DE102011105626A1

DE102011105626A1 - Adaptive Steuerung von SRC-Harnstoff-Einspritzung zum Kompensieren von Fehlern

Info

Publication number: DE102011105626A1
Application number: DE102011105626A
Authority: DE
Inventors: Yue-Yun Wang; Kevin Andrew Gady; Yu Sun
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2010-07-01
Filing date: 2011-06-28
Publication date: 2012-01-05
Anticipated expiration: 2031-06-29
Also published as: DE102011105626B4; CN102312707B; US8276373B2; CN102312707A; US20120000189A1

Abstract

Ein Verfahren zum Steuern eines Einspritzsystems für selektive katalytische Reduktion mit einem Speichertank, einer Pumpe, einer Zufuhrleitung und einer Einspritzdüse umfasst das Überwachen des Einspritzsystems für selektive katalytische Reduktion, das Ermitteln eines Nutzflächenverhältnisses eines Injektorsystems für selektive katalytische Reduktion, das Vergleichen des Nutzflächenverhältnisses des Injektorsystems für selektive katalytische Reduktion mit einem Schwellenwert, das Berechnen eines Kompensationsfaktors bei Überschreiten des Schwellenwerts und das Modifizieren der angeordneten eingespritzten Masse gemäß dem berechneten Kompensationsfaktor.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Offenbarung betrifft die Steuerung von Nachbehandlung von NOx-Emissionen in Brennkraftmaschinen.
HINTERGRUND
Die Darlegungen in diesem Abschnitt sehen lediglich Hintergrundinformationen bezüglich der vorliegenden Offenbarung vor und stellen eventuell nicht den Stand der Technik dar.
Die Schadstoffbegrenzung ist ein wichtiger Faktor bei Konstruktion und Steuerung von Brennkraftmaschinen. Stickstoffoxide, NOx, sind bekannte Verbrennungsnebenprodukte. NOx wird durch in der Brennkraftmaschinenansaugluft vorhandene Stickstoff- und Sauerstoffmoleküle, die sich bei den hohen Verbrennungstemperaturen trennen, erzeugt, und Raten von NOx-Erzeugung umfassen bekannte Beziehungen zu dem Verbrennungsprozess, wobei zum Beispiel höhere Raten von NOx-Erzeugung mit höheren Verbrennungstemperaturen und einem längeren Einwirken der höheren Temperaturen auf Luftmoleküle einhergehen. Erwünscht sind die Reduktion von im Verbrennungsprozess erzeugtem NOx und die NOx-Steuerung in einem Abgasnachbehandlungssystem.
NOx-Moleküle können, sobald sie in dem Brennraum erzeugt werden, in beispielhaften Vorrichtungen, die aus dem Stand der Technik innerhalb der breiteren Kategorie von Nachbehandlungsvorrichtungen bekannt sind, zurück in Stickstoff- und Sauerstoffmoleküle umgewandelt werden. Ein Durchschnittsfachmann wird aber erkennen, dass Nachbehandlungsvorrichtungen zum großen Teil von Betriebsbedingungen, wie etwa der Betriebstemperatur der Vorrichtung, die von Abgasströmungstemperaturen und Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Brennkraftmaschine bestimmt werden, abhängig sind. Ferner umfassen Nachbehandlungsvorrichtungen Materialien, wie etwa Katalysatorbetten, die infolge von Nutzung über Zeit und Einwirken von hohen Temperaturen anfällig für Schäden oder Schädigung sind.
Moderne Brennkraftmaschinensteuerungsverfahren nutzen verschiedene Betriebsstrategien zum Optimieren von Verbrennung. Manche Betriebsstrategien, die die Verbrennung bezüglich Kraftstoffwirtschaftlichkeit optimieren, umfassen eine magere, örtlich begrenzte oder geschichtete Verbrennung in dem Brennraum, um die Kraftstoffladung zu verringern, die zum Erreichen der vom Zylinder geforderten Arbeitsleistung und zum Steigern des Brennkraftmaschinenwirkungsgrads erforderlich ist, zum Beispiel durch Arbeiten in einem nicht gedrosselten Zustand, was Ansaugluftpumpverluste verringert. Während die Temperaturen in dem Brennraum in Verbrennungstaschen hoch genug werden können, um erhebliche Mengen an NOx zu erzeugen, kann die gesamte Energieabgabe des Brennraums, insbesondere die von der Brennkraftmaschine durch die Abgasströmung ausgestoßene Wärmeenergie, relativ zu anderen Verbrennungsstrategien stark verringert sein. Solche Bedingungen können für Abgasnachbehandlungsstrategien problematisch sein, da Nachbehandlungsvorrichtungen häuft eine erhöhte Betriebstemperatur erfordern, die durch die Temperatur der Abgasströmung bestimmt wird, um zum Behandeln von NOx-Emissionen adäquat zu arbeiten.
Es sind zum Beispiel Nachbehandlungsvorrichtungen bekannt, die chemische Reaktionen nutzen, um Abgasströmung zu behandeln. Eine beispielhafte Vorrichtung umfasst eine Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion (SCR). Bekannte Nutzungen einer SCR verwenden aus Harnstoffeinspritzung gewonnenes Ammoniak, um NOx zu behandeln. An einem Katalysatorbett in dem SCRSCR gespeichertes Ammoniak reagiert mit NOx, vorzugsweise in einem Sollverhältnis von NO und NO₂, und erzeugt günstige Reaktionen zum Behandeln des NOx. Eine beispielhafte Ausführungsform umfasst ein bevorzugtes Verhältnis von NO zu NO₂ von eins zu eins und ist als schnelle SCR-Reaktion bekannt. Bei Dieselanwendungen ist es bekannt, einen Dieseloxidationskatalysator (DOC) stromaufwärts der SCR zu betreiben, um für bevorzugte Behandlung in dem SCR NO zu NO2 umzuwandeln. Eine kontinuierliche Verbesserung von Abgasnachbehandlung erfordert präzise Informationen bezüglich NOx-Emissionen in der Abgasströmung, um eine effektive NOx-Reduktion zu erreichen, wie etwa Dosieren der richtigen Menge an Harnstoff beruhend auf überwachten NOx-Emissionen.
