beim Beschreiben der Verbrennungsphasenregelung.
  • Die hierin vorstehend beschriebenen Verfahren werden mühelos reduziert, um wie folgt in einen Mikrocontroller oder eine andere Vorrichtung zur Ausführung während eines laufenden Betriebs eines Verbrennungsmotors programmiert zu werden.
  • Sobald eine Massenanteilverbrennungskurve für einen bestimmten Verbrennungsprozess erzeugt ist, ist die Kurve brauchbar, um die Verbrennungsphasenregelung für diesen bestimmten Verbrennungsprozess zu beurteilen. Unter erneutem Bezug auf 14 wird ein Bezugspunkt genommen, von dem Schätzungen der Massenanteilverbrennung aus verschiedenen Verbrennungsprozessen verglichen werden. In dieser bestimmten Ausführungsform wird CA50%, das den Kurbelwinkel darstellt, bei dem 50% der Ladung verbrannt sind, gewählt. Es können andere Maße gewählt werden, solange für jeden Vergleich das gleiche Maß verwendet wird.
  • Die Ermittlung von Massenanteilverbrennungswerten ist eine Vorgehensweise, die aus dem Stand der Technik gut bekannt ist. Auch wenn vorstehend beispielhafte Verfahren zum Ermitteln von Massenanteilverbrennung beschrieben werden, können die hierin offenbarten Verfahren zum Nutzen von Massenanteilverbrennungswerten zum Diagnostizieren von Zylinderverbrennungsproblemen mit jedem Verfahren zum Ermitteln von Massenanteilverbrennung verwendet werden. Es kann jede Vorgehensweise zum Entwickeln von Massenanteilverbrennung genutzt werden, und diese Offenbarung soll nicht auf die hierin beschriebenen spezifischen Verfahren beschränkt sein.
  • Es gibt weitere Verfahren zum Analysieren von Zylinderdrucksignalen. Es sind Verfahren zum Verarbeiten von komplexen oder verrauschten Signalen und zum Reduzieren derselben zu brauchbaren Informationen bekannt. Ein solches Verfahren umfasst Spektralanalyse durch schnelle Fourier-Transformation (FFT). FFT reduzieren ein periodisches oder sich wiederholendes Signal zu einer Summe von harmonischen Signalen, die zum Umwandeln des Signals in Komponenten seines Frequenzspektrums brauchbar sind. Sobald die Komponenten des Signals bestimmt sind, können sie analysiert werden und es können Informationen von dem Signal genommen werden.
  • Druckmesswerte von den Druckwandlern, die sich in oder in Verbindung mit den Verbrennungszylindern befinden, enthalten Informationen, die direkt mit der in dem Brennraum erfolgenden Verbrennung in Beziehung stehen. Motoren sind aber sehr komplexe Mechanismen, und diese Druckmesswerte können zusätzlich zu einem Maß PZYL(θ) eine Vielzahl von Druckschwankungen von anderen Quellen enthalten. Schnelle Fourier-Transformationen (FFT) sind mathematische Verfahren, die aus dem Stand der Technik gut bekannt sind. Ein FFT-Verfahren, das als Spektralanalyse bekannt ist, analysiert ein komplexes Signal und trennt das Signal in seine Bestandteile auf, die als Summe von Oberschwingungen dar gestellt werden können. Die Spektralanalyse eines Druckwandlersignals, dargestellt durch f(θ), kann wie folgt dargestellt werden. FFT(f(θ)) = A0 + (A1sin(ω0θ + Φ1)) + (A2sin(2ω0θ + Φ2)) + ... + (ANsin(Nω0θ + ΦN)) [20]
  • Jede Komponente N des Signals f(θ) stellt eine periodische Eingabe an dem Druck in dem Brennraum dar, wobei jedes größer werdende Inkrement N Signale oder höhere Frequenz umfasst. Eine experimentelle Analyse hat gezeigt, dass die durch Verbrennung und den sich durch die verschiedenen Stufen des Verbrennungsprozesses PZYL(θ) bewegenden Kolben hervorgerufene Druckschwankung die erste, niedrigste Frequenzoberschwingung zu sein pflegt. Durch Isolieren dieses ersten harmonischen Signals kann PZYL(θ) gemessen und beurteilt werden. Wie aus dem Stand der Technik gut bekannt ist, Liefern FFT Informationen bezüglich der Größenordnung und Phase jeder festgestellten Oberschwingung, die als der Term Φ in jeder Oberschwingung der vorstehenden Gleichung erfasst ist. Der Winkel der ersten Oberschwingung oder Φ1 ist daher der dominante Term, der die Verbrennungsphasenregelungsinformationen verfolgt. Durch Analysieren der Komponente der FFT-Ausgabe, die mit PZYL in Verbindung steht, können die Phasenregelungsinformationen dieser Komponente quantifiziert und entweder mit erwarteter Phasenregelung oder der Phasenregelung anderer Zylinder verglichen werden. Dieser Vergleich erlaubt ein Beurteilen der gemessenen Phasenregelungswerte und die Anzeige einer Warnung, wenn die Differenz größer als eine Schwellenphasenregelungsdifferenz ist, was Verbrennungsprobleme in diesem Zylinder anzeigt.
