DE102011120316B4

DE102011120316B4 - Verfahren zur Bestimmung der Leistungsfähigkeit eines Dosiersystems für selektive katalytische Reduktion unter Verwendung eines Ammoniaksensors

Info

Publication number: DE102011120316B4
Application number: DE102011120316.1A
Authority: DE
Inventors: Stephen Paul Levijoki; James M. Perrin
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2010-12-10
Filing date: 2011-12-06
Publication date: 2019-04-25
Anticipated expiration: 2031-12-07
Also published as: US9234447B2; DE102011120316A1; CN102536403B; CN102536403A; US20120144801A1

Abstract

Verfahren zum Steuern eines Systems für selektive katalytische Reduktion (SCR), umfassend:
Steuern eines Dosiersystems, um eine gewünschte Menge an Ammoniak in Abgas an einer ersten Stelle in einem Abgasstrom zu injizieren;
Messen einer Menge an Ammoniak in dem Abgas an einer zweiten Stelle stromabwärts von der ersten Stelle und stromaufwärts von oder innerhalb eines SCR-Katalysators (36);
Vergleichen der gemessenen Menge an Ammoniak mit der Sollmenge an Ammoniak; und
Bestimmen eines Bestanden/Durchgefallen-Status einer Komponente des Dosiersystems auf Grundlage des Vergleichs zwischen der gemessenen Menge an Ammoniak und der Sollmenge an Ammoniak.

Description

Die vorliegende Offenbarung betrifft Abgasbehandlungssysteme und insbesondere ein Verfahren zur Bestimmung der Leistungsfähigkeit eines Dosiersystems für selektive katalytische Reduktion (SCR von engl.: „selective catalytic reduction“) unter Verwendung eines Ammoniaksensors.
Verbrennungsmotoren kombinieren Luft und Kraftstoff, um ein Luft/Kraftstoff-(A/F-)Gemisch zu erzeugen, das in einer Mehrzahl von Zylindern verbrannt wird. Die Verbrennung des A/F-Gemisches treibt Kolben an, die eine Kurbelwelle rotierend drehen und Antriebsmoment erzeugen. Bei kompressionsgezündeten (CI von engl.: „compression ignition“) Motoren kann Luft in die Zylinder gezogen und durch die Kolben komprimiert werden. Kraftstoff kann dann in die komprimierte Luft injiziert werden, wodurch bewirkt wird, dass das druckbeaufschlagte A/F-Gemisch verbrannt wird. Beispielsweise weisen CI-Motoren Dieselmotoren auf.
Abgas, das während der Verbrennung erzeugt wird, kann von den Zylindern 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 fremdgezündeten Motoren (SI von engl.: „spark ignition“) aufweisen. 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 Partikelmaterial-(PM)-Filter und/oder katalytische Wandler aufweisen.
In dem SCR-Prozess wird ein Dosiermittel in das Abgas durch ein Dosiersystem injiziert. Zum Beispiel kann das Dosiermittel reiner, wasserfreier Ammoniak, wässriger Ammoniak oder Harnstoff sein. Das Dosiermittel weist ein Reduktionsmittel auf, 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 aufspalten, wobei Wasserdampf (H₂O) und Stickstoffgas (N₂) gebildet wird. Der SCR-Prozess kann daher NOx-Emissionen deutlich reduzieren.
Die US 2007 / 0 266 703 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Beurteilen eines Zustands einer Injektion eines Reduktionsmittels in ein Abgasreinigungssystem, wobei der Zustand einer Injektion als unnormal beurteilt wird, wenn eine Differenz zwischen einem lieferungsbezogenen Wert des Reduktionsmittels, der auf Grundlage eines Motorbetriebszustands bestimmt ist, und einer Liefermenge an Reduktionsmittel, die tatsächlich eingespritzt wurde, nicht in einem vorbestimmten Bereich liegt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, mit dem es möglich ist, auf einfache und zuverlässige Weise eine Detektion einer Funktionsfähigkeit eines System für selektive katalytische Reduktion (SCR) zu erreichen.