Die für die Nachbehandlung einer Brennkraftmaschine verwendete Harnstoffeinspritzung ist mit gewissen Schwierigkeiten behaftet. Faktoren wie Harnstofftemperatur, Pumpdruck und Injektordüsenverstopfungen können die Zufuhr von Harnstoff zu der Abgasströmung verändern, wodurch die Zufuhr der richtigen Menge an Harnstoff verhindert wird. Dies führt entweder zu verschwenderischem Umgang mit dem gespeicherten Harnstoff, indem ein Übermaß über die erforderliche Menge hinaus oder zu wenig geliefert wird, um die Menge an erzeugtem Abgas effektiv zu behandeln.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein Verfahren zum Steuern eines Einspritzsystems für selektive katalytische Reduktion mit einem Speichertank, einer Pumpe, einer Zufuhrleitung und einer Einspritzdüse umfasst das Überwachen des Einspritzsystems für selektive katalytische Reduktion, das Ermitteln eines Nutzflächenverhältnisses eines Injektorsystems für selektive katalytische Reduktion, das Vergleichen des Nutzflächenverhältnisses des Injektorsystems für selektive katalytische Reduktion mit einem Schwellenwert, das Berechnen eines Kompensationsfaktors bei Überschreiten des Schwellenwerts und das Modifizieren der angeordneten eingespritzten Masse gemäß dem berechneten Kompensationsfaktor
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Nun werden beispielhaft ein oder mehrere Ausführungsformen unter Bezug auf die Begleitzeichnungen beschrieben, wobei:
1 ein schematisches Diagramm ist, das eine Brennkraftmaschine, ein Steuermodul und ein Abgasnachbehandlungssystem gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt;
2 schematisch ein beispielhaftes Nachbehandlungssystem, das eine Harnstoffdosierungskonfiguration umfasst, gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt;
3 schematisch ein beispielhaftes Harnstoffzufuhrsystem des beispielhaften Nachbehandlungssystems, das repräsentative mathematische Symbole umfasst, gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt;
4 graphische Daten während der Prüfung des dynamischen Modellverfahrens und Filterverfahrens sind, die ein Nutzflächenverhältnis des Harnstoffdosiermoduls über Zeit gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigen;
5 ein Diagramm für ein beispielhaftes Steuerschema zum Steuern des Dosiermoduls gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt, um die angeordnete Menge an Harnstoff zu liefern, die in die Abgasströmung eines Nachbehandlungssystems eingespritzt wird;
6 eine Reihe von Graphen ist, die Daten von tatsächlicher Harnstoffströmung und angeordneter Harnstoffströmung über Zeit darstellen, wobei 6A eine Harnstoffströmung bei etwa 25 Grad Celsius (C) ist, 6B eine Harnstoffströmung bei etwa –25 Grad C ohne Lastkorrektur ist und 6C eine Harnstoffströmung bei etwa –25 Grad C mit Lastkorrektur gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
7 eine Reihe von Graphen ist, die Daten von tatsächlicher Harnstoffströmung und angeordneter Harnstoffströmung in mg/s über Zeit darstellen, wobei 7A ein beispielhafter Graph eines Unterdosierungsfehlers ohne das offenbarte Verfahren ist, 7B ein beispielhafter Graph eines Überdosierungsfehlers ohne das offenbarte Verfahren ist und 7C ein beispielhafter Graph von Harnstoffströmung unter Verwenden des offenbarten Verfahrens ist, um Unterdosierungs- und Überdosierungsfehler gemäß der vorliegenden Offenbarung zu korrigieren; und
8 eine graphische Darstellung von experimentellen Daten ist, die das Reagieren des Steuerschemas auf eine simulierte Verschlechterung des Harnstoffdosiermoduls unter Anzeigen des Nutzflächenverhältnisses über Zeit gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigen.
EINGEHENDE BESCHREIBUNG
Unter Bezug nun auf die Zeichnungen, bei denen das Gezeigte nur dem Zweck des Veranschaulichens bestimmter beispielhafter Ausführungsformen und nicht dem Zweck des Beschränkens derselben dient, ist 1 ein schematisches Diagramm, das eine Brennkraftmaschine 10, ein Steuermodul 5 und ein Abgasnachbehandlungssystem 15 gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt. Die beispielhafte Brennkraftmaschine 10 ist eine Mehrzylinder-Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung 10, die Hubkolben 22 aufweist, die an einer Kurbelwelle 24 angebracht und in Zylindern 20 beweglich sind, die Brennräume 34 veränderlichen Volumens festlegen. Die Brennkraftmaschine 10 kann beruhend auf Faktoren wie Brennkraftmaschinendrehzahl und Last unter Kompressionszündung oder Fremdzündung betrieben werden. Ferner kann die Brennkraftmaschine 10 mit Hilfe von Hybridzündungsstrategien betrieben werden, etwa durch Fremdzündung unterstützte Kompressionszündungsstrategien. Diese Offenbarung soll diese beispielhaften Ausführungsformen eines Brennkraftmaschinenbetriebs umfassen, soll aber nicht darauf beschränkt sein. Die Kurbelwelle 24 ist an einem Fahrzeuggetriebe und einem Antriebsstrang funktionell angebracht, um diesem als Reaktion auf eine Fahrerdrehmomentforderung (50) Vortriebsmoment zu liefern. Die Brennkraftmaschine 10 verwendet vorzugsweise einen Viertaktbetrieb, wobei jeder Brennkraftmaschinenverbrennungszyklus 720 Grad Winkeldrehung der Kurbelwelle 24, unterteilt in vier 180 Grad große Stufen von Ansaugen-Kompression-Arbeiten-Auspuff, umfasst, die die Hubbewegung des Kolbens 22 in dem Brennkraftmaschinenzylinder 20 beschreiben. Ein Messzahnrad 26 ist an der Kurbelwelle angebracht und dreht mit dieser. Die Brennkraftmaschine 10 umfasst Erfassungsvorrichtungen, um den Brennkraftmaschinenbetrieb zu überwachen, und Aktoren, die den Brennkraftmaschinenbetrieb steuern. Die Erfassungsvorrichtungen und Aktoren sind mit dem Steuermodul 5 signalverbunden oder funktionell verbunden.
Die Brennkraftmaschine 10 ist vorzugsweise eine Viertakt-Brennkraftmaschine mit Direkteinspritzung 10, die einen Brennraum veränderlichen Volumens 34, der durch das Hin- und Herbewegen des Kolbens 22 in dem Zylinder zwischen dem oberen Totpunkt und dem unteren Totpunkt festgelegt wird, und einen Zylinderkopf mit einem Einlassventil und einem Auslassventil umfasst. Der Kolben 22 bewegt sich in wiederholenden Zyklen hin und her, wobei jeder Zyklus Ansaug-, Kompressions-, Arbeits- und Auspufftakt umfasst.
Die Brennkraftmaschine 10 weist vorzugsweise eine Luft/Kraftstoff-Betriebsstrategie auf, die vorrangig überstöchiometrisch ist. Ein Durchschnittsfachmann erkennt, dass Ausgestaltungen der Offenbarung auf andere Brennkraftmaschinenkonfigurationen übertragbar sind, die vorrangig überstöchiometrisch arbeiten, z. B. Mager-Brennkraftmaschinen mit Fremdzündung. Während normalen Betriebs der Kompressionszündungsbrennkraftmaschine 10 erfolgt während jedes Brennkraftmaschinenzyklus ein Verbrennungsvorgang, wenn in den Brennraum 34 eine Kraftstofffüllung eingespritzt wird, um mit der Ansaugluft die Zylinderfüllung zu bilden. Die Füllung wird anschließend durch die Wirkung der Kompression derselben oder mit der Auslösung eines Zündfunkens von einer Zündkerze während des Kompressionstakts verbrannt.
Die Brennkraftmaschine 10 ist ausgelegt, um über einem breiten Bereich von Temperaturen, Zylinderfüllung (Luft, Kraftstoff und AGR) und Einspritzvorgängen zu arbeiten. Die hierin beschriebenen Verfahren sind insbesondere für den Betrieb mit Direkteinspritz-Brennkraftmaschinen 10 geeignet, die überstöchiometrisch arbeiten, um Parameter zu ermitteln, die mit Wärmefreisetzung in jedem der Brennräume 34 während laufenden Betriebs korrelieren. Die hierin dargelegten Verfahren sind auf viele Brennkraftmaschinenkonfigurationen, einschließlich Fremdzündungsbrennkraftmaschinen, Kompressionszündungsbrennkraftmaschinen, einschließlich solcher, die ausgelegt sind, um homogene Kompressionszündungsstrategien (HCCI-Strategien) zu verwenden, übertragbar. Die Verfahren sind auf Systeme übertragbar, die mehrere Kraftstoffeinspritzvorgänge pro Zylinder pro Brennkraftmaschinenzyklus nutzen, z. B. ein System, das eine Voreinspritzung für Kraftstoffreformierung, einen Haupteinspritzvorgang für Brennkraftmaschinenleistung und, wo zutreffend, einen Nachverbrennungskraftstoffeinspritzvorgang für Nachbehandlungssteuerung einsetzen, die allesamt Zylinderdruck beeinflussen.