  • Durch FFT analysierte Signale werden am effizientesten geschätzt, wenn sich das Eingangssignal bei einem stabilen Zustand befindet. Transiente Wirkungen eines sich ändernden Eingangssignals können Fehler bei den ausgeführten Schätzungen erzeugen. Während Verfahren bekannt sind, um die Wirkungen von transienten Eingangssignalen auszugleichen, werden die hierin offenbarten Verfahren am besten entweder bei Leerlauf oder stabilen, mittleren Motordrehzahlbedingungen ausgeführt, bei denen die Wirkungen von Transienten eliminiert sind. Ein bekanntes Verfahren zum Verwirklichen des Tests in einem annehmbar stabilen Testzeitraum besteht darin, Abtastungen zu nehmen und einen Algorithmus in dem Steuermodul zu nutzen, um die Testdaten, die während eines stabilen Motorbetriebzeitraums genommen werden, entweder für gültig oder ungültig zu erklären.
  • Zu beachten ist, dass die Testdaten zwar vorzugsweise bei Leerlauf oder stabilem Motorbetrieb genommen werden, doch Informationen, die aus diesen Analysen abgeleitet sind, durch komplexe programmierte Berechnungen oder Motormodelle genutzt werden können, um eine präzisere Motorsteuerung während verschiedener Bereiche von Motorbetrieb zu bewirken. Wenn zum Beispiel Testen und Analyse bei Leerlauf zeigt, dass Zylinder Nummer 4 eine teilweise verstopfte Einspritzvorrichtung aufweist, könnten die Kraftstoffeinspritzzeiten für diesen Zylinder während unterschiedlicher Betriebsbereiche abgewandelt werden, um das wahrgenommene Problem zu kompensieren.
  • Sobald Zylinderdrucksignale durch FFT analysiert wurden, können Informationen aus dem Drucksignal auf verschiedene Weise verwendet werden, um den Verbrennungsprozess zu analysieren. Zum Beispiel kann das analysierte Drucksignal verwendet werden, um ein anteiliges Druckverhältnis zu erzeugen, wie in den vorstehenden Verfahren erläutert wird, und wird verwendet, um den Prozentsatz der Massenanteilverbrennung zu be schreiben, um das Fortschreiten des Verbrennungsprozesses zu beschreiben.
  • Sobald ein Maß, beispielsweise Druckmesswerte, verfügbar sind, können andere beschreibende Parameter, die einen Verbrennungsprozess betreffen, berechnet werden. Submodelle, die bestimmte Eigenschaften eines Verbrennungsprozesses beschreiben, können eingesetzt werden, die physikalische Eigenschaften und Beziehungen nutzen, die aus dem Stand der Technik gut bekannt sind, um Zylinderdrücke und andere mühelos verfügbare Motorsensorterme in eine Variable umzuwandeln, die den Verbrennungsprozess beschreibt. Zum Beispiel kann der volumetrische Wirkungsgrad, ein Verhältnis von Luft/Kraftstoff-Ladung, die in den Zylinder strömt, verglichen mit der Aufnahmefähigkeit des Zylinders, durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden. ηVE = f(RPM, Pim, ṁa) [21]
  • RPM oder Motordrehzahl ist durch einen Kurbelwellendrehzahlsensor leicht messbar, wie vorstehend beschrieben ist. Pim oder Ansaugkrümmerdruck wird typischerweise mit der Motorsteuerung in Verbindung stehend gemessen und ist ein mühelos verfügbarer Term. ṁa oder der Anteil an frischem Luftmassenstrom der in den Zylinder strömenden Ladung ist ebenfalls ein Term, der häufig in dem Luftansaugsystem des Motors gemessen wird, oder kann alternativ aus Pim, Umgebungsluftdruck und bekannten Eigenschaften des Luftansaugsystems mühelos abgeleitet werden. Eine andere Variable, die den Verbrennungsprozess beschreibt und die aus Zylinderdrücken und anderen mühelos verfügbaren Sensormesswerten abgeleitet werden kann, ist das Ladungsströmen in den Zylinder ṁc. ṁc kann durch die folgende Gleichung ermittelt werden.
