DE102011114700B4

DE102011114700B4 - Verfahren zur Detektion von Reduktionsmittel mit geringer Qualität und von Katalysatordegradation in Systemen für selektive katalytische Reduktion

Info

Publication number: DE102011114700B4
Application number: DE102011114700.8A
Authority: DE
Inventors: Stephen Paul Levijoki; Yue-Yun Wang; Brett B. Thompson
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2010-10-06
Filing date: 2011-09-30
Publication date: 2019-12-19
Anticipated expiration: 2031-10-01
Also published as: DE102011114700A1

Abstract

Verfahren zum Steuern eines Systems für selektive katalytische Reduktion (SCR), umfassend:Bestimmen eines Umwandlungswirkungsgrads eines SCR-Katalysators (36);Bestimmen einer Menge an Ammoniakschlupf über den SCR-Katalysator (36), wenn der Umwandlungswirkungsgrad kleiner als eine vorbestimmte Schwelle ist; undBestimmen eines Bestanden/Durchgefallen-Status einer Reduktionsmittelversorgung (42) und des SCR-Katalysators (36) auf Grundlage der Menge an Ammoniakschlupf und zumindest einer Ammoniakschlupfschwelle (TH, TH);Erzeugen eines ersten Bestanden/Durchgefallen-Status für die Reduktionsmittelversorgung (42) auf Grundlage der Menge an Ammoniakschlupf und einer ersten Ammoniakschlupfschwelle (TH);wobei das Erzeugen des ersten Bestanden/Durchgefallen-Status ein Erzeugen eines ersten Durchgefallen-Status umfasst, der ein Reduktionsmittel mit geringer Qualität angibt, wenn die Menge an Ammoniakschlupf kleiner als die erste Ammoniakschlupfschwelle (TH) ist;Erzeugen eines zweiten Bestanden/Durchgefallen-Status für den SCR-Katalysator (36) auf Grundlage der Menge an Ammoniakschlupf und einer zweiten Ammoniakschlupfschwelle (TH);wobei das Erzeugen des zweiten Bestanden/Durchgefallen-Status ein Erzeugen eines zweiten Durchgefallen-Status umfasst, der einen verschlechterten SCR-Katalysator (36) angibt, wenn die Menge an Ammoniakschlupf größer als die zweite Ammoniakschlupfschwelle (TH) ist,wobei die zweite Ammoniakschlupfschwelle (TH) größer als die erste Ammoniakschlupfschwelle (TH) ist.

Description

Die vorliegende Offenbarung betrifft Abgasbehandlungssysteme und insbesondere Verfahren zur Detektion von Reduktionsmittel mit geringer Qualität und Katalysatordegradation in Systemen für selektive katalytische Reduktion (SCR von engl.: „selective catalytic reduction“).
Verbrennungsmotoren kombinieren Luft und Kraftstoff, um ein Luft/Kraftstoff-(A/F)-Gemisch zu erzeugen, das in mehreren Zylindern verbrannt wird. Die Verbrennung des A/F-Gemisches treibt Kolben an, die eine Kurbelwelle drehbar antreiben, die Antriebsmoment erzeugt. Bei kompressionsgezündeten (CI von engl.: „compression ignition“) Motoren kann Luft in die Zylinder gezogen und unter Verwendung der Kolben komprimiert werden. Der Kraftstoff kann dann in die komprimierte Luft injiziert werden, was die Verbrennung des druckbeaufschlagten A/F-Gemisches bewirkt. Beispielsweise umfassen CI-Motoren Dieselmotoren.
Abgas, das während der Verbrennung erzeugt wird, kann von den Zylindem in einen Abgaskrümmer ausgestoßen werden. Das Abgas kann Kohlenmonoxid (CO) und Kohlenwasserstoffe (HC) aufweisen. Das Abgas kann auch Stickoxide (NOx) aufgrund der höheren Verbrennungstemperaturen von CI-Motoren im Vergleich zu funkengezündeten (SI von engl.: „spark ignition“) Motoren enthalten. Ein Abgasbehandlungssystem kann das Abgas behandeln, um CO, HC und/oder NOx zu entfernen. Beispielsweise kann das Abgasbehandlungssystem einen Oxidationskatalysator (OC), NOx-Absorber/Adsorber, ein System für selektive katalytische Reduktion (SCR), einen Filter für Partikelmaterial (PM) und/oder katalytische Wandler aufweisen.
In dem SCR-Prozess wird ein Dosiermittel in das Abgas durch ein Dosiersystem injiziert. Beispielsweise kann das Dosiermittel reines wasserfreies Ammoniak, wässriges Ammoniak oder Harnstoff sein. Das Dosiermittel umfasst ein Reduktionsmittel, das mit dem NOx in dem Abgas reagiert. Beispielsweise kann das Reduktionsmittel Ammoniak (NH₃) sein. Das Reduktionsmittel mischt sich mit dem NOx in dem Abgas, und das Gemisch kann an dem SCR-Katalysator absorbiert werden. Der SCR-Katalysator kann dann das absorbierte Gemisch spalten, wodurch Wasserdampf (H2O) und Stickstoffgas (N₂) gebildet werden. Der SCR-Prozess kann daher NOx-Emissionen signifikant reduzieren.