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) kann ein Dosiersteuermodul, ein Vergleichsmodul und ein Statusbestimmungsmodul aufweisen. Das Dosiersteuermodul steuert ein Dosiersystem, um eine gewünschte Menge an Ammoniak in Abgas an einer ersten Stelle in einem Abgasstrom zu injizieren. Das Vergleichsmodul vergleicht eine gemessene Menge an Ammoniak in dem Abgas mit der Sollmenge an Ammoniak, wobei die gemessene Menge an Ammoniak an einer zweiten Stelle stromabwärts von der ersten Stelle und stromaufwärts von oder innerhalb eines SCR-Katalysators gemessen wird. Das Statusbestimmungsmodul bestimmt einen Bestanden/Durchgefallen-Status einer Komponente des Dosiersystems auf Grundlage des Vergleichs zwischen der gemessenen Menge an Ammoniak und der Sollmenge an Ammoniak.
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Steuern eines Systems für selektive katalytische Reduktion (SCR) umfasst ein Steuern eines Dosiersystems, um eine gewünschte Menge an Ammoniak in Abgas an einer ersten Stelle in einem Abgasstrom zu injizieren, ein Messen einer Menge an Ammoniak in dem Abgas an einer zweiten Stelle stromabwärts von der ersten Stelle und stromaufwärts oder innerhalb eines SCR-Katalysators, ein Vergleichen der gemessenen Menge an Ammoniak mit der Sollmenge an Ammoniak und ein Bestimmen eines Bestanden/Durchgefallen-Status einer Komponente des Dosiersystems auf Grundlage des Vergleichs zwischen der gemessenen Menge an Ammoniak und der Sollmenge an Ammoniak.
Die vorliegende Offenbarung wird aus der detaillierten Beschreibung und den begleitenden Zeichnungen besser verständlich, in welchen:

1 ein Funktionsblockschaubild eines Motorsystems gemäß einer Implementierung der vorliegenden Offenbarung ist;
2 ein Funktionsblockschaubild eines Steuermoduls gemäß einer Implementierung der vorliegenden Offenbarung ist; und
3 ein Flussdiagramm für ein Verfahren zur Bestimmung der Leistungsfähigkeit eines Dosiersystems für selektive katalytische Reduktion (SCR) unter Verwendung eines Ammoniaksensors 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.
Systeme für selektive katalytische Reduktion (SCR) können einen SCR-Katalysator und Stickoxid-(NOx)-Sensoren aufweisen, die stromaufwärts und stromabwärts von dem SCR-Katalysator angeordnet sind. Die NOx-Sensoren können eine Menge an NOx in dem Abgasstrom vor und nach dem SCR-Katalysator messen, um einen Umwandlungswirkungsgrad des SCR-Katalysators zu bestimmen. Die NOx-Sensoren können jedoch „querempfindlich“ sein und können somit Ammoniak (NH3) als NOx in dem Abgasstrom detektieren. Alternativ dazu können Ammoniaksensoren in dem Abgasstrom angeordnet sein, um eine Menge an Ammoniak in dem Abgas zu messen. Das Ammoniak ist in dem Abgasstrom aufgrund einer Injektion eines Dosiermittels (beispielsweise Harnstoff), der Ammoniak enthält, vorhanden.
Eine Detektion von Ammoniak stromabwärts von dem SCR-Katalysator ist auch als ein „Ammoniakschlupf“ bekannt. Der Ammoniakschlupf kann einen verschlechterten SCR-Katalysator (d.h. einen Umwandlungswirkungsgrad, der kleiner als eine vorbestimmte Schwelle ist) angeben. Ein Ammoniakschlupf kann jedoch auch Probleme mit dem Dosiersystem anzeigen. Beispielsweise kann eine übermäßige Injektion des Dosiermittels einen Ammoniakschlupf ungeachtet des Zustandes des SCR-Katalysators bewirken. Andere Dosiersystemprobleme können eine unzureichende Menge an zu injizierendem Dosiermittel bewirken, was in überschüssigem NOx stromabwärts von dem SCR-Katalysator resultieren kann. Überschüssiges NOx, das stromabwärts von dem SCR-Katalysator detektiert wird, kann ebenfalls einen verschlechterten SCR-Katalysator angeben. Mit anderen Worten können Probleme mit dem Dosiersystem unkorrekt als Probleme mit dem Umwandlungswirkungsgrad des SCR-Katalysators detektiert werden. Die unkorrekte Bestimmung eines verschlechterten SCR-Katalysators kann in unnötigem Austausch resultieren, der die Kosten erhöhen kann.
