DE102010032544B4 - Verfahren und Systeme für die Steuerung eines Emissionssystems mit mehr als einem SCR-Bereich - Google Patents

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Abstract

Verfahren (800) zum Steuern eines Schadstoffbegrenzungssystems mit einem ersten SCR-Bereich (78) stromaufwärts eines zweiten SCR-Bereichs (80), wobei das Verfahren (800) umfasst:in einem ersten Modus: Anpassen einer stromaufwärts des ersten SCR-Bereichs gelieferten Reduktionsmittelmenge beruhend auf einem Zustand des ersten SCR-Bereichs (806); undin einem zweiten Modus: Anpassen der stromaufwärts des ersten SCR-Bereichs gelieferten Reduktionsmittelmenge beruhend auf einem Zustand des zweiten SCR-Bereichs (808),dadurch gekennzeichnet, dassder zweite Modus weiterhin umfasst:Deaktivieren des ersten SCR-Bereichs (812), um NOx-Strom zu dem zweiten SCR-Bereich beruhend darauf zu steigern (814), dass eine an dem zweiten SCR-Bereich gespeicherte Reduktionsmittelmenge größer als eine zweite Schwellenmenge A2 ist.

Description

  • Gebiet
  • 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. selective catalytic reduction).
  • Hintergrund und Zusammenfassung
  • 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.
  • Beispielsweise offenbart die DE 10 2005 012 568 A1 hierzu eine Vorrichtung zum Entfernen von NOx aus dem Abgas eines überwiegend mit Luftüberschuss betriebenen Verbrennungsmotor sowie ein Verfahren zur Dosierung eines ein Reduktionsmittel enthaltenden Zuschlagstoffs in einer Abgasleitung eines überwiegend mit Luftüberschuss betriebenen Verbrennungsmotor, um den aus dem Abgas entfernten NOx-Anteil zu verbessern.
  • Ein anderes Verfahren zur Dosierung eines Reduktionsmittels in eine Abgasleitung eines Verbrennungsmotors, mit welchem ebenfalls eine verbesserte Abgasreinigung erzielt werden kann, beschreibt die DE 10 2005 031 720 A1 .
  • Zudem betrifft die DE 602 00 714 T2 ein Abgasreinigungssystem für einen Dieselmotor, das Partikel und NOx aus dem Abgas des Dieselmotors entfernt.
  • Wiederum ein anderes NOx-Reduktionssystem, das ein erstes und zweites Katalysatorbett in Reihe aufweist, ist in U.S.-Patentanmeldung US 2005 / 0 284 134 A1 (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.
  • 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, wobei erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass der zweite Modus weiterhin das Deaktivieren des ersten SCR-Bereichs, um NOx-Strom zu dem zweiten SCR-Bereich beruhend darauf zu steigern, dass eine an dem zweiten SCR-Bereich gespeicherte Reduktionsmittelmenge größer als eine zweite Schwellenmenge ist, umfasst. Der erste SCR-Bereich kann zum Beispiel bezüglich des zweiten SCR-Bereichs stromaufwärts positioniert sein.
  • 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.
  • 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.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine schematische Ansicht eines Zylinders eines Motors und eines Schadstoffbegrenzungssystems, wie sie hierin beschrieben werden.
    • 2 ist eine schematische Ansicht eines beispielhaften SCR-Systems mit zwei SCR-Bereichen.
    • 3 ist eine beispielhafte schematische Ansicht einer anderen Ausführungsform eines SCR-Systems mit zwei Zonen.
    • 4 ist eine beispielhafte schematische Ansicht einer anderen Ausführungsform eines SCR-Systems mit zwei SCR-Bereichen und einem Oxidationskatalysator.
    • 5 ist ein Graph, der den Wirkungsgrad der Reduktionsmittelumwandlung zu NOx durch zwei unterschiedliche Oxidationskatalysatoren zeigt.
    • 6 ist ein Graph, der eine Reduktionsmittelkonzentration stromabwärts von zwei unterschiedlichen Oxidationskatalysatoren zeigt.