US 2008 / 0 178 656 A1 offenbart ein Verfahren zur Diagnose eines Abgasbehandlungssystems eines Verbrennungsmotors, das umfasst, dass während einer verschlechterten Leistung des Abgasbehandlungssystems eine Beziehung zwischen Betriebsbedingungen des Abgasbehandlungssystems dynamisch identifiziert wird. Anschließend wird die Beziehung mit potentiellen Quellen für verschlechterte Leistung des Abgasbehandlungssystems korreliert, um zumindest eine Quelle für die Verschlechterung zu identifizieren.
Weiterer Stand der Technik ist in der EP 2 426 331 A1 und der DE 10 2009 058 003 A1 beschrieben.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem es in Abhängigkeit von Betriebsparametern möglich ist, eine durch schlechte Reduktionsmittelqualität oder Katalysatordegradation beeinträchtigte Leistungsfähigkeit eines SCR-Systems auf einfache und zuverlässige Weise zu verbessern.
Die Aufgabe wird durch den Gegenstand von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
Ein beispielhaftes, zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignetes Steuersystem für ein System für selektive katalytische Reduktion (SCR) weist ein Umwandlungswirkungsgradbestimmungsmodul, ein Ammoniakschlupfbestimmungsmodul und ein Diagnosemodul auf. Das Umwandlungswirkungsgradbestimmungsmodul bestimmt einen Umwandlungswirkungsgrad eines SCR-Katalysators. Das Ammoniakschlupfbestimmungsmodul bestimmt eine Menge an Ammoniakschlupf über den SCR-Katalysator, wenn der Umwandlungswirkungsgrad kleiner als eine vorbestimmte Schwelle ist. Das Diagnosemodul bestimmt einen Bestanden/Durchgefallen-Status einer Reduktionsmittelversorgung und des SCR-Katalysators auf Grundlage der Menge an Ammoniakschlupf und zumindest einer Ammoniakschlupfschwelle.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung eines Systems für selektive katalytische Reduktion (SCR) umfasst ein Bestimmen eines Umwandlungswirkungsgrades eines SCR-Katalysators, ein Bestimmen einer Menge an Ammoniakschlupf über den SCR-Katalysator, wenn der Umwandlungswirkungsgrad kleiner als eine vorbestimmte Schwelle ist, und eine Bestimmung eines Bestanden/Durchgefallen-Status einer Reduktionsmittelversorgung und des SCR-Katalysators auf Grundlage der Menge an Ammoniakschlupf und zumindest einer Ammoniakschlupfschwelle.
Die vorliegende Offenbarung wird aus der detaillierten Beschreibung und den begleitenden Zeichnungen besser verständlich, in welchen:

1 ein Graph ist, der eine erhöhte Reduktionsmittelinjektion aufgrund eines Reduktionsmittels mit geringer Qualität zeigt;
2A ein Graph ist, der einen erhöhten Ammoniakschlupf aufgrund eines verschlechterten Katalysators zeigt;
2B ein Graph ist, der einen vernachlässigbaren Ammoniakschlupf aufgrund eines Reduktionsmittels mit geringer Qualität zeigt;
3 ein Funktionsblockschaubild eines Motorsystems gemäß einer Implementierung der vorliegenden Offenbarung ist;
4 ein Funktionsblockschaubild eines Steuermoduls gemäß einer Implementierung der vorliegenden Offenbarung ist; und
5 ein Flussdiagramm für ein Verfahren zur Detektion von Reduktionsmittel mit geringer Qualität und Katalysatordegradation gemäß einer Implementierung der vorliegenden Offenbarung ist.

Der hier verwendete Begriff „Modul“ kann eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC); eine elektronische Schaltung; eine kombinatorische Logikschaltung; ein Field Programmable Gate Array (FPGA); einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppe), der Code ausführt; andere geeignete Komponenten, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen; oder eine Kombination einiger oder alle der obigen; wie in einem System-on-Chip betreffen, Teil davon sein oder umfassen. Der Begriff „Modul“ kann einen Speicher (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppe) aufweisen, der durch den Prozessor ausgeführten Code speichert.