An oder nahe der Brennkraftmaschine 10 sind Erfassungsvorrichtungen eingebaut, um physikalische Eigenschaften zu überwachen und Signale zu erzeugen, die mit Brennkraftmaschinen- und Umgebungsparametern korrelierbar sind. Die Erfassungsvorrichtungen umfassen einen Kurbelwellendrehungssensor, einschließlich eines Kurbelwellenwinkelgebers 44 zum Überwachen von Kurbelwellendrehzahl durch Erfassen von Kanten an den Zähnen des Messzahnrads 26. Der Kurbelwellenwinkelgeber 44 ist bekannt und kann z. B. einen Hall-Geber, einen induktiven Sensor oder einen magnetoresistiven Sensor umfassen. Die Signalausgabe (55) des Kurbelwellenwinkelgebers 44 wird zu dem Steuermodul 5 eingegeben.
Es gibt einen Verbrennungsdrucksensor 30, der eine Druckerfassungsvorrichtung umfasst, die zum Überwachen von Zylinderinnendruck (60) ausgelegt ist. Der Verbrennungsdrucksensor 30 umfasst vorzugsweise eine nicht intrusive Vorrichtung, die einen Kraftwandler mit einem ringförmigen Querschnitt umfasst, der für den Einbau in den Zylinderkopf an einer Öffnung für eine Glühkerze 28 ausgelegt ist. Der Verbrennungsdrucksensor 30 ist zusammen mit der Glühkerze 28 eingebaut, wobei Verbrennungsdruck mechanisch durch die Glühkerze 28 zu dem Sensor 30 übertragen wird. Das Ausgangssignal (60) des Erfassungselements des Sensors 30 ist proportional zum Zylinderdruck. Das Erfassungselement des Sensors 30 weist einen piezokeramischen Sensor oder eine andere Vorrichtung auf, die als solcher auslegbar ist.
Andere Erfassungsvorrichtungen umfassen vorzugsweise einen Krümmerdrucksensor zum Überwachen von Krümmerdruck (65) und Umgebungsluftdruck (68), einen Luftmengenmesser zum Überwachen von Ansaugluftmassenstrom (70) und Ansauglufttemperatur (72) und einen Kühlmittelsensor 35 mit Ausgang (75). Das System kann einen Abgassensor zum Überwachen von Zuständen eines oder mehrerer Abgasparameter, z. B. Temperatur, Luft/Kraftstoff-Verhältnis und Bestandeile, umfassen. Ein Durchschnittsfachmann weiß, dass es andere Erfassungsvorrichtungen und Verfahren für die Zwecke von Steuerung und Diagnose geben kann.
Die Fahrereingabe in Form der Fahrerdrehmomentforderung (50) wird typischerweise durch ein Gaspedal und ein Bremspedal unter anderen Vorrichtungen erhalten. Die Brennkraftmaschine 10 ist vorzugsweise mit anderen Sensoren zum Überwachen von Betrieb und für die Zwecke von Systemsteuerung ausgestattet. Jede der Erfassungsvorrichtungen ist mit dem Steuermodul 5 signalverbunden, um Signalinformationen vorzusehen, die von dem Steuermodul 5 in Informationen umgewandelt werden, die repräsentativ für den jeweiligen überwachten Parameter sind. Es versteht sich, dass diese Konfiguration veranschaulichend, nicht einschränkend ist, einschließlich dass die verschiedenen Erfassungsvorrichtungen durch funktionell gleichwertige Vorrichtungen und Algorithmen ersetzt werden können und dennoch in den Schutzumfang der Offenbarung fallen.
Die Aktoren sind an der Brennkraftmaschine 10 angebaut und werden von dem Steuermodul 5 als Reaktion auf Fahrereingaben, wie etwa Fahrerdrehmomentforderung (50), gesteuert, um verschiedene Leistungsziele zu erreichen. Aktoren umfassen eine elektronisch gesteuerte Drosselvorrichtung, die das Drosselklappenöffnen auf eine angeordnete Eingabe (80) steuert, sowie mehrere Kraftstoffinjektoren 12 zum direkten Einspritzen von Kraftstoff in jeden der Brennräume als Reaktion auf eine angeordnete Eingabe (85), die allesamt als Reaktion auf die Fahrerrehmomentforderung (50) gesteuert werden. Es gibt ein Abgasrückführungsventil 32 samt Kühler, das das Strömen von extern rückgeführtem Abgas als Reaktion auf ein Steuersignal (90) von dem Steuermodul 5 zu dem Brennkraftmaschineneinlass steuert. Die Glühkerze 28 ist eine bekannte Vorrichtung, die in jedem der Brennräume eingebaut ist, wobei sie zur Verwendung mit dem Verbrennungsdrucksensor 30 ausgelegt ist.
Der Kraftstoffinjektor 12 ist ein Element eines Kraftstoffeinspritzsystems, das mehrere Hochdruck-Kraftstoffinjektorvorrichtungen umfasst, die jeweils ausgelegt sind, um eine Kraftstofffüllung (Kraftstoffmasse) als Reaktion auf das Befehlssignal (85) von dem Steuermodul 5 in einen der Brennräume direkt einzuspritzen. Jeder der Kraftstoffinjektoren 12 wird mit druckbeaufschlagtem Kraftstoff von einem Kraftstoffverteilungssystem versorgt und weist Betriebseigenschaften auf, die eine Mindestpulsweite und einen zugeordneten steuerbaren Mindestkraftstoffdurchsatz und einen Höchstkraftstoffdurchsatz umfassen.
Die Brennkraftmaschine 10 kann mit einem steuerbaren Ventiltrieb ausgestattet sind, der dazu dient, Öffnen und Schließen von Einlass- und Auslassventilen jedes der Zylinder anzupassen, einschließlich eines oder mehrere von Ventilsteuerzeiten, Phasenregelung (d. h. Zeitpunkte relativ zu Kurbelwinkel und Kolbenstellung) und Größenordnung des Hubs von Ventilöffnungsvorgängen. Ein beispielhaftes System umfasst veränderliche Nockenphasenverstellung, die auf Kompressionszündungsbrennkraftmaschinen, Fremdzündungsbrennkraftmaschinen und Brennkraftmaschinen mit homogener Kompressionszündung anwendbar ist.
