DE102010026969A1 - Verfahren, Systeme und Sensor zum Detektieren von Feuchte - Google Patents

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Abstract

Es werden Verfahren, Systeme und Vorrichtung zum Detektieren von Feuchte in Luft durch Verwendung eines in dem Auslass eines Motors, beispielsweise eines Dieselmotors, enthaltenen Ammoniaksensors, vorgesehen. In einem Beispiel umfasst ein Verfahren für einen Motor, der einen Auslas mit einem Ammoniaksensor aufweist, das Anpassen eines Betriebsparameters als Reaktion auf Umgebungsfeuchte, wobei die Umgebungsfeuchte auf einem ersten Am moniaksensormesswert bei einem ersten Luft/Kraftstoff-Verhältnis von Abgas und einem zweiten Ammoniaksensormesswert bei einem zweiten Luft/Kraftstoff-Verhältnis von Abgas beruht.

Description

  • Querverweis auf verwandte Anmeldungen
  • Die vorliegende Anmeldung beansprucht Priorität aus der vorläufigen U. S. Patentanmeldung Nr. 61/230,518 mit dem Titel „Method, Systems and Sensor for Detecting Humidity”, die am 31. Juli 2009 eingereicht wurde und deren Offenbarung hierin durch Verweis vollumfänglich und für alle Zwecke aufgenommen ist.
  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Anmeldung betrifft das Anpassen verschiedener Betriebsparameter als Reaktion auf Umgebungsluftfeuchte, wobei die festgestellte Feuchte auf einem Ammoniaksensor beruht, der in dem Auslass eines Motors, beispielsweise eines Dieselmotors, enthalten ist.
  • Hintergrund und Zusammenfassung
  • Ammoniaksensoren können bei der Schadstoffbegrenzung verwendet werden, um eine präzise Steuerung eingespritzten Reduktionsmittels, beispielsweise eingespritzten Harnstoffs, beizubehalten. Die vorliegenden Erfinder haben aber erkannt, dass abhängig von der Umgebungsfeuchte der Ammoniakmesswert des Sensors fehlerhaft sein kann.
  • Die vorliegenden Erfinder haben aber auch erkannt, dass sich die Fehler aufgrund von Umgebungsfeuchte auf vorhersehbare Weise über verschiedene Luft/Kraftstoff-Verhältnisse manifestieren können. Weiterhin haben die Erfinder verschiedene Vorgehensweisen entwickelt, die die Sensormesswerte unter ausgewählten Bedingungen mit Umgebungsfeuchte korrelieren. Somit kann die Empfindlichkeit gegenüber Umgebungsfeuchte zum Vorteil genutzt werden, statt als eine rein schädliche Wirkung gesehen zu werden.
  • In einem Beispiel umfasst ein Verfahren für einen Motor, der einen Auslass mit einem Ammoniaksensor aufweist, das Anpassen eines Betriebsparameters als Reaktion auf Umgebungsfeuchte, wobei die Umgebungsfeuchte auf einem ersten Messwert des Ammoniaksensors bei einem ersten Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases und einem zweiten Messwert des Ammoniaksensors bei einem zweiten Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases beruht.
  • In einem anderen Beispiel umfasst ein Verfahren, das einen Ammoniaksensor in einem SCR-System des Motorauslasses verwendet, einen ersten Modus, der Umgebungsfeuchte durch Messen einer Ammoniakkonzentration mittels des Ammoniaksensors während zwei unterschiedlichen Luft/Kraftstoff-Verhältnissen feststellt, wobei das Messen als Reaktion auf einen Hinweis auf eine mögliche Feuchteänderung erfolgt, und kann weiterhin in einem zweiten Modus das Steuern einer Ammoniak- oder Harnstoffeinspritzdosierung mittels Rückmeldung von dem Ammoniaksensor umfassen, wobei während des ersten Modus die Ammoniak- oder Harnstoffeinspritzdosierung unabhängig von der aktuellen Rückmeldung des Ammoniaksensors ist und auf einer früheren Rückmeldung des Ammoniaksensors beruht. In einem noch anderen Beispiel umfasst ein Verfahren für einen Motor, der einen Ammoniaksensor in einem Auslass stromabwärts eines SCR-Katalysators aufweist, während eines ersten Modus das Anpassen von Ammoniakeinspritzung als Reaktion auf den Sensor und während eines zweiten Sensors das Anpassen von Ammoniakeinspritzung unabhängig von dem Sensor, während Umgebungsfeuchte beruhend auf dem Sensor angezeigt wird.
  • Es versteht sich, dass die vorstehende Zusammenfassung vorgesehen ist, um in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten vorzustellen, welche in der eingehenden Beschreibung weiter beschrieben werden. Es sollen keine wesentlichen oder Schlüsselmerkmale des beanspruchten Gegenstands festgestellt werden, dessen Umfang einzig und allein durch die der eingehenden Beschreibung folgenden Ansprüche definiert ist. Ferner ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf die Implementierungen beschränkt, welche die vorstehend oder in jedem beliebigen Teil dieser Offenbarung angeführten Nachteile lösen.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • 1 zeigt einen beispielhaften Dieselmotor, der ein System für selektive katalytische Reduktion mit einem Ammoniaksensor umfasst;
  • 2 zeigt eine Explosionsansicht eines beispielhaften Ammoniaksensors;
  • 3 zeigt eine beispielhafte Übersichtsroutine zum Steuern von Ammoniak- und Feuchtekonzentrationsmessungen unter Verwenden eines Ammoniaksensors;
  • 4 zeigt eine beispielhafte Routine zum Steuern von Ammoniakdosierung zu einem SCR-Katalysator;
  • 5 zeigt eine beispielhafte Routine zum Messen von Feuchte mittels eines Ammoniaksensors;
  • 6 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen Fehler des von einem Ammoniaksensor gemessenen NH3-Ammoniakmesswerts und Luft/Kraftstoff-Verhältnis für verschiedene Feuchtemengen veranschaulicht.
  • Eingehende Beschreibung
  • 1 zeigt einen beispielhaften Dieselmotor 10, der ein System 50 für selektive katalytische Reduktion (SCR, kurz vom engl. Selective Catalytic Reduction) mit einem Ammoniaksensor 200 umfasst. Auch wenn das dargestellte Beispiel ein Dieselmotor ist, ist das Reduzieren und Begrenzen von Motoremissionen, insbesondere NOx, ein wichtiger Gesichtspunkt bei modernen Verbrennungsmotoren, sowohl bei fremdgezündeten als auch bei kompressionsgezündeten. Daher können die Systeme, Vorrichtungen und Verfahren, die hierin beschrieben werden, in jeder Abgasanlage enthalten sein, die ein reduktionsmittelbasiertes SCR-System aufweist.
  • 1 zeigt weiterhin den Motor 10 mit einem Einlass 23, einem Auslass 25, einer Kraftstoffanlage 18, einem Abgasrückführungssystem (AGR) 26 und einem Steuersystem 14. Der Motor 10 weist mehrere Zylinder 30 auf. Der Motor 10 kann zumindest teilweise durch das Steuersystem 14 gesteuert werden, das ein Steuergerät 12 umfasst, sowie durch Eingabe von einem Fahrzeugbediener 132 mittels einer Eingabevorrichtung 130. In diesem Beispiel umfasst die Eingabevorrichtung 130 ein Gaspedal und einen Pedalstellungssensor 134 zum Erzeugen eines proportionalen Pedalstellungssignals.
  • Der Motor 10 umfasst ein Motoreinlasssystem 23 und eine Motorabgasanlage 25. Der Motoreinlass 23 umfasst eine Drossel 62, die mit dem Motoransaugkrümmer 44 mittels eines Einlasskanals 42 fluidverbunden ist. In weiteren Beispielen, z. B. Dieselmotoren, muss die Drossel 62 nicht in dem Motor 10 enthalten sein. Der Einlasskanal 42 umfasst einen Luftmengenmesser (MAF) 120 wie Umgebungslufttemperatur 121 und der Ansaugkrümmer 44 umfasst weiterhin einen Krümmerluftdrucksensor 122. In weiteren Beispielen umfasst der Motor 10 weiterhin ein Luftansaugsystem (AIS, kurz vom engl. Air Induction System) (nicht gezeigt), wobei das AIS einen Luftfilter und ein Gehäuse, verschiedene Dampfspülventile, beispielsweise von einem Motorkurbelgehäuse oder der Kraftstoffanlage 18, etc. aufweist.