Der Begriff „Code“, wie oben verwendet ist, kann Software, Firmware und/oder Mikrocode aufweisen und kann Programme, Routinen, Funktionen, Klassen und/oder Objekte betreffen. Der Begriff „gemeinsam genutzt“, wie oben verwendet ist, bedeutet, dass einiger oder der gesamte Code von mehreren Modulen unter Verwendung eines einzelnen (gemeinsam genutzten) Prozessors ausgeführt werden kann. Zusätzlich kann einiger oder der gesamte Code von mehreren Modulen durch einen einzelnen (gemeinsam genutzten) Speicher gespeichert werden. Der Begriff „Gruppe“, wie oben verwendet ist, bedeutet, dass einiger oder der gesamte Code von einem einzelnen Modul unter Verwendung einer Gruppe von Prozessoren ausgeführt werden kann. Zusätzlich kann einiger oder der gesamte Code von einem einzelnen Modul unter Verwendung einer Gruppe von Speichern gespeichert werden.
Die Vorrichtungen und Verfahren, die hier beschrieben sind, können durch ein oder mehrere Computerprogramme implementiert sein, die durch einen oder mehrere Prozessoren ausgeführt werden. Die Computerprogramme umfassen prozessorausführbare Anweisungen, die an einem nicht flüchtigen konkreten computerlesbaren Medium gespeichert sind. Die Computerprogramme können auch gespeicherte Daten aufweisen. Nicht beschränkende Beispiele des nicht flüchtigen konkreten computerlesbaren Mediums sind nichtflüchtige Speicher, Magnetspeicher und optische Speicher.
Ein System für selektive katalytische Reduktion (SCR) kann einen SCR-Katalysator und Sensoren für Stickoxid (NOx) aufweisen, die stromaufwärts und stromabwärts von dem SCR-Katalysator angeordnet sind. Die NOx-Sensoren können eine NOx-Menge in dem Abgasstrom vor und nach dem SCR-Katalysator messen. Die NOx-Sensoren können auch Ammoniak (NH₃) detektieren und können somit als „querempfindlich“ bezeichnet werden (d.h. in der Lage sein, sowohl NOx als auch NH₃ zu detektieren). Der stromabwärtige NOx-Sensor kann daher Ammoniak stromabwärts detektieren, das nicht von dem SCR-Katalysator absorbiert wurde („Ammoniakschlupf“) .
SCR-Systeme können einen Umwandlungswirkungsgrad des SCR-Katalysators überwachen, um sicherzustellen, dass ein gewünschter Umwandlungswirkungsgrad beibehalten wird. Genauer kann der Umwandlungswirkungsgrad auf Messungen von dem stromaufwärtigen und stromabwärtigen NOx-Sensor basieren. Der Umwandlungswirkungsgrad kann jedoch aufgrund entweder eines Reduktionsmittels mit geringer Qualität oder eines verschlechterten SCR-Katalysators abnehmen. 1 zeigt beispielsweise eine erhöhte Reduktionsmittelinjektion auf Grundlage eines Reduktionsmittels mit geringer Qualität (50 % Harnstoff, 50 % Wasser). 1 weist eine vertikale Achse A, die einen Umwandlungswirkungsgrad eines SCR-Katalysators angibt, und eine horizontale Achse B auf, die die Zeit angibt. Beispielsweise kann doppelt so viel Reduktionsmittelinjektion erforderlich sein, um einen gewünschten NOx-Umwandlungswirkungsgrad beizubehalten (beispielsweise 100 %, was mit Referenz C bezeichnet ist). Die Bestimmung der Ursache des verringerten Umwandlungswirkungsgrads kann jedoch schwierig sein. Genauer kann das SCR-System eine Injektion des Dosiermittels erhöhen, wenn entweder ein Reduktionsmittel mit geringer Qualität verwendet ist oder wenn sich der SCR-Katalysator verschlechtert hat (d.h. selbe Korrekturmaßnahmen). Zusätzlich zur schwierigen Detektion kann der Austausch des SCR-Katalysators, wenn Reduktionsmittel mit geringer Qualität die Ursache des verringerten Umwandlungswirkungsgrads ist, Kosten erhöhen.
SCR-Systeme können jedoch unterscheidbare Mengen an Ammoniakschlupf erzeugen, wenn Reduktionsmittel mit geringer Qualität injiziert wird, im Vergleich dazu, wenn der SCR-Katalysator verschlechtert ist. Beispielsweise zeigt 2A einen erhöhten Ammoniak-(NH₃)-Schlupf aufgrund eines verschlechterten Katalysators. 2A weist eine vertikale Achse D, die eine Menge an Ammoniakschlupf in Teilen pro Million (PPM von engl.: „parts per million“) angibt, und eine horizontale Achse E auf, die die Zeit angibt. Zusätzlich weist 2A eine Referenz F auf, die eine Spitze des Ammoniakschlupfs angibt. 2B zeigt andererseits den Ammoniakschlupf aufgrund einer Injektion eines Reduktionsmittels mit geringer Qualität. 2B weist eine vertikale Achse G, die einen Ammoniakschlupf in PPM angibt, und eine horizontale Achse H auf, die die Zeit angibt. Wie gezeigt ist, ist der Ammoniakschlupf aufgrund des verschlechterten Katalysators im Vergleich zum Ammoniakschlupf aufgrund der Injektion eines Reduktionsmittels mit geringer Qualität, der vernachlässigbar ist, groß. Daher kann ein querempfindlicher stromabwärtiger NOx-Sensor verwendet werden, um sowohl ein Reduktionsmittel mit geringer Qualität (d.h. geringer oder vernachlässigbarer Ammoniakschlupf) als auch einen verschlechterten Katalysator (d.h. hoher Ammoniakschlupf) genau zu detektieren.
