DE102012203548B4 - Verfahren zur schätzung eines schlupfes eines abgassystems mit selektiver katalytischer reduktion - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Anzeige einer Konzentration eines Gases, das Folgendes umfasst:Leiten von Gasen von einem Motor (10) zu einem Abgasnachbehandlungssystem;Bereitstellen einer NH3-Konzentration der Gase aus einem NOx-Signal und einer Ausgabe eines ersten NOx-Sensors, wobei der erste NOx-Sensor (126) eine Querempfindlichkeit für NOx und NH3hat,wobei das NOx-Signal auf Motoreinsatzgas-NOx basiert, wobei der erste NOx-Sensor (126) in dem Abgasnachbehandlungssystem an einer stromabwärts eines SCR in einer Gasstromrichtung liegenden Stelle positioniert ist, wobei die NH3-Konzentration auf einer Metrik basiert, die auf einer Korrelation des NOx-Signals und der Ausgabe des ersten NOx-Sensors (126) basiert, wobeidie Korrelation eine Faltung einer Ableitung des NOx-Signals undeiner Ableitung der Ausgabe des ersten NOx-Sensors (126) odereine Faltung einer Vorwärtsdifferenz des NOx-Signals und einer Vorwärtsdifferenz der Ausgabe des ersten NOx-Sensors (126) ist;Bereitstellen einer NOx-Konzentration der Gase aus dem NOx-Signal und der Ausgabe des ersten NOx-Sensors (126), wobei das NOx-Signal über ein Modell oder einen zweiten NOx-Sensor (128) bereitgestellt wird; undEinstellen eines auf die NH3-Konzentration reagierenden Motoraktuators.

Description

• HINTERGRUND/KURZDARSTELLUNG
• In Abgasen eines Fahrzeugs können Stickoxide (zum Beispiel NOx) enthalten sein. NOx können sich in Motorzylindern bilden, wenn Stickstoff (NO₂) und Sauerstoff (O₂) erhöhten Temperaturen und Drücken ausgesetzt sind. Die NOx können über einen Katalysator zur selektiven Reduktion (SCR - selective reduction catalyst) im Auslasssystem des Fahrzeugs behandelt werden, um N₂ und H₂O zu bilden. Der SCR kann mit einem Reduktionsmittel, wie zum Beispiel Ammoniak (NH₃) zusammenwirken, um die NOx zu reduzieren, wenn im SCR eine ausreichende Temperatur herrscht. Wenn jedoch eine ungenügende Menge an NH₃ am SCR vorhanden ist, kann eine höhere NOx-Menge als wünschenswert ist den SCR durchströmen. Wenn andererseits überschüssiges NH₃ zu dem SCR geleitet oder am SCR gespeichert wird, kann NH₃ am SCR vorbeischlüpfen. Somit kann es wünschenswert sein, dem SCR eine NH₃-Menge zuzuführen, die einen wünschenswerten Teil von NOx vom Motoreinsatzgas reduziert, jedoch gering genug ist, zu verhindern, dass NH₃ durch den SCR schlüpft.
• Eine Art und Weise der Bereitstellung von NH₃ für einen SCR besteht darin, die Motoreinsatzgasemissionen zu modellieren und den Betrieb des SCR zu modellieren. In einem modellbasierenden System kann das NH₃ (durch Harnstoffeinspritzungssteuerung) auf Grundlage des geschätzten Betriebszustands des SCR an den SCR abgegeben werden. Es kann jedoch aus den verschiedensten Gründen schwierig sein, chemische Reaktionen, Temperaturen und ähnliche Bedingungen für einen SCR genau abzuschätzen. Statt eines Modells kann andererseits bei dem Versuch zu bestimmen, ob NOx durch einen SCR passiert, ein NOx-Sensor stromabwärts eines SCR platziert werden. Allerdings haben NOx-Sensoren eine Querempfindlichkeit für NH₃, so dass der NOx-Sensor ein Signal abgibt, wenn NH₃ bei Fehlen oder bei Gegenwart von NOx vorliegt. Somit kann bei der Ausgabe des NOx-Sensors schwierig zu unterscheiden sein, ob NOx oder NH₃ durch einen SCR schlüpft.