  • Die Motorabgasanlage 25 umfasst einen Abgaskrümmer 48, der zu einem Auslasskanal 35 führt, der Abgas an die Atmosphäre leitet. Die Motorabgasanlage 25 umfasst Sensoren, zum Beispiel Abgassensor 126, der ein Sauerstoff- oder Lambda-Sensor sein kann, Temperatursensor 128 und Drucksensor 129. Die Motorabgasanlage 25 kann auch eine oder mehrere Schadstoffbegrenzungsvorrichtungen 70 umfassen, die in motornaher Position in dem Auslass eingebaut sein können. Ein oder mehrere Schadstoffbegrenzungsvorrichtungen können einen Dreiwegekatalysator, einen Mager-NOx-Filter, einen Dieselpartikelfilter, einen Dieseloxidationskatalysator, einen Kohlenwasserstofffilter etc. umfassen. Weiterhin sind in dem vorliegenden Beispiel ein SCR-System 50 und ein AGR-System 26 in dem Motor enthalten.
  • Der Motor 10 umfasst weiterhin einen Turbolader 180. Der Turbolader 180 umfasst einen Kompressor 182, der schematisch mittels einer Turbowelle 186 mit einer Turbine 184 verbunden gezeigt ist. Ferner kann der Turbolader 180 ein Lader sein, dem die Turbine 184 fehlt, und kann mit einer Kurbelwelle mechanisch verbunden sein. Des Weiteren kann der Kompressor 182 zumindest teilweise durch einen (nicht gezeigten) Elektromotor angetrieben sein.
  • Das SCR-System 50 umfasst einen Harnstofftank 52, der mit einem Harnstoffpumpensystem 54 verbunden ist, das weiterhin mit einem Harnstoffinjektor 56 gekoppelt ist. Der Harnstoffinjektor liefert Harnstoff in die Abgasanlage 25 stromaufwärts eines SCR-Katalysators 58, der den Harnstoff aufnimmt. Das Harnstoffpumpensystem 54 kann ein oder mehrere Pumpen zum Druckbeaufschlagen von Harnstoff, der dem Harnstoffinjektor 56 geliefert wird, umfassen. Weitere beispielhafte SCR-Systeme können mehr als einen Harnstoffinjektor umfassen. Nach dem Zuführen von Harnstoff in den Auslass 25, kann er sich zu Ammoniak umwandeln. Auch wenn das vorliegende Beispiel ein harnstoffbasiertes System zeigt, kann in weiteren Beispielen jedes Reduktionsmittel verwendet werden, einschließlich Ammoniak und eine Harnstoff- und Ammoniakmischung. Der SCR-Katalysator 58 kann eine Reaktion von Ammoniak mit NOx katalysieren, um zweiatomigen Stickstoff und gutartige Nebenprodukte wie Wasser zu ergeben.
  • Der Ammoniaksensor 200 ist stromabwärts des SCR-Katalysators 58 enthalten, um Ammoniak zu erfassen, der sich stromabwärts des SCR-Katalysators 58 bewegt, und wird nachstehend unter Bezug auf 2 näher erläutert. Ferner kann das SCR-System 50 einen Schlupfkatalysator (nicht gezeigt) umfassen, der stromabwärts des SCR-Katalysators 58 angeordnet ist. Der Schlupfkatalysator kann Ammoniakschlupf von dem SCR-Katalysator 58 mindern. Der Schlupfkatalysator kann eine oder beide von einer Reaktion zum Oxidieren von Ammoniak und einer Reaktion zum Reduzieren von NOx katalysieren. Weiterhin kann nach Bedarf ein zweiter Ammoniaksensor von ähnlicher Art wie der Ammoniaksensor 200 stromabwärts eines solchen SCR-Schlupfkatalysators enthalten sein.
  • Das AGR-System 26 umfasst ein AGR-Rohr 28 und ein AGR-Ventil 29. Das AGR-Rohr 28 leitet zumindest teilweise Abgasstrom von dem Auslasskanal 35 zurück zu dem Einlasskanal 42. In dem vorliegenden Beispiel ist das AGR-Rohr 28 mit dem Auslasskanal 35 stromabwärts des SCR-Systems 50 verbunden gezeigt. In weiteren Beispielen kann das AGR-Rohr 28 aber mit dem Auslasskanal 35 stromaufwärts des SCR-Systems 50 sowie stromaufwärts der Schadstoffbegrenzungsvorrichtung 70 verbunden sein und auch direkt mit dem Abgaskrümmer 48. In noch weiteren Beispielen kann das AGR-Rohr 28 direkt an den Ansaugkrümmer 44 anschließen. Das AGR-Ventil 29 kann ein Ein/Aus-Ventil oder ein verstellbares Ventil sein. Das AGR-System 26 kann auch eine Vorrichtung umfassen, die zum Kühlen von Luft in dem AGR-Rohr 28 mit dem AGR-Rohr 28 verbunden ist oder entlang des AGR-Rohrs 28 dazwischen gesetzt ist, beispielsweise einen (nicht gezeigten) Zwischenkühler.
  • Die Kraftstoffanlage 18 kann einen Kraftstofftank 20 umfassen, der mit einem Kraftstoffpumpensystem 21 verbunden ist. Die Kraftstoffanlage 18 und/oder die Drossel 62 können ein Verhältnis von Luft zu Kraftstoff steuern, das in den Motor 10 eingelassen wird. Die Kraftstoffanlage 21 kann ein oder mehrere Pumpen zum Druckbeaufschlagen von Kraftstoff umfassen, der zu den Einspritzvorrichtungen des Motors 10 geliefert wird, beispielsweise zu der gezeigten Einspritzvorrichtung 66. Während nur eine einzige Einspritzvorrichtung 66 gezeigt ist, können für jeden Zylinder weitere Einspritzvorrichtungen vorgesehen sein oder Kraftstoff kann in den Krümmer 44 eingespritzt werden. Es versteht sich, dass die Kraftstoffanlage 18 eine rückführungslose Kraftstoffanlage, eine Rückführungskraftstoffanlage oder verschiedene andere Arten von Kraftstoffanlage sein kann. Der Kraftstofftank 20 kann mehrere Kraftstoffe und Kraftstoffgemische fassen, einschließlich Kraftstoff mit einem Bereich von Alkoholkonzentrationen.
  • Der beispielhafte Motor 10 umfasst weiterhin ein Steuersystem 14. Das Steuersystem 14 ist gezeigt, wie es Informationen von mehreren Sensoren 16 (verschiedene Beisiele derselben sind hierin beschrieben) empfängt und Steuersignale zu mehreren Aktoren 81 (verschiedene Beispiele derselben sind hierin beschrieben) sendet. Zum Beispiel können die Sensoren 16 einen Abgassensor 126, einen Temperatursensor 128, einen Drucksensor 129, einen Pedalstellungssensor 134, einen MAF-Sensor 120, einen MAP-Sensor 122, einen Umgebungslufttemperatursensor 121 und einen Ammoniaksensor 200 umfassen. Andere Sensoren, beispielsweise Druck-, Temperatur-, Luft/Kraftstoff-Verhältnis- und Zusammensetzungssensoren, können mit verschiedenen Stellen im Motor 10 verbunden sein. Als weiteres Beispiel können die Aktoren Kraftstoffeinspritzventil 66, Reduktionsmittelinjektor 56, AGR-Ventil 29 und Drossel 62 umfassen. Das Steuersystem 14 kann ein Steuergerät 12 umfassen, wobei das Steuergerät 12 ein maschinell lesbares Medium, beispielsweise einen ROM- oder RAM-Speicher, mit Befehlen darauf umfasst. Das Steuergerät kann von den verschiedenen Sensoren Eingangsdaten erhalten, die Eingangsdaten verarbeiten und die Aktoren als Reaktion auf die verarbeiteten Eingangsdaten beruhend auf einen darin programmierten Befehl oder Code auslösen, der einer oder mehreren Routinen entspricht. Beispielhafte Steuerroutinen sind hierin unter Bezug auf 3–5 beschrieben.