  • Figure 00610001
  • D ist gleich der Verdrängung des Motors. R ist eine Gaskonstante, die aus dem Stand der Technik gut bekannt ist. Tim ist ein Temperaturmesswert von dem Ansaugkrümmer. Eine andere Variable, die den Verbrennungsprozess beschreibt und die von Zylinderdrücken sowie anderen mühelos verfügbaren Sensormesswerten abgeleitet werden kann, ist AGR% bzw. der Prozentsatz von Abgas, der in den Abgasrückführungskreislauf zurückgeleitet wird. AGR% kann durch die folgende Gleichung ermittelt werden.
  • Figure 00610002
  • Eine noch andere Variable, die den Verbrennungsprozess beschreibt und die aus Zylinderdrücken und anderen mühelos verfügbaren Sensormesswerten abgeleitet werden kann, ist CAx, wobei x gleich einem erwünschten anteiligen Druckverhältnis ist. CAx kann durch die folgende Gleichung ermittelt werden.
  • Figure 00610003
  • Das Einfüllen des erwünschten anteiligen Druckverhältnisses als Z und das Lösen für θ ergibt CAx. CA50 kann zum Beispiel wie folgt ermittelt werden.
  • Figure 00610004
  • Es können auch verschiedene Temperaturen in dem Brennraum aus Zylinderdrücken und anderen mühelos verfügbaren Sensormesswerten geschätzt werden. 15 stellt eine Anzahl unterschiedlicher Temperaturen dar, die gemäß der vorliegenden Offenbarung in dem Brennraum schätzbar sind und für das Beschreiben des Verbrennungsprozesses hilfreich sind. Ta, die durchschnittliche Temperatur in dem Brennraum, kann durch die folgende Gleichung ermittelt werden.
  • Figure 00620001
  • Pmax ist der maximale Druck, der in dem Brennraum durch den Verbrennungsprozess erreicht wird. PPL ist ein Maß des Kurbelwinkels, bei dem Pmax auftritt. V(PPL) ist das Volumen des Zylinders an dem Punkt, an dem Pmax auftritt. Tu, die durchschnittliche Temperatur des noch nicht verbrannten oder unverbrannten Teils der Ladung in dem Brennraum, kann durch die folgende Gleichung ermittelt werden.
  • Figure 00620002
  • ṁf ist der Kraftstoffmassenstrom und kann entweder aus einem bekannten Kraftstoffverteilerrohrdruck kombiniert mit bekannten Eigenschaften und dem Betrieb der Kraftstoffeinspritzvorrichtungen oder aus ṁc und ṁa ermittelt werden. α und β sind Kalibrierungen, die auf Motordrehzahl und Last beruhen und können experimentell, empirisch, prädiktiv, durch Modellierung oder anderen Techniken entwickelt werden, die adäquat sind, um Motorbetrieb genau vorherzusagen, und es könnten eine Vielzahl von Kalibrierungskurven von dem gleichen Motor für jeden Zylinder und für unterschiedliche Motoreinstellungen, -bedingungen oder -betriebsbereiche verwendet werden. λs ist das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis für den bestimmten Kraftstoff und umfasst Werte, die aus dem Stand der Technik gut bekannt sind. TAbg ist eine gemessene Abgastemperatur. Tim und Pim sind Temperatur- und Druckmesswerte, die an dem Ansaugkrümmer genommen sind. Pmax – ΔP beschreibt den Druck in dem Brennraum kurz vor Beginn der Verbrennung. γ ist eine spezifische Wärmekonstante, die vorstehend beschrieben ist. Tb, die durchschnittliche Temperatur des verbrannten Teils der Ladung in dem Brennraum, kann durch die folgende Gleichung ermittelt werden.