    • 7 ist ein Graph, der einen NOx-Umwandlungswirkungsgrad gegen Zeit von zwei SCR-Bereichen mit unterschiedlichen Washcoat-Beladungen zeigt.
    • 8 ist ein Flussdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren zum Betreiben eines Schadstoffbegrenzungssystems im Überblick veranschaulicht.
    • 9 ist ein schematischer Graph der Speicherkapazität eines SCR-Bereichs, die mit einer Temperatur des SCR-Bereichs schwankt.
    • 10 ist ein Flussdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren zum Wählen einer Schadstoffbegrenzungsstrategie veranschaulicht.
    • 11 ist ein Flussdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren zum Arbeiten in einer ersten Schadstoffbegrenzungsstrategie veranschaulicht.
    • 12 ist ein Flussdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren zum Arbeiten in einer zweiten Schadstoffbegrenzungsstrategie veranschaulicht.
    • 13 ist ein Flussdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren zum Arbeiten in einer dritten Schadstoffbegrenzungsstrategie veranschaulicht.
    • 14 ist ein Flussdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren zum Arbeiten in einer vierten Schadstoffbegrenzungsstrategie veranschaulicht.
    • 15 ist ein schematischer Graph von Reduktionsmittelkonzentration an einer Bettmitte eines SCR-Systems und an einem Abgasendrohr.
    • 16 ist ein Flussdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren zum Diagnostizieren eines ersten und/oder zweiten SCR-Bereichs eines Schadstoffbegrenzungssystems veranschaulicht.
  • Eingehende Beschreibung der Zeichnungen
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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. 57ermittelt 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.
  • 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.
  • 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.
  • Wie vorstehend beschrieben zeigt 1 nur einen Zylinder eines Mehrzylindermotors, und jeder Zylinder kann analog seinen eigenen Satz aus Einlass-/Auslassventilen, Kraftstoffeinspritzvorrichtung etc. umfassen.
  • 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.
  • 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.
  • 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-, HC- 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/KraftstoffVerhältnis oder bei einer bestimmten Temperatur regelmäßig zurückgesetzt werden.
  • 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.
  • 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. Danach kann Abgas mittels eines Abgasendrohrs 202 zu verbleibenden stromabwärts befindlichen Komponenten und/oder einer Atmosphäre strömen.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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 78 ist 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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).
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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).
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Erfindungsgemäß umfasstdas 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), 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.
  • Erfindungsgemäß umfasst das Verfahren 800 bei 814 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Zu beachten ist, dass die hierin enthaltenen beispielhaften Steuer- und Schätzroutinen mit verschiedenen Motor- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Die hierin beschriebenen spezifischen Routinen können ein oder mehrere einer Reihe von Verarbeitungsstrategien darstellen, beispielsweise ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen. Daher können verschiedene gezeigte Arbeitsgänge, Schritte oder Funktionen in der gezeigten Abfolge oder parallel ausgeführt oder in manchen Fällen ausgelassen werden. Analog ist die Reihenfolge der Verarbeitung nicht unbedingt erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hier beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen zu verwirklichen, wird aber zur besseren Veranschaulichung und Beschreibung vorgesehen. Einer oder mehrere der gezeigten Arbeitsgänge oder Funktionen können abhängig von der jeweils eingesetzten Strategie wiederholt ausgeführt werden. Weiterhin können die beschriebenen Arbeitsgänge einen in das maschinenlesbare Speichermedium in dem Motorsteuersystem einzuprogrammierenden Code graphisch darstellen.
  • Es versteht sich, dass die hierin offenbarten Konfigurationen und Routinen beispielhafter Natur sind und dass diese spezifischen Ausführungen nicht einschränkend aufgefasst werden dürfen, da zahlreiche Abänderungen möglich sind. Zum Beispiel kann die obige Technologie auf V-6, 1-4, 1-6, V-12, Gegenkolben- und andere Motorausführungen angewendet werden.