Steuermodul, Modul, Steuergerät, Steuereinheit, Prozessor und ähnliche Begriffe bedeuten eine geeignete von oder verschiedene Kombinationen von einer oder mehreren applikationsspezifischen integrierten Schaltung(en) (ASIC, kurz vom engl. Application Specific Integrated Circuit), elektronischer Schaltung/elektronischen Schaltungen, zentraler Recheneinheit/zentralen Recheneinheiten (vorzugsweise Mikroprozessor(en)) und zughörigem Speicher und Speicherung (ROM, programmierbarer ROM, RAM, Festplatte, etc.), die ein oder mehrere Software- oder Firmware-Programme ausführen, kombinatorische Logikschaltung(en), Eingangs-/Ausgangsschaltung(en) und -vorrichtungen, geeignete Signalaufbereitungs- und Pufferschaltung, und andere geeignete Komponenten, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen sollen. Das Steuermodul 5 weist einen Satz von Steueralgorithmen auf, die residente Softwareprogrammbefehle und Kalibrierungen umfassen, die in dem Speicher gespeichert sind und ausgeführt werden, um die erwünschten Funktionen vorzusehen. Die Algorithmen werden vorzugsweise während vorab festgelegter Schleifenzyklen ausgeführt. Algorithmen werden ausgeführt, etwa durch eine zentrale Recheneinheit, und dienen dazu, Eingänge von Erfassungsvorrichtungen und anderen vernetzten Steuermodulen zu überwachen und Steuer- und Diagnosereoutinen auszuführen, um den Betrieb von Aktoren zu steuern. Die Schleifenzyklen können bei regelmäßigen Intervallen, zum Beispiel alle 3,125, 6,25, 12,5, 25 und 100 Millisekunden während laufenden Brennkraftmaschinen- und Fahrzeugbetriebs ausgeführt werden. Alternativ können Algorithmen als Reaktion auf das Auftreten eines Ereignisses ausgeführt werden.
Das Steuermodul 5 führt einen darin gespeicherten algorithmischen Code aus, um die vorstehend erwähnten Aktoren zu steuern, um Brennkraftmaschinenbetrieb zu steuern, was Drosselklappenstellung (80), Kraftstoffeinspritzmasse und -zeitpunkte (85), EGR, Ventilstellung zum Steuern des Strömens von rückgeführten Abgasen (90), Glühkerzenbetrieb (95) und Steuerung von Einlass- und/oder Auslassventilzeitpunkten, Phaseneinstellung und Hub an derart ausgestatteten Systemen umfasst. Das Steuermodul 5 ist ausgelegt, um Eingangssignale von dem Fahrer (z. B. eine Gaspedalstellung und eine Bremspedalstellung) zum Ermitteln der Fahrerdrehmomentforderung (50) und von den Sensoren zum Anzeigen der Brennkraftmaschinendrehzahl (55) und Ansauglufttemperatur (72) und Kühlmitteltemperatur und anderer Umgebungsbedingungen zu erhalten.
Auch wenn 1 eine beispielhafte Benzinbrennkraftmaschine beschreibt, versteht sich, dass in anderen Brennkraftmaschinenkonfigurationen, die Dieselbrennkraftmaschinen umfassen, NOx-Behandlungs- und Nachbehandlungssysteme genutzt werden, und die Offenbarung nicht auf die hierin beschriebene spezifische beispielhafte Brennkraftmaschinenausführungsform beschränkt sein soll.
2 zeigt schematisch ein beispielhaftes Nachbehandlungssystem 15, das eine Harnstoffdosierungskonfiguration umfasst. Das Nachbehandlungssystem 15 umfasst ein Steuermodul 205, einen Dieseloxidationskatalysator (DOC) 210, eine selektive katalytische Reduktion (SCR) 220, einen stromaufwärts befindlichen Stickstoffoxid(NOx)-Sensor 230, einen stromabwärts befindlichen NOx-Sensor 240, einen Temperatursensor 250 und ein Harnstoffdosiermodul 260. Der DOC 210 führt eine Reihe von katalytischen Funktionen aus, die für die Nachbehandlung einer Abgasströmung erforderlich sind. Eine der Funktionen von DOC 210 ist das Umwandeln von Stickoxid (NO), eine NOx-Spezies, die in der SCR 220 nicht einfach zu behandeln ist, zu Stickstoffdioxid (NO₂), eine NOx-Spezies, die in der SCR 220 einfach zu behandeln ist.
Die SCR 220 nutzt Harnstoff als Reaktionsmittel, um NOx in andere Moleküle umzuwandeln. Der stromaufwärts befindliche NOx-Sensor 230 detektiert und quantifiziert NOx in der Abgasströmung, die in das Nachbehandlungssystem 15 strömt. Während der stromaufwärts befindliche NOx-Sensor 230 als beispielhaftes Mittel zum Quantifizieren von NOx, das in das Nachbehandlungssystem 15 strömt, gezeigt ist, ist zu beachten, dass NOx, das in das Nachbehandlungssystem 15 strömt, durch andere Mittel, zum Beispiel durch einen NOx-Sensor 230, der sich zwischen DOC 210 und SCR 220 befindet, oder durch einen virtuellen NOx-Sensor, der Brennkraftmaschinenleistung und Bedingungen in der Abgasströmung modelliert, um das Vorhandensein von NOx, das in das Nachbehandlungssystem 15 strömt, zu schätzen, zur Verwendung bei der Beurteilung des Umwandlungswirkungsgrads in der SCR 220 quantifiziert werden kann. Diese Offenbarung erörtert im Allgemeinen eine Sensoreingabe, die in das Nachbehandlungssystem 15 eindringendes NOx gemäß der beispielhaften Ausführungsform beschreibt, doch versteht sich, dass abhängig von der Positionierung eines stromaufwärts befindlichen Sensors die Eingabe tatsächlich NOx-Gehalt beschreiben könnte, der in einen Teil des Nachbehandlungssystems eindringt. SCR 220 nutzt zum Beispiel Ammoniak, das aus eingespritztem Harnstoff gewonnen wird, um NOx durch aus dem Stand der Technik bekannte Verfahren in andere Moleküle umzuwandeln.
Der Temperatursensor 250 ist in dem Nachbehandlungssystem 15 in einem Bereich zum Erfassen von Abgasströmungstemperaturen angeordnet dargestellt. Das Dosiermodul 260 ist in einer Position stromaufwärts von SCR 220 dargestellt und ist durch eine Zufuhrleitung 290 mit einem Harnstoffdosiertank 280 verbunden, um ein allgemein bei 300 gezeigtes Harnstoffzufuhrsystem zu bilden. Der Speichertank 280 umfasst eine interne oder externe Pumpe 305 zum Liefern von Harnstoff durch die Zufuhrleitung 290 von dem Speichertank 280 zu dem Dosiermodul 260. Das Steuermodul 205 ist mit der Pumpe 305 signalverbunden, um Druck in der Zufuhrleitung zu dem Dosiermodul 260 zu steuern. Der Harnstoff kann durch das Dosiermodul 260 direkt in die Abgasströmung gespritzt werden, die in die SCR 220 strömt, indem die Größe einer Ausflussöffnung durch einen Befehl (350) von dem Steuermodul 205 gesteuert wird. Es wird aber ein bevorzugtes Verfahren dargestellt, das eine Mischervorrichtung 270 nutzt. Das Dosiermodul 260 spritzt Harnstoff stromaufwärts der Mischervorrichtung 270 ein, dann wird der Harnstoff von der Abgasströmung in einer im Wesentlichen gleichmäßigen Verteilung auf die Katalysatoroberflächen auf der Innenseite von SCR 220 befördert. Der stromabwärts befindliche NOx-Sensor 240 detektiert und quantifiziert NOx in der Abgasströmung, die aus dem Nachbehandlungssystem 15 strömt. Das Steuermodul 205 umfasst Programmierung, die zum Verarbeiten von Eingaben bezüglich des Nachbehandlungssystems erforderlich ist, und kann Programmierung zum Nutzen der hierin beschriebenen Verfahren umfassen.