Demgemäß ist ein Verfahren zur Detektion einer Reduktionsmittelqualität und einer Katalysatordegradation in einem SCR-System, das einen stromabwärtigen NOx-Sensor verwendet, dargestellt. Alternativ dazu kann ein stromabwärtiger Ammoniaksensor verwendet werden, wenn der stromabwärtige NOx-Sensor nicht querempfindlich ist. Das Verfahren kann zuerst einen Umwandlungswirkungsgrad des SCR-Katalysators bestimmen. Beispielsweise kann der Umwandlungswirkungsgrad auf Messungen von NOx-Sensoren basieren, die stromaufwärts und stromabwärts von dem SCR-Katalysator angeordnet sind. Das Verfahren kann dann bestimmen, ob der Umwandlungswirkungsgrad eines SCR-Katalysators kleiner als eine vorbestimmte Schwelle ist. Wenn der Umwandlungswirkungsgrad kleiner als die vorbestimmte Schwelle ist, kann das Verfahren dann einen Ammoniakschlupf auf Grundlage von Messungen von dem stromabwärtigen NOx-Sensor bestimmen. Bei einigen Ausführungsformen kann das Verfahren den Ammoniakschlupf während einer Periode bestimmen, wenn die Motordrehzahl und/oder die Abgastemperatur größer als eine entsprechende Schwelle sind. Beispielsweise kann die Ammoniakschlupfdetektion während vorbestimmter Bedingungen ausgeführt werden, bei denen der Ammoniakschlupf möglicherweise auftritt.
Das Verfahren kann dann ein Reduktionsmittel mit geringer Qualität oder einen verschlechterten Katalysator detektieren. Genauer kann das Verfahren ein Reduktionsmittel mit geringer Qualität detektieren, wenn der gemessene Ammoniakschlupf geringer als eine erste Schwelle ist. Alternativ dazu kann das Verfahren einen verschlechterten Katalysator detektieren, wen der gemessene Ammoniakschlupf größer als eine zweite Schwelle ist. Beispielsweise kann die zweite Schwelle größer als die erste Schwelle sein. Das Verfahren kann dann einen Bestanden/Durchgefallen-Status für sowohl das Reduktionsmittel als auch den Katalysator auf Grundlage der entsprechenden Detektionen erzeugen. Zusätzlich kann das Verfahren auf Grundlage der Bestanden/Durchgefallen-Statussignale einen Betrieb des SCR-Systems einstellen. Dies kann ein Erhöhen oder Verringern einer Dosierung zur Kompensation von Reduktionsmittel mit geringer Qualität oder einer SCR-Degradation umfassen, wodurch die Leistungsfähigkeit des SCR-Systems verbessert wird.
Nun Bezug nehmend auf 3 weist ein Motorsystem 10 einen Motor 12 auf. Beispielsweise kann der Motor 12 ein CI-Motor (beispielsweise ein Dieselmotor) sein. Der Motor 12 kann jedoch auch ein anderer Typ von Motor sein (beispielsweise ein Motor mit homogener Kompressionszündung oder HCCI-Motor). Der Motor 12 zieht Luft in einen Ansaugkrümmer 14 durch ein Einlasssystem 16, das durch eine Drossel 18 reguliert sein kann. Beispielsweise kann die Drossel 18 über eine elektronische Drosselsteuerung (ETC von engl.: electronic throttle control“) elektrisch gesteuert sein.
Luft von dem Ansaugkrümmer 14 wird in eine Mehrzahl von Zylindern 20 verteilt. Während sechs Zylinder gezeigt sind, sei angemerkt, dass der Motor 12 eine andere Anzahl von Zylindern aufweisen kann. Kraftstoffinjektoren 22 können Kraftstoff direkt in die Zylinder 20 injizieren. Alternativ dazu können die Kraftstoffinjektoren 22 jedoch Kraftstoff über Ansaugkanäle der Zylinder 20 injizieren. Die Kraftstoffinjektoren 22 können auch Kraftstoff in die Zylinder 20 nach einer Verbrennung des A/F-Gemisches („Nachverbrennungsinjektion“) injizieren, um Kohlenwasserstoffe (HC) in das Abgas einzuführen.
