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Gebiet
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Die
vorliegende Anmeldung betrifft Verfahren und Systeme für die Schadstoffbegrenzung
eines Fahrzeugs mit mehr als einem Bereich für selektive katalytische Reduktion
(SCR, kurz vom engl. selektive catalytic reduction).
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Hintergrund und Zusammenfassung
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Systeme
für selektive
katalytische Reduktion (SCR) können
in einem Fahrzeug zum Erleichtern von Reduktion von Motorrohemissions-NOx
durch ein Reduktionsmittel, beispielsweise Harnstoff oder Ammoniak,
verwendet werden. Ein SCR-System umfasst das Einspritzen des Reduktionsmittels
stromaufwärts
eines SCR-Katalysators, wo das Reduktionsmittel oder die Reduktionsmittelprodukte
mit NOx reagieren können,
um Nebenprodukte wie Stickstoff und Wasser zu erzeugen. Es gibt
aber bei SCR-Systemen
einen Kompromiss zwischen einer eingespritzten Reduktionsmittelmenge
und NOx-Umwandlungswirkungsgrad. Wenn nämlich eine große Menge Reduktionsmittel
eingespritzt wird, kann eine große Menge Reduktionsmittel an
einem SCR-Katalysator gespeichert werden, und somit kann ein hoher NOx-Umwandungswirkungsgrad
vorliegen. Es besteht aber auch ein Risiko, dass Reduktionsmittel
zu einem Abgasendrohr „schlüpft”. Wenn
dagegen eine kleinere Menge Reduktionsmittel eingespritzt wird, sinkt
der NOx-Umwandlungswirkungsgrad und NOx-Emissionen können durch
das Abgasendrohr ausgestoßen
werden.
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Ein
NOx-Reduktionssystem, das ein erstes und zweites Katalysatorbett
in Reihe aufweist, ist in U.S.-Patentanmeldung US. 2005/0284134A1
(Radhamohan et al) beschrieben. Das System umfasst einen ersten
Ammoniakinjektor, der stromaufwärts
des ersten Katalysatorbetts positioniert ist, und einen zweiten
Ammoniakinjektor, der stromabwärts
des ersten Katalysatorbetts und stromaufwärts des zweiten Katalysatorbetts
positioniert ist. Der erste Ammoniakinjektor ist ausgelegt, um eine
Ammoniakmenge einzuspritzen, die kleiner als ein stöchiometrisches Verhältnis ist,
um nur einen Teil des NOx zu reduzieren, das an dem ersten Katalysatorbett
aufgenommen wird. Der zweite Injektor wird gesteuert, um eine Menge
eines Reduktionsmittels einzuspritzen, um so einen Teil oder das
gesamte verbleibende NOx, das von dem ersten Katalysatorbett zu
dem zweiten Katalysatorbett strömt,
zu entfernen.
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Die
Anmelder haben dagegen Systeme und Verfahren zum Manipulieren der
Leistung von mehreren Bereichen eines SCR-Systems durch Steuern von
Reduktionsmittel, das stromaufwärts
eines ersten SCR-Bereichs geliefert wird, entwickelt. Ein beispielhaftes
Schadstoffbegrenzungssystem eines Fahrzeugs umfasst einen ersten
SCR-Bereich stromaufwärts
eines zweiten SCR-Bereichs. Ein beispielhaftes Verfahren zum Steuern
des Schadstoffbegrenzungssystems umfasst in einem ersten Modus das
Anpassen einer Menge von Reduktionsmittel, die stromaufwärts des
ersten SCR-Bereichs geliefert wird, beruhend auf einem Zustand des
ersten SCR-Bereichs. Das Verfahren umfasst weiterhin in einem zweiten
Modus das Anpassen der Menge des Reduktionsmittels, die stromaufwärts des
ersten SCR-Bereichs geliefert wird, beruhend auf einem Zustand des
zweiten SCR-Bereichs. Der erste SCR-Bereich kann zum Beispiel bezüglich des
zweiten SCR-Bereichs stromaufwärts
positioniert sein.
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Durch
selektives Anpassen der stromaufwärts erfolgenden Reduktionsmittelzufuhr
auf diese Weise ist es möglich,
den Betrieb und die Leistung jedes von erstem und zweitem SCR-Bereich
anzupassen, um abhängig
von Betriebsbedingungen verschiedene Betriebsmodi vorzusehen. Auf
diese Weise kann ein hoher NOx-Umwandlungswirkungsgrad beibehalten
werden, während
ein Risiko von Reduktionsmittelschlupf über einem breiteren Bereich
von Betriebsbedingungen gesteuert werden kann, ohne dass eine unabhängige Steuerung
von Reduktionsmittelzufuhr zu jedem SCR-Bereich erforderlich ist. Wenn
zum Beispiel der stromaufwärts
liegende Bereich eine verringerte Kapazität aufweist, kann es erwünscht sein,
eine höhere
Speichermenge in dem stromabwärts
liegenden Bereich vorzusehen und NOx-Umwandlung in dem stromabwärts liegenden Bereich
stärker
zu nutzen. Hier kann die Reduktionsmittelzufuhr beruhend auf dem
Speicherwert des stromabwärts
liegenden SCR-Bereichs angepasst werden. Wenn aber der stromaufwärts liegende
Bereich eine erhöhte
Kapazität
hat, kann es erwünscht sein,
in dem stromaufwärts
liegenden Bereich eine höhere
Speichermenge vorzusehen und NOx-Umwandlung in dem stromaufwärts liegenden
Bereich stärker
zu nutzen. Hier kann die Reduktionsmittelzufuhr beruhend auf dem
Speicherwert des stromaufwärts
liegenden SCR-Bereichs angepasst werden. Auf diese Weise kann die
Gesamtleistung verbessert werden.
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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.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine schematische Ansicht eines Zylinders eines Motors und eines
Schadstoffbegrenzungssystems, wie sie hierin beschrieben werden.
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2 ist
eine schematische Ansicht eines beispielhaften SCR-Systems mit zwei
SCR-Bereichen.
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3 ist eine beispielhafte schematische Ansicht
einer anderen Ausführungsform
eines SCR-Systems mit zwei Zonen.
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4 ist eine beispielhafte schematische Ansicht
einer anderen Ausführungsform
eines SCR-Systems mit zwei SCR-Bereichen und einem Oxidationskatalysator.
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5 ist
ein Graph, der den Wirkungsgrad der Reduktionsmittelumwandlung zu
NOx durch zwei unterschiedliche Oxidationskatalysatoren zeigt.
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6 ist
ein Graph, der eine Reduktionsmittelkonzentration stromabwärts von
zwei unterschiedlichen Oxidationskatalysatoren zeigt.
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7 ist
ein Graph, der einen NOx-Umwandlungswirkungsgrad gegen Zeit von
zwei SCR-Bereichen mit unterschiedlichen Washcoat-Beladungen zeigt.
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8 ist
ein Flussdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren zum Betreiben
eines Schadstoffbegrenzungssystems im Überblick veranschaulicht.
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9 ist
ein schematischer Graph der Speicherkapazität eines SCR-Bereichs, die mit
einer Temperatur des SCR-Bereichs schwankt.
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10 ist
ein Flussdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren zum Wählen einer
Schadstoffbegrenzungsstrategie veranschaulicht.
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11 ist
ein Flussdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren zum Arbeiten
in einer ersten Schadstoffbegrenzungsstrategie veranschaulicht.
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12 ist
ein Flussdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren zum Arbeiten
in einer zweiten Schadstoffbegrenzungsstrategie veranschaulicht.
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13 ist
ein Flussdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren zum Arbeiten
in einer dritten Schadstoffbegrenzungsstrategie veranschaulicht.
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14 ist
ein Flussdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren zum Arbeiten
in einer vierten Schadstoffbegrenzungsstrategie veranschaulicht.
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15 ist
ein schematischer Graph von Reduktionsmittelkonzentration an einer
Bettmitte eines SCR-Systems und an einem Abgasendrohr.
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16 ist
ein Flussdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren zum Diagnostizieren
eines ersten und/oder zweiten SCR-Bereichs eines Schadstoffbegrenzungssystems
veranschaulicht.
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Eingehende Beschreibung der
Zeichnungen
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Es
werden verschiedene Konfigurationen eines SCR-Schadstoffbegrenzungssystems
vorgesehen, die darauf gerichtet sind, ein Gleichgewicht von hohem
NOx-Umwandlungswirkungsgrad
und Verringern von Reduktionsmittelschlupf zu finden. Ein SCR-Schadstoffbegrenzungssystem
kann mehr als einen SCR-Bereich in Reihe (beispielsweise einen ersten
und zweiten SCR-Bereich) umfassen, mit Reduktionsmittelzufuhr stromaufwärts jedes
der SCR-Bereiche. Die Reduktionsmittelzufuhr kann ein Reduktionsmittelinjektor
oder eine Reduktionsmittelerzeugungsvorrichtung, beispielsweise
ein Mager-NOx-Filter, der mit fettem Abgas arbeitet, sein.
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Jeder
der SCR-Bereiche kann ein Katalysatorbett in einem SCR-Katalysator,
einen Bereich in einem SCR-Katalysator und/oder einen SCR-Katalysator
selbst umfassen. Durch Integrieren von mehr als einem SCR-Bereich
in Reihe kann ein Risiko von Reduktionsmittelschlupf aus einem ersten
SCR-Bereich während
Zeiträumen
von hoher Reduktionsmitteleinspritzung verringert werden, da entwichenes
Reduktionsmittel an dem zweiten SCR-Bereich aufgefangen und gespeichert
werden kann, statt durch ein Abgasendrohr ausgestoßen zu werden.
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Um
die Kapazität
eines SCR-Bereichs zum Umwandeln von NOx zu steuern, können SCR-Bereiche
selektiv ausgelegt werden, um eine vorbestimmte Menge an Washcoat
pro Flächeneinheit
oder Volumeneinheit zu halten. Zum Beispiel kann ein erster SCR-Bereich (z. B. am
weitesten stromaufwärts)
so ausgelegt werden, dass er ein kleineres Volumen und eine größere Washcoat-Dichte
als ein zweiter SCR-Bereich hat. Ein solcher erster SCR-Bereich kann
ein „Anspring”-Katalysator
sein, so dass er hohe Werte von NOx-Umwandlung (z. B. während Motoraufwärmen) schnell
erreichen kann. In einem anderen Beispiel kann eine Washcoatbeladung
eines ersten SCR-Bereichs beschränkt
sein, und somit kann eine Menge von Reduktionsmittelspeicherung beschränkt sein.
In einem solchen Fall kann ein Oxidationskatalysator stromabwärts eines
ersten SCR-Bereichs positioniert sein, um einen Teil von entwichenem
Reduktionsmittel aufzufangen und zu NOx umzuwandeln, das anschließend dem
zweiten SCR-Bereich stromabwärts
des Oxidationskatalysators zugeführt
werden kann.
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Demgemäß werden
hierein auch mehrere Vorgehensweisen zum Betreiben der Schadstoffbegrenzungssysteme,
die mit als einen SCR-Bereich in Reihe aufweisen, vorgesehen. In
manchen Beispielen umfassen die Vorgehensweisen das Überwachen von
Zuständen
der SCR-Bereiche und dann das Arbeiten beruhend auf den Zuständen. Um
den NOx-Umwandlungswirkungsgrad und das Risiko von Reduktionsmittelschlupf
zu steuern, kann eine Menge eingespritzten Reduktionsmittels angepasst
werden und die Temperaturen der SCR-Bereiche können ebenfalls angepasst werden.
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Als
eine beispielhafte Vorgehensweise kann eine Speicherkapazität jedes
SCR-Bereichs überwacht
werden und es kann auch eine Menge von Reduktionsmittel, die an
jedem SCR-Bereich gespeichert wird, überwacht werden. Beruhend auf
diesen Zuständen
kann das Schadstoffbegrenzungssystem einen geeigneten Betriebsmodus
wählen.
Wenn zum Beispiel alle SCR-Bereiche eine annehmbare Speicherkapazität aufweisen,
kann das System einen stromaufwärts
liegenden SCR-Bereich bei einem sehr hohen NOx-Umwandlungswirkungsgrad
betreiben, während
es an einem stromabwärts
liegenden SCR-Bereich eine annehmbare Menge gespeicherten Reduktionsmittels
beibehält.
In einem anderen Beispiel, bei dem alle SCR-Bereiche eine annehmbare
Speicherkapazität
aufweisen, kann das System eine an den SCR-Bereichen gespeicherte Menge von Reduktionsmittel
ausgleichen. In einem noch anderen Beispiel kann das System, wenn
einer oder mehrere der SCR-Bereiche eine unzulässige oder vernachlässigbare
Speicherkapazität
aufweist/aufweisen, eine an einem anderen SCR-Bereich/an anderen
SCR-Bereichen gespeicherte Reduktionsmittelmenge anpassen. Natürlich können wie
hierin beschrieben auch verschiedene andere Betriebsmodi verwendet
werden.
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Es
versteht sich, dass die vorliegende Offenbarung weiterhin Vorgehensweisen
zum Diagnostizieren eines Schadstoffbegrenzungssystems mit mehreren
SCR umfasst. Solche Vorgehensweisen können beruhend auf einer Schadstoffbegrenzungsstrategie/einem
Schadstoffbegrenzungsmodus, der implementiert ist, zwischen bestimmten
Systemkonfigurationen unterschiedlich sein und auch innerhalb einer
bestimmten Systemkonfiguration unterschiedlich sein. Wenn zum Beispiel
ein Schadstoffbegrenzungssystem mit einem NOx-Sensor oder einem
Reduktionsmittelssensor stromabwärts
eines SCR-Bereichs ausgelegt ist, der am weitesten stromabwärts liegt,
kann das Schadstoffbegrenzungssystem eine Diagnose ausführen, wenn
mindestens einer der SCR-Bereiche nicht betriebsbereit ist, beispielsweise wenn
die Speicherkapazität
unzulässig
oder vernachlässigbar
ist, um die Leistung anderer Bereiche abzuschirmen. Natürlich können auch
mehrere Sensoren zum Durchführen
von Diagnose vorgesehen werden. Weitere Einzelheiten einer solchen
Diagnose unter solchen Bedingungen werden hierin beschrieben.