Demgemäß ist ein Verfahren zur Bestimmung der Leistungsfähigkeit eines SCR-Dosiersystems unter Verwendung eines Ammoniak-(NH3)-Sensors vorgesehen. Alternativ dazu kann das Verfahren einen kombinierten NOx/NH₃-Sensor verwenden. Das Verfahren kann zunächst ein Dosiersystem steuern, um eine Sollmenge an Ammoniak (d.h. Dosiermittel) in Abgas, das durch einen Motor erzeugt wird, zu injizieren. Beispielsweise kann die Sollmenge an Ammoniak auf einem Umwandlungswirkungsgrad eines SCR-Katalysators basieren, der auf Grundlage von Messungen von stromaufwärtigen und stromabwärtigen NOx-Sensoren bestimmt werden kann. Zusätzlich kann die Sollmenge an Ammoniak ferner auf einem Abgasluftmassenstrom (EMAF von engl.: „exhaust mass air flow“), einer Abgastemperatur (EGT von engl.: „exhaust gas temperature“) und/oder der Menge an NH₃ basieren, die derzeit in dem SCR-System vorhanden ist („gespeichertes NH₃“).
Das Verfahren kann dann eine gemessene Menge an Ammoniak in dem Abgas mit der Sollmenge an Ammoniak vergleichen. Die gemessene Menge an Ammoniak kann an einer Stelle stromabwärts von einem Dosiermittelinjektor und stromaufwärts von einem SCR-Katalysator gemessen werden. Alternativ dazu kann die gemessene Menge an Ammoniak in dem Abgas an einer Stelle innerhalb des SCR-Katalysators gemessen werden. Auf Grundlage des Vergleichs kann das Verfahren einen Bestanden/Durchgefallen-Status einer Komponente des Dosiersystems bestimmen. Das Dosiersystem kann den Dosiermittelinjektor, eine Dosiermittelleitung, eine Dosiermittellieferung und eine Dosiermittellieferpumpe (wie auch den SCR-Katalysator und NOx-Sensoren) aufweisen. Bei einigen Implementierungen kann das Verfahren auf Grundlage von Dosiermittelströmungsmessungen und/oder Dosiermittelmengenmessungen bestimmen, welche spezifische Komponente des Dosiersystems fehlerbehaftet ist.
Wenn die gemessene Menge an Ammoniak kleiner als die Sollmenge an Ammoniak ist, kann das Verfahren einen ersten Durchgefallen-Status erzeugen, der ein Problem in Verbindung mit geringem Ammoniak angibt. Beispielsweise kann der erste Durchgefallen-Status angeben, dass der Dosiermittelinjektor beschränkt/verstopft ist, die Dosiermittelleitung verengt bzw. beschränkt ist, die Dosiermittelleitung ein Leck aufweist, die Dosiermittellieferung Dosiermittel mit geringer Qualität (beispielsweise verdünnt) aufweist, oder eine Dosiermittellieferpumpe mit geringem Druck. Wenn die gemessene Menge an Ammoniak größer als die Sollmenge an Ammoniak ist, kann das Verfahren einen zweiten Durchgefallen-Status erzeugen, der ein Problem in Verbindung mit hohem Ammoniak angibt. Beispielsweise kann der zweite Durchgefallen-Status angeben, dass der Dosiermittelinjektor in einem offenen Zustand verklemmt ist (und daher übermäßige Mengen an Dosiermittel injiziert), eine Dosiermittellieferpumpe mit hohem Druck oder eine geringe Ammoniakspeicherkapazität des SCR-Katalysators (d.h. wenn die Menge an Ammoniak an einer Stelle in dem SCR-Katalysator gemessen wird). Der Bestanden/Durchgefallen-Status kann als eine An-Bord-Diagnose (OBD von engl.: „on-board diagnostic“) verwendet werden, um ein Dosiersystem mit Fehlfunktion zu detektieren und zu berichten. Diese Rückkopplung kann auch dazu verwendet werden, Einstellungen an dem Dosiercontroller durchzuführen, und kann von einem Techniker für eine genauere Problemlösung und somit effizientere Fahrzeugwartung gelesen werden.