Kolben (nicht gezeigt) komprimieren und verbrennen das A/F-Gemisch in den Zylindern 20. Die Kolben treiben eine Motorkurbelwelle (nicht gezeigt) während eines Leistungshubes an, um Antriebsmoment zu erzeugen. In HCCI-Motoren können die Zylinder 20 Zündkerzen (nicht gezeigt) aufweisen. Ein Motordrehzahlsensor 24 misst eine Drehzahl der Motorkurbelwelle (nicht gezeigt). Beispielsweise kann der Motordrehzahlsensor 24 die Drehzahl in Umdrehungen pro Minute oder U/min messen. Abgas, das aus der Verbrennung resultiert, wird in einen Abgaskrümmer 26 ausgestoßen. Das Abgas kann dann durch ein Abgasbehandlungssystem behandelt oder an den Ansaugkrümmer 14 über ein Abgasrückführungs-(AGR-)System 48 rückgeführt werden.
Ein Sensor 28 für Abgasluftmassenstrom (EMAF von engl.: „exhaust mass air flow“) kann einen Durchfluss von Abgas in ein Abgasbehandlungssystem 30 messen. Das Abgasbehandlungssystem 30 kann einen Zusatzinjektor 32, einen OC 34, einen SCR-Katalysator 36 und einen PM-Filter 38 aufweisen. Der Zusatzinjektor 32 kann selektiv HC (beispielsweise Kraftstoff) in das Abgas injizieren. Beispielsweise kann der Zusatzinjektor 32 HC in das Abgas injizieren, um die Abgastemperatur (EGT) zur Regeneration des PM-Filters 38 zu erhöhen. Wie vorher beschrieben wurde, können die Kraftstoffinjektoren 22 jedoch eine Nachverbrennungsinjektion ausführen, um HC in das Abgas einzuführen.
Der OC 34 oxidiert CO und HC, um CO₂ und H₂O zu bilden. Der SCR-Katalysator 36 (in Verbindung mit einem Reduktionsmittel, wie Ammoniak) entfernt NOx von dem Abgas. Der PM-Filter 38 entfernt PM von dem Abgas, bevor das Abgas in die Atmosphäre freigesetzt wird. Das Abgasbehandlungssystem 30 kann ferner einen Reduktionsmittelinjektor 40, eine Reduktionsmittelversorgung 42, einen ersten und zweiten NOx-Sensor 44, 45 und einen Temperatursensor 46 aufweisen. Bei einigen Implementierungen können zusätzliche Temperatursensoren vorhanden sein, um eine durchschnittliche Temperatur des SCR-Katalysators 36 zu bestimmen. Alternativ dazu kann die durchschnittliche Temperatur des SCR-Katalysators 36 unter Verwendung vorbestimmter Modelle bestimmt werden. Der Reduktionsmittelinjektor 40 und die Reduktionsmittelversorgung 42 können auch als ein Dosiermittelinjektor bzw. eine Dosiermittelversorgung bezeichnet werden. Mit anderen Worten umfasst das Dosiermittel (beispielsweise Harnstoff) das Reduktionsmittel (beispielsweise Ammoniak).
Der erste und zweite NOx-Sensor 44, 45 messen eine Menge an NOx in dem Abgas. Der Temperatursensor 46 misst eine Temperatur des Abgases. Der erste und zweite NOx-Sensor 44, 45 können als ein stromaufwärtiger NOx-Sensor 44 und ein stromabwärtiger NOx-Sensor 45 bezeichnet werden, was deren Anordnungen in dem Abgasstrom in Bezug auf den SCR-Katalysator 46 angibt. Nur beispielhaft können die NOx-Sensoren 44, 45 „querempfindlich“ sein und somit sowohl NOx als auch NH₃ detektieren. Während zwei NOx-Sensoren 44, 45 und ein Temperatursensor 46 gezeigt sind, kann das Abgasbehandlungssystem eine andere Anzahl von NOx-und/oder Temperatursensoren aufweisen. Zusätzlich oder alternativ können Ammoniak-(NH₃)-Sensoren implementiert sein.
Ein Steuermodul 60 kommuniziert mit verschiedenen Komponenten des Motorsystems 10 und/oder steuert diese. Genauer kann das Steuermodul 60 Signale von dem Motordrehzahlsensor 24, dem EMAF-Sensor 28, der Reduktionsmittelversorgung 42, den NOx-Sensoren 44, 45 und dem Temperatursensor 46 empfangen. Das Steuermodul 60 kann auch die Drossel 18, die Kraftstoffinjektoren 22, Zündkerzen (nicht gezeigt) (wenn implementiert, wie in einem HCCI-Motor), den Zusatzinjektor 32, den Reduktionsmittelinjektor 40 und ein AGR-Ventil 52 (nachfolgend detaillierter, diskutiert) steuern. Das Steuermodul 60 kann auch das Verfahren der vorliegenden Offenbarung implementieren.