  • Figure 00630001
  • Zu beachten ist, dass die vorstehenden Gleichungen in einem Verfahren, das aus dem Stand der Technik gut bekannt ist, vereinfacht werden, indem der Wärmeverlust an die Zylinderwand vernachlässigt wird. Verfahren zum Kompensieren dieser Vereinfachung sind aus dem Stand der Technik gut bekannt und werden hierin nicht näher beschrieben. Durch die Verwendung der vorstehend erwähnten Beziehungen und Ableitungen können Zylinderdruck und andere mühelos verfügbare Sensormesswerte verwendet werden, um eine Anzahl von Parametern zu ermitteln, die den überwachten Verbrennungsprozess beschreiben.
  • Wie vorstehend beschrieben können Zylinderdruckmesswerte verwendet werden, um einen in dem Brennraum auftretenden Verbrennungszustand zur Verwendung als Faktor beim Schätzen von NOx-Erzeugung zu beschreiben. Wie ebenfalls vorstehend beschrieben sind eine Anzahl anderer Faktoren für das genaue Schätzen von NOx-Erzeugung relevant. 16 ist eine graphische Darstellung von beispielhaften modellierten Ergebnis sen, die standardisierte Wirkungen einer Anzahl von Eingaben zu NOx-Emissionen unter einer vorgegebenen Reihe von Bedingungen gemäß der vorliegenden Offenbarung beschreiben. Wie vorstehend beschrieben sind Verfahren bekannt, die ein Modellmodul und ein NOx-Schätzmodul nutzen, um NOx-Erzeugung beruhend auf bekannten Eigenschaften eines Motors zu simulieren oder zu schätzen. Das in dieser bestimmten beispielhaften Analyse zum Charakterisieren von NOx-Erzeugung durch einen Verbrennungsprozess genutzte Modell kann durch den folgenden Ausdruck charakterisiert werden. NOx = NNT(Pmax, CA50, CApmax, AGR%, AFR) [29]
  • Wie in den graphischen Ergebnissen von 16 gezeigt haben eine Anzahl von Faktoren unterschiedliche Wirkungen auf NOx-Erzeugung. Unter dieser bestimmten Reihe von Bedingungen hat AGR% die größte Wirkung auf die NOx-Erzeugung für den modellierten Motor. In diesem Fall senkt durch aus dem Stand der Technik gut bekannte Verfahren das Rückführen einer bestimmten Menge von Abgas durch den AGR-Kreislauf zurück in den Brennraum die adiabatische Flammentemperatur des Verbrennungsprozesses, wodurch die Temperaturen gesenkt werden, denen Stickstoff- und Sauerstoffmoleküle werden der Verbrennung ausgesetzt werden, und wodurch die Rate der NOx-Erzeugung gesenkt wird. Durch Untersuchen solcher Modelle unter verschiedenen Motorbetriebsbedingungen können dem neuronalen Netz die brauchbarsten Eingaben geliefert werden, um genaue Schätzungen der NOx-Erzeugung vorzusehen. Ferner liefert das Untersuchen solcher Modelle Informationen, die für das Wählen von Eingabedaten zum anfänglichen Einlernen des neuronalen Netzes, für das Verändern von Eingaben und Vorsehen entsprechender Ausgaben zu Sensoreingaben und beschreibenden Parametern, die sich am wahrscheinlichsten auf NOx-Erzeugung auswirken, brauchbar sind.