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Unter
Bezug nun auf 1 ist ein Umfeld für den Betrieb
eines Schadstoffbegrenzungssystems gezeigt. Es wird also ein schematisches
Diagramm, das einen Zylinder eines Mehrzylindermotors 10 und ein
Schadstoffbegrenzungssystem, wie es hierin beschrieben ist, zeigt,
veranschaulicht und näher
beschrieben.
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Der
Motor 10 kann zumindest teilweise durch ein Steuersystem,
das ein elektronisches Steuergerät 12 umfasst,
und durch Eingabe von einem Fahrzeugbediener 132 mittels
einer Eingabevorrichtung 130 gesteuert werden. In diesem
Beispiel umfasst die Eingabevorrichtung 130 ein Gaspedal
und einen Pedalstellungssensor 134 zum Erzeugen eines proportionalen
Pedalstellungssignals PP. Der Brennraum 30 (z. B. Zylinder)
des Motors 10 kann Brennraumwände 32 mit einem darin
positionierten Kolben 36 umfassen. Der Kolben 36 kann
mit einer Kurbelwelle 40 verbunden sein, so dass eine Hubbewegung
des Kolbens in eine Drehbewegung der Kurbelwelle umgewandelt wird.
Die Kurbelwelle 40 kann mittels eines dazwischen befindlichen
Getriebesystems mit mindestens einem Antriebsrad eines Fahrzeugs
verbunden sein. Weiterhin kann ein Anlasser mittels einer Schwungscheibe
mit der Kurbelwelle 40 verbunden sein, um einen Startvorgang
des Motors 10 zu ermöglichen.
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Der
Brennraum 30 kann von einem Ansaugkrümmer 44 Ansaugluft
aufnehmen und kann mittels eines Auslasskanals 48 Verbrennungsgase
ablassen. Der Ansaugkrümmer 44 und
der Auslasskanal 48 können
mittels eines jeweiligen Einlassventils 52 und Auslassventils 54 selektiv
mit dem Brennraum 30 in Verbindung stehen. In manchen Ausführungsformen
kann der Brennraum 30 zwei oder mehr Einlassventile und/oder
zwei oder mehr Auslassventile umfassen.
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In
diesem Beispiel können
das Einlassventil 52 und das Auslassventil 54 durch
Nockenbetätigung mittels
jeweiliger Nockenbetätigungssysteme 51 und 53 gesteuert
werden. Die Nockenbetätigungssysteme 51 und 53 können jeweils
einen oder mehrere Nocken umfassen und können eines oder mehrere der Systeme
Nockenprofilumschalten (CPS, kurz vom engl. Cam Profile Switching),
veränderliche
Nockensteuerung (VCT, vom engl. Variable Cam Timing), veränderliche
kraftstoffzuführende
Ventilsteuerung (VVT, vom engl. Variable Valve Timing) und/oder
veränderlicher
kraftstoffzuführender
Ventilhub (VVL, vom engl. Variable Valve Lift) verwenden, welche
von dem Steuergerät 12 betrieben
werden können,
um den kraftstoffzuführenden
Ventilbetrieb zu verändern. Die
Stellung des Einlassventils 52 und des Auslassventils 54 kann
durch Stellungssensoren 55 bzw. 57 ermittelt werden.
In alternativen Ausführungsformen können das
Einlassventil 52 und/oder das Auslassventil 54 durch
elektrische Betätigung
des kraftstoffzuführenden
Ventils gesteuert werden. Zum Beispiel kann der Brennraum 30 alternativ
ein mittels elektrischer Betätigung
des kraftstoffzuführenden
Ventils gesteuertes Einlassventil und ein mittels Nockenbetätigung,
einschließlich
CPS- und/oder VCT-Systemen, gesteuertes Auslassventil umfassen.
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Eine
Kraftstoffeinspritzvorrichtung 66 ist in einer Konfiguration
gezeigt, die eine als Direkteinspritzung von Kraftstoff in den Brennraum 30 bekannte
Einspritzung vorsieht. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 66 kann
Kraftstoff proportional zur Pulsweise des von dem elektronischen
Steuergerät 12 mittels eines
elektronischen Treibers 68 erhaltenen Signals FPW einspritzen.
Kraftstoff kann der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 66 durch
eine (nicht gezeigte) Kraftstoffanlage, die einen Kraftstofftank,
eine Kraftstoffpumpe und ein Kraftstoffverteilerrohr umfasst, zugeführt werden.
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Ein
Einlasskanal 42 kann eine Drossel 62 mit einer
Drosselklappe 64 umfassen. In diesem bestimmten Beispiel
kann die Stellung der Drosselklappe 64 durch das elektronische
Steuergerät 12 mittels eines
Signals verändert
werden, das einem mit der Drossel 62 enthaltenen Elektromotor
oder Aktor geliefert wird, eine Auslegung, die üblicherweise als elektronische
Drosselsteuerung (ETC, kurz vom engl. Electronic Throttle Control)
bezeichnet wird. Auf diese Weise kann die Drossel 62 so
betrieben werden, dass sie die dem Brennraum 30 neben den
anderen Motorzylindern gelieferte Ansaugluft verändert. Die Stellung der Drosselklappe 64 kann
dem elektronischen Steuergerät 12 durch
das Drosselstellungssignal TP geliefert werden. Der Einlasskanal 42 kann
einen Luftmengensensor 120 und einen Krümmerluftdrucksensor 122 zum
Liefern jeweiliger Signale MAF und MAP zu dem elektronischen Steuergerät 12 umfassen.
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Wie
vorstehend beschrieben zeigt 1 nur einen
Zylinder eines Mehrzylindermotors, und jeder Zylinder kann analog
seinen eigenen Satz aus Einlass-/Auslassventilen, Kraftstoffeinspritzvorrichtung etc.
umfassen.
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Das
elektronische Steuergerät 12 wird
hier als Mikrocomputer gezeigt, welcher umfasst: einen Mikroprozessor 102,
Input/Output-Ports 104, ein elektronisches Speichermedium
für ausführbare Programmen
und Kalibrierungswerten, das in diesem bestimmten Beispiel als Festwertspeicher 106 gezeigt
ist, einen Arbeitsspeicher 108, einen Dauerspeicher 110 und
einen Datenbus. Der maschinell lesbare Speicher 106 des
Speichermediums kann mit maschinell lesbaren Daten programmiert
sein, die von dem Mikroprozessor 102 ausführbare Befehle zum
Ausführen
der hierin beschriebenen Verfahren sowie anderer Varianten darstellen,
die erwogen werden, aber nicht eigens aufgeführt sind.
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Das
elektronische Steuergerät 12 kann
verschiedene Signale von mit dem Motor 10 verbundenen Sensoren
zusätzlich
zu den bereits erläuterten Signalen
empfangen, einschließlich:
Messung des eingelassen Luftmassenstroms (MAF) von dem Luftmengensensor 120;
Motorkühlmitteltemperatur (ECT)
von einem mit einem Kühlmantel 114 verbundenen
Temperaturfühler 112;
ein Zündungsprofil-Aufnehmersignal (PIP)
von einem mit der Kurbelwelle 40 verbundenen Hallgeber 118 (oder
einer anderen Art); eine Drosselstellung (TP) von einem Drosselstellungssensor;
und ein Krümmerunterdrucksignal
MAP von einem Sensor 122. Das Krümmerdrucksignal MAP von einem
Krümmerdrucksensor
kann verwendet werden, um einen Hinweis auf Unterdruck oder Druck
in dem Ansaugkrümmer
vorzusehen. Ein Motordrehzahlsignal RPM kann durch das elektronische Steuergerät 12 aus
dem Signal PIP erzeugt werden. In einem Beispiel kann der Motorstellungssensor (Hallgeber 118)
eine vorbestimmte Anzahl gleichmäßig beabstandeter
Pulse pro Umdrehung der Kurbelwelle erzeugen, woraus die Motordrehzahl
(RPM) ermittelt werden kann.
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Zurück nun zu
einem Schadstoffbegrenzungssystem stromabwärts des Brennraums 30 ist ein
Abgassensor 126 mit dem Auslasskanal 48 stromaufwärts einer Schadstoffbegrenzungsvorrichtung 70 verbunden
gezeigt. Die Schadstoffbegrenzungsvorrichtung 70 kann ein
Oxidationskatalysator, ein NOx-Filter, ein Dieselpartikelfilter
(DPF), verschiedene andere Schadstoffbegrenzungsvorrichtungen oder
Kombinationen derselben sein. Die Schadstoffbegrenzungsvorrichtung 70 kann
in einem Beispiel mehrere Katalysatorbricks umfassen. In einem anderen
Beispiel können
mehrere Schadstoffbegrenzungsvorrichtungen, jede mit mehreren Bricks,
verwendet werden. Die Schadstoffbegrenzungsvorrichtung 70 ist
entlang des Auslasskanals 48 stromabwärts des Abgassensors 126 angeordnet gezeigt.
Der Abgassensor 126 kann jeder geeignete Sensor zum Liefern
eines Hinweises auf Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases sein, beispielsweise
ein linearer Sauerstoffsensor oder UEGO (Universal oder Breitband-Abgassauerstoff),
ein Zweizustandssauerstoffsensor oder EGO, ein HEGO (beheizter EGO),
ein NOx-, HO- oder CO-Sensor. In manchen Ausführungsformen kann die Schadstoffbegrenzungsvorrichtung 70 während des
Betriebs des Motors 10 durch Betreiben mindestens eines
Zylinders des Motors in einem bestimmten Luft/Kraftstoff-Verhältnis oder
bei einer bestimmten Temperatur regelmäßig zurückgesetzt werden.
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Das
Schadstoffbegrenzungssystem umfasst weiterhin ein System für selektive
katalytische Reduktion (SCR) 76 mit zwei oder mehr SCR-Bereichen,
beispielsweise einem ersten SCR-Bereich 78 und einem zweiten
SCR-Bereich 80. Ein Reduktionsmittelinjektor 74 kann
Reduktionsmittel, beispielsweise Harnstoff oder Ammoniak, stromaufwärts des
ersten SCR-Bereichs 78 gemäß Signalen, die von dem elektronischen
Steuergerät 12 empfangen
werden, einspritzen. Das von dem Reduktionsmittelinjektor 74 eingespritzte
Reduktionsmittel kann von einer (nicht gezeigten) Reduktionsmittelspeichereinrichtung stammen.
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Ein
Sensor 90 kann stromabwärts
des zweiten SCR-Bereichs 80 (oder eines letzten SCR-Bereichs,
wenn mehr als zwei SCR-Bereiche vorhanden sind) positioniert sein
und kann ausgelegt sein, um NOx, Ammoniak und/oder andere Abgasbestandteile
zu messen und die Messungen zu dem elektronischen Steuergerät 12 zu übermitteln.
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Danach
kann Abgas mittels eines Abgasendrohrs 202 zu verbleibenden
stromabwärts
befindlichen Komponenten und/oder einer Atmosphäre strömen.
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Das
elektronische Steuergerät 12 kann
von dem Sensor 90 Signale empfangen und kann dem Reduktionsmittelinjektor 74 gemäß einer
Reduktionsmitteleinspritzstrategie Signale senden oder von diesem
empfangen. Eine solche Reduktionsmitteleinspritzstrategie kann beruhend
auf vom Sensor 90 empfangenen Signalen aktualisiert werden,
wie später
beschrieben wird. Ferner kann Ammoniak unter Verwenden eines Erregungsverfahrens
in dem Abgasendrohr detektiert werden.
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Eine
Vorgehensweise zum Überwachen
und Steuern des Schadstoffbegrenzungssystems umfass das Nutzen eines
oder mehrerer Modelle des Schadstoffbegrenzungssystems oder von
Komponenten desselben an dem elektronischen Steuergerät 12. Zum
Beispiel kann ein prädiktives
oder vorwärts
geregeltes Ammoniakspeichermodell eines ersten SCR-Bereichs 78 mit
Mapping-Tabellen
verwendet werden, um für
die SCR-Bereiche Eingaben und Speicherwerte zu ermitteln. Auf diese
Weise kann Reduktionsmittelschlupf aus dem ersten SCR-Bereich und/oder
zweiten SCR-Bereich wirksam gesteuert werden. Die Nutzung von Reduktionsmittelspeichermodellen
ermöglicht
auch bei Starten des Fahrzeugs die Speicherung von Katalysatorbedingungen
an dem elektronischen Steuergerät 12,
um dadurch verbesserte Kaltstart- oder Heißstartbedingungen vorzusehen.
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Ein
anderes Reduktionsmittelspeichermodell für die SCR-Bereiche kann jeden
SCR-Bereich mit mehreren
Zonen modellieren, so dass die Steuerung des Schadstoffbegrenzungssystems
auf lokalen Bedingungen von radialen und/oder axialen Arealen der SCR-Bereiche
beruhen kann. Mit prädiktiven
Fähigkeiten
können
die Grenzwerte der Reduktionsmitteleinspritzsteuerung verbessert
werden. Durch ein solches mehrzoniges Modellieren (oder bei manchen Bedingungen
durch direktes Messen) kann ein SCR-Bereich als mehrere verknüpfte Zonen
behandelt werden, wobei jede beruhend auf lokalen Betriebsbedingungen
spezifische Eigenschaften abgebildet aufweist. Ferner kann ein Oxidationsmodell
für einen
Oxidationskatalysator in dem Schadstoffbegrenzungssystem eine prädiktive
Natur der Speichermodelle der SCR-Bereiche verbessern.