  • Auch wenn dies nicht gezeigt ist, kann der Motor 10 zusätzlich auch ein Turbolader- oder Ladersystem umfassen. Stromaufwärts des Ansaugkrümmers 44 und stromabwärts der Drossel 62 kann ein Kompressor angeschlossen sein. Weitere Ausführungsformen umfassen, dass der Kompressor stromaufwärts der Drossel 62 angeschlossen ist, der Kompressor entweder stromaufwärts oder stromabwärts des AGR-Rohrs 28 angeschlossen ist und ein Ladenachkühler (CAC, kurz vom engl. Charge After Cooler) zum Kühlen von verdichteter Luft in oder benachbart zu dem Einlasskanal 42 angeordnet sein kann. Des Weiteren kann eine Turbine stromabwärts des Auslasses 48 und stromaufwärts der Schadstoffbegrenzungsvorrichtung 70 verbaut sein.
  • Unter Bezug nun auf 2 ist eine Explosionsansicht eines beispielhaften Ammoniaksensors 200 gezeigt. Der Ammoniaksensor 200 umfasst eine erste Isolierschicht 210, einen Elektrolyt 230 und eine zweite Isolierschicht 240, die alle in einem Gehäuse angeordnet sind, das abstrakt bei dem gestrichelten Kästchen 250 gezeigt ist. Der Ammoniaksensor kann weiterhin Temperatur erfassende Elemente (nicht gezeigt) und eine Heizvorrichtung (ebenfalls nicht gezeigt) umfassen, um die Leistung der Erfassungselemente, beispielsweise der Schichten 210, 240, des Elektrolyten 230 und weiterer in dem Ammoniaksensor 200 enthaltener Komponenten zu steigern.
  • Die erste Isolierschicht 210 umfasst eine NH3-Elektrode 212 und eine NO2-Elektrode 216. Die erste Isolierschicht 210 kann durch eine poröse obere Schicht 208 geschützt sein. Die Elektrode 212 befindet sich in physikalischer und ionischer Verbindung mit dem Elektrolyten 230 und kann in Fluidverbindung mit einem Probengas (z. B. Motorabgas) angeordnet sein. Die Elektrode 212 katalysiert NH3-Gas, um elektromotorische Kraft (EMF) zu erzeugen, und leitet elektrischen Strom, der von der EMF erzeugt wird. In manchen Beispielen kann eine solche EMF einem Magnetwiderstand entsprechen. Analog steht die Elektrode 216 mit dem Elektrolyten 230 in physikalischer und ionischer Verbindung und kann in Fluidverbindung mit einem Probengas (z. B. Motorabgas) angeordnet sein. Ferner katalysiert die Elektrode 216 NOx-Gas, um EMF zu erzeugen, und leitet elektrischen Strom, der von einer solchen EMF erzeugt wird.
  • Die Elektrode 212 ist durch eine elektrische Leitung 214 mit einem Kontaktierungsflecken 222 elektrisch verbunden. Analog ist die Elektrode 216 durch eine elektrische Leitung 218 mit einem Kontaktierungsflecken 226 elektrisch verbunden. An der zweiten Isolierschicht 240 ist eine Referenzelektrode 242 angeordnet, und weiterhin steht die Elektrode 242 mit dem Elektrolyten 230 in physikalischer und ionischer Verbindung. Die Referenzelektrode 242 ist mittels einer schichtübergreifenden Leitung 232, eines sekundären Kontakts 246 und einer elektrischen Leitung 244 mit einem Kontaktierungsflecken 224 verbunden. Die schichtübergreifende Leitung 232 durchsetzt den Elektrolyten 230 und bleibt mittels Isolierung 234 gegenüber dem Elektrolyten 230 elektrisch isoliert. Die Kontaktierungsflecken 222, 224 und 226 können mit einem beispielhaften Steuergerät in elektrischem Kontakt stehen und liefern elektrische Signale beruhend auf Bedingungen an den Elektroden 212, 242, 216 und dem Elektrolyten 230, beispielsweise einem elektrischen Potential zwischen zwei beliebigen Elektroden und/oder über dem Elektrolyten 230.
  • In dem vorliegenden Beispiel wird Abgas zu der Elektrode 212, der Referenzelektrode 242 und der Elektrode 216 eingeleitet. Das Abgas wird überall in den porösen Elektrodenmaterialien diffundiert. In den Elektroden 212 und 216 induzieren elektrokatalytische Materialien elektrochemisch-katalytische Reaktionen in dem Probengas. Diese Reaktionen umfassen elektrochemisches Katalysieren von Ammoniak und Oxidionen, um zweiatomigen Stickstoff und Wasser zu bilden, elektrochemisches Katalysieren von NO2, um NO, zweiatomigen Stickstoff und Oxidione (O–2) zu bilden, und Elektrokatalysieren von NO und Oxidionen, um NO2 zu bilden. Analog induziert in der hoch katalytischen Referenzelektrode 242 das elektrochemisch-katalytische Material elektrochemische Reaktionen in dem Referenzgas, wobei vorrangig Gleichgewichtssauerstoffgas (z. B. zweiatomiger Sauerstoff) zu Oxidionen oder umgekehrt umgewandelt wird. Die Reaktionen an den Elektroden 212, 242, 216 ändern das elektrische Potential an der Grenzfläche zwischen jeder der Elektroden 212, 242, 216 und dem Elektrolyten 230, wodurch eine elektromotorische Kraft (EMF) erzeugt wird. Daher kann die Differenz des elektrischen Potentials zwischen zwei beliebigen der drei Elektroden 212, 242, 216 gemessen werden, um eine EMF zu ermitteln.
  • In weiteren Beispielen entspricht eine erzeugte EMF einem Potential zwischen zwei Elektroden. In einem ersten solchen Beispiel kann das Potential zwischen der Ammoniakelektrode 212 und der Referenzelektrode 242 einer Ammoniakkonzentration plus einer NO2-Empfindlichkeit entsprechen, in einem zweiten solchen Beispiel kann das Potential zwischen der NO2-Elektrode 216 und der Referenzelektrode 242 einer NO2-Konzentration entsprechen und in einem dritten solchen Beispiel kann die EMF der Ammoniakelektrode 212 und der NO2-Elektrode 216 verglichen werden, um eine Ammoniak- und NO2-Konzentration zu ermitteln. Auf diese Weise können messbare Potentiale (z. B. wie sie bei den Kontaktierungsflecken 222, 224 und 226 gemessen werden) elektrische Signale vorsehen, die zum Berechnen und/oder Ableiten von Ammoniak- und NOx-Konzentrationen in dem Abgas verwendet werden können.
  • Da die primären Reaktanden an der Elektrode 212 Ammoniak, Wasser und zweiatomiger Sauerstoff sind, ist die an der Elektrode erzeugte EMF zum Teil auf die Partialdrücke jedes dieser Gase zurückzuführen. Sauerstoff ist messbar, zum Beispiel mit Hilfe eines Lambda- oder Abgassensors, wie zum Beispiel bei 126. Daher kann das verbleibende EMF-Signal Ammoniak und Wasser zugeordnet werden. Folglich kann eine Messung von Ammoniakkonzentration den Partialdruck von Wasserdampf in dem Abgas umfassen. Auf diese Weise kann ein Ammoniaksensor verwendet werden, um Feuchte, beispielsweise Umgebungsfeuchte eines umgebenden Umfelds eines Fahrzeugs, das den Sensor in dem Motorauslass umfasst, verwendet werden. Analog kann NO2-Konzentration mit Hilfe eines EMF-Signals gemessen werden, das durch Reaktionsprodukte an der NO2-Elektrode 216 erzeugt wird.
  • 3 zeigt eine beispielhafte Übersichtsroutine 300 zum Steuern der Messungen von Ammoniak und Feuchtekonzentration mit Hilfe eines Ammoniaksensors. Die Routine kann zum Beispiel in einem Fahrzeugsteuersystem ausgeführt werden und kann für Echtzeitausführung beliebig oft wiederholt werden. Während der Routine 300 kann eine Zeit zugeordnete Variable TCURRENT verwendet werden, um eine Anzahl von Iterationen der Routine zu verfolgen und somit Zeit zu verfolgen, beispielsweise Zeitstempel oder Bezugstakt.