3 zeigt schematisch ein beispielhaftes Harnstoffzufuhrsystem 300 des beispielhaften Nachbehandlungssystems 15 mit repräsentativen Befehlssignalen. Das Harnstoffzufuhrsystem 300 umfasst einen Speichertank 280, eine Pumpe 305 und ein Dosiermodul 260, die durch die Zufuhrleitung 290 miteinander verbunden sind. Der Speichertank 280 ist so in dem Fahrzeug angeordnet, dass zum Tanken Zugang zu dem Speichertank 280 ermöglicht wird. Die Pumpe 305 kann sich entweder innen im oder außen an dem Speichertank 280 befinden. Die Pumpe 305 umfasst einen Motor 310 oder ein ähnliches Drehung vorsehendes Mittel zum Liefern von Drehung zu einer Kurbelwelle 315. Die Kurbellwelle 315 ist mit einem Kolben 320 verbunden und wandelt Drehbewegung des Motors 310 an dem Kolben 320 in lineare Bewegung um und wechselt zwischen einem Ansaug- und Auspufftakt. Die Pumpe 305 umfasst auch ein Einlassventil 325 und ein Auslassventil 330 zum Steuern des Strömens von Harnstoff von dem Tank 280 zu der Zufuhrleitung 290 und zum Erzeugen von Druck darin. Der Ansaugtakt erfolgt, wenn der Kolben 320 weg von den Einlass- und Auslassventilen 325, 330 und hin zu der Kurbelwelle 315 bewegt wird. Der Auspufftakt erfolgt, wenn der Kolben 320 hin zu den Einlass- und Auslassventilen 325, 330 und weg von der Kurbelwelle 315 bewegt wird. Die Beschreibung der Pumpe 305 veranschaulicht eine bevorzugte Ausführungsform, soll aber nicht darauf beschränkt sein. Die Pumpe 305 kann zum Beispiel zum Steuern des Drucks in der Zufuhrleitung 290 eines von Einlass- oder Auslassventil 325, 330 und nicht das andere aufweisen.
Die Pumpe 305 ist zum Steuern des Betriebs der Pumpe 305 mit dem Steuermodul 205 funktionell verbunden. Das Steuermodul 205 steuert entweder durch eine mechanische Verbindung mit der Kurbelwelle 315 oder durch individuelle angeordnete Betätigung die Pumpendrehzahl (355) den offenen oder geschlossenen Zustand des Einlassventils 325 und Auslassventils 330. Das Steuermodul 205 erhält die Temperaturangaben (390), die entweder von einem in dem Speichertank 280 befindlichen Temperatursensor 340 bereitgestellt oder aus bekannten Atmosphärenbedingungen berechnet werden. Analog erhält das Steuermodul 205 Umgebungsdruck (360) entweder von einem sich vor dem Einlassventil 325 befindlichen Einlassdrucksensor, einem entfernt angeordneten Umgebungsdrucksensor oder berechnet aus bekannten Atmosphärenbedingungen. Der Sollleitungsdruck (365) wird bei der Auslegung des Harnstoffzufuhrsystems 300 als Sollwert ermittelt. Das Steuermodul 205 empfängt Druckrückmeldungsangaben (370) von einem Drucksensor 335 stromabwärts des Auslassventils 330 und steuert eine Öffnungsfläche (375) des Dosiermoduls 260 durch Steuern der Verdrängung eines Stifts, der sich in der Öffnung befindet, durch den Steuerbefehl (350). Der Pumpendruck (380) wird von der Pumpe 305 durch Steuerung durch das Steuermodul 205 ermittelt. Das Steuermodul 205 ermittelt Abgas(strömungs)druck (385) in dem Nachbehandlungssystem 15 entweder durch Berechnung oder als direkte Drucksensorinformation 345, die sich in dem Nachbehandlungssystem 15 oder an anderer Stelle in der Abgasanlage befindet.
Während des Betriebs arbeitet die Brennkraftmaschine 10 und erzeugt Abgas, das mit dem Nachbehandlungssystem 15 behandelt werden muss. Das Steuermodul 205 ermittelt die Temperatur (390) des Harnstoffs in dem Tank 208 und den Umgebungsdruck (360). Das Steuermodul 205 ermittelt für die Bedingungen zum Erzeugen eines vorbestimmten Drucks (370) in der Zufuhrleitung 290 die geeignete Drehzahl (355) der Pumpe 310. Wenn der Ansaugtakt des Kolbens 320 beginnt, ist das Einlassventil 325 offen und das Auslassventil 330 geschlossen. Die Bewegung des Ansaugtakts saugt den Harnstoff von dem Tank 280 in die Pumpe 305. Wenn der Auspufftakt des Kolbens 320 beginnt, wird das Einlassventil 325 geschlossen, wodurch das Strömen von Harnstoff zurück in den Tank 280 verhindert wird, und das Auslassventil 330 wird geöffnet. Der Auspufftakt treibt den Harnstoff in den Zufuhrleitung 290 und der Zyklus wird wiederholt. Die wiederholten Zyklen der Pumpe 305 bewirken einen Aufbau von Druck (370) in der Zufuhrleitung 290.
Wenn das Steuermodul 205 ermittelt, dass der Druck (370) in der Zufuhrleitung 290 den vorbestimmten Druck erreicht hat, stoppt das Steuermodul 205 den Zykluswechsel der Pumpe 305. Wenn die Abgasströmung das Dosiermodul 260 passiert, kann eine eingespritzte Harnstoffmasse von dem Dosiermodul 260 direkt in die in die SCR 220 gelangende Abgasströmung gespritzt werden oder gespritzt werden, um die Mischervorrichtung 270 zu nutzen. Das Steuersignal (350) wird zyklisch als Befehl zu dem Dosiermodul 260 gesendet, um die Verschiebung des Stifts und daher die nutzbare Öffnungsfläche (375) während eines Zyklus zu steuern, z. B. kann ein Zyklus 0,3 Sekunden lang sein, wobei der halbe Zyklus, 0,15 Sekunden, zum Steuern der Öffnungsfläche (375) bestimmt sind und der halbe Zyklus sich in einem ausgeschalteten Zustand befindet. Da der Zufuhrleitungsdruck (370) konstant ist, ermittelt die Steuerung der Dosiermodul-Öffnungsfläche (375) die in die Abgasströmung gelieferte Harnstoffmasse.
Die präzise Menge an eingespritzter Harnstoffmasse ist wichtig, um Abgas- und insbesondere NOx-Emissionen bei einem zulässigen Wert zu halten. Das Steuermodul 205 kann berechnen, ob das Nachbehandlungssystem 15 über- oder unterdosiert, indem es beruhend auf einer Injektoröffnungsnutzfläche durch Schätzen der relativen Nutzfläche der Injektoröffnung mittels Integration in einem dynamischen Modellverfahren eine Sollharnstoffeinspritzmenge mit einer tatsächlichen Menge eingespritzten Harnstoffs vergleicht. Das dynamische Modellverfahren kann die in die Abgasströmung angeordnete Harnstoffeinspritzmenge durch die folgenden Gleichungen ermitteln:
wobei Ao die angeordnete Öffnungsgröße ist, Po der Sollleitungsdruck ist und R die Reynolds-Zahl ist, wie dem Durchschnittsfachmann bekannt ist. Die tatsächliche in die Abgasströmung eingespritzte Harnstoffmenge lässt sich durch die folgende Gleichung finden:
wobei A die tatsächliche Öffnungsgröße ist, PWMinj die Injektorpulsweite ist und P der Zufuhrleitungsdruck ist.