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Modelle
des Schadstoffbegrenzungssystems oder von Komponenten desselben
können
beruhend auf Eingaben aktualisiert werden, die von einem oder mehreren
NOx-Sensoren, Reduktionsmittelsensoren,
UEGO-Sensoren und/oder Temperatursensoren erhalten werden, die stromaufwärts und/oder
stromabwärts
des ersten und/oder zweiten SCR-Bereichs positioniert sind. Eine
Rückmeldung von
den Sensoren kann auch eine Validationssteuerung für Modelle
bieten und/oder kann verwendet werden, um in Echtzeit genaue Anpassungen
an eine Schadstoffbegrenzungsstrategie vorzunehmen. Ferner kann
eine Rückmeldung
von Sensoren verwendet werden, um die Modellierungseingaben anzupassen,
um eine Verschlechterung der Leistung von SCR-Bereichen auszugleichen und somit die Brauchbarkeit
der Modelle über
eine Lebensdauer des Schadstoffbegrenzungssystems aufrechtzuerhalten.
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Wie
vorstehend erwähnt
können
mehrere Konfigurationen eines Schadstoffbegrenzungssystems, das
zwei oder mehr SCR-Bereiche in Reihe aufweist, verwendet werden,
und jede der Konfigurationen kann spezifische Merkmale bieten. Durch
mechanisches Anordnen der SCR-Bereiche, wie hierin beschrieben,
können
aber eine gewisse passive Steuerung der Verringerung von Reduktionsmittelschlupf
und Verbesserungen des NOx-Umwandlungswirkungsgrads erreicht werden.
Als ein spezifisches Beispiel kann Reduktionsmittel stromaufwärts des
ersten SCR-Bereichs in Mengen eingespritzt werden, die für einen
hohen NOx-Umwandlunsgwirkungsgrad an einem ersten stromaufwärts liegenden SCR-Bereich
förderlich
sind, während überschüssiges Reduktionsmittel
an einem zweiten (oder dritten, vierten etc.) stromabwärts liegenden
SCR-Bereich passiv aufgefangen und gespeichert werden kann.
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Als
erste beispielhafte Konfiguration zeigt das Schadstoffbegrenzungssystem
von 1 das SCR-System 76 mit einem ersten
SCR-Bereich 78 als erstes Katalysatorbett und einem zweiten SCR-Bereich 80 als
zweites Katalysatorbett. Der erste SCR-Bereich 78ist vom
Volumen wesentlich kleiner als der zweite SCR-Bereich, um ein schnelles
Anspringen zu ermöglichen.
In einem Beispiel kann ein SCR-Gesamtvolumen (z. B. Volumen des
ersten SCR-Bereichs und des zweiten SCR-Bereichs) 200% des Motorhubraums
betragen, und der erste SCR-Bereich 78 kann ein Volumen
aufweisen, das jeder Bruchteil des SCR-Gesamtvolumens ist, der eine
ausreichende Speicherung für
Kaltstart-Emissionswerte vorsieht. Die Größe des zweiten SCR-Bereichs 80 kann
so ausgelegt werden, dass für
die Speicherung von aus dem ersten SCR-Bereich 78 entwichenem
Reduktionsmittel ausreichend Platz vorgesehen wird. Wenn die Größe des zweiten SCR-Bereichs 80 vergrößert wird,
kann ein größerer Überlaufspeicher
für Ammoniakschlupf
aus dem ersten SCR-Bereich 78 vorgesehen werden, und ein
Risiko von Ammoniakschlupf kann weiter verringert werden.
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2 zeigt
eine alternative Ausführungsform
für das
SCR-System 76. Hier ist ein erster SCR-Bereich 78 stromabwärts eines
(nicht gezeigten) Reduktionsmittelinjektors positioniert und ist
von dem zweiten SCR-Bereich 80, der stromabwärts des ersten
SCR-Bereichs 78 positioniert ist, im Wesentlichen getrennt.
D. h. der erste SCR-Bereich 78 kann als erster SCR-Katalysator
betrachtet werden und ein zweiter SCR-Bereich 80 kann als
zweiter SCR-Katalysator betrachtet werden.
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Der
zweite SCR-Bereich 80 kann im Wesentlichen entfernt von
dem ersten SCR-Bereich 78 positioniert
werden, so dass Wirkungen von Abgastemperatur auf den zweiten SCR-Bereich 80 verglichen mit
den Wirkungen von Abgastemperatur auf den ersten SCR-Bereich 78 verringert
und/oder verzögert werden.
Wenn somit während
Motorbetrieb eine Temperatur des ersten SCR-Bereichs ansteigt und die
Reduktionsmittelspeicherfähigkeit
des ersten SCR-Bereichs entsprechend abnimmt, kann zumindest die
Temperatur des zweiten SCR-Bereichs 80 niedriger als die
des ersten SCR-Bereichs 78 gehalten werden, so dass ein
vorbestimmter Betrag von Reduktionsmittelspeicherung an dem zweiten SCR-Bereich 80 beibehalten
werden kann. Somit kann an dem zweiten SCR-Bereich 80 ein
hoher NOx-Umwandlungswirkungsgrad
von nicht umgewandelten NOx, das durch den ersten SCR-Bereich 78 strömte, erreicht
werden. In einem anderen Beispiel kann der zweite SCR-Bereich mit einem
Kühler verbunden
sein, um eine niedrigere Temperatur als am ersten SCR-Bereich beizubehalten.
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3 zeigt eine andere Konfiguration eines SCR-Systems 76.
Hier ist der erste SCR-Bereich 78 als
erste Zone eines SCR-Katalysators gezeigt, und der zweite SCR-Bereich 80 ist
als zweite Zone des SCR-Katalysators gezeigt. In diesem Beispiel
sind die erste Zone und die zweite Zone benachbart zueinander positioniert,
so dass sie zusammen einen integralen SCR-Katalysator bilden. Diese
Konfiguration ist zum Verringern von Platz und Kosten vorteilhaft.
-
Des
Weiteren zeigt 4 eine andere Konfiguration.
Der erste SCR-Bereich 78 ist stromabwärts eines (nicht gezeigten)
Reduktionsmittelinjektors positioniert, und ein SCR-Filter 82 ist
stromabwärts
des ersten SCR-Bereichs 78 positioniert. Der erste SCR-Bereich 78 kann
mit dem SCR-Filter 82 integriert sein. Der zweite SCR-Bereich 80 ist
stromabwärts
des ersten SCR-Bereichs 78 und des SCR-Filters 82 positioniert,
und ein Oxidationskatalysator 84 ist zwischen dem SCR-Filter 82 und
dem zweiten SCR-Bereich 80 positioniert.
Bei dieser Konfiguration können
sich ein oder mehrere Sensoren (z. B. NOx, NH3, UEGO, etc.) stromaufwärts und/oder
stromabwärts
des Oxidationskatalysators 84 befinden, so dass Schlupf
von Reduktionsmittel (z. B. Ammoniak) detektiert werden kann und
so dass Umwandlungswerte des Oxidationskatalysators 84 detektiert
werden können.
Ein erster Reduktionsmittelsensor 86 und ein zweiter Reduktionsmittelsensor 88 können wie
gezeigt positioniert sein.
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Der
Oxidationskatalysator 84 ist vorgesehen, um entwichenes
Reduktionsmittel von dem ersten SCR-Bereich 78 aufzunehmen
und zumindest einen Teil des entwichenen Reduktionsmittels zu oxidieren. Auf
diese Weise kann Reduktionsmittel (z. B. Ammoniak) für anschließende Zufuhr
zu dem zweiten SCR-Bereich 80 zu NOx umgewandelt werden,
um das Überschreiten
einer Reduktionsmittelspeicherkapazität an dem zweiten SCR-Bereich 80 zu
vermeiden. Unter bestimmten Bedingungen kann es aber wünschenswert
sein, nur einen Teil des entwichenen Reduktionsmittels an dem Oxidationskatalysator 84 zu
oxidieren und einen Großteil
des aus dem ersten SCR-Bereich 78 entwichenen
Reduktionsmittels gezielt zu dem zweiten SCR-Bereich 80 zu
leiten. Hierfür
kann der Oxidationskatalysator 84 von einer herkömmlichen
Oxidations- und
Ammoniakschlupf-Steuerfunktion zu einer Funktion geändert werden,
die einen Großteil
des Ammoniaks von dem ersten SCR-Bereich 78 oder dem SCR-Filter 82 zu dem
zweiten SCR-Bereich 80 entweichen lässt.
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Demgemäß kann der
Oxidationskatalysator 84 Materialien umfassen, die die
Umwandlung von Reduktionsmittel zu NOx zu einem ineffizienten Prozess
machen (z. B. Umwandlung von Reduktionsmittel zu NOx von 40%). Zum
Beispiel kann der Oxidationskatalysator 84 dünn sein
und kann somit aufgrund beschränkter
Verweilzeit, bei der Emissionen mit einer katalytischen Oberfläche interagieren
können,
einen relativ geringeren Wirkungsgrad aufweisen. Alternativ oder
zusätzlich
können
in den Oxidationskatalysatorbrick Löcher gebohrt sein, um Gasbypassbereiche
zu erzeugen, wodurch die Möglichkeit
für einen
Abgasmassenaustausch mit dem Katalysatorwashcoat verringert wird.
Zum Beispiel kann der Oxidationskatalysator 84 ein perforiertes
Material umfassen oder kann so ausgelegt sein, dass er mehrere Löcher bildet
und/oder umfasst. In einem anderen Beispiel kann der Oxidationskatalysator 84 mit
einer geringen Zelldichte, beispielsweise 50–200 cpsi, ausgebildet sein,
wodurch die Massenübertragung
von Reduktionsmittel (z. B. Ammoniak) zur Oxidation zu dem Oxidationskatalysator 84 beschränkt wird.
Des Weiteren kann der Oxidationskatalysator 84 eine Menge
an Platingruppenmetallen unter einem vorbestimmten Schwellenwert
abgestimmt für
niedrigere Oxidationsleistung aufweisen. In einem noch anderen Beispiel
kann ein selektiver Beschichtungsprozess verwendet werden, bei dem
statt des Schneides von Abschnitten von einem Brick Bereiche eines Grundsubstrats
nicht behandelt oder mit einem Washcoat beschichtet würden, um
die nicht reaktiven Leerbereiche zu erzeugen. Dies kann durch Auftragen
von Schlickerladungen auf ausgewählten
Teilen des Substrats und nicht vollständiges Beschichten erfolgen.
Es können
verschiedene Kombinationen der Oxidationskatalysatorkonstruktionen
und -materialien umgesetzt werden.
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Wie
vorstehend erwähnt
kann der Oxidationskatalysator so ausgelegt werden, dass ein Großteil des
aus dem ersten SCR-Bereich 78 entwichenen Reduktionsmittels
zu dem zweiten SCR-Bereich 80 geleitet wird. 5 veranschaulicht
die Umwandlung von Ammoniak (NH3) zu NOx
durch zwei verschiedene Oxidationskatalysatoren als Funktion von
Temperatur. Bei diesem beispielhaften Graph wurde die Temperatur
bei einer Rate von 10° Celsius
pro Minute, mit einem 300-ppm-Ammoniak-Einsatzgas, angehoben. Die
durchgehende Kurve zeigt, dass, sobald ein Volloxidationskatalysator
(z. B. ein Standarddieseloxidationskatalysator) Anspringen (z. B.
150–200° Celsius)
erreicht hat, er Ammoniak fast vollständig zu NOx umwandelt. In diesem
Beispiel wird die Menge von Ammoniakumwandlung als Prozentsatz der
von zum Beispiel dem Reduktionsmittelsensor 86 von 4 detektierten Ammoniakmenge zu einer
in einem Beispiel von dem Reduktionsmittelsensor 88 von 4 detektierten Reduktionsmittelmenge ausgedrückt. Die
gestrichelte Kurve zeigt dagegen, dass, sobald ein Oxidationskatalysator,
dessen Oberfläche
zu 75% für
Oxidation verfügbar
ist, Anspringen erreicht hat, er in etwa 50% des Ammoniaks umwandelt,
das er erhält.
Wenn es erwünscht
ist, einen Großteil
des Reduktionsmittels, das an dem Oxidationskatalysator 84 aufgenommen
wird, zu dem zweiten SCR-Bereich 80 zu leiten, kann somit
der Oxidationskatalysator, dessen Oberfläche zu 75% für Oxidation
verfügbar
ist, in das SCR-System 76 aufgenommen werden. Ein Betrag
einer verfügbaren
katalytischen Oberfläche
kann beruhend auf einer erwünschten
Menge von Ammoniakumwandlung an dem Oxidationskatalysator gewählt werden,
und es ist jeder Umwandlungsprozentsatz möglich.
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6 veranschaulicht
weiterhin unter den gleichen Bedingungen wie denen von 6 eine Schlupfmenge
von Ammoniak (NH3) stromabwärts des
Dieseloxidationskatalysators 84. Ein Volloxidationskatalysator
lässt nur
eine kleine Ammoniakmenge entweichen, sobald er einen stationären Betriebszustand
(z. B. 300° Celsius)
erreicht hat. Ein Oxidationskatalysator, dessen katalytische Oberfläche zu 75%
für Oxidation
verfügbar
ist, kann aber in etwa die Hälfe
des Ammoniaks entweichen lassen, die dem Oxidationskatalysator zugeführt wird,
sobald er einen stationären
Betriebszustand erreicht hat, was mit der in 5 veranschaulichten Ammoniakumwandlungsmenge
im Einklang steht. Es versteht sich, dass ein Oxidationskatalysator
ein oder mehrere von: einem Ammoniakoxidationskatalysator, einem
Mager-NOx-Filter, einem Dieseloxidationskatalysator und/oder einem
NOx-Adsorptionskatalysator
umfassen kann. Wie später
erläutert
wird, kann die Leistungsrückmeldung
des Oxidationskatalysators zu einem elektronischen Steuergerät und/oder
zu einem Reduktionsmittelinjektor verwendet werden, um Reduktionsmitteleinspritzung
zu steuern.