  • Durch die vorstehend beschriebenen Verfahren können Schätzungen von NOx-Erzeugung für eine Reihe von Motorsensoreingaben erzeugt werden. Wie für den Durchschnittsfachmann nachvollziehbar ist, wirken Gleichungen und Modellprognosen von Motorbetrieb häufig am effektivsten, wenn der Motor bei bei oder nahe Dauerleistung arbeitet. Es können aber Beobachtungen und Prognosen bezüglich der Wirkungen von transientem oder dynamischem Motorbetrieb auf Schätzungen der NOX-Erzeugung oder die Genauigkeit derselben gemacht werden. Ein beispielhafter Ausdruck, der ein dynamisches Modell oder ein dynamisches Filtermodul beschreibt, ist durch das Folgende gezeigt:
    Figure 00650001
    wobei gegenwärtige NOx-Messwerte und eine Ausgabe y von einem eingelernten neuronalen Netz genutzt werden, um eine Änderung der NOx-Erzeugung zu schätzen. Eine solche Änderungsvariable kann verwendet werden, um NOx-Erzeugung inkremental zu schätzen, oder kann verwendet werden, um Schätzungen von NOx-Erzeugung zu prüfen oder zu filtern. 17 stellt schematisch ein beispielhaftes System dar, das eine Schätzung von NOx-Erzeugung erzeugt, wobei es Modelle in einem neuronalen Netz nutzt, um Schätzungen von NOx-Erzeugung zu erzeugen, und ein dynamisches Modellmodul umfasst, um Schätzungen der NOx-Erzeugung bezüglich Wirkungen von dynamischen Motor- und Fahrzeugbedingungen gemäß der vorliegenden Offenbarung auszugleichen (im engl. fälschlicherweise „to compensated” statt „to compensate”). Das NOx-Erzeugungsschätzsystem 400 umfasst ein Modellmodul 410, ein neuronales Netzmodul 420 und ein dynamisches Modellmodul 430. Faktoren, die sich unter den aktuellen Betriebsbedingungen am wahrscheinlichsten auf die Schätzung von NOx-Erzeugung unter dynamischen oder sich ändernden Bedingungen auswirken, können experimentell, empirisch, prädikativ, durch Modellierung oder andere Techniken ermittelt werden, die adäquat sind, um Motorbetrieb genau vorherzusagen. Eingaben bezüglich dieser Faktoren werden dem dynamischen Modellmodul 430 zusammen mit der Ausgabe von dem neuronalen Netzmodul 420 eingespeist, und die Rohausgabe von dem neuronalen Netz kann beruhend auf den projizierten Wirkungen der dynamischen Bedingungen, die durch das dynamische Modellmodul 430 ermittelt werden, angepasst, gefiltert, gemittelt, entpriorisiert oder anderweitig modifiziert werden. Auf diese Weise können die Wirkungen von dynamischen Motor- oder Fahrzeugbetriebsbedingungen bei der Schätzung von NOx-Erzeugung berücksichtigt werden.
  • Messungen des tatsächlichen Umwandlungswirkungsgrads können verrauscht sein. Die Integration kann als Tiefpassfilter bei dem Vergleich eines tatsächlichen Umwandlungswirkungsgrads mit einem Fehlfunktionsumwandlungswirkungsgrad verwendet werden. Die Auslegung der verschiedenen Signale, vor allem ein Vergleich der verschiedenen vorhergesagten NOx-Werte zu einem vorgegebenen Zeitpunkt, ist für Fehlauslegung oder falsche Bestimmungen, die durch Rauschen induziert sind, anfällig. Ein Vergleich der durch Integration erzeugten Datenkurven wird stark vereinfacht, und das Potential für Fehlauslegung oder falsche Bestimmungen wird in einem Vergleich stark verringert.
  • Die Offenbarung hat bestimmte bevorzugte Ausführungsformen und Abwandlungen derselben beschrieben. Dritten können beim Lesen und Verstehen der Beschreibung weitere Abwandlungen und Änderungen einfallen. Daher soll die Offenbarung nicht auf die bestimmte(n) Ausführungsformen) beschränkt sein, die als die beste Methode offenbart ist/sind, die zum Ausführen dieser Offenbarung erwogen wird/werden, sondern die Offenbarung soll alle Ausführungsformen umfassen, die in den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche fallen.

Claims (13)

  1. Verfahren zum Steuern eines Fehlfunktionskatalysator-Diagnosetests in einem Antriebsstrang, der einen Verbrennungsmotor und ein Nachbehandlungssystem umfasst, das eine Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion enthält, wobei der Test einen Fehlfunktionsstatus eines Katalysators in der Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion ermittelt, wobei das Verfahren umfasst: Überwachen eines Abgasstroms in dem Nachbehandlungssystem; Schätzen einer Wirkung des Abgasstroms auf eine geschätzte Reduktionsmittelspeicherung an einem Katalysator in der Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion; und selektives Deaktivieren des Fehlfunktionskatalysator-Diagnosetests beruhend auf dem Schätzen der Wirkung des Abgasstroms auf die geschätzte Reduktionsmittelspeicherung.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die geschätzte Reduktionsmittelspeicherung eine geschätzte Ammoniakspeicherung umfasst.