  • In manchen Beispielen umfasst die Routine 300 das Ermitteln, ob es einen Hinweis auf potentielle Feuchteänderung gibt. Ein solcher Hinweis kann zum Beispiel bei 312, 314 und 316 der Routine 300 detektiert werden, wie nachstehend beschrieben ist. In dem vorliegenden Beispiel startet die Routine 300 bei 310 durch Ermitteln, ob eine Gelegenheit zum Messen von Feuchte gegeben ist. Eine solche Gelegenheit kann durch eine vom Nutzer ausgelöste Änderung eines Luft/Kraftstoff-Verhältnisses oder eine erwartete Änderung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses angezeigt werden. Eine von einem Nutzer ausgelöste (z. B. von einem Fahrer angeordnete) Änderung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses kann ein Vorgang des Gasgebens oder Wegnehmens von Gas sein, beispielsweise Eingabevorrichtung 130, wie vorstehend in 1 beschrieben ist. Wenn eine Gelegenheit zum Messen von Feuchte detektiert wird, kann die Routine weiter zu 322 gehen.
  • Wenn als Nächstes bei 310 ermittelt wird, dass keine Gelegenheit zum Messen von Feuchte vorliegt, kann die Routine 300 zu 312 weitergehen, um zu testen, ob TCURRENT größer oder gleich TPERIOD ist. TPERIOD kann ein vorbestimmter Zeitbetrag zwischen Feuchtemessungen sein, der so gewählt wird, dass sichergestellt ist, dass die schnellste vorstellbare Feuchteänderung, die auftreten kann, detektiert wird, wie Fahren eines Fahrzeugs, das das beispielhafte Steuersystem umfasst, aus einer trockenen Umgebung in ein Unwetter. Wenn TCURRENT größer oder gleich TPERIOD ist, dann geht die Routine weiter zu 322.
  • Bei 314 umfasst die Routine 300 das Beurteilen, ob ein Hinweis auf eine mögliche Feuchteänderung von einer Zusatzeinrichtung vorliegt. Ein Hinweis auf eine Feuchteänderung von Zusatzeinrichtungen des Motors kann das Aktivieren oder Deaktivieren von Scheibenwischern (z. B. ein Scheibenwischerzustand) oder das Ein- oder Abschalten einer Komponente in einem Heizungs-/Lüftungs- und Klimatisierungssystem (HVAC) (z. B. Ändern eines Parameter der Fahrzeugklimasteuerung) umfassen. Die Routine kann einen Status einer solchen relevanten Zusatzeinrichtung prüfen und kann weiter zu 322 gehen, wenn eine potentielle Feuchteänderung angezeigt wird. Wenn kein Hilfseinrichtung eine mögliche Feuchteänderung anzeigt, dann kann die Routine weiter zu 322 gehen.
  • Wenn bei 310 eine Gelegenheit vorliegt, Feuchte zu messen, oder wenn bei 312 TCURRENT größer als TPERIOD ist oder wenn die Zusatzeinrichtungen bei 314 eine potentielle Feuchteänderung anzeigen, dann kann die Routine als Reaktion weiter zu 322 gehen, was das Einspritzen einer Ammoniakdosis umfasst, wobei die Dosis nicht auf dem Messwert des Ammoniaksensors beruht. Da der Ammoniaksensor zum Messen von Feuchte verwendet wird und sich Messwerte von dem Ammoniaksensor schädlich auf eine Ammoniaksensorregelung auswirken können (wie nachstehend zumindest in 4 beschrieben). Da aber der Motor weiter NOx erzeugen kann, wird die Einspritzung von Ammoniak und/oder Harnstoff fortgesetzt. Die bei 322 eingespritzte Dosis kann eine vorgegebene Menge oder Rate sein, die in das SCR-System eingespritzt wird. Ferner kann die bei 322 eingespritzte Dosis eine Dosis sein, die in einer vorherigen Iteration der Routine 300 eingespritzt wurde (z. B. auch wenn die Dosierung der Ammoniakeinspritzung unabhängig von der aktuellen Ammoniaksensorrückmeldung ist, kann sie auf einer vorherigen Ammoniaksensorrückmeldung beruhen). Weiterhin kann die bei 322 eingespritzte Dosis eine vorwärtsgeregelte Menge sein, die von Motorbedingungen, beispielsweise Motorlast, Drehzahl, Massenluftstrom und dergleichen, erwartet wird.
  • Des Weiteren kann die bei 322 eingespritzte Dosis eine vorwärtsgeregelte Menge sein, die für ein maximales Luft/Kraftstoff-Verhältnis erwartet wird, das später in der Routine 300, zum Beispiel bei 324, verwendet wird.
  • Nach 322 kann die Routine weiter zu 324 gehen, wobei sie die Abgasfeuchte mittels des Ammoniaksensors misst. Ein Beispiel für einen solchen Prozess wird nachstehend näher als Routine 500 in 5 beschrieben. Nachdem die Feuchte mit Hilfe des Ammoniaksensors gemessen wurde, kann die Routine weiter zu 326 gehen, was das Rückstellen der Variablen TCURRENT auf null umfasst. In dem vorliegenden Beispiel soll das Doppelgleichzeichen „==” Zuweisung im Gegensatz zu einem logischen Test bedeuten. Nach dem Zurückstellen von TCURRENT kann die Routine enden.
  • Bei 322, 324 und 326 kann die Routine in einem ersten Modus arbeiten, wie durch das gestrichelte Kästchen 320 gezeigt ist. In einem ersten Beispiel kann der erste Modus 320 mindestens eines von Kalibrieren und Messen einer Abgasfeuchte mittels eines Ammoniaksensors während zwei unterschiedlichen Luft/Kraftstoff-Verhältnissen umfassen. Weiterhin kann der erste Modus 320 in einem zweiten Beispiel das Anpassen von Ammoniakeinspritzung unabhängig von dem Sensor umfassen, während Umgebungsfeuchte beruhend auf dem Sensor angezeigt wird. Zudem kann in dem zweiten Beispiel die Umgebungsfeuchte auf einem ersten Ammoniaksensor-Messwert bei einem ersten mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis und einem zweiten Ammoniaksensor-Messwert bei einem zweiten mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis beruhen, wobei die Umgebungsfeuchte weiterhin auf dem ersten und zweiten mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis beruht. Motorluftstrom kann zwischen einem ersten Motorluftstrom und einem zweiten Motorluftstrom angepasst werden, um das erste bzw. zweite magere Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu erzeugen, wobei der Motorluftstrom angepasst wird, während die Kraftstoffeinspritzung beibehalten wird, um das Motordrehmoment beizubehalten.
  • Wenn keine Gelegenheit besteht, bei 310 die Feuchte zu messen, oder wenn TCURRENT bei 312 kleiner als TPERIOD ist oder wenn die Zusatzeinrichtungen keine potentielle Feuchteänderung 314 anzeigen, dann kann die Routine weiter zu 332 gehen, um die Ammoniakeinspritzdosierung zu steuern. Das Kästchen bei 332 ist mit einem Kästchen mit gestrichelter Linie gezeigt, um seine optionale Natur anzuzeigen, und kann bei einigen Beispielen der Routine 300 weggelassen werden. Ein Beispiel von 332 ist nachstehend in 4 bei Routine 400 beschrieben. Nach dem Steuern der Ammoniakeinspritzdosierung umfasst die Routine das Inkrementieren der Variablen TCURRENT um eins. Schließlich kann die Routine nach 334 enden.