Nun Bezug nehmend auf 1 weist ein Motorsystem 10 einen Motor 12 auf. Beispielsweise kann der Motor 12 ein CI-Motor (z.B. ein Dieselmotor) sein. Der Motor 12 kann jedoch auch ein anderer Typ von Motor sein (z.B. 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 werden kann. Beispielsweise kann die Drossel 18 über eine elektronische Drosselsteuerung (ETC von engl.: „electronic throttle control“) elektrisch gesteuert werden.
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 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 Arbeitstakts 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 und/oder an den Ansaugkrümmer 14 über ein Abgasrückführungs-(AGR)-System 48 rückgeführt werden.
Ein Abgasluftmassenstrom-(EMAF)-Sensor 28 kann einen Durchfluss von Abgas durch ein Abgasbehandlungssystem 30 messen. Ein Abgastemperatur-(EGT)-Sensor 29 kann eine Temperatur des Abgases in dem Abgaskrümmer 26 und dem 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 (z.B. Kraftstoff) in das Abgas injizieren. Beispielsweise kann der Zusatzinjektor 32 HC in das Abgas injizieren, um die Abgastemperatur (EGT von engl.: „exhaust gas temperature“) 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 ein Dosiersystem aufweisen. Das Dosiersystem kann einen Dosiermittelinjektor 40, eine Dosiermittelleitung 41, eine Dosiermittellieferung 42, eine Dosiermittellieferpumpe 43 (wie auch den SCR-Katalysator 36 und Sensoren) aufweisen. Genauer können die Sensoren einen ersten und zweiten NOx-Sensor 44, 46 und einen Ammoniaksensor 45 aufweisen. Während ein separater NOx-Sensor 44 und Ammoniaksensor 45 stromaufwärts von dem SCR-Katalysator 36 gezeigt sind, kann das Abgasbehandlungssystem 30 einen einzelnen kombinierten NOx/NH₃-Sensor aufweisen.
Der erste und zweite NOx-Sensor 44, 46 messen eine Menge an NOx in dem Abgas. Der Ammoniaksensor 45 misst eine Menge an Ammoniak NH₃ in dem Abgas an einer Stelle stromabwärts von dem Dosiermittelinjektor 40 und stromaufwärts von dem SCR-Katalysator 36. Alternativ dazu kann der Ammoniaksensor 45 in dem SCR-Katalysator 36 angeordnet sein. Der erste und zweite NOx-Sensor 44, 46 können auf Grundlage ihrer Anordnungen in dem Abgasstrom in Bezug auf den SCR-Katalysator 36 als ein stromaufwärtiger NOx-Sensor 44 und ein stromabwärtiger NOx-Sensor 46 bezeichnet werden. Bei einigen Ausführungsformen können die NOx-Sensoren 44, 46 „querempfindlich“ sein und somit sowohl NOx als auch NH₃ detektieren. Während ein EGT-Sensor 29, zwei NOx-Sensoren 44, 46 und ein Ammoniaksensor 45 gezeigt sind, kann das Abgasbehandlungssystem andere Anzahlen von Temperatur-, NOx- und/oder Ammoniaksensoren aufweisen.