  • 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.
  • Die folgenden Ansprüche zeigen insbesondere bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen auf, welche als neuartig und nicht nahe liegend betrachtet werden. Diese Ansprüche können auf „ein“ Element oder „ein erstes“ Element oder eine Entsprechung desselben verweisen. Diese Ansprüche sind so zu verstehen, dass sie das Integrieren eines oder mehrerer solcher Elemente umfassen, wobei sie zwei oder mehrere dieser Elemente weder fordern noch ausschließen. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Abänderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Vorlage neuer Ansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Solche Ansprüche werden, ob sie nun gegenüber dem Schutzumfang der ursprünglichen Ansprüche breiter, enger, gleich oder unterschiedlich sind, ebenfalls als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthalten betrachtet.

Claims (20)

  1. Verfahren (800) zum Steuern eines Schadstoffbegrenzungssystems mit einem ersten SCR-Bereich (78) stromaufwärts eines zweiten SCR-Bereichs (80), wobei das Verfahren (800) umfasst: in einem ersten Modus: Anpassen einer stromaufwärts des ersten SCR-Bereichs gelieferten Reduktionsmittelmenge beruhend auf einem Zustand des ersten SCR-Bereichs (806); und in einem zweiten Modus: Anpassen der stromaufwärts des ersten SCR-Bereichs gelieferten Reduktionsmittelmenge beruhend auf einem Zustand des zweiten SCR-Bereichs (808), dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Modus weiterhin umfasst: Deaktivieren des ersten SCR-Bereichs (812), um NOx-Strom zu dem zweiten SCR-Bereich beruhend darauf zu steigern (814), dass eine an dem zweiten SCR-Bereich gespeicherte Reduktionsmittelmenge größer als eine zweite Schwellenmenge A2 ist.
  2. Verfahren (800) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zustand des ersten SCR-Bereichs eine Menge von an dem ersten SCR-Bereich gespeichertem Reduktionsmittel ist und der Zustand des zweiten SCR-Bereichs eine Menge von an dem zweiten SCR-Bereich gespeichertem Reduktionsmittel ist.
  3. Verfahren (800) nach Anspruch 1 oder 2, welches weiterhin das Arbeiten in dem ersten Modus mit einer ersten, höheren Speicherkapazität des ersten SCR-Bereichs; und das Arbeiten in dem zweiten Modus mit einer zweiten, niedrigeren Speicherkapazität des ersten SCR-Bereichs umfasst.
  4. Verfahren (800) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, welches weiterhin umfasst: das Arbeiten in dem ersten Modus, wenn eine Speicherkapazität des ersten SCR-Bereichs größer als eine Speicherkapazität des zweiten SCR-Bereichs ist, und das Arbeiten in dem zweiten Modus, 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.
  5. Verfahren (800) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in dem ersten Modus das Anpassen das Verringern einer eingespritzten Reduktionsmittelmenge umfasst, wenn eine in dem ersten SCR-Bereich gespeicherte Reduktionsmittelmenge über einem ersten Schwellenwert liegt, und dass in dem zweiten Modus das Anpassen das Verringern der eingespritzten Reduktionsmittelmenge umfasst, wenn die in dem zweiten SCR-Bereich gespeicherte Reduktionsmittelmenge über einem zweiten Schwellenwert liegt.
  6. Verfahren (800) nach Anspruch 2, welches weiterhin das Erhöhen von Motorrohemissions-NOx beruhend auf einem oder mehreren der Folgenden umfasst: das Liegen der an dem ersten SCR-Bereich gespeicherten Reduktionsmittelmenge über einer ersten Schwellenmenge und das Liegen der an dem zweiten SCR-Bereich gespeicherten Reduktionsmittelmenge über einer zweiten Schwellenmenge.
  7. Verfahren (800) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Modus das Liegen des ersten SCR-Bereichs unter einem unteren Temperaturschwellenwert oder über einem oberen Temperaturschwellenwert umfasst.