  • Bei 332 und 334 kann die Routine in einem zweiten Modus arbeiten, wie durch das gestrichelte Kästchen 330 gezeigt ist. Der zweite Modus 330 umfasst das Steuern der Ammoniakeinspritzdosierung mittels Rückmeldung von dem Ammoniaksensor, beispielsweise bei 332, und wie in Routine 400 weiter beschrieben wird, wie nachstehend in 4 beschrieben. Weiterhin kann der zweite Modus das Anpassen von Ammoniakeinspritzung als Reaktion auf den Ammoniaksensor umfassen und kann zusätzlich das Korrigieren einer Ammoniakmenge umfassen, die auf Umgebungsfeuchte gemessen wird. Weiterhin kann der zweite Modus 330 das Anheben oder Senken weiterer Motorparameter, beispielsweise Luftmassenstrom, eingespritzter Kraftstoff oder HVAC-Entfeuchtung, als Reaktion auf Umgebungsfeuchte (wie zum Beispiel in dem ersten Modus 320 bei 324 detektiert) umfassen. Allgemeiner kann die gefolgerte Feuchte verwendet werden, um einen Motorparameter abzuwandeln, um den Motor zum Verringern von Emissionen und zum Verbessern von Kraftstoffwirtschaftlichkeit zu optimieren.
  • In dem vorliegenden Beispiel von Routine 300 zeigt Kästchen 320 einen ersten Modus und Kästchen 330 einen zweiten Modus an. In weiteren Beispielen kann Kästchen 320 aber ein zweiter Modus sein und Kästchen 330 kann ein erster Modus sein. Ferner kann jeder Betriebsmodus weitere Betriebsmodi umfasse. In einem solchen Beispiel umfasst der zweite Modus 330 einen weiteren ersten Modus, der das Anpassen von Motorbetrieb als Reaktion auf eine von dem Ammoniaksensor festgestellte Ammoniakmenge umfasst, und einen weiteren zweiten Modus, der das Anpassen von Motorbetrieb als Reaktion auf eine von dem Ammoniaksensor festgestellte Umgebungsfeuchte umfasst.
  • 4 zeigt eine beispielhafte Routine 400 zum Steuern von Ammoniakdosierung zu einem SCR-Katalysator. Die Routine 400 ist ein Beispiel einer Subroutine einer Übersichtsroutine 300, die bei 332 eingeschlossen ist. In weiteren Beispielen kann die Routine 400 aber unabhängig von Routine 300 laufen. Weiterhin ist die Routine 400 ein Beispiel für Befehle, um während eines Modus beruhend auf einem Messwert des Ammoniaksensors Reduktionsmittel einzuspritzen.
  • Die Routine 400 umfasst bei 410 das Messen einer Ammoniakkonzentration. Wie vorstehend beschrieben kann ein beispielhafter Ammoniaksensor ein EMF (das ein Konzentrationssignal sein kann) erzeugen, das weiterhin mit einem Partialdruck eines Abgases eines Motors korreliert werden kann. Wenn die Feuchte und Sauerstoffkonzentration bekannt sind, zum Beispiel durch einen Lambda-Sensor oder durch Routine 500, wie nachstehend beschrieben, kann die Ammoniakkonzentration in dem Gas abgeleitet werden. In einem weiteren Beispiel umfasst die Routine 400 bei 412 das Anpassen des Ammoniakmesswerts von dem Sensor mit Hilfe von Feuchtekonzentration und dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis in Verbindung mit einer Lookup-Tabelle beruhend auf 6 (nachstehend beschrieben), um Ammoniakkonzentration abzuleiten.
  • Bei 412 umfasst die Routine 400 das Ermitteln, ob Ammoniakkonzentration unter einem ersten Schwellenwert liegt. Der erste Schwellenwert kann ein NOx-Emissionsschwellenwert sein, so dass, wenn die Ammoniakkonzentration unter dem ersten Schwellenwert liegt, unerwünschte NOx-Emissionen von dem Motor in die Atmosphäre ausgestoßen werden können. Wenn die Ammoniakkonzentration unter dem ersten Schwellenwert liegt, kann die Routine weiter zu 414 gehen, was das Vergrößern einer Harnstoffdosismenge, die zu dem SCR-Katalysator einzuspritzen ist, um einen inkrementellen Betrag umfasst. In anderen Beispielen der Routine 400 kann die Zunahme proportional zu einer anderen gemessen Motorbedingung sein, beispielsweise Motorlast, statt eine inkrementelle Zunahme zu sein. Nach 414 geht die Routine dann zu 420 weiter, um die vergrößerte Dosismenge einzuspritzen, und dann kann die Routine enden.
  • Wenn die Ammoniakkonzentration bei 412 nicht unter einem ersten Schwellenwert liegt, kann die Routine weiter zu 416 gehen, was das Ermitteln umfasst, ob die Ammoniakkonzentration über einem zweiten Schwellenwert liegt. Der zweite Schwellenwert kann ein Ammoniakschlupf-Schwellenwert sein, so dass, wenn die Ammoniakkonzentration über dem zweiten Schwellenwert liegt, unerwünschtes Ammoniak von dem Motor in die Atmosphäre ausgestoßen werden kann und/oder übermäßigen Gebrauch von Reduktionsmittel anzeigen kann. Wenn die Ammoniakkonzentration über dem zweiten Schwellenwert liegt, kann die Routine weiter zu 418 gehen, was das Verringern einer Harnstoffdosismenge, die zu dem SCR-Katalysator einzuspritzen ist, um einen inkrementellen Betrag umfasst. Analog zu 414, das vorstehend erläutert wurde, kann in weiteren Beispielen der Routine 400 das Verringern der Harnstoffdosis statt inkrementell proportional zu den anderen überwachten Motorparametern und Bedingungen wie Motorlast und Abgastemperatur erfolgen. Nach 418 geht die Routine dann zu 420 weiter, um die verringerte Dosismenge einzuspritzen, und dann kann die Routine enden.
  • Wenn schließlich die Ammoniakkonzentration nicht über einem zweiten Schwellenwert liegt und nicht unter einem ersten Schwellenwert liegt, kann die Routine zu 420 weitergehen, wo sie eine Harnstoffdosismenge einspritzt. Die Dosismenge kann die gegenüber einer vorherigen Iteration der Routine 400 ungeänderte Dosismenge sein oder kann ein vorab festgelegter Wert sein. Weiterhin kann die Dosismenge eine beruhend auf Motormessungen und Bedingungen wie Motorlast, Motordrehzahl, Kraftstoffeinspritzmenge, Luft/Kraftstoff-Verhältnis, Abgastemperatur, Abgasdruck und dergleichen, erwartete Menge sein. In weiteren Beispielen der Routine 400 kann der Harnstoff durch Ammoniak oder andere NOx-Reduktionsmittel ersetzt sein. Ferner können Einspritzraten statt Mengen verwendet werden.
  • Unter Bezug nun auf 5 ist eine beispielhafte Routine 500 zum Messen von Feuchte mittels eines Ammoniaksensors gezeigt. Routine 500 ist ein Beispiel einer Subroutine, die in der Übersichtsroutine bei 324 enthalten ist. In weiteren Beispielen kann die Routine 500 aber unabhängig von Routine 300 laufen.
  • Die Routine 500 ist ein Beispiel eines Verfahrens zum Messen von Feuchte mittels eines Ammoniaksensors in einem Auslass eines Motors, umfasst das Messen einer ersten Ammoniakkonzentration bei einem ersten Luft/Kraftstoff-Verhältnis, Stören des ersten Luft/Kraftstoff-Verhältnisses hin zu einem zweiten Luft/Kraftstoff-Verhältnis, Messen einer zweiten Ammoniakkonzentration bei einem zweiten Luft/Kraftstoff-Verhältnis und Berechnen oder Ermitteln von Feuchte beruhend auf einer Differenz der ersten Ammoniakkonzentration und der zweiten Ammoniakkonzentration.
  • Zunächst umfasst die Routine 500 bei 510 das Ermitteln, ob Motorbedingungen in einem stationären Zustand sind. Stationäre Bedingungen können konstanten Abgasstrom, konstante Temperatur, konstanten Druck, konstante Ammoniakkonzentrationen, konstante Konzentration von NOx und anderen Gasspezies umfassen. Wenn sich der Motor nicht in einem stationären Zustand befindet, kann die Routine den Test wiederholen, bis sich der Motor in einem stationären Zustand befindet. Weitere Beispiele der Routine 500 kann Prozesse, Vorrichtungen oder Systeme zum Herbeiführen von stationären Motorbedingungen vor dem Zurückkehren zu 510 umfassen. Stationäre Motorbedingungen sind aber keine Erfordernis für das Ausführen weiterer Maßnahmen in Routine 500, solange die Sauerstoffkonzentration bekannt ist. Die Abgrenzung bei 510 ist gestrichelt, um die optionale Natur der Ermittlung anzuzeigen, und weitere Beispiele von Routine 500 umfassen nicht 510.