• In der DE 10 2010 026 206 A1 wird ein Verfahren zur Anzeige einer Konzentration eines Gases offenbart, das Folgendes umfasst: Leiten von Gasen von einem Motor zu einem Abgasnachbehandlungssystem; Bereitstellen einer NH₃-Konzentration der Gase aus einem NOx-Signal und einer Ausgabe eines ersten NOx-Sensors, wobei der erste NOx-Sensor eine Querempfindlichkeit für NOx und NH, hat, wobei das NOx-Signal auf Motoreinsatzgas-NOx basiert, wobei der erste NOx-Sensor in dem Abgasnachbehandlungssystem an einer stromabwärts eines SCR in einer Gasstromrichtung liegenden Stelle positioniert ist, wobei die NH,-Konzentration auf einer Metrik basiert; Bereitstellen einer NOx-konzentration der Gase aus dem NOx-Signal und der Ausgabe des ersten NOx-Sensors und Einstellen eines auf die NH₃-Konzentration reagierenden Motoraktuators. Ferner wird offenbart, dass das NOx-Signal über einen zweiten NOx-Sensor bereitgestellt wird und dass die Metrik auf einer Korrelation des NOx-Signals und der Ausgabe des ersten NOx-Sensor basiert. Wobei aus der DE 10 2008 064 606 A1 bekannt ist, dass das NOx-Signal über ein Modell bereitgestellt werden kann.
• Ansonsten beschreibt die DE 10 2008 064 606 A1 ein Verfahren zur Anzeige einer Konzentration eines Gases, das Folgendes umfasst: Bereitstellen einer NH₃-Konzentration eines Gases aus einem NOx-Signal und einer Ausgabe eines ersten NOx-Sensors, wobei der erste NOx-Sensor eine Querempfindlichkeit zwischen NOx und NH₃ hat, wobei das NOx-Signal NOx in einem stromaufwärts des ersten NOx-Sensors in einer Abgasstromrichtung positionierten Auslasskanal darstellt; und Einstelleneines auf die NH₃-Konzentration reagierenden Motoraktuators.
• Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben die oben genannten Nachteile erkannt und ein Verfahren zur Anzeige einer Konzentration eines Gases mit den Merkmalen des Anspruchs 1 entwickelt, das Folgendes umfasst:
• Leiten von Gasen von einem Motor zu einem
• Abgasnachbehandlungssystem;
• Bereitstellen einer NH₃-Konzentration der Gase aus einem NOx-Signal und einer Ausgabe eines ersten NOx-Sensors, wobei der erste NOx-Sensor eine Querempfindlichkeit für NOx und NH₃ hat, wobei das NOx-Signal auf Motoreinsatzgas-NOx basiert, wobei der erste NOx-Sensor in dem Abgasnachbehandlungssystem an einer stromabwärts eines SCR in einer Gasstromrichtung liegenden Stelle positioniert ist, wobei die NH₃-Konzentration auf einer Metrik basiert, die auf einer Korrelation des NOx-Signals und der Ausgabe des ersten NOx-Sensors basiert, wobei die Korrelation eine Faltung einer Ableitung des NOx-Signals und einer Ableitung der Ausgabe des ersten NOx-Sensors oder eine Faltung einer Vorwärtsdifferenz des NOx-Signals und einer Vorwärtsdifferenz der Ausgabe des ersten NOx-Sensors ist;
• Bereitstellen einer NOx-Konzentration der Gase aus dem NOx-Signal und der Ausgabe des ersten NOx-Sensors, wobei das NOx-Signal über ein Modell oder einen zweiten NOx-Sensor bereitgestellt wird; und
• Einstellen eines auf die NH₃-Konzentration reagierenden Motoraktuators,
• Durch Betrachtung einer genau ausgelegten Verteilung, die die zeitabhängige Korrelation in Phase zwischen den Signalen der beiden NOx-Sensoren extrahiert, kann es möglich sein, zwischen NOx und NH₃ zu unterscheiden. Die abgetastete Version dieser Verteilung ist dazu ausgelegt, Eigenschaften sowohl einer STFT (short time Fourier Transform / Kurzzeit-Fourier-Transformation) sowie der Kohärenzfunktion zu behalten, wodurch sowohl Frequenzkorrelation als auch Phaseninformationen über die Zeit über kurze Intervallfenster behalten werden.