  8. Verfahren (800) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in dem ersten Modus das Anpassen der zugeführten Reduktionsmittelmenge weiterhin auf einem Zustand des zweiten SCR-Bereichs beruht.
  9. Verfahren (800) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Deaktivieren das Anheben einer Temperatur des ersten SCR-Bereichs und/oder das Senken einer an dem ersten SCR-Bereich gespeicherten Reduktionsmittelmenge umfasst.
  10. Verfahren (800) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches weiterhin in dem ersten Modus das Steuern einer Temperatur des zweiten SCR-Bereichs und in dem zweiten Modus das Steuern einer Temperatur des ersten SCR-Bereichs umfasst.
  11. Schadstoffbegrenzungssystem für einen Verbrennungsmotor (10), welches umfasst: einen Reduktionsmittelinjektor (74); einen ersten SCR-Bereich (78), der stromabwärts des Reduktionsmittelinjektors (74) positioniert ist; einen zweiten SCR-Bereich (80), der stromabwärts des ersten SCR-Bereichs (78) positioniert ist; und ein elektronisches Steuergerät (12); wobei das Schadstoffbegrenzungssystem das Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche ausführt.
  12. System nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der erste SCR-Bereich (78) eine erste Washcoatdichte aufweist, die größer als eine zweite Washcoatdichte des zweiten SCR-Bereichs (80) ist.
  13. System nach Anspruch 11 oder 12, wobei der erste SCR-Bereich (78) ein erstes Verhältnis von Flächeninhalt zu Volumen aufweist, das größer als ein zweites Verhältnis von Flächeninhalt zu Volumen des zweiten SCR-Bereichs (80) ist.
  14. System nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der erste SCR-Bereich (78) eine erste Zone eines SCR-Katalysators ist und der zweite SCR-Bereich (80) eine zweite Zone des SCR-Katalysators ist, wobei die erste Zone und die zweite Zone benachbart zueinander positioniert sind.
  15. System nach einem der Ansprüche 11 bis 14, welches weiterhin einen Oxidationskatalysator umfasst, der zwischen dem ersten SCR-Bereich (78) und dem zweiten SCR-Bereich (80) positioniert ist, so dass der Oxidationskatalysator entwichenes Reduktionsmittel (74) von dem ersten SCR-Bereich (78) aufnimmt und mindestens einen Teil des entwichenen Reduktionsmittels (74) oxidiert.
  16. Verfahren (900) zum Steuern eines Schadstoffbegrenzungssystems mit einem ersten SCR-Bereich (78) stromaufwärts eines zweiten SCR-Bereichs (78), wobei das Verfahren umfasst: Anheben einer Temperatur des ersten SCR-Bereichs beruhend auf einem Zustand des zweiten SCR-Bereichs dadurch gekennzeichnet, dass das Anheben der Temperatur auf dem Liegen einer an dem zweiten SCR-Bereich gespeicherten Reduktionsmittelmenge über einer zweiten Schwellenmenge beruht.
  17. Verfahren (900) nach Anspruch 16, welches weiterhin umfasst: Anpassen einer stromaufwärts des ersten SCR-Bereichs eingespritzten Reduktionsmittelmenge beruhend auf dem Zustand des zweiten SCR-Bereichs.
  18. Verfahren (900) nach Anspruch 16 oder 17, welches weiterhin umfasst: Anpassen einer stromaufwärts des ersten SCR-Bereichs eingespritzten Reduktionsmittelmenge beruhend auf einem Zustand des ersten SCR-Bereichs.
  19. Verfahren (900) nach Anspruch 18, wobei das Anpassen der eingespritzten Reduktionsmittelmenge auf einer an dem ersten SCR-Bereich gespeicherten Reduktionsmittelmenge beruht.
  20. Verfahren (900) nach Anspruch 18 oder 19, wobei das Anpassen das Verringern einer stromaufwärts des ersten SCR-Bereichs eingespritzten Reduktionsmittelmenge vor dem Anheben der Temperatur des ersten SCR-Bereichs umfasst.
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