  • Als Nächstes geht die Routine zu 512 weiter, das das Messen einer ersten Ammoniakkonzentration bei einem ersten Luft/Kraftstoff(A/F)-Verhältnis umfasst. Wie vorstehend beschrieben kann ein beispielhafter Ammoniaksensor eine EMF (die ein Konzentrationssignal sein kann) durch Katalyse an einer beispielhaften Elektrode erzeugen; solche EMFs werden dann verwendet, um NH3-Konzentration abzuleiten. Sobald eine Messung erfolgt ist, kann die Routine 500 fortfahren, um bei 514 das erste A/F-Verhältnis zu einem zweiten A/F-Verhältnis zu stören. Das Stören des ersten A/F-Verhältnisses kann das Erzeugen einer Rechteckwellen-Pulsweite (PW) in den Kraftstoffeinspritzvorrichtungen in dem Motor und/oder das Ändern von Motorluftstrom umfassen. Die Rechteckwellen-PW kann ein Rechteckwellenmuster sein, und infolge der Rechteckwellen-PW kann das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases zwischen einem ersten Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases und einem zweiten Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases schwanken. Das Stören des ersten A/F-Verhältnisses kann als Reaktion auf eine Nutzereingabe oder einen Fahrerbefehl, beispielsweise einen Vorgang des Gasgebens oder Gaswegnehmens, erfolgen, wie vorstehend unter Bezug auf 310, 3, beschrieben ist. Ferner kann die Störung eine schnellere Änderung von Prozent O2 als eine Prozentänderung von NH3 herbeiführen.
  • Als Nächstes umfasst die Routine bei 516 das Messen einer zweiten Ammoniakkonzentration bei einem zweiten A/F-Verhältnis. Schließlich umfasst die Routine bei 518 das Berechnen von Feuchte beruhend auf einer Differenz einer ersten Ammoniakkonzentration und einer zweiten Ammoniakkonzentration. Die Berechnung kann mit Hilfe von Signalen erfolgen, die durch die vorgegebenen Konzentrationen von Gasen erzeugt werden. In einem Beispiel wird eine erste Ammoniakkonzentration gemessen, wenn Sauerstoff bei 5 Prozent der Masse der Luft liegt (in etwa 20:1 Luft/Kraftstoff-Verhältnis), und eine zweite Ammoniakkonzentration wird gemessen, wenn Sauerstoff bei 14 Prozent der Masse der Luft liegt (in etwa 50:1 Luft/Kraftstoff-Verhältnis). Wie in der nachstehend beschriebenen 6 gezeigt ist, ergibt sich aus den Messungen der Ammoniakkonzentration, die bei einer vorgegebenen Feuchte vorgenommen werden, ein Fehler.
  • Die NH3-Konzentration sollte mit anderen Worten relativ konstant bleiben, und da die Sauerstoffkonzentration während jeder der Ammoniakkonzentrationsmessungen bekannt ist (entweder aus motorberechnetem Prozent O2 oder Sensormessungen von Sauerstoff), stammt der sich ergebende Fehler dann aus Feuchte, wenn zwischen der ersten und der zweiten Ammoniakkonzentrationsmessung eine Diskrepanz vorliegt.
  • Die nachstehend näher erläuterte 6 zeigt Beispiele für solche resultierenden Messungen von Ammoniakkonzentration. Wenn die Feuchte trocken ist (0 Prozent Wasserdampfmasse in dem Abgas bei 610), geht das Signal nach oben, wenn der Prozentsatz zweiatomigen Sauerstoffs nach oben geht, und das EMF-Signal geht nach unten, wenn der Prozentsatz zweiatomigen Sauerstoffs nach unten geht. Wenn die Feuchte nass ist (6% oder 60 g Wasser pro kg Luft, wie bei 670 gezeigt), geht das Signal nach unten, wenn der Prozentsatz zweiatomigen Sauerstoffs hoch geht, und das Signal geht nach oben, wenn der Prozentsatz zweiatomigen Sauerstoffs nach unten geht.
  • Zurück zu 5 wird in einem Beispiel ein verallgemeinerter Fehler des Ammoniakkonzentrationssignals unter Verwenden eines beispielhaften Delta berechnet (z. B. bei 518):
  • (2. Ammoniakkonzentrationssignal – 1. Ammoniakkonzentrationssignal)
    • √(((2. Ammoniakkonzentrationssignal)^2)/2 + ((1. Ammoniakkonzentrationssignal)^2)/2)
  • Aufgrund der Dynamik eines beispielhaften Motors kann unter stationären Bedingungen eine Änderung der NH3-Konzentration verglichen mit einer Änderung von Prozent O2 (d. h. A/F-Verhältnis) langsam sein. Folglich kann eine Änderung der EMF von dem NH3-Sensor im Wesentlichen auf die Änderung von Prozent O2 und die Einlassfeuchte (g/kg H2O) zurückzuführen sein. Ferner ist das vorstehende beispielhafte Delta unabhängig von Ammoniakkonzentration und beruht allein auf einem EMF-Signal, das von dem Ammoniaksensor erzeugt wird, und ist unabhängig von einer tatsächlichen Ammoniakkonzentration in dem Abgas. Das beispielhafte Delta ist eine Möglichkeit, den Partialdruck aufgrund von Feuchte in Abgas nachzuverfolgen. Weiterhin kann die berechnete Feuchte eine Umgebungsfeuchte sein (wie vorstehend erläutert).
  • Sobald die Routine das Berechnen der Feuchte beruhend auf der Differenz der ersten und zweiten Ammoniakkonzentration bei 518 beendet hat, kann die Routine enden. Zusätzliche Prozesse in Routine 500 oder zusätzliche Subroutinen, die in einem Motorsteuersystem laufen gelassen werden, können aber den berechneten oder gefolgerten Feuchtewert verwenden. Optional (wie durch das gestrichelte Kästchen gezeigt) kann die Routine 500 als Reaktion auf die berechnete Umgebungsfeuchte zu 520 zum Anpassen eines Betriebsparameters weitergehen. Zum Beispiel kann eine Luftmassenstrommenge als Reaktion auf die Umgebungsfeuchte vergrößert oder verkleinert werden. Analog kann eine Menge des in einen beispielhaften Motorzylinder (z. B. einen vorstehend unter Bezug auf 1 beschriebenen Brennraum 30) eingespritzten Kraftstoffs als Reaktion auf Umgebungsfeuchte vergrößert oder verkleinert werden. In einem weiteren Beispiel kann ein HVAC-System als Reaktion auf die detektierte Feuchte Entfeuchtung steigern oder verringern. In einem noch weiteren Beispiel kann ein AGR-Ventil die Menge von AGR, die zu dem Motor zurückgeführt wird, als Reaktion auf die detektierte Feuchte vergrößern oder verkleinern. In einem noch weiteren Beispiel können Messwerte von Abgassauerstoff und/oder NOx-Konzentration beruhend auf der detektierten Feuchte angepasst werden. Das Anpassen eines bestimmten Motorbetriebsparameters kann als Teil des Arbeitens in einem Motormodus (z. B. zweiter Motormodus 330, der vorstehend unter Bezug auf 3 beschrieben ist) enthalten sein. Ferner kann die Ammoniakkonzentration mit Hilfe von Informationen über detektierte Feuchte, beispielsweise bei 410 in Routine 400, wie vorstehend unter Bezug auf 4 beschrieben ist, angepasst werden.
  • Auf diese Weise kann Umgebungsfeuchte mittels eines Ammoniaksensors gemessen werden, und der detektierte Wert kann verwendet werden, um Motorsteuerparameter, Fahrzeuginnenraumklima, AGR-Systeme und SCR-Systeme zu steuern und zu präzisieren. Ferner hat die gefolgerte Messung der Feuchte den Vorteil niedrigerer Kosten als das Hinzufügen eines zusätzlichen Sensors und ist zuverlässiger, da es weniger Teile gibt.