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Unter
Bezug nun auf das Problem der NOx-Umwandlung an jedem der SCR-Bereiche
der dargelegten SCR-System-Konfigurationen wird in einem Beispiel
ein erster SCR-Bereich
betrieben, um verglichen mit einem zweiten (oder dritten) SCR-Bereich
einen relativ höheren
Anteil an Motorrohemissions-NOx umzuwandeln. Eine Möglichkeit,
dies zu erreichen, besteht darin, an dem ersten SCR-Bereich einen
hoch beladenen Washcoat zu haben, so dass eine an dem ersten SCR-Bereich
umgewandelte NOx-Menge
gesteigert werden kann. Um einen hoch beladenen Washcoat zu erreichen
und immer noch in der Lage zu sein, ein schnelles Anspringen zu
erreichen (z. B. vor einem Anspringen des zweiten SCR-Bereichs 80),
kann ein erster SCR-Bereich ein kleineres Volumen als der zweite
SCR-Bereich aufweisen (wie in 1 gezeigt).
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Demgemäß kann ein
erster SCR-Bereich ein erstes Verhältnis von Flächeninhalt
zu Volumen aufweisen, das größer als
ein zweitens Verhältnis
von Flächeninhalt
zu Volumen eines zweiten SCR-Bereichs ist. Die Dichte des ersten
Washcoats des SCR-Bereichs
kann mit anderen Worten größer als die
Dichte eines zweiten Washcoats des zweiten SCR-Bereichs sein. In
einem Beispiel kann ein erster SCR-Bereich einen Beschichtungswert
aufweisen, der den standardmäßigen Beladungswert
um mindestens 10% übersteigt,
und der Beschichtungswert kann so hoch sein, wie es der Einspritzgrenzwert
für eine
schnelle Sättigung
von Reduktionsmittel (z. B. Ammoniak, Harnstoff) zulässt. Selbst
wenn ein erster SCR-Bereich vom Volumen hier klein ist, kann auf diese
Weise der erste SCR-Bereich schnell mit Reduktionsmittel gesättigt werden,
das während
eines Motorkaltstarts eingespritzt wird, und das Anspringen des
ersten SCR-Bereichs kann aufgrund niedriger Wärmeträgheit schnell erreicht werden.
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Wie
in 7 gezeigt kann durch Steigern einer Beladung des
Washcoats eines ersten SCR-Bereichs um 30% die Zeit zum Erreichen
des Anspringbetriebs eines gesättigten
SCR-Bereichs verringert werden. D. h. der hoch beladene Washcoat
(durchgehende Kurve, 1.3X) lässt
NOx-Entfernung signifikant eher als NOx-Entfernung durch die standardmäßige Washcoatbeladung
(gestrichelte Kurve, 1.0X) eintreten.
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Um
eine hohe Washcoatdichte zu erreichen, können mehrere Techniken eingesetzt
werden. Zum Beispiel kann ein erster SCR-Bereich Materialien hoher
Zellendichte zum Verbessern des verfügbaren Flächeninhalts, auf den Washcoat
aufgebracht wird, umfassen. Dies kann mehr Grenzfläche zwischen Masse
und Oberfläche
für verbesserten
Austausch bei Arbeiten ermöglichen.
Als weiteres Beispiel kann ein erster SCR-Bereich Materialien hoher
Porosität aufweisen,
so dass ein zusätzlicher
Washcoat in der Wandstruktur des ersten SCR-Bereichs gelagert werden
kann. Auf diese Weise kann sich der Washcoat in der Wand und an
der Oberfläche
befinden, um eine maximale Beladung vorzusehen. Als noch weiteres Beispiel
zum Steigern der Washcoatbeladung kann ein erster SCR-Bereich dünnwandige
Materialien umfassen. Ein Vorteil des Auftragens des Washcoats auf
ein dünnwandiges
Material besteht darin, die Wärmeträgheit der
SCR-Komponente zu verringern, so dass sich das Washcoatmaterial
erwärmt
und die Wärme
früher
hält. Bezüglich eines
extrudierten SCR kann ferner das Fehlen eines Substrats eine zusätzliche
Option sein, um einen SCR hoher Washcoatdichte zu erzeugen. Es versteht
sich, dass verschiedene Kombinationen oder keine der Auslegungen und
Materialien umgesetzt werden können,
die zum Steigern von Washcoatbeladung erläutert wurden. Eine Mischung
dieser Merkmale kann so abgestimmt werden, dass eine erwünschte Leistung
der Komponenten des Schadstoffbegrenzungssystems über eine
volle Lebensdauer beibehalten wird.
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Manchmal
kann dagegen eine Washcoatbeladung oder eine Washcoatdichte eines
SCR-Bereichs gezielt beschränkt
werden, um übermäßigen Gegendruck
zu vermeiden. In einem solchen Fall kann ein Schadstoffbegrenzungssystem
mit zwei oder mehr SCR-Bereichen
in Reihe immer noch eine begrenzte Kapazität für Ammoniakspeicherung haben
und somit ein Risiko von entweichendem Reduktionsmittel aus einem
zweiten SCR-Bereich zu dem Abgasendrohr tragen. Wenn in diesem Beispiel
Druckentlastung in dem System erwünscht ist, kann die Nutzung
eines Oxidationskatalysators (siehe 4) vorteilhaft
sein, da wie vorstehend beschrieben ein erster SCR-Bereich gesättigt sein
kann, um schnelles Anspringen zu erreichen, und zumindest ein Teil des
entwichenen Reduktionsmittels von dem ersten SCR-Bereich an dem
Oxidationskatalysator zu NOx umgewandelt werden kann, wodurch ein
Risiko verringert wird, dass Reduktionsmittel von dem zweiten SCR-Bereich
entweicht.
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Es
wurden mehrere Konfigurationen von Schadstoffbegrenzungssystemen
für passives
Verringern von Ammoniakschlupf bei gleichzeitigem Verbessern des
NOx-Umwandlungswirkungsgrad
vorstellt. Jede dieser Konfigurationen kann bestimmten Schadstoffbegrenzungsstrategien
entsprechen. D. h. um Reduktionsmittelschlupf weiter anzugehen,
werden auch verschiedene Verfahren zum aktiven Verhindern von Ammoniakschlupf
bei gleichzeitigem Verbessern des NOx-Umwandlungswirkungsgrad vorgesehen
und es können
auch noch verschiedene andere verwendet werden.
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Im
Einzelnen veranschaulicht 8 ein Übersichtsverfahren 500 zum
Wählen
einer von mehreren Schadstoffbegrenzungsstrategien beruhend auf
Bedingungen des SCR-Bereichs,
beispielsweise Speicherkapazität.
Die mehreren Schadstoffbegrenzungsstrategien werden bei 10–14 dargestellt.
Im Einzelnen kann eine erste Schadstoffbegrenzungsstrategie gewählt und
ausgeführt
werden, wenn ein erster SCR-Bereich und ein zweiter SCR-Bereich
unter stationären,
aufgewärmten
Bedingungen arbeiten (z. B. weisen beide SCR-Bereiche eine erwünschte Speicherkapazität auf).
Eine zweite Schadstoffbegrenzungsstrategie kann gewählt und
ausgeführt
werden, wenn der erste SCR-Bereich nicht die erwünschte Speicherkapazität (z. B.
zu niedrig) aufweist, der zweite SCR-Bereich aber eine erwünschte Speicherkapazität aufweist, zum
Beispiel wenn ein erster SCR-Bereich überhitzt ist. Ferner kann eine
dritte Schadstoffbegrenzungsstrategie gewählt und ausgeführt werden,
wenn der erste SCR-Bereich eine erwünschte Speicherkapazität aufweist,
der zweite SCR-Bereich aber keine erwünschte Speicherkapazität (d. h.
zu niedrig ist) aufweist, beispielsweise während Aufwärmen des Motors. Des Weiteren
kann eine vierte Schadstoffbegrenzungsstrategie gewählt werden,
wenn beide SCR-Bereiche
keine erwünschten
Speicherkapazitäten
aufweisen, beispielsweise wenn einer oder mehrere SCR-Bereiche schlechter
werden oder verschlechtert sind.
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Unter
Bezug nun auf 8 werden bei 502 Betriebsbedingungen
gelesen. Die Betriebsbedingungen können eine oder mehrere von:
Motorbetriebsbedingungen, Schadstoffbegrenzungssystembedingungen
etc. umfassen. Bei 504 wird ein Speicherkapazität-Schwellenwert
(z. B. eine erwünschte Mindestspeicherkapazität) für einen
ersten SCR-Bereich und einen zweiten SCR-Bereich festgelegt.
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Ein
Speicherkapazität-Schwellenwert
kann beruhend auf Motorbetriebsbedingungen ermittelt werden, beispielsweise
ob der Motor startet, im Leerlauf ist, beschleunigt/verzögert, abschaltet,
etc. Unterschiedliche Motorbetriebsbedingungen können zu unterschiedlichen Motorrohemissions-NOx-Werten führen, und
daher kann ein Speicherkapazität-Schwellenwert
für einen
SCR-Bereich so festgelegt werden, dass er einen aktuellen Motorrohemissions-NOx-Wert
bewältigt.
Zum Beispiel kann ein größerer Speicherkapazität-Schwellenwert
während Aufwärmen des
Motors festgelegt werden, wenn verglichen mit dem Zustand während Motorleerlauf
ein hohes Motorrohemissions-NOx vorliegt. Weiterhin kann ein Speicherkapazität-Schwellenwert
beruhend auf einer erwünschten
Schadstoffbegrenzungsstrategie für
das Schadstoffbegrenzungssystem ermittelt werden, und die erwünschte Schadstoffbegrenzungsstrategie
kann selbst auf einem Zustand des ersten und/oder zweiten SCR-Bereichs
beruhen, wie erläutert
wird. Es versteht sich, dass ein Speicherkapazität-Schwellenwert letztlich durch
Washcoatbeladung und/oder Washcoatdichte eines SCR-Bereichs begrenzt
werden kann.
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Unter
Bezug auf 9 zeigt der Graph, wie eine
Speicherkapazität
eines SCR-Bereichs mit Temperatur variieren kann. Somit kann ein
Schwellenwert der Speicherkapazität (SC) für einen SCR-Bereich bei 504 von
Verfahren 500 durch Festlegen eines erwünschten Temperaturbereichs
des SCR-Bereichs, beispielsweise zwischen T1L (z.
B. ein unterer Temperaturschwellenwert) und T1H (z.
B. ein oberer Temperaturschwellenwert) festgelegt werden. Der Speicherkapazität-Schwellenwert
für SCR-Bereiche
kann beruhend auf vorab gespeicherten Kennfeldern, beispielsweise
dem beispielhaften Graph von 9, oder
beruhend auf einem oder mehreren Algorithmen oder Modellen ermittelt
und an dem elektronischen Steuergerät festgelegt werden. Auch wenn 9 eine
beispielhafte Kurve von Speicherkapazität gegen Temperatur für einen
ersten SCR-Bereich bei 9 veranschaulicht, versteht
sich, dass eine beispielhafte Beziehung zwischen Speicherkapazität und Temperatur
für einen
zweiten SCR-Bereich ähnlich
oder anders als in 9 gezeigt sein kann.
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Bei 506 kann
das Verfahren 500 das Ermitteln von Schadstoffbegrenzungsbedingungen
umfassen. Zum Beispiel können
Schadstoffbegrenzungsbedingungen eine tatsächliche Speicherkapazität jedes
von erstem und zweitem SCR-Bereich umfassen. Demgemäß umfasst
das Verfahren 500 bei 508 das Wählen und/oder
Festlegen einer Schadstoffbegrenzungsstrategie beruhend auf den
bei 506 ermittelten Schadstoffbegrenzungsbedingungen.
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Unter
Bezug nun auf 10 werden die Schritte 506 und 508 des
Verfahrens 500 näher
beschrieben. Im Einzelnen zeigt 10 ein
beispielhaftes Verfahren 700 zum Ermitteln von Speicherkapazitätbedingungen
eines ersten und/oder zweiten SCR-Bereichs und das Wählen einer Schadstoffbegrenzungsstrategie.
Im Allgemeinen können
Speicherkapazitätbedingungen
durch eine Temperatur eines SCR-Bereichs ermittelt werden, die einem
bestimmten Speicherkapazitätwert
oder -wertebereich zugeordnet werden kann, wie bezüglich 9 beschrieben
wurde.
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Bei 702 umfasst
das Verfahren 700 das Ermitteln, ob die Speicherkapazität des ersten SCR-Bereichs
größer als
der erste Speicherkapazität-Schwellenwert
ist. Im Einzelnen kann dies das Ermitteln umfassen, ob eine Temperatur
des ersten SCR-Bereichs über
einer unteren Schwellentemperatur T1L liegt
und/oder ob die Temperatur des ersten SCR-Bereichs unter einer oberen
Schwellentemperatur T1H liegt.