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Überwachen des Abgasstroms umfasst: Überwachen einer Temperatur in der Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion; Überwachen einer Raumgeschwindigkeit des Abgasstroms in der Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion; und Überwachen eines Reduktionsmittels in dem Abgasstrom, wobei insbesondere das Überwachen des Reduktionsmittels in dem Abgasstrom umfasst: Überwachen von Einspritzung von Harnstoff in den Abgasstrom und/oder Überwachen von Ammoniak, der durch katalysierende Komponenten des Abgasstroms erzeugt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, welches weiterhin das Ermitteln einer Reduktionsmittelspeicherung umfasst, die zum effizienten Betreiben der Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion erforderlich ist; wobei das Schätzen der Wirkung des Abgasstroms auf die geschätzte Reduktionsmittelspeicherung das Ermitteln der geschätzten Reduktionsmittelspeicherung umfasst; und wobei das selektive Deaktivieren des Fehlfunktionskatalysator-Diagnosetests beruhend auf dem Schätzen der Wirkung das Deaktivieren des Fehlfunktionskatalysator-Diagnosetests umfasst, wenn die geschätzte Reduktionsmittelspeicherung geringer als die Reduktionsmittelspeicherung ist, die zum effizienten Betreiben der Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion erforderlich ist, und/oder wobei das Schätzen der Wirkung des Abgasstroms auf die geschätzte Reduktionsmittelspeicherung das Ermitteln der geschätzten Reduktionsmittelspeicherung umfasst; wobei das Verfahren weiterhin das Beurteilen einer Genauigkeit der geschätzten Reduktionsmittelspeicherung umfasst; und wobei das selektive Deaktivieren des Fehlfunktionskatalysator-Diagnosetests beruhend auf dem Schätzen der Wirkung das Deaktivieren des Fehlfunktionskatalysator-Diagnosetests umfasst, wenn die Genauigkeit der geschätzten Reduktionsmittelspeicherung um mehr als ein Schwellengenauigkeitsmaß schlechter wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Überwachen des Abgasstroms umfasst: Überwachen einer Katalysatorbetttemperatur in der Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion; und wobei das selektive Deaktivieren des Fehlfunktionskatalysator-Diagnosetests auf der Katalysatorbetttemperatur beruht, insbesondere wobei das Deaktivieren des Fehlfunktionskatalysator-Diagnosetests das Deaktivieren des Fehlfunktionskatalysator-Diagnosetests umfasst, wenn die Katalysatorbetttemperatur einen hohen Temperaturschwellenwert übersteigt oder wenn die Katalysatorbetttemperatur niedriger als ein niedriger Temperaturschwellenwert ist.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Überwachen des Abgasstroms umfasst: Überwachen einer Katalysatorbetttemperatur in der Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion; Ermitteln einer mittleren Katalysatorbetttemperatur während eines Zeitraums; und wobei das selektive Deaktivieren des Fehlfunktionskatalysator-Diagnosetests auf der mittleren Katalysatorbetttemperatur und einem Betriebsbereich normaler Katalysatorbetttemperatur beruht, und/oder wobei das Überwachen des Abgasstroms umfasst: Überwachen einer Temperaturänderungsrate in der Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion; und wobei das selektive Deaktivieren des Fehlfunktionskatalysator-Diagnosetests auf der Temperaturänderungsrate beruht, und/oder wobei das Überwachen des Abgasstroms umfasst: Überwachen einer Temperatur in der Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion; Überwachen einer Temperaturänderungsrate in der Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion; und wobei das selektive Deaktivieren des Fehlfunktionskatalysator-Diagnosetests auf der Temperatur und der Temperaturänderungsrate beruht.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Überwachen des Abgasstroms umfasst: Überwachen einer Änderungsrate der Motordrehzahl; und wobei das selektive Deaktivieren des Fehlfunktionskatalysator-Diagnosetests auf der Änderungsrate der Motordrehzahl beruht, insbesondere wobei das Überwachen der Änderungsrate der Motordrehzahl das Überwachen einer Motorkraftstoffzufuhrrate umfasst; und wobei das selektive Deaktivieren des Fehlfunktionskatalysator-Diagnosetests darauf beruht, dass die Motorkraftstoffzufuhrrate unter eine Motorkraftstoffzufuhr-Schwellenrate fällt.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Überwachen des Abgasstroms umfasst: Überwachen des Auslösens eines Nachbehandlungsregenerationszyklus; und wobei das selektive Deaktivieren des Fehlfunktionskatalysator-Diagnosetests auf dem Auslösen des Nachbehandlungsregenerationszyklus beruht, und/oder wobei das Überwachen des Abgasstroms umfasst: Überwachen eines NO-zu-NO2-Verhältnisses; und wobei das selektive Deaktivieren des Fehlfunktionskatalysator-Diagnosetests auf dem Verhältnis beruht, und/oder welches weiterhin das Ermitteln eines erwünschten Reduktionsmittelspeicherwerts beruhend auf dem Überwachen des Abgasstroms umfasst; wobei das Schätzen der Wirkung des Abgasstroms auf die geschätzte Reduktionsmittelspeicherung das Ermitteln der geschätzten Reduktionsmittelspeicherung umfasst; wobei das Verfahren weiterhin das Ermitteln eines Steuerungsfehlers beruhend auf dem erwünschten Reduktionsmittelspeicherwert und der geschätzten Reduktionsmittelspeicherung umfasst; und wobei das selektive Deaktivieren des Fehlfunktionskatalysator-Diagnosetests auf dem Steuerungsfehler beruht, und/oder wobei das Überwachen des Abgasstroms umfasst: Überwachen eines Rohemissions-NOx-Werts; wobei das Verfahren weiterhin das Diagnostizieren eines Rohemissions-NOx-Fehlers beruhend auf dem Rohemissions-NOx-Wert umfasst; und wobei das selektive Deaktivieren des Fehlfunktionskatalysator-Diagnosetests auf dem Rohemissions-NOx-Fehler beruht, und/oder wobei das Überwachen des Abgasstroms umfasst: Überwachen einer Temperatur in der Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion; wobei das Schätzen der Wirkung des Abgasstroms auf die geschätzte Reduktionsmittelspeicherung das Ermitteln der geschätzten Reduktionsmittelspeicherung umfasst; und wobei das selektive Deaktivieren des Fehlfunktionskatalysator-Diagnosetests auf der Temperatur und der geschätzten Reduktionsmittelspeicherung beruht.