Ein Verhältnis zwischen der Sollharnstoffeinspritzung und der tatsächlichen Harnstoffeinspritzung kann durch Dividieren von U .a durch U .c ermittelt werden, was die folgende Gleichung ergibt:
Zum Berechnen der Öffnungsnutzfläche kann Gleichung 3 integriert werden, und da A/Ao als Konstante ausgelegt ist, kann es aus der Integration entfernt werden, was die folgende Gleichung ergibt
und geschrieben als Funktion von Druck sich reduzieren lässt auf: ∫U .a dt = A / Ao ∫f(P, Pst)U .cdt [5] und geschrieben bezüglich Öffnungsfläche als:
Wenn die tatsächliche in die Abgasströmung eingespritzte Harnstoffmenge gleich der angeordneten Harnstoffmenge ist, sind A und Ao gleich, was dazu führt, dass die Lösung für Gleichung 6 gleich einer bevorzugten Ausführungsform eines Sollnutzflächenverhältnisses von eins ist. Wenn mehr als der angeordnete Harnstoff in die Abgasströmung gelangt, ist das Ergebnis größer als eins. Wenn analog weniger als der angeordnete Harnstoff in die Abgasströmung gelangt, ist das Ergebnis kleiner als eins. Diese Gleichung kann daher eine Über- oder Unterdosierung von Harnstoff in die Abgasströmung detektieren. Es versteht sich, dass das Sollnutzflächenverhältnis gemäß einer bevorzugten Injektorausführungsform offenbart wird. Das Nutzflächenverhältnis kann aber andere messbare Parameter, z. B. angeordnetes und tatsächliches Verweilen, umfassen, das ein Verhältnis von tatsächlicher Harnstoffströmung (U .a(t)) zu angeordneter Harnstoffströmung (U .c(t)) ermitteln kann.
Das Steuermodul 205 kann die Wirkung der Temperatur auf Harnstoffverbrauch und Überdosieren oder Unterdosieren durch Überwachen eines Zykluswechsels des Motors 310 in dem dynamischen Modellverfahren berechnen. Der Harnstoffverbrauch kann durch Überwachen des Motorsignals (PWMmot) ermittelt werden. Wenn die Motordrehzahl nicht gemessen wird, kann die Motordrehzahl durch eine Motorgleichung ermittelt werden, die sich schreiben lässt als:
wobei ia Motorstrom ist, ωa Pumpendrehzahl ist, Ra Widerstand ist, La Motorinduktivität ist, kt ein Koeffizient von Motordrehmoment ist, J Motorträgheit ist, Kv ein Koeffizient von durch elektrische Spannung erzeugter Drehzahl ist, B ein Dämpfungskoeffizient ist, Va elektrische Spannung proportional zum PWMmot-Arbeitszyklus des Motors ist und TL Drehmomentlast ist, die proportional zum Pumpendruck (380) ist.
Wenn der Pumpendruck (380) konstant ist, sind die folgenden Funktionen wahr: ω . = f(w, PWMmot, P, Tm) [8] wobei PWMmot eine Funktion von Motorsteuerung ist und Tm die Motorwicklungstemperatur ist.
Daher lässt sich Gleichung 6 bezüglich Temperaturwirkung auf Last schreiben als:
Beruhend auf den vorstehenden Funktionen wird ein Einspritzfehler ermittelt, wenn die folgende Gleichung wahr ist:
Daher kann Gleichung 9 einen möglichen Fehler des Injektormagnetventils, eine Injektorverschlechterung, eine blockierte Harnstoffzufuhrleitung oder eine gefrorene Zufuhrleitung entweder allein oder zusammen mit zusätzlichen Detektionsverfahren detektieren. Wie für einen Durchschnittsfachmann ersichtlich ist, kann die Temperaturwirkung auch durch eine Reihe von Nachschlagetabellen zum Ermitteln von Harnstoffströmungseigenschaften ermittelt werden. Zusätzlich ist für einen Durchschnittsfachmann ersichtlich, dass der Prozentsatz, bei dem ein Fehler in Gleichung 10 detektiert wird, gemäß Systemanforderungen, Regierungsbestimmungen oder anderen Eingaben angepasst werden kann.
Bei Verwenden von Gleichung 9 kann das dynamische Modellverfahren die Temperaturwirkung auf die Pumpenlast ermitteln. Das Steuermodul 205 kann den Pumpendruck (380) an dem Kolben 320 für eine vorgegebene Reihe von Bedingungen durch die folgende Gleichung ermitteln:
daher ist Pi in etwa gleich:
Das dynamische Modell von Gleichung 9, die die Temperaturwirkung nutzt, lässt sich schreiben als:
Das Steuermodul 205 kann durch ein Filterverfahren, das einen Kalmanfilter nutzt, wie es einem Durchschnittsfachmann üblicherweise bekannt ist, auch eine Verschlechterung des Dosiermoduls 260 oder des Harnstoffzufuhrsystems 300 berechnen. Aus Gleichung 3 ergibt das Lösen für U .a die folgende Gleichung:
Eine Zustandsraumgleichung für das Harnstoffzufuhrsystem 300 lässt sich schreiben als: X(k + 1) = Xk + Wk [15] Yk = Hk·Xk + Vk [16] wobei Xo das Nutzflächenverhältnis (A/Ao) ist, Wk Motorgeräusch ist, Yk tatsächliche Harnstoffeinspritzung, wie sie von dem Motor ermittelt wird, ist. Da Yk die tatsächliche Harnstoffeinspritzung ist, die von dem Motor ermittelt wird, können wir Gleichung 17 schreiben als: Yk = U .a(t) [17] mit den folgenden Beziehungen:
Wk = N(O, Qk) [19] Vk ≈ N(O, Rk) [20]
Da U .a (t) aus Pumpenmotor-PWM geschätzt wird, gilt die folgende Beziehung.
Wie für einen Durchschnittsfachmann ersichtlich ist, wurden ein dynamisches Modellverfahren und ein Filterverfahren offenbart, um die tatsächliche eingespritzte Masse gegen angeordnete eingespritzte Masse zu berechnen. Es versteht sich aber, dass andere Verfahren entwickelt werden können, um die tatsächliche Harnstoffströmung (U .a(t)) und die angeordnete Harnstoffströmung (U .c(t)) zu berechnen.