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Wenn
die Antwort bei 702 Ja lautet, so dass eine erwünschte Speicherkapazitätmenge in
dem ersten SCR-Bereich vorliegt, rückt das Verfahren 700 zu 704 vor,
wo ermittelt wird, ob die Speicherkapazität des zweiten SCR-Bereichs
größer als
ein zweiter Speicherkapazität-Schwellenwert
ist. Wenn die Antwort bei 704 Ja lautet, so dass eine erwünschte Speicherkapazitätmenge in
dem zweiten SCR-Bereich vorliegt, rückt das Verfahren zu 706 vor,
wo die erste Schadstoffbegrenzungsstrategie gewählt wird. Die erste Schadstoffbegrenzungsstrategie
kann gewählt werden,
wenn sowohl der erste als auch der zweite SCR-Bereich erwärmt sind
und Motorrohemissions-NOx bei Vorhandensein von zum Beispiel Harnstoff
zu Stickstoff, Wasser und Kohlendioxid umwandeln können. Dies
kann als stationärer
Betrieb betrachtet werden. Wie nachstehend bezüglich 11 erläutert wird,
kann die erste Schadstoffbegrenzungsstrategie das Steuern des ersten
SCR-Bereichs und/oder des zweiten SCR-Bereichs umfassen, um eine
vorbestimmte Menge an gespeichertem Reduktionsmittel an jedem der
SCR-Bereiche beizubehalten (z. B. kann jeder SCR-Bereich eine unterschiedliche vorbestimmte
Menge aufweisen, eine höher
als die andere oder beide können
gleich sein).
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Wenn
die Antwort auf 702 Nein lautet, so dass die Speicherkapazität des ersten
SCR-Bereichs unter
einer erwünschten
Menge liegt, rückt
das Verfahren 700 zu 708 vor, wo ermittelt wird,
ob die Speicherkapazität
des zweiten SCR-Bereichs größer als der
zweite Speicherkapazität-Schwellenwert
ist. Wenn die Antwort bei 708 Ja lautet, so dass eine erwünschte Speicherkapazitätmenge an
dem zweiten SCR-Bereich vorliegt, rückt das Verfahren 700 zu 710 vor,
wo eine zweite Schadstoffbegrenzungsstrategie gewählt wird.
Die Bedingungen für
die Wahl der zweiten Schadstoffbegrenzungsstrategie bei 710 können sich
zum Beispiel herausstellen, wenn ein Motor so lange gelaufen ist,
dass er den ersten SCR-Bereich sehr heiß werden lässt (zum Beispiel über einem
Temperaturschwellenwert), der zweite SCR-Bereich aber noch ausreichend
kühl ist,
um NOx bei einer annehmbaren Rate umzuwandeln. Wie unter Bezug auf 12 näher erläutert wird, kann
die zweite Schadstoffbegrenzungsstrategie das Steuern des zweiten
SCR-Bereichs umfassen, um eine vorbestimmte Menge von gespeichertem Reduktionsmittel
an dem zweiten SCR-Bereich zu halten und/oder um die Speicherkapazität des ersten SCR-Bereichs über den
ersten Speicherkapazität-Schwellenwert zu
bringen.
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Wenn
die Antwort bei 704 Nein lautet, so dass die Speicherkapazität des ersten
SCR-Bereichs größer als
der erste Speicherkapazität-Schwellenwert
(z. B. eine erwünschte
Speicherkapazität)
ist, doch der zweiten SCR-Bereich nicht größer als der zweite Speicherkapazität-Schwellenwert
(z. B. nicht eine erwünschte
Speicherkapazität)
ist, rückt
das Verfahren 700 zu 712 vor, wo eine dritte Schadstoffbegrenzungsstrategie
gewählt
wird. Die Bedingungen für
die Wahl der dritten Schadstoffbegrenzungsstrategie bei 712 können sich
während
eines Motoraufwärmens
herausstellen, zum Beispiel wenn der erste SCR-Bereich ein Anspringen
erreicht hat, der zweite SCR-Bereich aber das Anspringen noch nicht erreicht
hat. Die dritte Schadstoffbegrenzungsstrategie, die unter Bezug
auf 13 näher
erläutert
wird, kann das Steuern des ersten SCR-Bereichs, um eine vorbestimmte Menge
an gespeichertem Reduktionsmittel darin zu halten, und/oder das
Anheben der Speicherkapazität
des zweiten SCR-Bereichs, so dass sie über dem zweiten Speicherkapazität-Schwellenwert
liegt, umfassen.
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Wenn
die Antwort bei 708 Nein lautet, so dass sowohl der erste
als auch der zweite SCR-Bereich eine Speicherkapazität aufweisen,
die unter einem jeweiligen Speicherkapazität-Schwellenwert liegt (z. B.
nicht eine erwünschte
Speicherkapazität ist),
rückt das
Verfahren 700 zu 714 vor, wo eine vierte Schadstoffbegrenzungsstrategie
gewählt
wird. Die vierte Schadstoffbegrenzungsstrategie kann bei 714 gewählt wird,
zum Beispiel wenn beide SCR-Bereiche über einem Hochtemperatur-Schwellenwert
liegen und somit NOx nicht bei einer annehmbaren Rate umwandeln
können.
Die vierte Schadstoffbegrenzungsstrategie kann Anstrengungen umfassen, die
Speicherkapazität
eines oder mehrerer der SCR-Bereiche auf über einen Speicherkapazität-Schwellenwert zu
steigern, wie bezüglich 14 näher erläutert wird.
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Auch
wenn Komponenten des Verfahrens 700 in einer bestimmten
Reihenfolge gezeigt werden, versteht sich, dass einige oder alle
der Maßnahmen in
den Routinen enthalten sein können
und die Schritte in anderer Reihenfolge ausgeführt werden können.
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Die
Schadstoffbegrenzungsstrategien, die unter Bezug auf 11–14 beschrieben
werden, bieten vermehrte Flexibilität für ein SCR-System. Unter manchen
Bedingungen kann ein Reduktionsmittel übermäßig eingespritzt werden (bezüglich einer
stöchiometrischen
Beziehung für
nahezu vollständige
NOx-Umwandlung), um einen ersten SCR-Bereich mit Reduktionsmittel
zu sättigen,
wodurch ein nahezu vollständiger
oder vollständiger NOx-Umwandlungswirkungsgrad
sichergestellt wird. Unter anderen Bedingungen kann Reduktionsmittel zu
wenig eingespritzt werden, um ein Risiko von Ammoniakschlupf zu
verringern und/oder um einen oder mehrere SCR-Bereiche von gespeichertem
Reduktionsmittel zu leeren. Zu anderen Zeiten kann Reduktionsmittel
bei einem Wert eingespritzt werden, der bezüglich einer erforderlichen
Menge zum im Wesentlichen vollständigen
Umwandeln von NOx stöchiometrisch
ist.
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Unter
Bezug nun auf 11 wird die erste Schadstoffbegrenzungsstrategie
veranschaulicht. Das Verfahren 800 kann ausgeführt werden,
wenn der Motor zum Beispiel in einem stationären Zustand arbeitet. Wie bezüglich 10 erläutert kann
das Verfahren 800 im Einzelnen ausgeführt werden, wenn die Speicherkapazität des ersten
SCR-Bereichs über
einem ersten Speicherkapazität-Schwellenwert
liegt und die Speicherkapazität
des zweiten SCR-Bereichs über
einem zweiten Speicherkapazität-Schwellenwert liegt.
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Bei 802 umfasst
das Verfahren 800 das Ermitteln, ob eine Menge an dem ersten
SCR-Bereich gespeicherten
Reduktionsmittels größer als
eine obere Schwellenmenge A1 ist, die in 9 durch eine
gestrichelte Linie schematisch gezeigt ist. Eine solche obere Schwellenmenge
A1 kann so festgelegt werden, dass oberhalb von A1 eine „Sicherheitsmarge” vorliegt.
Durch Festlegen von A1 unter einer maximalen Speicherkapazität kann eine
Situation, bei der kein Reduktionsmittel mehr gespeichert werden kann
und ein Risiko von Reduktionsmittelschlupf sehr hoch ist, vermieden werden.
In manchen Beispielen kann die Menge gespeicherten Reduktionsmittels
durch ein Reduktionsmittelspeichermodell berechnet oder vorhergesagt
werden, wie es vorstehend beschrieben ist. Auf diese Weise kann
Reduktionsmittelschlupf aus dem ersten SCR-Bereich minimiert werden.
Wenn die Antwort bei 802 Nein lautet, was anzeigt, dass
das an dem ersten SCR-Bereich gespeicherte Reduktionsmittel unter
der oberen Schwellenmenge A1 liegt, rückt das Verfahren 800 zu 804 vor.
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Analog
umfasst das Verfahren 800 bei 804 das Ermitteln,
ob die an dem zweiten SCR-Bereich gespeicherte
Reduktionsmittelmenge größer als
ein oberer Schwellenwert A2 ist, der in einer Weise ähnlich zu
dem oberen Schwellenwert A1 gewählt
oder ermittelt werden kann. D. h. der obere Schwellenwert A2 kann
ebenfalls so gewählt
werden, dass oberhalb von A2 eine „Sicherheitsmarge” vorliegt.
Wenn die Antwort bei 804 Nein lautet, umfasst das Verfahren 800 das
Anpassen einer Reduktionsmitteleinspritzung oder das Anpassen einer
stromaufwärts
eines ersten SCR-Bereichs eingespritzten Reduktionsmittelmenge beruhend
auf einem Zustand des ersten SCR-Bereichs, beispielsweise einer
Menge gespeicherten Reduktionsmittels an dem ersten SCR-Bereich. In anderen
Beispielen kann ein Zustand des ersten SCR-Bereichs eine Speicherkapazität, eine Degradation,
ein Volumen, eine Dichte etc. des ersten SCR-Bereichs umfassen.
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Das
Anpassen von 806 kann ausgeführt werden, um einen erwünschten
NOx-Umwandlungswirkungsgrad
an dem ersten SCR-Bereich zu erreichen. Während eines Motorstarts kann
das Anpassen von 806 zum Beispiel das Anpassen umfassen,
um eine Reduktionsmittelmenge einzuspritzen, die größer als ein
stöchiometrisches
Verhältnis
von Reduktionsmittel zu NOx ist. D. h. der erste SCR-Bereich kann
mit Reduktionsmittel gesättigt
sein, so dass während Zeiträumen von
hohem Motorrohemissions-NOx ein sehr hoher NOx-Umwandlungswirkungsgrad
(z. B. X%) an dem ersten SCR-Bereich erreicht werden kann. In einem
solchen Fall von hoher Reduktionsmitteleinspritzung kann zumindest
etwas Reduktionsmittel (z. B. Y%) aus dem ersten SCR-Bereich zu dem
zweiten SCR-Bereich entweichen, wo es für künftige Nutzung aufgefangen
und gespeichert werden kann.
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In
manchen Fällen
kann das Anpassen von 806 das Anpassen der Einspritzung
bei 808 beruhend auf einem Zustand des zweiten SCR-Bereichs, beispielsweise
einer an dem zweiten SCR-Bereich gespeicherten Reduktionsmittelmenge,
umfassen. Dies kann das Halten einer an dem zweiten SCR-Bereich
gespeicherten Reduktionsmittelmenge bei einem erwünschten
Wert (z. B. unter einer zweiten Schwellenmenge) unterstützen. Wenn
ein Oxidationskatalysator in einem Schadstoffbegrenzungssystem enthalten
ist, kann des Weiteren im Allgemeinen eine Reduktionsmitteleinspritzmenge
weiterhin beruhend auf der Leistung des Oxidationskatalysators angepasst
werden.
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Es
versteht sich, dass das Anpassen von 806 in manchen Fällen ausgeführt werden
kann, wenn eine Speicherkapazität
des ersten SCR-Bereichs größer als
eine Speicherkapazität
des zweiten SCR-Bereichs ist.
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Wenn
die Antwort bei 804 Ja lautet, was anzeigt, dass eine Menge
gespeicherten Reduktionsmittels an dem ersten SCR-Bereich unter
einer oberen Schwellenmenge A1 liegt, aber dass die Menge gespeicherten
Reduktionsmittels an dem zweiten SCR-Bereich gleich oder größer einer
oberen Schwellenmenge A2 ist, können
Schritte ausgeführt werden,
um die an dem zweiten SCR-Bereich gespeicherte Reduktionsmittelmenge
durch Verstärken des
NOx-Stroms zu dem zweiten SCR-Bereich
zu verringern.
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Im
Einzelnen kann das Verfahren 800 bei 810 das Verringern
einer Reduktionsmitteleinspritzung durch einen Reduktionsmittelinjektor
umfassen, um dadurch die an dem ersten SCR-Bereich gespeicherte
Reduktionsmittelmenge auf einen vorbestimmten niedrigen Wert zu
verringern. Das Verfahren 800 kann weiterhin das Anheben
einer Temperatur des ersten SCR-Bereichs umfassen, um eine Fähigkeit
des ersten SCR-Bereichs zu verringern, NOx bei 812 umzuwandeln.
Auf diese Weise kann der NOx-Strom zu dem zweiten SCR-Bereich vergrößert werden.
Die Temperatur kann bei 812 gemäß einer an dem zweiten SCR-Bereich
gespeicherten Reduktionsmittelmenge angehoben werden. Auf diese
Weise kann die zu dem zweiten SCR-Bereich entwichene NOx-Menge zum
Verbrauch durch an dem zweiten SCR-Bereich gespeichertes Reduktionsmittel vergrößert werden.
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In
manchen Fällen
kann das Verfahren 800 tatsächlich bei 812 das
Deaktivieren des ersten SCR-Bereichs (z. B. durch Anheben der Temperatur des
ersten SCR-Bereichs auf einen ausreichend hohen Wert) umfassen,
so dass im Wesentlichen das gesamte von dem Motor erzeuge NOx (z.