  • Ferner ist Routine 500 ein Beispiel für Befehle, um während eines Modus ein erstes Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases zu erzeugen, einen zweiten Messwert eines Ammoniaksensors bei dem ersten Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases (z. B. bei 512) zu empfangen, ein zweites Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases (z. B. bei 514) zu erzeugen, einen dritten Messwert des Ammoniaksensors bei dem zweiten Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases (z. B. bei 516) zu empfangen, Umgebungsfeuchte beruhend auf einer Differenz zwischen dem zweiten und dritten Messwert des Ammoniaksensors (z. B. bei 518) zu ermitteln und das Reduktionsmittel beruhend auf dem ersten Messwert des Ammoniaksensors (z. B. bei 322, wie vorstehend in 3 beschrieben) einzuspritzen.
  • 6 ist ein Graph, der beispielhafte Beziehungen zwischen einem Fehler der durch einen beispielhaften Ammoniaksensor gemessenen Feuchte und Luft/Kraftstoff-Verhältnissen für verschiedene Feuchtebeträge veranschaulicht. Jede Kurve stellt eine konstante Feuchte gemessen in Gramm Wasserdampf zu Kilogramm Luft dar. Die Kurve 610 ist eine trockene Kurve (0 g/kg), Kurve 620 liegt bei 3 g/kg, Kurve 630liegt bei 7 g/kg, Kurve 640 liegt bei 10 g/kg, Kurve 650 liegt bei 20 g/kg, Kurve 660 liegt bei 40 g/kg und Kurve 670 liegt bei 60 g/kg. Beruhend auf solchen Trends kann ein Beispielkennfeld, eine Lookup-Tabelle oder eine ähnliche Berechnung verwendet werden, um Feuchte aus Signalen zu ermitteln, die mit Ammoniaksensorkonzentrationen in Verbindung stehen, wie zum Beispiel in 518 in 5 geschehen ist.
  • Weiter mit 6 dringt in einem Beispiel der Kurve 610 trockene Luft in einen beispielhaften Einlass (z. B. Einlasskanal 42) ein, und das Luft/Kraftstoff-Verhältnis (A/F) wird schrittweise von 30:1 auf 70:1 angehoben, ein EMF-Signal steigt von –5 mV auf +25 mV. Eine solche Änderung zeigt, dass die Umgebungsluft trocken ist. Zum Vergleich bleibt bei einer höheren Feuchte (zum Beispiel Kurve 670 mit 60 g H2O/kg Luft) eine Messung bei –25 mV vor und nach einer Störung zu dem A/F-Verhältnis, beispielsweise eine beispielhafte Prozent-O2-Rechteckwellenschwankung (z. B. Änderung des A/F-Verhältnisses von 30:1 auf 70:1) konstant. Auf diese Weise kann eine konstante EMF-Messung eines beispielhaften NH3-Sensors Feuchte anzeigen.
  • Weiterhin kann ein Einlasstemperaturmesswert (zum Beispiel überwacht durch 121) kombiniert mit psychometrischen Sättigungswerten (die in manchen Beispielen als Tabelle in einem Speicher von Steuergerät 12 gespeichert sind) verwendet werden, um die Werte beispielhafter Kennfelder, Lookup-Tabellen oder ähnlicher Berechnungen, die zum Ermitteln von Feuchte aus Signalen, die Ammoniaksensorkonzentrationen zugeordnet sind (wie vorstehend beschrieben), verwendet werden, zu prüfen und/oder zu korrigieren. In einem Beispiel ist eine Ansauglufttemperatur sehr kalt, beispielsweise –45 Grad Celsius (–50 Grad Fahrenheit), der psychometrische Sättigungswert von Feuchte liegt bei 0,02 g/kg. Somit sollte eine Änderung der EMF nahe der durch Linie 610 vorhergesagten liegen. In einem weiteren Beispiel kann ein Messwert der Ansauglufttemperatur von 32 Grad Celsius (90 Grad Fahrenheit) einen psychometrischen Sättigungswert bei 31 g/kg oder zwischen den Linien 650 und 660 von 6 aufweisen. Daher sollte die erwartete Änderung der EMF von dem NH3-Sensor bei einer bestimmten A/F-Störung, beispielsweise bei einer Prozent-O2-Rechteckwelle, klein sein. Ferner kann die Ansauglufttemperatur mit einer Anzeige kombiniert werden, dass eine Fahrzeugzusatzeinrichtung aktiv ist (beispielsweise Scheibenwischer), um feuchte Umgebungsbedingungen anzuzeigen. Folglich kann das Prüfen während verschiedener Temperaturbedingungen die Genauigkeit von Kurven, die zum Berechnen von Feuchtemessungen, beispielsweise 610, 620, 630, etc. von 6 verwendet werden, bestätigen oder verwerfen.
  • Weiterhin können Kalibrierungskurven, wie sie in 6 (z. B. bei 610, 620, etc.) gezeigt sind, von der Auslegung des NH3-Sensors und der Art, wie er gefertigt ist, abhängen. Daher kann die A/F- und Feuchtekurve festgelegt sein und nicht mit der Zeit geändert werden. Wenn alternativ ermittelt wird, dass die Auslegung oder Fertigung des NH3-Sensors auf der Grundlage von Teil zu Teil zu einer Variablen der Kurven führt, dann kann eine Teilfeststellung eines beispielhaften Sensors oder eines Konnektors des Sensors eine Reihe von A/F- und Feuchtekalibrierungskurven ermitteln. Zum Beispiel könnte ein getrimmter Widerstand in dem Konnektor oder ein einfacher Speicherchip in dem Konnektor durch ein beispielhaftes Steuersystem (z. B. Steuersystem 14) detektiert werden. In einem Beispiel würde das Steuergerät eine Lookup-Tabelle für diesen bestimmten NH3-Sensor, der angeschlossen ist, heranziehen und die korrekte A/F- und Feuchtetabelle haben, um die Umgebungsfeuchte zu finden.
  • Zu beachten ist, dass die hierin enthaltenen beispielhaften Steuer- und Schätzroutinen mit verschiedenen Motor- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Die hierin beschriebenen spezifischen Routinen können ein oder mehrere einer Reihe von Verarbeitungsstrategien darstellen, beispielsweise ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen. Daher können verschiedene gezeigte Arbeitsgänge, Schritte oder Funktionen in der gezeigten Abfolge oder parallel ausgeführt oder in manchen Fällen ausgelassen werden. Analog ist die Reihenfolge der Verarbeitung nicht unbedingt erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hier beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen zu verwirklichen, wird aber zur besseren Veranschaulichung und Beschreibung vorgesehen. Einer oder mehrere der gezeigten Arbeitsgänge oder Funktionen können abhängig von der jeweils eingesetzten Strategie wiederholt ausgeführt werden. Weiterhin können die beschriebenen Arbeitsgänge einen in das maschinenlesbare Speichermedium in dem Motorsteuersystem einzuprogrammierenden Code graphisch darstellen.
  • Es versteht sich, dass die hierin offenbarten Konfigurationen und Routinen beispielhafter Natur sind und dass diese spezifischen Ausführungen nicht einschränkend aufgefasst werden dürfen, da zahlreiche Abänderungen möglich sind. Zum Beispiel kann die obige Technologie auf V-6, I-4, I-6, V-12, Gegenkolben- und andere Motorausführungen angewendet werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung umfasst alle neuartigen und nicht nahe liegenden Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen sowie andere Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften, die hierin offenbart werden.
  • Die folgenden Ansprüche zeigen insbesondere bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen auf, welche als neuartig und nicht nahe liegend betrachtet werden. Diese Ansprüche können auf „ein” Element oder „ein erstes” Element oder eine Entsprechung desselben verweisen. Diese Ansprüche sind so zu verstehen, dass sie das Integrieren eines oder mehrerer solcher Elemente umfassen, wobei sie zwei oder mehrere dieser Elemente weder fordern noch ausschließen. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Abänderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Vorlage neuer Ansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden.