Ein Steuermodul 60 kommuniziert mit und / oder steuert verschiedene Komponenten des Motorensystems 10. Genauer kann das Steuermodul 60 Signale von dem Motordrehzahlsensor 24, dem EMAF-Sensor 28, dem EGT-Sensor 29, der Dosiermittellieferung 42, der Dosiermittellieferpumpe 43, den NOx-Sensoren 44, 46 und dem Ammoniaksensor 45 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 Dosiermittelinjektor 40, die Dosiermittellieferpumpe 43 und ein AGR-Ventil 52 (nachfolgend detaillierter diskutiert) steuern. Das Steuermodul 60 kann auch das Verfahren der vorliegenden Offenbarung implementieren.
Das Motorensystem 10 kann ferner das AGR-System 48 aufweisen. Das AGR-System 48 umfasst das AGR-Ventil 52 und eine AGR-Leitung 50. 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 vorgesehen 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, das durch einen Turbineneinlass aufgenommen wird, angetrieben werden. Nur beispielhaft kann der Turbolader 54 eine Turbine mit variabler Düse (VNT) 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 2 ist ein Beispiel des Steuermoduls 60 gezeigt. Das Steuermodul 60 kann ein Dosiersteuermodul 80, ein Vergleichsmodul 84 und ein Statusbestimmungsmodul 88 aufweisen.
Das Dosiersteuermodul 80 steuert das Dosiersystem, um eine gewünschte Menge an Ammoniak in das Abgas zu injizieren. Genauer kann das Dosiersteuermodul 80 den Dosiermittelinjektor 40 steuern, um die Sollmenge in das Abgas zu injizieren. Vielmehr kann der Dosiermittelinjektor 40 eine Sollmenge an Dosiermittel in das Abgas injizieren, die der Sollmenge an Ammoniak entspricht. Die Sollmenge an Ammoniak kann auf einem Umwandlungswirkungsgrad des SCR-Katalysators 36 basieren, der auf Grundlage von Messungen von dem stromaufwärtigen und stromabwärtigen NOx-Sensor 44, 46 bestimmt werden kann. Zusätzlich kann die gewünschte Menge an Ammoniak in dem Abgas ferner auf dem EMAF und/oder der EGT von dem EMAF-Sensor 28 bzw. dem EGT-Sensor 29 basieren. Beispielsweise kann das Dosiersteuermodul 80 eine Nachschlagetabelle verwenden, um die Sollmenge an Ammoniak in dem Abgas auf Grundlage des Umwandlungswirkungsgrades des SCR-Katalysators, dem EMAF und/oder der EGT zu bestimmen.
Das Vergleichsmodul 84 empfängt die Sollmenge an Ammoniak von dem Dosiersteuermodul 80. Das Vergleichsmodul 84 empfängt auch Messungen von dem Ammoniaksensor 45, der eine gemessene Menge an Ammoniak in dem Abgas angibt. Das Vergleichsmodul 84 vergleicht die gemessene Menge an Ammoniak mit der Sollmenge an Ammoniak. Beispielsweise kann das Vergleichsmodul 84 eine Differenz zwischen der gemessenen Menge an Ammoniak und der Sollmenge an Ammoniak erzeugen.
Das Statusbestimmungsmodul 88 empfängt den Vergleich von dem Vergleichsmodul 84. Beispielsweise kann das Statusbestimmungsmodul 88 die Differenz zwischen der gemessenen Menge an Ammoniak und der Sollmenge an Ammoniak empfangen. Auf Grundlage des Vergleichs kann das Statusbestimmungsmodul 88 einen Bestanden/Durchgefallen-Status 90 für eine Komponente des Dosiersystems erzeugen. Beispielsweise kann das Statusbestimmungsmodul 88 den Bestanden/Durchgefallen-Status 90 für den Dosiermittelinjektor 40, die Dosiermittelleitung 41, die Dosiermittellieferung 42 oder die Dosiermittellieferpumpe 43 erzeugen. Der Bestanden/Durchgefallen-Status kann für die OBD und/oder eine Dosiersystemdiagnose durch einen Techniker verwendet werden. Bei einigen Implementierungen kann das Statusbestimmungsmodul 88 auf Grundlage von Dosiermittelströmungsmessungen und/oder Dosiermittelmengenmessungen bestimmen, welche spezifische Komponente des Dosiersystems durchgefallen ist.