B. Z%) zu dem zweiten SCR-Bereich geleitet wird. Das Deaktivieren
bei 812 kann auch durch andernfalls Senken der an dem ersten
SCR-Bereich gespeicherten
Reduktionsmittelmenge ausgeführt
werden. Durch Verringern der eingespritzten Reduktionsmittelmenge (beispielsweise
bei 810) vor dem Anheben der Temperatur des ersten SCR-Bereichs
(beispielsweise bei 812) kann ein Risiko von Reduktionsmittelschlupf aus
dem ersten SCR-Bereich zu dem zweiten SCR-Bereich bei Anheben der
Temperatur des ersten SCR-Bereichs bei 812 verringert oder
beseitigt werden.
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Bei 814 kann
das Verfahren 800 das Steigern des NOx-Stroms zu dem zweiten
SCR-Bereich durch
magereres Auslegen des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses des Brennrauminhalts
umfassen. Bei 816 kann das Verfahren 800 das weitere
Verringern einer von dem Reduktionsmittelinjektor eingespritzten
Reduktionsmittelmenge umfassen. Auf diese Weise kann weniger NOx
an dem ersten SCR-Bereich umgewandelt werden, und die s kann effektiv
zu einem Leiten von mehr NOx zu dem zweiten SCR-Bereich führen. Dadurch
wird an dem zweiten SCR-Bereich gespeichertes Reduktionsmittel verwendet.
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In
dem Fall des Schadstoffbegrenzungssystems, das einen zwischen dem
ersten SCR-Bereich und
dem zweiten SCR-Bereich positionierten Oxidationskatalysator umfasst,
kann das Verfahren 800 das Oxidieren von etwas Reduktionsmittel
an dem Oxidationskatalysator umfassen. Somit kann der NOx-Strom
zu dem zweiten SCR-Bereich
durch die Oxidation von Reduktionsmittel an dem Oxidationskatalysator
ebenfalls angehoben werden. In manchen Beispielen kann das Verfahren 800 das
Einspritzen einer Reduktionsmittelmenge umfassen, die größer als
ein stöchiometrisches
Verhältnis
von Reduktionsmittel zu NOx ist, um eine NOx-Menge zu steigern,
die von dem Oxidationskatalysator erzeugt wird.
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Wenn
die Antwort auf 802 Ja lautet und die an dem ersten SCR-Bereich
gespeicherte Reduktionsmittelmenge gleich oder größer als
die obere Schwellenmenge A1 ist, können Schritte zum Verringern
der an dem ersten SCR-Bereich gespeicherten Reduktionsmittelmenge
ausgeführt
werden. Bei 820 kann nämlich
eine eingespritzte Reduktionsmittelmenge verringert werden. Weiterhin
kann das Verfahren 800 bei 822 das Steigern von
Motorrohemissions-NOx und dadurch das Steigern von NOx-Strom zu
dem ersten SCR-Bereich durch zum Beispiel Betreiben des Motors bei
einem mageren Luft/Kraftstoff-Verhältnis umfassen. In einem anderen
Beispiel kann, wenn die an dem ersten SCR-Bereich gespeicherte Reduktionsmittelmenge
gleich oder größer als die
obere Schwellenmenge A1 ist, die an dem zweiten SCR-Bereich gespeicherte
Reduktionsmittelmenge ermittelt werden und Reduktionsmitteleinspritzung,
NOx-Strom und/oder Temperatur des ersten und/oder zweiten SCR-Bereichs
kann beruhend auf der an dem zweiten SCR-Bereich gespeicherten Reduktionsmittelmenge
weiter angepasst werden.
-
Bei
manchen Schadstoffbegrenzungsvorrichtungen kann es wünschenswert
sein, einen Reduktionsmittelschlupfkatalysator stromabwärts des zweiten
SCR-Bereichs zu integrieren, um das Schadstoffbegrenzungssystem
mit einer gespeicherten Reduktionsmittelmenge nahe einer maximalen
Speicherkapazität
jedes jeweiligen SCR-Bereichs
arbeiten zu lassen. D. h. die von der Kraftstoffeinspritzvorrichtung
eingespritzte Reduktionsmittelmenge wäre ausreichend hoch, um den
Washcoat sowohl des ersten als auch des zweiten SCR-Bereichs gesättigt zu
halten. Wen in diesem Fall das Schadstoffbegrenzungssystem einen
Ammoniakschlupfkatalysator umfasst und die Antwort bei 802 Ja
lautet, können
die Schritte 820 und 822 übergangen werden und das System
kann auf Ammoniakschlupf in dem Endrohr überwacht werden. Wenn eine
Ammoniakschlupfmenge in dem Endrohr über einem vorbestimmten Schwellenwert
liegt, können
eine Abgastemperatur, Motorrohemissions-NOx, Reduktionsmitteleinspritzung
und/oder Reduktionsmittelspeicherkapazität des ersten und/oder zweiten
SCR-Bereichs angepasst werden, um einen erwünschten Bereich des Schadstoffbegrenzungssystems
effektiv zu reinigen.
-
Unter
Bezug auf 12 ist die zweite Schadstoffbegrenzungsstrategie
als beispielhaftes Verfahren 900 veranschaulicht. Wie vorstehend
erläutert kann
die zweite Schadstoffbegrenzungsstrategie ausgeführt werden, wenn die Speicherkapazität des ersten
SCR-Bereichs unter dem ersten Speicherkapazität-Schwellenwert liegt (z. B.
nicht eine erwünschte
Speicherkapazität
ist) und die Speicherkapazität
des zweiten SCR-Bereichs über
einem zweiten Speicherkapazität-Schwellenwert
(z. B. einer erwünschten
Speicherkapazität)
liegt, was eintreten kann, wenn der erste SCR-Bereich überhitzt
ist. In manchen Fällen
kann das Verfahren 900 ausgeführt werden, wenn die Speicherkapazität des ersten SCR-Bereichs
kleiner als die Speicherkapazität
des zweiten SCR-Bereichs ist, wobei der erste und der zweite SCR-Bereich
in separaten Schadstoffbegrenzungsvorrichtungen positioniert sind.
-
Bei 902 umfasst
das Verfahren 900 das Ermitteln, ob eine an dem zweiten
SCR-Bereich gespeicherte
Reduktionsmittelmenge kleiner als die obere Schwellenmenge A2 ist.
Wenn Ja, rückt
das Verfahren zu 904 vor, was das Anpassen einer stromaufwärts des
ersten SCR-Bereichs eingespritzten Reduktionsmittelmenge beruhend
auf einem Zustand des zweiten SCR-Bereichs umfasst, beispielsweise einer
an dem zweiten SCR-Bereich gespeicherten Reduktionsmittelmenge.
In anderen Beispielen kann ein Zustand des zweiten SCR-Bereichs
eine Speicherkapazität,
eine Degradation, ein Volumen, eine Dichte etc. des zweiten SCR-Bereichs
umfassen.
-
Wenn
aber die an dem zweiten SCR-Bereich gespeicherte Reduktionsmittelmenge
gleich oder größer als
die obere Schwellenmenge A2 ist, rückt das Verfahren 900 zu 906 vor,
wo Motorrohemissions-NOx in dem Versuch vergrößert wird, die an dem zweiten
SCR-Bereich gespeicherte Reduktionsmittelmenge zu verringern. Dies
kann zum Beispiel durch mageres Arbeitenlassen einer oder mehrerer Brennräume erreicht
werden. Wenn das Schadstoffbegrenzungssystem einen Oxidationskatalysator umfasst,
kann das Verfahren 900 bei 908 das Oxidieren von
etwas Reduktionsmittel an dem Oxidationskatalysator umfassen, um
den NOx-Strom zu dem zweiten SCR-Bereich weiter zu steigern. Weiterhin kann
die Reduktionsmitteleinspritzung angehoben werden, um eine von dem
Oxidationskatalysator erzeugte NOx-Menge zu steigern. Das Verfahren 900 kann
alternativ das Verringern der Reduktionsmitteleinspritzung bei 910 umfassen,
wenn ein Oxidationskatalysator nicht Teil des Schadstoffbegrenzungssystems
ist.
-
Die
als Verfahren 900 dargestellte zweite Schadstoffbegrenzungsstrategie
kann auch Bemühungen
umfassen, die Speicherkapazität
des ersten SCR-Bereichs auf über
den ersten Speicherkapazität-Schwellenwert
zu steigern. Dies kann zum Beispiel durch Steuern einer Temperatur
des ersten SCR-Bereichs erfolgen, da die Speicherkapazität durch
Temperatur stark beeinflusst wird. Daher wird bei 912 ermittelt,
ob eine Temperatur des ersten SCR-Bereichs größer als ein unterer Temperaturschwellenwert
T1L ist. Wenn die Antwort bei 912 Nein lautet,
kann dies anzeigen, dass der erste SCR-Bereich zu kalt ist, was die niedrige
Speicherkapazität erklärt. Somit
rückt das
Verfahren 900 zu 914 vor, wo der erste SCR-Bereich
in einem Beispiel durch Anheben der Abgastemperatur erwärmt wird.
Wenn die Antwort bei 912 Ja lautet, kann dies anzeigen,
dass der erste SCR-Bereich zu heiß ist, was die niedrige Speicherkapazität erklärt. Demgemäß rückt das
Verfahren 900 zu 916 vor, wo die Abgastemperatur
in einem Versuch, den ersten SCR-Bereich zu kühlen, verringert werden kann.
Es können
Steuerungen vorhanden sein, so dass die Abgastemperatur bei 914 nicht
zuviel angehoben wird und bei 916 nicht zuviel verringert
wird, um den Betrieb anderer Schadstoffbegrenzungsvorrichtungen
(z. B. Oxidationskatalysator, zweiter SCR-Bereich etc.) wesentlich
und/oder negativ zu beeinflussen. Andere Techniken zum Anheben oder
Senken der Temperatur des ersten SCR-Bereichs können verwendet werden, beispielsweise
das Einsetzen eines oder mehrerer Wärmetauscher.
-
Unter
Bezug nun auf 13 wird die dritte Schadstoffbegrenzungsstrategie
als beispielhaftes Verfahren 1000 gezeigt. Wie vorstehend
erläutert kann
die dritte Schadstoffbegrenzungsstrategie ausgeführt werden, wenn die Speicherkapazität des ersten
SCR-Bereichs über
einem ersten Speicherkapazität-Schwellenwert
(z. B. einer erwünschten
Speicherkapazität)
liegt und die Speicherkapazität
des zweiten SCR-Bereichs
nicht über
einem zweiten Speicherkapazität-Schwellenwert
(z. B. nicht über
einer erwünschten
Speicherkapazität)
liegt, beispielsweise wenn der Motor sich erwärmt, so dass der erste SCR-Bereich
ein Anspringen erreicht hat, der zweite SCR-Bereich aber das Anspringen noch nicht erreicht
hat. In manchen Fällen
kann das Verfahren 1000 ausgeführt werden, wenn die Speicherkapazität des ersten
SCR-Bereichs größer als
die Speicherkapazität
des zweiten SCR-Bereichs ist.
-
Bei 1002 umfasst
das Verfahren 1000 das Ermitteln, ob die an dem ersten
SCR-Bereich gespeicherte Reduktionsmittelmenge kleiner als die obere Schwellenmenge
A1 ist, die in 9 schematisch gezeigt ist. Wenn
die Antwort bei 1002 Ja lautet, rückt das Verfahren 1000 zu 1004 vor.
-
Bei 1004 umfasst
das Verfahren 1000 das Anpassen einer stromaufwärts eines
ersten SCR-Bereichs eingespritzten Reduktionsmittelmenge beruhend
auf einem Zustand des ersten SCR-Bereichs, beispielsweise einer
Menge gespeicherten Reduktionsmittels an dem ersten SCR-Bereich.
Das Anpassen von 1004 kann ausgeführt werden, um einen erwünschten
NOx-Umwandlungswirkungsgrad an dem ersten SCR-Bereich zu erreichen.
Während
eines Motorstarts kann das Anpassen von 1004 zum Beispiel
das Anpassen umfassen, um eine Reduktionsmittelmenge einzuspritzen,
die ein stöchiometrisches Verhältnis von
Reduktionsmittel zu NOx ist. Somit kann ein fast vollständiger NOx-Umwandlungswirkungsgrad
(z. B. größer als
90%) an dem ersten SCR-Bereich während
Zeiträumen
hohen Motorrohemissions-NOx erreicht werden.
-
Wenn
die Antwort bei 1002 Nein lautet, was anzeigt, dass eine
Menge gespeicherten Reduktionsmittels an dem ersten SCR-Bereich
gleich oder größer als
eine obere Schwellenmenge A1 ist, können Schritte ausgeführt werden,
um die an dem ersten SCR-Bereich gespeicherte Reduktionsmittelmenge durch
Verstärken
des NOx-Stroms zu dem ersten SCR-Bereich zu verringern. Wie vorstehend
erläutert kann
dies durch Betreiben eines oder mehrerer der Brennräume des
Motors bei einem magereren Luft/Kraftstoff-Verhältnis erreicht werden.
-
Das
Verfahren 1000 kann bei 1008 auch das Verringern
einer Reduktionsmitteleinspritzung durch einen Reduktionsmittelinjektor
umfassen, um dadurch die an dem ersten SCR-Bereich gespeicherte Reduktionsmittelmenge
auf einen Wert unter der oberen Schwellenmenge A1 zu verringern.
-
Die
als Verfahren 1000 dargestellte dritte Schadstoffbegrenzungsstrategie
kann auch Bemühungen
umfassen, die Speicherkapazität
des zweiten SCR-Bereichs auf über
den zweiten Speicherkapazität-Schwellenwert
zu steigern. Dies kann zum Beispiel durch Steuern einer Temperatur
des zweiten SCR-Bereichs erfolgen, da die Speicherkapazität des zweiten
SCR-Bereichs durch Steuern seiner Temperatur angepasst werden kann.