  • Solche Ansprüche werden, ob sie nun gegenüber dem Schutzumfang der ursprünglichen Ansprüche breiter, enger, gleich oder unterschiedlich sind, ebenfalls als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthalten betrachtet.

Claims (19)

  1. Verfahren für einen Motor, der einen Auslass mit einem Ammoniaksensor aufweist, welches umfasst: Anpassen eines Betriebsparameters als Reaktion auf Umgebungsfeuchte, wobei die Umgebungsfeuchte auf einem ersten Ammoniaksensormesswert bei einem ersten Luft/Kraftstoff-Verhältnis von Abgas und einem zweiten Ammoniaksensormesswert bei einem zweiten Luft/Kraftstoff-Verhältnis von Abgas beruht.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Betriebsparameter ein Motorparameter ist und wobei der erste Ammoniaksensormesswert eine erste Ammoniakkonzentration ist und der zweite Ammoniaksensormesswert eine zweiten Ammoniakkonzentration ist, wobei das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases zwischen dem ersten Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases und dem zweiten Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases schwankt.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Umgebungsfeuchte auf einer Differenz zwischen der ersten Ammoniakkonzentration und der zweiten Ammoniakkonzentration beruht und weiterhin auf einem Partialdruck von Wasserdampf in dem Abgas beruht.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das der Abgasdurchfluss des Motors sich bei Feststellen des ersten Ammoniaksensormesswerts und des zweiten Ammoniaksensormesswerts im Wesentlichen bei stationärem Zustand befindet, wobei sich das erste Luft/Kraftstoff-Verhältnis von dem zweiten Luft/Kraftstoff-Verhältnis unterscheidet, wobei das erste Luft/Kraftstoff-Verhältnis mager ist und das zweite Luft/Kraftstoff-Verhältnis mager ist.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, welches weiterhin während stationärer Abgasstrombedingungen das Stören des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases zwischen dem ersten Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases und dem zweiten Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases durch Anpassen von Kraftstoffeinspritzung in einem Rechteckwellenmuster und während eines stationären Fahrerbefehls umfasst.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, welches weiterhin das Stören des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases zwischen dem ersten Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases und dem zweiten Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases als Reaktion auf ein von einem Fahrer angeordneten Gasgeben und Gaswegnehmen umfasst.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Ammoniaksensor umfasst: eine erste Isolierschicht, die eine Ammoniakelektrode und eine NOx-Elektrode umfasst, wobei die Ammoniakelektrode mit einem ersten Kontaktierungsflecken verbunden ist und die NOx-Elektrode mit einem zweiten Kontaktierungsflecken verbunden ist; eine zweite Isolierschicht, die eine Referenzelektrode umfasst, die mit einem weiteren Kontaktierungsflecken verbunden ist; und einen Elektrolyten, wobei jede Elektrode in physikalischer und ionischer Verbindung mit dem Elektrolyten steht und die erste Schicht, die zweite Schicht und der Elektrolyt alle in einem Gehäuse angeordnet sind.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei sich der Ammoniaksensor stromabwärts eines Katalysators für selektive katalytische Reduktion befindet, wobei der Katalysator mittels Harnstoffeinspritzung Harnstoff aufnimmt.
  9. Verfahren, welches einen Ammoniaksensor in einem SCR-System eines Motorauslasses verwendet, welches umfasst: in einem ersten Modus das Feststellen von Umgebungsfeuchte durch Messen einer Ammoniakkonzentration mittels des Ammoniaksensors während zwei verschiedenen Luft/Kraftstoff-Verhältnissen, wobei das Messen als Reaktion auf einen Hinweis auf eine potentielle Feuchteänderung erfolgt.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, welches weiterhin umfasst: in einem zweiten Modus das Steuern einer Ammoniakeinspritzdosierung mittels Rückmeldung von dem Ammoniaksensor, wobei während des ersten Modus die Ammoniakeinspritzdosierung unabhängig von einer aktuellen Rückmeldung des Ammoniaksensors ist und auf einer vorherigen Rückmeldung des Ammoniaksensors beruht.
  11. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Hinweis auf potentielle Feuchteänderung auf einem Fahrzeugklimasteuerungsparameter beruht.
  12. Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Hinweis auf potentielle Feuchteänderung auf einer Scheibenwischerbedingung beruht.
  13. System, welches umfasst: einen Motor mit einem Auslass; einen SCR-Katalysator, der in dem Auslass verbaut ist; ein Reduktionsmitteleinspritzsystem, das mit dem Auslass verbunden ist; einen Ammoniaksensor, der stromabwärts des SCR-Katalysators mit dem Auslass verbunden ist; und ein Steuergerät, das ein maschinell lesbares Speichermedium mit Befehlen darauf enthält, welches umfasst: Befehle, um während eines ersten Modus beruhend auf einem ersten Messwert des Ammoniaksensors Reduktionsmittel einzuspritzen; und Befehle, um während eines zweites Modus nach dem ersten Modus: ein erstes Luft/Kraftstoff-Verhältnis von Abgas zu erzeugen; einen zweiten Messwert des Ammoniaksensors bei dem ersten Luft/Kraftstoff-Verhältnis von Abgas zu empfangen; ein zweites Luft/Kraftstoff-Verhältnis von Abgas zu erzeugen; einen dritten Messwert des Ammoniaksensors bei dem zweiten Luft/Kraftstoff-Verhältnis von Abgas zu empfangen; Umgebungsfeuchte beruhend auf einer Differenz zwischen dem zweiten und dritten Messwert des Ammoniaksensors zu ermitteln; und das Reduktionsmittel beruhend auf dem ersten Messwert des Ammoniaksensors einzuspritzen, wobei der erste Messwert für Umgebungsfeuchte korrigiert ist.
  14. System nach Anspruch 13, wobei der Ammoniaksensor umfasst: eine erste Isolierschicht, die eine Ammoniakelektrode und eine NOx-Elektrode umfasst, wobei die Ammoniakelektrode mit einem ersten Kontaktierungsflecken verbunden ist und die NOx-Elektrode mit einem zweiten Kontaktierungsflecken verbunden ist; eine zweite Isolierschicht, die eine Referenzelektrode umfasst, die mit einem weiteren Kontaktierungsflecken verbunden ist; und einen Elektrolyten, wobei jede Elektrode in physikalischer und ionischer Verbindung mit dem Elektrolyten steht.
  15. System nach Anspruch 13, wobei während des zweiten Modus das Steuergerät Befehle umfasst, um das Reduktionsmittel beruhend auf dem ersten Messwert, aber unabhängig von dem zweiten Messwert des Ammoniaksensors einzuspritzen.
  16. Verfahren für einen Motor, der einen Ammoniaksensor in einem Auslass stromabwärts eines SCR-Katalysators aufweist, welches umfasst: während eines ersten Modus Anpassen von Ammoniakeinspritzung als Reaktion auf den Sensor; und während eines zweiten Modus Anpassen von Ammoniakeinspritzung unabhängig von dem Sensor, während beruhend auf dem Sensor Umgebungsfeuchte angezeigt wird.
  17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Motor ein Dieselmotor ist und während des zweiten Modus die Umgebungsfeuchte auf einem ersten Ammoniaksensormesswert bei einem ersten mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis und auf einem zweiten Ammoniaksensormesswert bei einem zweiten mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis beruht, wobei die Umgebungsfeuchte weiterhin auf dem ersten und zweiten mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis beruht.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Motorluftstrom zwischen einem ersten Motorluftstrom und einem zweiten Motorluftstrom angepasst wird, um das erste bzw. zweite magere Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu erzeugen, wobei der Motorluftstrom angepasst wird, während die Kraftstoffeinspritzung beibehalten wird, um Motordrehmoment beizubehalten.
  19. Verfahren, das einen Ammoniaksensor in einem SCR-System des Auslasses verwendet, welches umfasst: während eines ersten Modus Anpassen von Motorbetrieb als Reaktion auf eine von dem Ammoniaksensor festgestellte Ammoniakmenge; und während eines zweiten Modus Anpassen von Motorbetrieb als Reaktion auf eine von dem Ammoniaksensor festgestellte Umgebungsfeuchte.
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