Genauer kann, wenn die gemessene Menge an Ammoniak kleiner als die Sollmenge an Ammoniak ist, das Statusbestimmungsmodul 88 einen ersten Durchgefallen-Status erzeugen, der ein Problem in Verbindung mit geringem Ammoniak angibt. Beispielsweise kann der erste Durchgefallen-Status einen verstopften Dosiermittelinjektor 40, eine beschränkte Dosiermittelleitung 41, ein Leck in der Dosiermittelleitung 41, eine Dosiermittellieferung 42 mit geringer Qualität oder eine Dosiermittellieferpumpe 43 mit geringem Druck angeben. Wenn umgekehrt die gemessene Menge an Ammoniak größer als die Sollmenge an Ammoniak ist, kann das Statusbestimmungsmodul 88 einen zweiten Durchgefallen-Status erzeugen, der ein Problem in Verbindung mit hohem Ammoniak angibt. Beispielsweise kann der zweite Durchgefallen-Status angeben, dass der Dosiermittelinjektor 40 in einem offenen Zustand verklemmt ist (und daher übermäßige Mengen an Dosiermittel injiziert), eine Dosiermittellieferpumpe 43 mit hohem Druck oder eine geringe Ammoniakspeicherkapazität des SCR-Katalysators 36 (d.h. wenn die Menge an Ammoniak an einer Stelle innerhalb des SCR-Katalysators 36 gemessen wird).
Wenn die gemessene Menge an Ammoniak gleich oder etwa gleich der Sollmenge an Ammoniak ist, kann das Statusbestimmungsmodul 88 bestimmen, dass keine der Dosiersystemkomponenten eine Fehlfunktion aufweist. Beispielsweise kann das Statusbestimmungsmodul 88 jeweils einen Bestanden-Status für jeden des Dosiermittelinjektors 40, die Dosiermittelleitung 41 und die Dosiermittellieferung 42 erzeugen. Wenn jedoch der Umwandlungswirkungsgrad des SCR-Katalysators 36 kleiner als eine vorbestimmte Schwelle bleibt, kann der SCR-Katalysator 36 verschlechtert sein und somit einen Austausch erfordern. Bei einigen Ausführungsformen kann das Statusbestimmungsmodul 88 dann einen Durchgefallen-Status für den SCR-Katalysator 36 erzeugen, wenn die gemessene Menge an Ammoniak gleich oder etwa gleich der erwarteten Menge an Ammoniak ist.
Nun Bezug nehmend auf 3 beginnt ein beispielhaftes Verfahren zum Bestimmen einer Leistungsfähigkeit eines SCR-Dosiersystems bei 104. Bei 104 betätigt die Steuerung den Dosiermittelinjektor 40, um eine gewünschte Menge an Ammoniak (d.h. eine Sollmenge an Dosiermittel) in das Abgas, das durch den Motor 12 erzeugt wird, zu injizieren. Beispielsweise kann die Sollmenge an Ammoniak auf einem Umwandlungswirkungsgrad des SCR-Katalysators, dem EMAF und/oder der EGT basieren. Zusätzlich kann der Umwandlungswirkungsgrad des SCR-Katalysators 36 beispielsweise auf Messungen von dem stromaufwärtigen und stromabwärtigen NOx-Sensor 44, 46 basieren.
Bei 108 misst die Steuerung eine Menge an Ammoniak an einer Stelle stromabwärts von dem Dosiermittelinjektor 40 und stromaufwärts von dem SCR-Katalysator 36. Alternativ dazu kann die Steuerung die Menge an Ammoniak in dem Abgas an einer Stelle innerhalb des SCR-Katalysators 36 messen. Bei 112 bestimmt die Steuerung, ob die gemessene Menge an Ammoniak kleiner als die Sollmenge an Ammoniak ist. Wenn dies zutrifft, kann die Steuerung mit 116 fortfahren. Wenn dies nicht zutrifft, kann die Steuerung mit 120 fortfahren.