Daher wird bei 1010 ermittelt, ob eine Temperatur des zweiten SCR-Bereichs
größer als
ein unterer Temperaturschwellenwert für den zweiten SCR-Bereich T2L ist. Wenn die Antwort bei 1010 Nein
lautet, kann dies anzeigen, dass der zweite SCR-Bereich zu kalt
ist, was die niedrige Speicherkapazität erklärt. Somit rückt das Verfahren 1000 zu 1012 vor,
wo der zweite SCR-Bereich in einem Beispiel durch Anheben der Abgastemperatur
erwärmt
wird.
-
Wenn
die Antwort bei 1010 Ja lautet, kann ermittelt werden,
dass der zweite SCR-Bereich
zu heiß sein
kann, da die Speicherkapazität
zu niedrig ist und der zweite SCR-Bereich nicht zu kalt ist. Demgemäß rückt das
Verfahren zu 1014 vor, wo die Abgastemperatur in einem
Versuch, den zweiten SCR-Bereich zu kühlen und somit die Speicherkapazität zu steigern,
verringert werden kann.
-
Es
können
Steuerungen vorhanden sein, so dass die Abgastemperatur bei 1012 nicht
zuviel angehoben wird und bei 1014 auch nicht zuviel verringert
wird, um den Betrieb anderer Schadstoffbegrenzungsvorrichtungen
(z. B. Oxidationskatalysator, erster SCR-Bereich etc.) wesentlich und/oder negativ
zu beeinflussen. Andere Techniken zum Anheben oder Senken der Temperatur
des zweiten SCR-Bereichs können
verwendet werden, beispielsweise das Einsetzen eines oder mehrerer
Wärmetauscher.
-
Unter
Bezug nun auf 14 ist das Verfahren 1100 die
vierte Schadstoffbegrenzungsstrategie, die ausgeführt werden
kann, wenn die Speicherkapazität
sowohl des ersten SCR-Bereichs als auch des zweiten SCR-Bereichs kleiner
als die jeweiligen Speicherkapazität-Schwellenwerte (z. B. nicht
eine erwünschte
Speicherkapazität)
sind, beispielsweise wenn mindestens einer der SCR-Bereiche degradiert ist.
Hier kann eine Temperatur des ersten SCR-Bereichs so angepasst werden,
dass sie innerhalb eines ersten erwünschten Bereichs liegt, und
eine Temperatur des zweiten SCR-Bereichs kann angepasst werden,
so dass sie innerhalb eines zweiten erwünschten Bereichs liegt.
-
Im
Einzelnen wird bei 1102 ermittelt, ob eine Temperatur des
ersten SCR-Bereichs über
einem oberen Temperaturschwellenwert T1H liegt.
Wenn die Antwort bei 1102 Nein lautet, ist der erste SCR-Bereich
noch nicht aufgewärmt,
beispielsweise bei Punkt A von 9. Das Verfahren 1100 kann
zu 1104 vorrücken,
wo die Abgastemperatur angehoben wird, um dadurch den ersten SCR-Bereich
zu erwärmen.
Manche Möglichkeiten
zum Steuern der Abgastemperatur können das Anpassen eines Luft/Kraftstoff-Verhältnisses
des Brennrauminhalts, der Einspritzzeiten, der Drosselung etc. umfassen.
-
Ferner
kann das Verfahren 1100 das Anhalten der Einspritzung von
Reduktionsmittel bei 1104 umfassen. Es kann wünschenswert
sein, das Einspritzen anzuhalten, da die Speicherkapazität beider SCR-Bereiche
unter einer erwünschten
Menge liegt und eine Wahrscheinlichkeit, dass Reduktionsmittel zur
Atmosphäre
entweicht, hoch ist.
-
Wenn
die Antwort bei 1102 Ja lautet, kann die Temperatur des
ersten SCR-Bereichs zu hoch sein, beispielsweise bei Punkt B von 9.
Somit rückt
das Verfahren 1100 zu 1106 vor, wo die Abgaswärmetemperatur
verringert werden kann, um den ersten SCR-Bereich zu kühlen.
-
Bei 1108 kann
das Verfahren 1100 das Ermitteln umfassen, ob eine Temperatur
des zweiten SCR-Bereichs größer als
ein oberer Schwellenwert T2H ist. Wenn die
Antwort bei 1108 Nein lautet, zeigt dies an, dass der zweite
SCR-Bereich zu kalt sein kann (z. B. Punkt A von 9),
daher rückt
das Verfahren 1100 zu 1110 vor, wo Abgaswärme angehoben
werden kann, um den zweiten SCR-Bereich zu erwärmen. Wenn die Antwort bei 1108 Ja
lautet, kann der zweite SCR-Bereich zu heiß sein (z. B. Punkt B von 9),
daher kann das Verfahren 1100 zu 1112 vorrücken, wo
die Abgastemperatur in dem Bemühen verringert
werden kann, den zweiten SCR-Bereich zu kühlen.
-
Aus
den Beschreibungen der in 11–14 dargestellten
Schadstoffbegrenzungsstrategien versteht sich, dass unter manchen Bedingungen
ein Schadstoffbegrenzungssystem an dem ersten SCR-Bereich mit einer
ersten Menge gespeicherten Reduktionsmittels betrieben werden kann,
die größer als
eine an dem zweiten SCR-Bereich gespeicherte Reduktionsmittelmenge
ist, beispielsweise während
der dritten Schadstoffbegrenzungsstrategie, während eines Motorkaltstarts
oder wenn nur zum Beispiel eine Temperatur des zweiten SCR-Bereichs
unter einem unteren Schwellenwert liegt (z. B. zu kalt ist) oder über einem
oberen Schwellenwert liegt (z. B. zu heiß ist).
-
In
manchen Fällen
kann durch Zufall an dem ersten SCR-Bereich mehr Reduktionsmittel
gespeichert sein als an dem zweiten SCR-Bereich (z. B. infolge normalen
Motorbetriebs). In anderen Beispielen können Betriebsparameter angepasst
werden, um die erste Menge gespeicherten Reduktionsmittels zu erreichen,
die größer als
die zweite Menge gespeicherten Reduktionsmittels ist. Die Betriebsparameter können nur
zum Beispiel eines oder mehrere von: einem NOx-Strom, einer Temperatur
des ersten SCR-Bereichs, einer Temperatur des zweiten SCR-Bereichs
und einer eingespritzten Reduktionsmittelmenge umfassen. Somit kann
zum Erreichen einer größeren Menge
des ersten gespeicherten Reduktionsmittels als das zweite gespeicherte
Reduktionsmittel der NOx-Strom zu dem ersten SCR-Bereich verringert
werden, die Temperatur des ersten SCR-Bereichs kann in einem vorbestimmten
Bereich gehalten werden und/oder eine eingespritzte Reduktionsmittelmenge
kann vergrößert werden.
-
Andererseits
kann ein Schadstoffbegrenzungssystem mit der zweiten Menge gespeicherten Reduktionsmittels
betrieben werden, die größer als die
erste Menge gespeicherten Reduktionsmittels ist, zum Beispiel wenn
eine Temperatur des ersten SCR-Bereichs über einem oberen Schwellenwert liegt
(z. B. zu heiß ist)
oder wenn der erste SCR-Bereich deaktiviert ist oder wenn eine Regeneration
eines SCR-Filters (oder Dieselpartikelfilters) ausgeführt wird.
In manchen Fällen
kann einfach infolge von Motorbetrieb oder Zufall an dem zweiten SCR-Bereich
mehr gespeichertes Reduktionsmittel vorhanden sein als an dem ersten
SCR-Bereich. Dies kann eintreten, wenn eine Fahrzeugbeschleunigung und/oder
Motordrehzahl über
einem vorbestimmten Schwellenwert liegt. Während harter Beschleunigung und
Fahren bei hoher Geschwindigkeit kann zum Beispiel ein Wirkungsgrad
des ersten SCR-Bereichs aufgrund hoher Temperatur und hoher Raumgeschwindigkeit
des ersten SCR-Bereichs niedriger als 100% sein. In diesem Fall
kann der zweite SCR-Bereich in einem Temperaturfenster liegen, das
ausreichend ist, dass nicht umgewandeltes NOx, das von dem ersten
SCR-Bereich aufgenommen wird, von gespeichertem NH3 an
dem zweiten SCR-Bereich aufgebraucht wird.
-
In
anderen Beispielen können
Betriebsparameter angepasst werden, um die erste Menge gespeicherten
Reduktionsmittels kleiner als die zweite Menge gespeicherten Reduktionsmittels
sein zu lassen. Wie erläutert
können
die Betriebsparameter ein oder mehrere von: einem NOx-Strom, einer
Temperatur des ersten SCR-Bereichs, einer Temperatur des zweiten
SCR-Bereichs und einer eingespritzten Reduktionsmittelmenge umfassen.
Um eine Menge ersten gespeicherten Reduktionsmittels, die geringer
als die des zweiten gespeicherten Reduktionsmittels ist, zu erreichen,
kann der NOx-Strom zu dem ersten SCR-Bereich verglichen mit dem
NOx-Strom bei dem zweiten SCR-Bereich verringert werden, die Temperatur
des ersten SCR-Bereichs kann über
einen oberen Schwellenwert angehoben werden und/oder die Temperatur
des zweiten SCR-Bereichs kann in einem vorbestimmten Bereich gehalten
werden. Weiterhin kann eine Menge eingespritzten Reduktionsmittels
beruhend auf anderen Bedingungen angehoben oder gesenkt werden,
um verglichen mit dem ersten SCR-Bereich eine größere an dem zweiten SCR-Bereich
gespeicherte Menge zu erreichen.
-
15 zeigt
als schematischer Graph eine Menge von Reduktionsmittel an einer
Bettmittenstelle (z. B. zwischen dem ersten SCR-Bereich und dem zweiten
SCR-Bereich) und
eine Menge von Reduktionsmittel an einer Endrohrstelle (z. B. stromabwärts des
zweiten SCR-Bereichs) während
des Betriebs eines Motors und eines Schadstoffbegrenzungssystems,
das ausgelegt ist, um die hierin beschriebenen Schadstoffbegrenzungsstrategien
zu nutzen. Es versteht sich aus diesem Graph, dass die Nutzung von mehr
als einem SCR-Bereich in Verbindung mit den hierin beschriebenen
Steuerstrategien Reduktionsmittelschlupf wesentlich verringert.
-
Im
Einzelnen stellt 15 prophetisch einen „typischen” Feldzustand
dar. Der Verlauf zeigt die Ammoniakfreisetzung über einem FTP-75-Zyklus. In diesem
Beispiel weisen der erste SCR-Bereich und der zweite SCR-Bereich
mäßige bis
hohe voradsorbierte Ammoniakwerte auf. Der zweite Bereich 0–505 ist
ein Beutel-1-Kaltstart – mit
etwas Übereinspritzung
von NH3, um die Umwandlung mit einer kleinen Schlupfmenge zu verstärken. Die
größere Ammoniakspitze
stammt aus Beutel 3 des FTP-Heißstarts, und
die Freisetzung von dem ersten SCR ist temperaturgesteuert und die
zweite ist auf voradsorbiertes Ammoniak zurückzuführen, was einen Teil der Adsorption
beschränkt.
In dem Zustand eines nicht voradsorbierten Ammoniaks liegt dagegen
bei der hierin beschriebenen Übereinspritzungsstrategie
ein ähnlicher
Verlauf wie die durchgehende Linie vor, doch weist die gestrichelte
Linie keine Spitzen über
20 ppm auf, da der zweite SCR-Bereich angepasst ist, um im Wesentlichen
kein Ammoniak daran gespeichert zu haben, und kann die Spitzen vollständig adsorbieren.
-
Unter
Bezug nun auf das Thema des Diagnostizierens von Komponenten des
Schadstoffbegrenzungssystems bei einem Schadstoffbegrenzungssystem
mit mehr als einem SCR-Bereich in Reihe veranschaulicht 16 ein
Verfahren 1200. Das Verfahren 1200 umfasst das
Lesen von Betriebsbedingungen bei 1202. Betriebsbedingungen
können Motorbetriebsbedingungen
und/oder eine aktuelle Schadstoffbegrenzungsstrategie als einige
Beispiele umfassen. Bei 1202 wird ermittelt, dass bei dem Schadstoffbegrenzungssystem
ein Problem vorliegt, und dass das Problem nicht ein Problem des
Reduktionsmittelinjektors und auch nicht ein Problem eines des einen
oder der mehreren Sensoren ist, die einen Zustand von Komponenten
des Schadstoffbegrenzungssystems erfassen können. D. h. die Schadstoffbegrenzungskomponenten
mit Ausnahme des ersten SCR-Bereichs und des zweiten SCR-Bereichs
können
bereits als mögliche
Beitragende zu dem Problem des Schadstoffbegrenzungssystems ausgeschlossen
(oder diagnostiziert) worden sein.
-
Wie
näher erläutert wird,
kann die Diagnose ausgeführt
werden, wenn einer der SCR-Bereiche NOx
nicht umwandelt, NOx bei einer unannehmbar niedrigen Rate (z. B.
unter 50%) oder bei einer bekannten Rate umwandelt. Somit kann eine
Diagnose ausgeführt
werden, wenn eine Temperatur des ersten und/oder zweiten SCR-Bereichs
zu niedrig oder zu hoch ist, um NOx umzuwandeln. Wenn zum Beispiel
der erste SCR-Bereich außerhalb
eines NOx-Umwandlungsbereichs liegt, kann der zweite SCR-Bereich
diagnostiziert werden. Wenn dagegen der zweite SCR-Bereich außerhalb
eines NOx-Umwandlungsbereichs
liegt, kann der ersten SCR-Bereich diagnostiziert werden. Ein Betriebsbereich
kann einem Temperaturbereich und/oder einer Speicherkapazität eines
SCR-Bereichs entsprechen.