• Die vorliegende Beschreibung kann mehrere Vorteile bieten. Zum Beispiel können Motor-NOx- und -NH₃-Emissionen durch Bereitstellung von Rückkopplung von NOx und NH₃, die einen SCR verlassen, reduziert werden, so dass die Zufuhr von NH₃ als Reaktion auf Gebrauch gesteuert werden kann. Des Weiteren kann der Lösungsansatz Systemkosten reduzieren, da sowohl NOx als auch NH₃ über NOx-Sensoren und ohne einen NH₃-Sensor überwacht werden können. Weiterhin kann das Verfahren die in dem SCR verwendete NH₃-Menge reduzieren, da NH₃-Einspritzung reduziert werden kann, wenn NH₃ erfasst wird.
• Die obigen Vorteile und andere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Beschreibung gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung, alleine betrachtet oder in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, leicht hervor.
• KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
• 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Motors;
• 2A - 2B zeigen prophetische Leistungsdaten für eine NOx-Erkennungsmetrik;
• 3A - 3B zeigen prophetische Leistungsdaten für eine NH₃-Erkennungsmetrik;
• 4A - 4B zeigen prophetische Daten für eine alternative NOx-Erkennungsmetrik;
• 5 zeigt ein beispielhaftes Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur Unterscheidung von NH₃ von NOx in der Ausgabe eines NOx-Sensors;
• 6 zeigt ein Flussdiagram eines beispielhaften Verfahrens zum Arbitrieren zwischen der Anzeige der Gegenwart von NOx oder NH₃ während eines Zeitraums geringer Variation der NOx-Sensorausgabe; und
• 7 zeigt ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur Verwendung bestimmter Abgaskonzentrationen von NOx und NH₃.
• AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
• Die vorliegende Beschreibung betrifft die Unterscheidung der Gegenwart von NH₃ von NOx in Motorabgasen über einen oder mehrere NOx-Sensoren. Des Weiteren stellt die Beschreibung eine Steuerung einer einem SCR zugeführten NH₃-Menge auf Grundlage einer unterscheidbaren NOx-Sensorausgabe bereit.
• Die Beschreibung der Figuren betrifft neben dem erfindungsgemäßen Verfahren auch Verfahrensvarianten, die nicht Teil der Erfindung sind. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Anzeige einer Konzentration eines Gases umfasst folgende Merkmale:
• Leiten von Gasen von einem Motor (10) zu einem
• Abgasnachbehandlungssystem;
• Bereitstellen einer NH3-Konzentration der Gase aus einem NOx-Signal und einer Ausgabe eines ersten NOx-Sensors, wobei der erste NOx-Sensor (126) eine Querempfindlichkeit für NOx und NH₃ hat, wobei das NOx-Signal auf Motoreinsatzgas-NOx basiert, wobei der erste NOx-Sensor (126) in dem Abgasnachbehandlungssystem an einer stromabwärts eines SCR in einer Gasstromrichtung liegenden Stelle positioniert ist, wobei die NH₃-Konzentration auf einer Metrik basiert, die auf einer Korrelation des NOx-Signals und der Ausgabe des ersten NOx-Sensors (126) basiert, wobei die Korrelation eine Faltung einer Ableitung des NOx-Signals und einer Ableitung der Ausgabe des ersten NOx-Sensors (126) oder eine Faltung einer Vorwärtsdifferenz des NOx-Signals und einer Vorwärtsdifferenz der Ausgabe des ersten NOx-Sensors (126) ist;
• Bereitstellen einer NOx-Konzentration der Gase aus dem NOx-Signal und der Ausgabe des ersten NOx-Sensors (126), wobei das NOx-Signal über ein Modell oder einen zweiten NOx-Sensor (128) bereitgestellt wird; und Einstellen eines auf die NH₃-Konzentration reagierenden Motoraktuators.