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Überwachen des Abgasstroms umfasst: Überwachen einer Temperatur in der Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion; und Überwachen einer Raumgeschwindigkeit in der Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion; und wobei das selektive Deaktivieren des Fehlfunktionskatalysator-Diagnosetests auf der Temperatur und der Raumgeschwindigkeit beruht, insbesondere wobei das selektive Deaktivieren des Fehlfunktionskatalysator-Diagnosetests beruhend auf der Temperatur und der Raumgeschwindigkeit umfasst: beruhend auf der Temperatur und der Raumgeschwindigkeit Klassifizieren des Betriebs der Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion als in einem stabilen Bereich oder einem transitorischen Bereich arbeitend; wenn das Klassifizieren den stabilen Bereich anzeigt, dann selektives Deaktivieren des Fehlfunktionskatalysator-Diagnosetests beruhend auf einem stabilen Deaktivierungskriterium; und wenn das Klassifizieren den transitorischen Bereich anzeigt, dann selektives Deaktivieren des Fehlfunktionskatalysator-Diagnosetests beruhend auf einem transitorischen Deaktivierungskriterium.
  10. Verfahren zum Steuern eines Fehlfunktionskatalysator-Diagnosetests in einem Antriebsstrang, der einen Verbrennungsmotor und ein Nachbehandlungssystem umfasst, das eine Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion enthält, wobei der Test einen Fehlfunktionsstatus eines Katalysators in der Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion ermittelt, wobei das Verfahren umfasst: Überwachen einer geschätzten Reduktionsmittelspeicherung an einem Katalysator in der Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion; Vergleichen der geschätzten Reduktionsmittelspeicherung mit einer Reduktionsmittelspeicherung, die zum effizienten Betreiben der Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion erforderlich ist; und selektives Deaktivieren des Fehlfunktionskatalysator-Diagnosetests, wenn die geschätzte Reduktionsmittelspeicherung geringer als die Reduktionsmittelspeicherung ist, die zum effizienten Betreiben der Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion erforderlich ist.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die geschätzte Reduktionsmittelspeicherung eine geschätzte Ammoniakspeicherung umfasst; und wobei die Reduktionsmittelspeicherung, die zum effizienten Betreiben der Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion er forderlich ist, eine Ammoniakspeicherung umfasst, die zum effizienten Betreiben der Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion erforderlich ist, und/oder wobei das Überwachen der geschätzten Reduktionsmittelspeicherung an dem Katalysator umfasst: Überwachen einer Temperatur in der Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion; Überwachen einer Raumgeschwindigkeit des Abgasstroms in der Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion; und Ermitteln der geschätzten Reduktionsmittelspeicherung beruhend auf der Temperatur und der Raumgeschwindigkeit, und/oder wobei das Überwachen der geschätzten Reduktionsmittelspeicherung an dem Katalysator umfasst: Überwachen des Einleitens eines Reduktionsmittels zu der Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion; und wobei das Ermitteln der geschätzten Reduktionsmittelspeicherung weiterhin auf dem Überwachen des Einleitens beruht, und/oder wobei das Überwachen der geschätzten Reduktionsmittelspeicherung an dem Katalysator umfasst: Überwachen einer Temperatur in der Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion; und Schätzen einer Wirkung der Temperatur auf die geschätzte Reduktionsmittelspeicherung, und/oder wobei das Überwachen der geschätzten Reduktionsmittelspeicherung an dem Katalysator umfasst: Überwachen einer Temperatur in der Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion; Überwachen einer Raumgeschwindigkeit in der Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion; und Schätzen einer Wirkung der Temperatur und der Raumgeschwindigkeit auf die geschätzte Reduktionsmittelspeicherung, und/oder welches weiterhin das selektive Aktivieren des Fehlfunktionskatalysator-Diagnosetests nach einem Zeitraum umfasst, der kalibriert ist, um die geschätzte Reduktionsmittelspeicherung über der Reduktionsmittelspeicherung zurückzuführen, die zum effizienten Betreiben der Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion erforderlich ist.