-
Auch
wenn dies nicht gezeigt ist, kann das Verfahren 1200 das
Anpassen von Betriebsparametern umfassen, um eine erwünschte Temperatur
des ersten SCR-Bereichs
und/oder eine erwünschte Temperatur
des zweiten SCR-Bereichs zu erreichen, wobei die Betriebsparameter
eines oder mehrere von: einer Motordrehzahl, einer Motorlast, einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis und
einer Menge eingespritzten Reduktionsmittels umfassen können. D.
h. die Temperatur des ersten und/oder zweiten SCR-Bereichs kann
absichtlich angehoben oder gesenkt werden, um das System in einen
Zustand zu versetzen, der für
das Ausführen
von SCR-Systemdiagnose förderlich
ist.
-
Bei 1204 umfasst
das Verfahren 1200 das Ermitteln, ob eine Temperatur des
ersten SCR-Bereichs größer als
ein oberer Temperaturschwellenwert T1H ist.
Wenn die Antwort bei 1204 Ja lautet, kann dies anzeigen,
dass der erste SCR-Bereich deaktiviert ist (z. B. nicht in der Lage
ist, NOx umzuwandeln). Somit kann das Verfahren 1200 zu 1206 vorrücken und
ermitteln, ob eine Temperatur des zweiten SCR-Bereichs über einem
unteren Schwellenwert T2L liegt. Der untere
Schwellenwert T2L kann eine Temperatur sein,
unter der der zweite SCR-Bereich kein Reduktionsmittel speichern
kann und/oder kein NOx umwandeln kann. Wenn die Antwort bei 1206 Ja
lautet (der zweite SCR-Bereich wandelt z. B. NOx um), rückt das
Verfahren somit zu 1208 vor.
-
Bei 1208 umfasst
das Verfahren 1200 das Beurteilen der Leistung des zweiten
SCR-Bereichs. Da
der erste SCR-Bereich unter diesen Bedingungen funktionell deaktiviert
sein kann, kann die Diagnose des zweiten SCR-Bereichs unter einer
Annahme ausgeführt
werden, dass ein Großteil
des Motorrohemissions-NOx zu dem zweiten SCR-Bereich strömt, ohne
an dem ersten SCR-Bereich umgewandelt zu werden. Dies kann zum Beispiel
während
einer Regeneration eines SCR-Filters erfolgen, wenn der erste SCR-Bereich
hohen Temperaturen ausgesetzt ist. D. h. während eines SCR-Regenerationszyklus
kann die Temperatur des ersten SCR-Bereichs steigen, und somit sinkt
die Reduktionsmittelspeicherfähigkeit.
-
Bei 1210 umfasst
das Verfahren 1200 das Lesen eines Sensorsignals von einem
NOx-Sensor zum Beispiel
stromabwärts
eines zweiten SCR-Bereichs. Bei 1212 umfasst das Verfahren 1200 das
Ermitteln einer Speicherkapazität
des zweiten SCR-Bereichs. Das Verfahren 1200 kann auch
bei 1214 das Ermitteln eines NOx-Umwandlungswirkungsgrads des zweiten
SCR-Bereichs umfassen. Es können verschiedene
Berechnungen und/oder Vergleiche vorgenommen werden, um die Leistung
des zweiten SCR-Bereichs zu beurteilen.
-
Wenn
bei 1216 ermittelt wird, dass die Leistung des zweiten
SCR-Bereichs unter einer erwarteten Leistung liegt (z. B. ist die
Leistung nicht so gut wie erwartet), umfasst das Verfahren 1200 das
Festlegen einer Diagnose des zweiten SCR-Bereichs bei 1218.
-
Zum
Beispiel kann das Festlegen einer Diagnose des zweiten SCR-Bereichs
als Reaktion auf das Ermitteln ausgeführt werden, dass eine Speicherkapazität des zweiten
SCR-Bereichs kleiner als eine erwartete Speicherkapazität des zweiten SCR-Bereichs
ist. D. h. das Verfahren 1200 umfasst das Festlegen einer
Diagnose des zweiten SCR-Bereichs
beruhend auf einem Signal, das eine Degradation des zweiten SCR-Bereichs
anzeigt.
-
Wenn
aber die Leistung des zweiten SCR-Bereichs mindestens gleich der
erwarteten Leistung ist (z. B. ist die Leistung so gut wie erwartet), kann
die Leistung des zweiten SCR-Bereichs nicht die Quelle der Probleme
des Schadstoffbegrenzungssystems sein. Somit umfasst das Verfahren 1200 bei 1220 das
Festlegen einer provisorischen Diagnose des ersten SCR-Bereichs.
D. h. das Verfahren 1200 kann das Festlegen einer Diagnose
des ersten SCR-Bereichs beruhend auf einem Signal umfassen, das
anzeigt, dass keine Degradation des zweiten SCR-Bereichs vorliegt.
-
Wenn
die Antwort bei 1206 Nein lautet, so dass die Temperatur
des ersten SCR-Bereichs über einem
oberen Schwellenwert T1H liegt (z. B. ist
der erste SCR-Bereich zu heiß)
und die Temperatur des zweiten SCR-Bereichs unter dem unteren Schwellenwert
T2L liegt (z. B. ist der zweite SCR-Bereich
zu kalt), kann das Verfahren 1200 enden. D. h. die Diagnose
des Schadstoffbegrenzungssystems könnte in diesem Beispiel nicht
ausgeführt
werden. Es versteht sich aber, dass bei einem System mit Vorkehrungen hierfür (z. B.
mit zusätzlichen
Sensoren) die Diagnose des Schadstoffbegrenzungssystems unter solchen
Bedingungen ausgeführt
werden kann.
-
Wenn
die Antwort bei 1204 Nein lautet, so dass die Temperatur
des ersten SCR-Bereichs
nicht über
dem oberen Schwellenwert T1H liegt (z. B.
wandelt der erste SCR-Bereich
NOx um), rückt
das Verfahren 1200 zu 1222 vor. Hier wird ermittelt,
ob der zweite SCR-Bereich unter einem unteren Schwellenwert T2L liegt. Wenn die Antwort bei 1222 Ja
lautet, so dass der erste SCR-Bereich NOx umwandelt, der zweite
SCR-Bereich aber
kein NOx umwandelt, kann die Diagnose des ersten SCR-Bereichs unter
einer Annahme ausgeführt
werden, dass der zweite SCR-Bereich nicht wesentlich zur NOx-Umwandlung beiträgt. Diese
Bedingungen können
zum Beispiel während
mindestens eines Teils eines Motorkaltstarts eintreten, wenn der
erste, aber nicht der zweite SCR-Bereich ausreichend aufgewärmt ist.
-
Bei 1224 umfasst
das Verfahren 1200 das Beurteilen einer Leistung des ersten
SCR-Bereichs. Dies
kann das Lesen eines Sensorsignals bei 1226, das Ermitteln
der Speicherkapazität
des ersten SCR-Bereichs bei 1228 und/oder das Ermitteln
von NOx-Umwandlungswirkungsgrad
durch den ersten SCR-Bereich bei 1230 umfassen.
-
Bei 1232 wird
die Leistung des ersten SCR-Bereichs mit einer erwarteten Leistung
verglichen. Zum Beispiel kann die Leistung des ersten SCR-Bereichs
eine Speicherkapazität
beruhend auf der Temperatur des ersten SCR-Bereichs sein, und diese
kann mit einer erwarteten Speicherkapazität verglichen werden. In anderen
Beispielen kann eine NOx-Menge stromabwärts des ersten SCR-Bereichs mit
einer erwarteten NOx-Menge verglichen werden und/oder ein NOx-Umwandlungswirkungsgrad
des ersten SCR-Bereichs kann mit einem erwarteten NOx-Umwandlungswirkungsgrad
verglichen werden.
-
Wenn
die Leistung des ersten SCR-Bereichs unter der erwarteten Leistung
liegt (z. B. wenn er NOx nicht bei einer erwarteten Rate umwandelt)
umfasst das Verfahren 1200 auf jeden Fall das Festlegen
einer Diagnose des ersten SCR-Bereichs bei 1234. D. h.
das Verfahren 1200 umfasst das Festlegen einer Diagnose
des ersten SCR-Bereichs beruhend auf einem Signal, das eine Degradation
des ersten SCR-Bereichs anzeigt.
-
Wenn
die Antwort bei 1232 Nein lautet, umfasst das Verfahren 1200 das
Festlegen einer provisorischen Diagnose des zweiten SCR-Bereichs
bei 1236. D. h. das Verfahren 1200 kann das Festlegen einer
Diagnose des zweiten SCR-Bereichs beruhend auf einem Signal umfassen,
das anzeigt, dass keine Degradation des ersten SCR-Bereichs vorliegt.
-
Wenn
die Antwort bei 1222 Nein lautet, so dass sowohl der erste
SCR-Bereich als auch der zweite SCR-Bereich NOx bei einer im Wesentlichen hohen
Rate umwandeln, kann die Schadstoffbegrenzungsdiagnose enden.
-
Wie
vorstehend angedeutet, können
zusätzliche
oder ergänzende
Schadstoffbegrenzungsdiagnoseroutinen zum Ausführen von Diagnose des ersten
und/oder zweiten SCR-Bereichs vorgesehen werden, wenn beide Bereiche
einsatzfähig
sind und NOx bei einer im Wesentlichen hohen Rate umwandeln. Eine
solche Routine kann auf einem oder mehrere Sensoren (z. B. NOx-Sensoren)
stromabwärts des
ersten und/oder zweiten SCR-Bereichs fußen. Selbst wenn beide SCR-Bereiche
innerhalb brauchbarer Bereiche liegen, kann auf diese Weise eine
Degradation eines oder mehrerer der SCR-Bereiche durch Vergleichen
einer NOx-Umwandlungsmenge nach Bereich (von einem NOx-Sensor detektiert)
mit einem erwarteten NOx-Umwandlungswirkungsgrad ermittelt
werden. Ein erwarteter Umwandlungswirkungsgrad kann auf einem oder
mehreren von: Motorlast, Motordrehzahl, Speicherkapazität, Menge
gespeicherten Reduktionsmittels, Temperatur etc. beruhen.
-
Wie
vorstehend erläutert
kann ein Oxidationskatalysator stromabwärts des ersten SCR-Bereichs und stromaufwärts des
zweiten SCR-Bereichs positioniert sein und kann somit mindestens
einen Teil von Reduktionsmittel oxidieren, das von dem ersten SCR-Bereich entwichen
ist. In einem solchen Fall kann das Verfahren 1200 Vorkehrungen
zum Ermitteln umfassen, ob der Oxidationskatalysator wie erwartet
arbeitet. In manchen Fällen
kann das Verfahren 1200 das Festlegen einer Diagnose des
Oxidationskatalysators beruhend auf einer Leistung des Oxidationskatalysators
umfassen, wenn die Temperatur des ersten SCR-Bereichs bei 1204 über dem oberen
Schwellenwert T1H liegt und die Temperatur des
zweiten SCR-Bereichs bei 1206 über dem unteren Schwellenwert
T2L liegt. In einem solchen Fall kann im
Wesentlichen das gesamte Motorrohemissions-NOx an dem Oxidationskatalysator
aufgenommen werden. Somit kann ein elektronisches Steuergerät eine erwartete
Leistung des Oxidationskatalysators (z. B. wie viel NOx erzeugt
wir) und eine erwartete Leistung des zweiten SCR-Bereichs (z. B.
wie viel NOx umgewandelt wird) festlegen und eine Menge von Endrohr-NOx
mit einer erwarteten NOx-Menge vergleichen. In noch anderen Beispielen
kann ein Oxidationskatalysator diagnostiziert werden, wenn die Antwort
auf 1216 und/oder 1232 Nein lautet.
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Das
Verfahren 1200 ist beispielhaft. Somit kann die Ermittlung
bei 1204 durch eine Ermittlung ersetzt werden, ob die Temperatur
des ersten SCR-Bereichs unter einem unteren Schwellenwert liegt,
der den ersten SCR-Bereich funktionell deaktiviert, oder kann durch
eine andere Ermittlung ersetzt werden, dass der erste SCR-Bereich
nicht wesentlich zur NOx-Umwandlung beiträgt. Analog kann die Ermittlung
bei 1222 durch eine Ermittlung ersetzt werden, ob die Temperatur
des zweiten SCR größer als ein
oberer Schwellenwert ist, der den zweiten SCR-Bereich funktionell
deaktiviert, oder kann durch eine andere Ermittlung ersetzt werden,
dass der zweite SCR-Bereich nicht wesentlich zur NOx-Umwandlung
beiträgt.
Weiterhin kann die Ermittlung bei 1206 durch eine Ermittlung
ersetzt werden, dass der zweite SCR-Bereich innerhalb eines Betriebsbereichs
liegt oder dass er wesentlich zur NOx-Umwandlung beiträgt.
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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.
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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.
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Während verschiedene
Abschnitte bezüglich Steuern/Anpassen
von Reduktionsmitteleinspritzung zum Anpassen des den verschiedenen
SCR-Bereichen gelieferten Ammoniaks beschrieben sind, kann auch
eine Reduktionsmittelerzeugung in einem stromaufwärts liegenden
Katalysator, beispielsweise einem stromaufwärts liegenden Mager-NOx-Filter,
z. B. mittels Anpassung eines fetten Luft/Kraftstoff-Verhältnisses
von Abgas an Stelle von oder zusätzlich
zu Reduktionsmitteleinspritzung verwendet werden. Somit kann für jeden
Fall von Anpassung von Reduktionsmitteleinspritzung auf bestimmte
Weise eine Anpassung des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses
in einem stromaufwärts
befindlichen Mager-NOx-Filter auch stattdessen verwendet werden.
Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung umfasst somit 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.
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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.