Bei 116 kann die Steuerung einen Durchgefallen-Status für eine Komponente des Dosiersystems erzeugen, der ein Problem in Verbindung mit geringem Ammoniak angibt. Beispielsweise kann der Durchgefallen-Status einen verstopften Dosiermittelinjektor 40, eine beschränkte Dosiermittelleitung 41, ein Leck in der Dosiermittelleitung 41, eine Dosiermittellieferung 42 mit geringer Qualität oder eine Dosiermittellieferpumpe 43 mit geringem Druck angeben. Die Steuerung kann dann zu 104 zurückkehren.
Bei 120 kann die Steuerung bestimmen, ob die gemessene Menge an Ammoniak größer als die Sollmenge an Ammoniak ist. Wenn dies zutrifft, kann die Steuerung mit 124 fortfahren. Wenn dies nicht zutrifft, kann die Steuerung zu 128 zurückkehren, da die gemessene Menge an Ammoniak in dem Abgas gleich oder etwa gleich der Sollmenge an Ammoniak in dem Abgas ist. Bei 124 kann die Steuerung einen Durchgefallen-Status erzeugen, der ein Problem in Verbindung mit hohem Ammoniak angibt. Beispielsweise kann der Durchgefallen-Status angeben, dass der Dosiermittelinjektor 40 in einem offenen Zustand verklemmt ist (und daher übermäßig Dosiermittel injiziert), eine Dosiermittellieferpumpe 43 mit hohem Druck oder eine geringe Ammoniakspeicherkapazität des SCR-Katalysators 36 (d.h. wenn die Menge an Ammoniak an einer Stelle innerhalb des SCR-Katalysators 36 gemessen wird). Die Steuerung kann dann zu 104 zurückkehren.

Claims

Verfahren zum Steuern eines Systems für selektive katalytische Reduktion (SCR), umfassend: Steuern eines Dosiersystems, um eine gewünschte Menge an Ammoniak in Abgas an einer ersten Stelle in einem Abgasstrom zu injizieren; Messen einer Menge an Ammoniak in dem Abgas an einer zweiten Stelle stromabwärts von der ersten Stelle und stromaufwärts von oder innerhalb eines SCR-Katalysators (36); Vergleichen der gemessenen Menge an Ammoniak mit der Sollmenge an Ammoniak; und Bestimmen eines Bestanden/Durchgefallen-Status einer Komponente des Dosiersystems auf Grundlage des Vergleichs zwischen der gemessenen Menge an Ammoniak und der Sollmenge an Ammoniak.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Dosiersystem eine Mehrzahl von Komponenten aufweist, wobei die Mehrzahl von Komponenten einen Dosiermittelinjektor (40), eine Dosiermittelleitung (41), eine Dosiermittellieferpumpe (43), eine Dosiermittellieferung (42), den SCR-Katalysator (36) und Stickoxid-(NOx)-Sensoren (44,46) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 2, ferner umfassend: Erzeugen eines ersten Durchgefallen-Status, wenn die gemessene Menge an Ammoniak kleiner als die Sollmenge an Ammoniak ist; und Erzeugen eines zweiten Durchgefallen-Status, wenn die gemessene Menge an Ammoniak größer als die Sollmenge an Ammoniak ist.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei der zweite Durchgefallen-Status eine geringe Ammoniakspeicherkapazität des SCR-Katalysators (36) angibt, wenn die zweite Stelle in dem SCR-Katalysator (36) liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Sollmenge an Ammoniak auf Messungen von dem ersten und zweiten Stickoxid-(NOx)-Sensor (44, 46), die stromaufwärts und stromabwärts von dem SCR-Katalysator (36) angeordnet sind, auf einem Abgasluftmassenstrom (EMAF) und einer Abgastemperatur (EGT) basiert.