Das Motorsystem 10 kann ferner das AGR-System 48 aufweisen. Das AGR-System 48 weist das AGR-Ventil 52 und eine AGR-Leitung 50 auf. Das AGR-System 48 kann einen Anteil von Abgas von dem Abgaskrümmer 26 in den Ansaugkrümmer 14 einführen. Das AGR-Ventil 52 kann an dem Ansaugkrümmer 14 montiert sein. Die AGR-Leitung 50 kann sich von dem Abgaskrümmer 26 zu dem AGR-Ventil 52 erstrecken, wobei eine Kommunikation zwischen dem Abgaskrümmer 26 und dem AGR-Ventil 52 bereitgestellt wird. Wie vorher beschrieben wurde, kann das Steuermodul 60 das AGR-Ventil 52 betätigen, um eine Menge an Abgas, die in den Ansaugkrümmer 14 eingeführt wird, zu steuern.
Der Motor 12 kann auch einen Turbolader 54 aufweisen. Der Turbolader 54 kann durch das Abgas angetrieben werden, das durch einen Turbineneinlass aufgenommen wird. Nur beispielhaft kann der Turbolader 54 eine Turbine mit variabler Düse (VNT von engl.: „variable nozzle turbine“) aufweisen. Der Turbolader 54 erhöht eine Luftströmung in den Ansaugkrümmer 14, um eine Zunahme des Ansaug-MAP (d.h. Krümmerabsolutdrucks oder Ladedrucks) zu bewirken. Das Steuermodul 60 kann den Turbolader 54 betätigen, um die Strömung des Abgases selektiv zu beschränken, wodurch der Ladedruck gesteuert wird.
Nun Bezug nehmend auf 4 ist ein Beispiel des Steuermoduls 60 gezeigt. Das Steuermodul 60 kann ein Umwandlungswirkungsgradbestimmungsmodul 80, ein Ammoniakschlupfbestimmungsmodul 84, ein Modul 88 zur Detektion von Reduktionsmittel mit geringer Qualität und ein Modul 92 zur Detektion eines verschlechterten Katalysators aufweisen. Das Modul 88 zur Detektion von Reduktionsmittel mit geringer Qualität und das Modul 92 zur Detektion des verschlechterten Katalysators können auch gemeinsam als ein Diagnosemodul 86 bezeichnet werden.
Das Umwandlungswirkungsgradbestimmungsmodul 80 bestimmt einen Umwandlungswirkungsgrad des SCR-Katalysators 36 auf Grundlage von Messungen von dem stromaufwärtigen und stromabwärtigen NOx-Sensor 44, 45. Beispielsweise kann der Umwandlungswirkungsgrad berechnet werden, wie folgt: $η = 1 - \frac{\int y}{\int x}$
wobei η den Umwandlungswirkungsgrad des SCR-Katalysators 36 repräsentiert, γ die Menge an NOx repräsentiert, die durch den stromabwärtigen NOx-Sensor 45 gemessen wird, und x die Menge an NOx repräsentiert, die durch den stromaufwärtigen NOx-Sensor 44 gemessen wird.
Das Ammoniakschlupfbestimmungsmodul 84 empfängt den bestimmten Umwandlungswirkungsgrad von dem Umwandlungswirkungsgradbestimmungsmodul 80. Wenn der bestimmte Umwandlungswirkungsgrad des SCR-Katalysators 36 kleiner als die vorbestimmte Schwelle ist, kann das Ammoniakschlupfbestimmungsmodul 84 eine Menge an Ammoniakschlupf stromabwärts von dem SCR-Katalysator 36 (d.h. an dem stromabwärtigen NOx-Sensor 45) bestimmen. Beispielsweise kann die Menge an Ammoniakschlupf wie folgt bestimmt werden: $Schlupf = \sum_{i = 1}^{N} {NH}_{3} (i)$
wobei N eine Gesamtzahl von Messabtastungen darstellt. Bei einigen Ausführungsformen kann das Ammoniakschlupfbestimmungsmodul 84 die Menge an Ammoniakschlupf während einer Periode (beispielsweise mit N Abtastperioden) bestimmen, wenn die Motordrehzahl und/oder die Abgastemperatur größer als eine vorbestimmte Schwelle sind. Mit anderen Worten kann die Ammoniakschlupfbestimmung während vorbestimmter Bedingungen ausgeführt werden, wenn der Ammoniakschlupfmöglicherweise auftritt.