4 sind graphische Daten während der Prüfung des dynamischen Modellverfahrens 400 und Filterverfahrens 410, die ein Nutzflächenverhältnis 405 des Harnstoffdosiermoduls 260 über Zeit 415 zeigen. Das dynamische Modellverfahren 400 beginnt auf der linken Seite des Graphen und steigt zu dem berechneten Nutzflächenverhältnis 405 über eins an. Das dynamische Modellverfahren 400 fährt einen Zeitraum lang mit dem Überschätzen des Nutzflächenverhältnisses 405 fort, bis sich das Nutzflächenverhältnis 405 nahe eins einschwingt. Das Filterverfahren 410 beginnt sofort mit dem Schätzen des Nutzflächenverhältnisses 405 und beginnt an der linken Seite des Graphen bei einem Wert über eins. Das Filterverfahren 410 hat gegenüber dem dynamischen Modellverfahren 400 einen schnelleren Korrekturfaktor und erreicht ein geschätztes Nutzflächenverhältnis 405 kurz vor dem dynamischen Modellverfahren 400. Um zu ermitteln, wann das Filtern mit einem oder beiden Verfahren beginnen soll, werden ein unterer Korrekturschwellenwert 505 und ein oberer Korrekturschwellenwert 510 festgelegt. In der beispielhaften Ausführungsform wird der untere Korrekturschwellenwert 505 bei 0,8 Nutzflächenverhältnis 405 festgelegt und der obere Korrekturschwellenwert 510 wird bei 1,4 Nutzflächenverhältnis 405 festgelegt. Wenn das Nutzflächenverhältnis 405 einen der Schwellenwerte übersteigt, beginnt das Steuermodul 205 mit dem Steuern des Dosiermoduls 260, um das Nutzflächenverhältnis 405 von eins zu erreichen
5 stellt ein Diagramm für ein beispielhaftes Steuerschema 422 zum Steuern des Dosiermoduls 260 dar, um die angeordnete Menge an Harnstoff zu liefern, die in die Abgasströmung eines Nachbehandlungssystems 15 eingespritzt wird. Das Steuerschema 422 umfasst eine Berechnung 425 der tatsächlichen Strömung, eine Berechnung 430 der Nutzfläche und einen PID-Regler 440, wie einem Durchschnittsfachmann bekannt ist. Betriebsparameter 420 des Harnstoffzufuhrsystems werden in die Berechnung 425 der tatsächlichen Strömung eingegeben, um wie vorstehend beschrieben die tatsächliche Harnstoffströmung (460) zu ermitteln. Die Berechnung 430 der Nutzfläche erhält eine Eingabe der Harnstoffströmung (460) und der angeordneten Harnstoffströmung (465) und berechnet das Nutzflächenverhältnis 405 durch das dynamische Modellverfahren, das Filterverfahren oder beide.
Das Ergebnis der Berechnung 430 des Nutzflächenverhältnisses 405 wird in der beispielhaften Ausführungsform mit dem Sollflächenverhältnis 450 verglichen: einmal durch einen Verhältnisvergleich 435, um zu ermitteln, ob ein Unter- oder Überdosieren erfolgt und ob der untere und obere Korrekturschwellenwert 505, 510 überschritten wurden. Wenn das Nutzflächenverhältnis 405 innerhalb von Grenzen eines vorbestimmten unteren Korrekturschwellenwerts 505 und eines oberen Korrekturschwellenwerts 510 liegt, beginnt das Steuerschema 422 mit dem Vergleich für den nächsten Zyklus. Wenn das Nutzflächenverhältnis 405 entweder den unteren oder den oberen Korrekturschwellenwert 505, 510 überschritten hat, gibt das Steuerschema 422 die sich ergebenden Ermittlung in den PID-Regler 440 ein. Der PID-Regler 440 berechnet einen Kompensationsfaktor, der eine positive oder negative Verstärkung ist, um das Steuersignal (350) bei einer Signalmodifikationsfunktion 445 entweder unter Vergrößern oder Verkleinern der Nutzfläche der Öffnung des Dosiermoduls 260 zu modifizieren, um das Nutzflächenverhältnis 405 nahe eins zu verschieben.
Sobald der untere oder obere Korrekturschwellenwert 505, 510 überschritten wurden, fährt das Steuerschema 422 fort zu arbeiten, außer der Kompensationsfaktor passt das Nutzflächenverhältnis 405 nicht länger an. Wenn der Kompensationsfaktor das Nutzflächenverhältnis 405 nicht länger anpasst, wird das Steuerschema 422 zurückgesetzt und beginnt wie vorstehend offenbart mit dem Überwachen eines Überschreitens des unteren oder oberen Korrekturschwellenwerts 505, 510. Ferner kann das Steuerschema 422 bei jedem Zündzyklus zurückgesetzt werden, kann die Anpassungskorrektur aus einem vorherigen Zündzyklus beibehalten oder eine andere Maßnahme ergreifen. In einer Ausführungsform können ein maximaler Berstdruck, eine Reihe von maximalen Berstdrücken, eine maximale Düsenöffnung oder eine andere Maßnahme ergriffen werden, um eine potentielle Verstopfung in dem Harnstoffzufuhrsystem 300 zu beseitigen.
6 ist eine Reihe von Graphen, die Daten von tatsächlicher Harnstoffströmung und angeordneter Harnstoffströmung in g/s 470 über Zeit in Sekunden 415 darstellen, wobei 6A eine Harnstoffströmung bei etwa 25 Grad Celsius (C) ist, 6B eine geschätzte Harnstoffströmung bei etwa 25 Grad C ohne aktives Steuerschema 422 ist und 6C eine geschätzte Harnstoffströmung bei etwa –25 Grad C mit aktivem Steuerschema 422 ist. 6A stellt graphische Daten von Harnstoffströmung (g/s) 470 über Zeit (sec) 415 für ein Harnstoffzufuhrsystem 300 bei etwa 25 Grad C dar. Ein Durchschnittsfachmann wird 25 Grad C als Standardumgebungstemperatur erkennen, bei der Tests durchgeführt werden, um Strömungseigenschaften zu ermitteln. Der Graph stellt Harnstoffströmungseigenschaften dar, die bei Umgebungstemperaturen mit tatsächlicher Harnstoffströmung (460) in etwa gleich der angeordneten Harnstoffströmung (465) und positivem Strömen von Harnstoff in das Harnstoffzufuhrsystem 300, wie sie vom Steuermodul 205 gefordert wurde, erwartet werden.
Harnstoff ist aber bei kalten Temperaturen und Gefrieren anfällig. 6B stellt einen geschätzten Betriebsgraphen von Harnstoffströmung (g/s) 470 über Zeit (sec) 415 für ein Harnstoffzufuhrsystem 300 ohne das offenbarte vorstehende Steuerschema 422 bei etwa –25 Grad C dar. Die tatsächliche Harnstoffströmung (460) weicht von der angeordneten Harnstoffströmung (465) ab, was dazu führt, dass ohne den Temperaturkorrekturfaktor der Gleichungen 12 und 13 weniger Harnstoff in die Abgasströmung gelangt als angeordnet. Die tatsächliche Harnstoffströmung (460) zeigt häufiges Absinken unter einen Durchfluss von 0 an, was ein Fehlen einer von dem Steuermodul 205 geforderten Harnstoffströmung in das Harnstoffzufuhrsystem 300 anzeigt. 6C stellt einen Betriebsgraphen von Harnstoffströmung (g/s) 470 über Zeit (sec) 415 für ein Harnstoffzufuhrsystem 300 dar, das das vorstehend offenbarte Steuerschema 422 nutzt, um die Temperatur von in etwa –25 Grad C zu korrigieren. Die tatsächliche Harnstoffströmung (460) entspricht wiederum eng der angeordneten Harnstoffströmung (465), wobei die Kurven in etwa gleichwertig sind.