  12. Einrichtung zum Steuern eines Fehlfunktionskatalysator-Diagnosetests in einem Antriebsstrang, der einen Verbrennungsmotor und ein Nachbehandlungssystem umfasst, das eine Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion enthält, wobei der Test einen Fehlfunktionsstatus eines Katalysators in der Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion ermittelt, wobei die Einrichtung umfasst: die Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion; Sensoren, die einen Abgasstrom in dem Nachbehandlungssystem überwachen; und ein Steuermodul, das derart ausgelegt ist, um die Sensoren zu überwachen; die Wirkung des Abgasstroms auf eine geschätzte Reduktionsmittelspeicherung an einem Katalysator in der Vorrichtung für katalytische Reduktion zu schätzen; und den Fehlfunktionskatalysator-Diagnosetest beruhend auf der Schätzung der Wirkung des Abgasstroms auf die geschätzte Reduktionsmittelspeicherung selektiv zu deaktivieren.
  13. Einrichtung nach Anspruch 12, wobei die Sensoren derart ausgelegt sind, um eine Abgasstromtemperatur stromaufwärts der Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion zu überwachen, eine Motorleistung, die eine Schätzung einer Raumgeschwindigkeit in der Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion zulässt, zu überwachen, und um ein Einleiten eines Reduktionsmittels in dem Abgasstrom zu überwachen, und/oder wobei das Steuermodul, das derart ausgelegt ist, um die Wirkung des Abgasstroms auf die geschätzte Reduktionsmittelspeicherung zu schätzen, die Verwendung eines virtuellen NOx-Sensors umfasst, und/oder wobei das Steuermodul, das derart ausgelegt ist, um die Wirkung des Abgasstroms auf die geschätzte Reduktionsmittelspeicherung zu schätzen, umfasst, dass das Steuermodul derart ausgelegt ist, um eine Katalysatorbetttemperatur zu schätzen, und/oder wobei das Steuermodul, das derart ausgelegt ist, um die Wirkung des Abgasstroms auf die geschätzte Reduktionsmittelspeicherung zu schätzen, umfasst, dass das Steuermodul derart ausgelegt ist, um Wirkungen von Temperatur in der Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion zu beurteilen, und/oder wobei das Steuermodul, das derart ausgelegt ist, um die Wirkung des Abgasstroms auf die geschätzte Reduktionsmittelspeicherung zu schätzen, umfasst, dass das Steuermodul derart ausgelegt ist, um Wirkungen einer Temperaturänderungsrate in der Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion zu beurteilen, und/oder wobei das Steuermodul, das derart ausgelegt ist, um die Wirkung des Abgasstroms auf die geschätzte Reduktionsmittelspeicherung zu schätzen, umfasst, dass das Steuermodul derart ausgelegt ist, um Wirkungen einer Rate von Motordrehzahländerung in der Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion zu beurteilen, und/oder wobei das Steuermodul, das derart ausgelegt ist, um die Wirkung des Abgasstroms auf die geschätzte Reduktionsmittelspeicherung zu schätzen, umfasst, dass das Steuermodul derart ausgelegt ist, um Wirkungen von Temperatur und Raumgeschwindigkeit in der Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion zu beurteilen.
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