Das Modul 88 zur Detektion von Reduktionsmittel mit geringer Qualität empfängt die bestimmte Menge an Ammoniakschlupf von dem Ammoniakschlupfbestimmungsmodul 84. Das Modul 88 zur Detektion von Reduktionsmittel mit geringer Qualität detektiert, ob eine Qualität eines Reduktionsmittels in der Reduktionsmittelversorgung 42 kleiner als eine erste vorbestimmte Qualitätsschwelle ist. Spezifisch kann die erste vorbestimmte Qualitätsschwelle einer ersten Ammoniakschlupfschwelle entsprechen. Daher kann das Modul 88 zur Detektion von Reduktionsmittel mit geringer Qualität Reduktionsmittel mit geringer Qualität detektieren, wenn die bestimmte Menge an Ammoniakschlupf kleiner als die erste Ammoniakschlupfschwelle ist. Auf Grundlage der Detektion kann das Modul 88 zur Detektion von Reduktionsmittel mit geringer Qualität einen ersten Bestanden/Durchgefallen-Status 90 erzeugen. Wenn beispielsweise das Reduktionsmittel mit geringer Qualität detektiert wird, kann das Modul 88 zur Detektion von Reduktionsmittel mit geringer Qualität einen ersten Durchgefallen-Status erzeugen.
Der erste Bestanden/Durchgefallen-Status kann zu Diagnosezwecken und/oder zur Steuerung des Abgasbehandlungssystems 30 verwendet werden. Beispielsweise kann ein Techniker den ersten Durchgefallen-Status lesen und bestimmen, dass das Reduktionsmittel mit geringer Qualität die Ursache des geringen Umwandlungswirkungsgrades ist. Demgemäß kann die Reduktionsmittelversorgung 42 abgelassen und mit einem gewünschten Reduktionsmittel (beispielsweise einem Dosiermittel, wie reinem Harnstoff) wieder aufgefüllt werden. Zusätzlich oder alternativ dazu kann das Steuermodul 60 das Abgasbehandlungssystem 30 auf Grundlage des ersten Bestanden/Durchgefallen-Status steuern. Wenn beispielsweise der erste Durchgefallen-Status erzeugt wird, kann das Steuermodul 60 eine Dosiermittelinjektion erhöhen, um einen gewünschten Umwandlungswirkungsgrad zu erreichen (siehe beispielsweise 1).
Das Modul 92 zur Detektion eines verschlechterten Katalysators empfängt auch die bestimmte Menge an Ammoniakschlupf von dem Ammoniakschlupfbestimmungsmodul 84. Das Modul 92 zur Detektion eines verschlechterten Katalysators detektiert, ob eine Qualität des SCR-Katalysators 36 größer als eine zweite vorbestimmte Qualitätsschwelle ist. Genauer kann die vorbestimmte Qualitätsschwelle einer zweiten Ammoniakschlupfschwelle entsprechen. Daher kann das Modul 92 zur Detektion eines verschlechterten Katalysators einen verschlechterten SCR-Katalysator 36 detektieren, wenn die bestimmte Menge an Ammoniakschlupf größer als die zweite Ammoniakschlupfschwelle ist.
Beispielsweise kann die zweite Ammoniakschlupfschwelle größer als die erste Ammoniakschlupfschwelle sein. Auf Grundlage der Detektion kann das Modul 92 zur Detektion eines verschlechterten Katalysators einen zweiten Bestanden/Durchgefallen-Status 94 erzeugen. Wenn beispielsweise ein verschlechterter SCR-Katalysator 36 detektiert ist, kann das Modul 92 zur Detektion eines verschlechterten Katalysators einen zweiten Durchgefallen-Status erzeugen.
Der zweite Bestanden/Durchgefallen-Status kann auch zu Diagnosezwecken und/oder zur Steuerung des Abgasbehandlungssystems 30 verwendet werden. Beispielsweise kann ein Techniker den zweiten Durchgefallen-Status lesen und bestimmen, dass ein verschlechterter SCR-Katalysator 36 die Ursache für den geringen Umwandlungswirkungsgrad ist. Demgemäß kann der SCR-Katalysator 36 ersetzt werden. Zusätzlich oder alternativ dazu kann das Steuermodul 60 das Abgasbehandlungssystem 30 auf Grundlage des zweiten Bestanden/Durchgefallen-Status steuern. Wenn beispielsweise der zweite Durchgefallen-Status erzeugt wird, kann das Steuermodul 60 die Dosiermittelinjektion erhöhen oder verringern, um einen gewünschten Umwandlungswirkungsgrad zu erreichen.
Nun Bezug nehmend auf 5 beginnt ein beispielhaftes Verfahren zur Bestimmung der Reduktionsmittelqualität und Katalysatordegradation bei 104. Bei 104 bestimmt die Steuerung einen Umwandlungswirkungsgrad des SCR-Katalysators 36. Bei 108 bestimmt die Steuerung, ob der Umwandlungswirkungsgrad kleiner als eine vorbestimmte Schwelle (TH) ist. Wenn dies zutrifft, kann die Steuerung mit 112 fortfahren, wenn dies nicht zutrifft, kann die Steuerung zu 100 zurückkehren.