7 ist eine Reihe von Graphen, die Daten von tatsächlicher Harnstoffströmung und angeordneter Harnstoffströmung in (mg/s) 475 über Zeit (sec) 415 für ein Harnstoffzufuhrsystem 300 darstellen, wobei 7A ein beispielhafter Graph eines betriebsbereiten Harnstoffzufuhrsystems 300 ist, 7B ein beispielhafter Graph eines Überdosierungsfehlers ohne das offenbarte Verfahren ist und 7C ein beispielhafter Graph eines Unterdosierungsfehlers ohne das offenbarte Verfahren ist. 7A stellt eine Ausführungsform des offenbarten Verfahrens dar, wobei das Harnstoffzufuhrsystem 300 betriebsbereit ist, um die Abgasströmung zu behandeln. Das Steuerschema 422 rechnet die Berechnung 425 der tatsächlichen Harnstoffströmung unter Ermitteln der tatsächlichen Harnstoff strömung (460) und vergleicht sie in der Berechnung 430 der Nutzfläche mit der angeordneten Harnstoffströmung (465), was das Nutzflächenverhältnis 405 erzeugt, das mit dem Sollnutzflächenverhältnis 405 zu vergleichen ist. Wenn das Nutzflächenverhältnis 405 den unteren oder oberen Korrekturschwellenwert 505, 510 überschritten hat, wird das Nutzflächenverhältnis 405 zum Berechnen einer positiven oder negativen Verstärkung in den PID-Regler 440 eingegeben, um Über- oder Unterdosieren des Harnstoffzufuhrsystems 300 zu korrigieren. Die Verstärkung modifiziert das zu dem Dosiermodul 260 gesandte Steuersignal (350), so dass die tatsächliche Harnstoffströmung (460) in etwa gleich der angeordneten Harnstoffströmung (465) ist. Wenn das Nutzflächenverhältnis 405 innerhalb des unteren oder oberen Korrekturschwellenwerts 505, 510 liegt, berechnet der PID-Regler 440 nicht die Verstärkung und das Steuersignal (350) wird unmodifiziert zu dem Dosiermodul 260 gesandt.
7B stellt eine Ausführungsform eines Überdosierungsfehlers dar, z. B. Leitungsdruck (370) zu hoch und ein Anstieg der Öffnungsgröße des Dosiermoduls 260, wobei die angeordnete Harnstoffströmung (465) eine hohe Schwankung der angeordneten Menge an Harnstoffströmung (465) umfasst. Die angeordnete Harnstoffströmung (465) weist eine Reihe von Spitzen auf, die bei null mg/s beginnen. Die tatsächliche Harnstoffströmung (460) folgt in etwa der gleichen angeordneten Harnstoffströmung (465), ist aber nach oben verschoben, was an jedem Punkt des Graphen mehr Harnstoffströmung als angeordnet vorsieht.
7C stellt eine Ausführungsform eines Unterdosierungsfehlers dar, z. B. eine Verstopfung des Harnstoffzufuhrsystems 300 und Motorsteuerungsprobleme (PWMmot), wobei die angeordnete Harnstoffströmung (465) eine hohe Schwankung der Menge an angeordneter Harnstoffströmung (465) umfasst. Die angeordnete Harnstoffströmung (465) umfasst Spitzen von über 500 mg/s, doch ist die tatsächliche Harnstoffströmung (460) stabil und entspricht keiner der angeordneten Spitzen.
8 ist eine graphische Darstellung von experimentellen Daten, die das Reagieren des Steuerungsschemas 422 auf eine simulierte Verschlechterung des Harnstoffdosiermoduls 260 unter Anzeigen des Nutzflächenverhältnisses 405 über Zeit zeigen. Die Kurve des Nutzflächenverhältnisses des Dosiermoduls 260 wird bei 500 gezeigt. Die Kurve 500 des Nutzflächenverhältnisses beginnt an der linken Seite des Graphen nahe einem Verhältnis von eins, was darstellt, dass die tatsächliche Harnstoffströmung (460) in etwa gleich der angeordneten Harnstoffströmung (465) ist. Eine Verstopfung des Dosiermoduls 260 wird in etwa bei Punkt 520 simuliert, wie durch eine Reduzierung der Kurve 500 des Nutzflächenverhältnisses gezeigt ist. Bei Punkt 525 überschreitet die Kurve 500 des Nutzflächenverhältnisses den unteren Schwellenwert 505, das dem Steuerschema 422 signalisiert, wie vorstehend erläutert das Modifizieren des Dosiermodulbefehls (350) zu beginnen. Das Steuerschema 422 verstärkt in etwa an Funkt 530 die Steuerung, wenn die Berechnung 430 des Nutzflächenverhältnisses zu steigen und den unteren Schwellenwert 505 zu übersteigen beginnt, und beginnt das Steuern der Kurve 500 des Nutzflächenverhältnisses nahe dem Sollnutzflächenverhältnis 450.
Die Offenbarung hat bestimmte bevorzugte Ausführungsformen und Abwandlungen derselben beschrieben. Weitere Abwandlungen und Abänderungen können für Dritte bei Lesen und Verstehen der Beschreibung nahe hegen. Daher soll die Offenbarung nicht auf die bestimmte(n) Ausführungsform(en) beschränkt sein, die als die beste in Betracht gezogene Art zum Ausführen dieser Offenbarung offenbart ist, sondern die Offenbarung soll alle Ausführungsformen umfassen, die in den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche fallen.

Claims

Verfahren zum Steuern eines Einspritzsystems für selektive katalytische Reduktion mit einem Speichertank, einer Pumpe, einer Zufuhrleitung und einer Einspritzdüse, umfassend: Überwachen des Einspritzsystems für selektive katalytische Reduktion; Ermitteln eines Nutzflächenverhältnisses des Injektorsystems für selektive katalytische Reduktion; Vergleichen des Nutzflächenverhältnisses des Injektorsystems für selektive katalytische Reduktion mit einem Schwellenwert; Berechnen eines Kompensationsfaktors bei Überschreiten des Schwellenwerts; und Abwandeln der angeordneten eingespritzten Masse gemäß dem berechneten Kompensationsfaktor.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Ermitteln des Nutzflächenverhältnisses des Einspritzsystems für selektive katalytische Reduktion das Überwachen einer tatsächlichen eingespritzten Masse und einer angeordneten eingespritzten Masse umfasst.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die tatsächliche eingespritzte Masse in einem dynamischen Modellverfahren aus überwachten Parametern berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Berechnung der tatsächlichen eingespritzten Masse das Integrieren von überwachten Parametern umfasst, um tatsächliche Strömungseigenschaften zu ermitteln.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die tatsächliche eingespritzte Masse in einem Filterverfahren aus überwachten Parametern berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Filterverfahren eine Zustandsraumgleichung umfasst, um tatsächliche Strömungseigenschaften zu ermitteln.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schwellenwert einen oberen Schwellenwert oder einen unteren Schwellenwert umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2, 3, 4, 5, 6 oder 7, wobei das Berechnen des Kompensationsfaktors bei Überschreiten des Schwellenwerts die Ermittlung einer Temperaturwirkung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Ermittlung der Temperaturwirkung auf Pumpendruck beruht.
Verfahren zum Steuern von Fluideinspritzung von einem Einspritzsystem für selektive katalytische Reduktion, um von einer Brennkraftmaschine während eines Brennkraftmaschinenbetrieb eine geforderte Fluidströmung in eine Abgasströmung zu erreichen, wobei das Verfahren umfasst: Überwachen von Betriebsparametern des Einspritzsystems für selektive katalytische Reduktion, die eine angeordnete eingespritzte Masse und einen Abgasströmungsdruck umfassen; Ermitteln einer tatsächlichen eingespritzten Masse; Berechnen eines Nutzflächenverhältnisses; Vergleichen des Nutzflächenverhältnisses mit einem Sollnutzflächenverhältnis; und Modifizieren eines Injektorsteuersignals, um das Nutzflächenverhältnis so anzupassen, dass es dem Sollnutzflächenverhältnis zu entspricht.