Bei 112 kann die Steuerung eine Menge an Ammoniakschlupf an dem stromabwärtigen NOx-Sensor 45 bestimmen. Bei einigen Ausführungsformen kann die Steuerung die Menge an Ammoniakschlupf während einer Periode bestimmen, wenn die Motordrehzahl und/oder die Abgastemperatur größer als eine entsprechende Schwelle sind. Mit anderen Worten kann die Ammoniakschlupfbestimmung während vorbestimmter Bedingungen ausgeführt werden, wenn der Ammoniakschlupf möglicherweise auftritt. Bei 116 kann die Steuerung bestimmen, ob die Menge an Ammoniakschlupf kleiner als die erste Ammoniakschlupfschwelle (TH₁ ) ist. Wenn dies zutrifft, kann die Steuerung mit 120 fortfahren. Wenn dies nicht zutrifft, kann die Steuerung mit 124 fortfahren. Bei 120 kann die Steuerung den ersten Durchgefallen-Status erzeugen, was ein Reduktionsmittel mit geringer Qualität angibt. Die Steuerung kann dann zu 100 zurückkehren.
Bei 124 kann die Steuerung einen ersten Bestanden-Status erzeugen, der ein Reduktionsmittel mit ausreichender Qualität angibt. Bei 128 kann die Steuerung bestimmen, ob die Menge an Ammoniakschlupf größer als die zweite Ammoniakschlupfschwelle (TH₂ ) ist. Wenn dies zutrifft, kann die Steuerung mit 132 fortfahren. Wenn dies nicht zutrifft, kann die Steuerung mit 136 fortfahren. Bei 132 kann die Steuerung den zweiten Durchgefallen-Status erzeugen, der einen verschlechterten SCR-Katalysator 36 angibt. Die Steuerung kann dann zu 100 zurückkehren. Bei 136 kann die Steuerung einen zweiten Bestanden-Status erzeugen, der einen SCR-Katalysator 36 mit ausreichender Qualität angibt. Die Steuerung kann dann zu 100 zurückkehren.

Claims

Verfahren zum Steuern eines Systems für selektive katalytische Reduktion (SCR), umfassend: Bestimmen eines Umwandlungswirkungsgrads eines SCR-Katalysators (36); Bestimmen einer Menge an Ammoniakschlupf über den SCR-Katalysator (36), wenn der Umwandlungswirkungsgrad kleiner als eine vorbestimmte Schwelle ist; und Bestimmen eines Bestanden/Durchgefallen-Status einer Reduktionsmittelversorgung (42) und des SCR-Katalysators (36) auf Grundlage der Menge an Ammoniakschlupf und zumindest einer Ammoniakschlupfschwelle (TH₁, TH₂); Erzeugen eines ersten Bestanden/Durchgefallen-Status für die Reduktionsmittelversorgung (42) auf Grundlage der Menge an Ammoniakschlupf und einer ersten Ammoniakschlupfschwelle (TH₁); wobei das Erzeugen des ersten Bestanden/Durchgefallen-Status ein Erzeugen eines ersten Durchgefallen-Status umfasst, der ein Reduktionsmittel mit geringer Qualität angibt, wenn die Menge an Ammoniakschlupf kleiner als die erste Ammoniakschlupfschwelle (TH₁) ist; Erzeugen eines zweiten Bestanden/Durchgefallen-Status für den SCR-Katalysator (36) auf Grundlage der Menge an Ammoniakschlupf und einer zweiten Ammoniakschlupfschwelle (TH₂); wobei das Erzeugen des zweiten Bestanden/Durchgefallen-Status ein Erzeugen eines zweiten Durchgefallen-Status umfasst, der einen verschlechterten SCR-Katalysator (36) angibt, wenn die Menge an Ammoniakschlupf größer als die zweite Ammoniakschlupfschwelle (TH₂) ist, wobei die zweite Ammoniakschlupfschwelle (TH₂) größer als die erste Ammoniakschlupfschwelle (TH₁) ist.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit einem Erhöhen oder Verringern einer Reduktionsmittelinjektion durch das SCR-System, wenn der erste oder zweite Durchgefallen-Status erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner mit einem Bestimmen des Umwandlungswirkungsgrades des SCR-Katalysators (36) auf Grundlage von Messungen von querempfindlichen Stickoxid-(NOx-)-Sensoren (44, 45), die stromaufwärts und stromabwärts von dem SCR-Katalysator (36) angeordnet sind, während einer Periode mit vorbestimmten Betriebsbedingungen, bei denen möglicherweise ein Ammoniakschlupf auftritt.
Verfahren nach Anspruch 3, ferner mit einem Bestimmen der Menge an Ammoniakschlupf während einer Periode, wenn eine Motordrehzahl und/oder eine Abgastemperatur größer als eine entsprechende Schwelle sind.