• 1 zeigt ein Beispiel eines aufgeladenen Motors mit Direkteinspritzung, bei dem die Verfahren nach den 5 und 6 angewandt werden können. 2A - 3B zeigen Sensorsignale und NH₃/NOx, das bzw. der gemäß der vorliegenden Beschreibung bestimmt wird. 4A - 4B zeigen Signale für ein Beispiel der Beschleunigung von NOx/NH₃-Erkennung. 5 und 6 zeigen beispielhafte Flussdiagramme der Unterscheidungsarten zwischen NH₃ und NOx in der Ausgabe eines NOx-Sensors gemäß der vorliegenden Beschreibung. Schließlich zeigt 7 ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zum Anwenden bestimmter NH₃- und NOx-Konzentrationen auf ein Motorsystem.
• Auf 1 Bezug nehmend, wird ein mehrere Zylinder, von denen ein Zylinder in 1 gezeigt wird, umfassender Verbrennungsmotor 10 durch die elektronische Motorsteuerung 12 gesteuert. Der Motor 10 enthält eine Brennkammer 30 und Zylinderwände 32 mit einem darin positionierten Kolben 36, der mit einer Kurbelwelle 40 verbunden ist. Die Brennkammer 30 steht in der Darstellung über ein Einlassventil 52 bzw. ein Auslassventil 54 mit einem Einlasskrümmer 44 und einem Abgaskrümmer 48 in Verbindung. Jedes Einlass- und Auslassventil kann durch einen Einlassnocken 51 und einen Auslassnocken 53 betätigt werden. Die Stellung des Einlassnockens 51 kann durch den Einlassnockensensor 55 bestimmt werden. Die Stellung des Auslassnockens 53 kann durch den Auslassnockensensor 57 bestimmt werden.
• In der Darstellung ist das Kraftstoffeinspritzventil 66 so positioniert, dass es den Kraftstoff direkt in den Zylinder 30 einspritzt, was dem Fachmann als Direkteinspritzung bekannt ist. Das Kraftstoffeinspritzventil 66 liefert flüssigen Kraftstoff proportional zu der Impulsbreite des Signals FPW von der Steuerung 12. Kraftstoff wird von einem (nicht gezeigten) Kraftstoffsystem, das einen Kraftstofftank, eine Kraftstoffpumpe und eine (nicht gezeigte) Kraftstoffverteilerleitung enthält, an das Kraftstoffeinspritzventil 66 geliefert. Von dem Kraftstoffsystem gelieferter Kraftstoffdruck kann durch Ändern eines Stellungsventilregelstroms zu einer (nicht gezeigten) Kraftstoffpumpe eingestellt werden. Darüber hinaus kann ein Dosierventil in der Kraftstoffverteilerleitung für Kraftstoffregelung mit geschlossenem Kreis oder in der Nähe der Kraftstoffverteilerleitung positioniert sein. Das Kraftstoffeinspritzventil 66 erhält Betriebsstrom von einem Treiber 68, der auf die Steuerung 12 anspricht.
• Der Einlasskrümmer 44 steht in der Darstellung mit einer optionalen elektronischen Drosselklappe 62 in Verbindung, die eine Position der Drosselklappenplatte 64 verstellt, um Luftstrom von einer Einlassverstärkerkammer 46 zu steuern. Der Verdichter 162 zieht Luft aus dem Lufteinlass 42 zur Versorgung der Verstärkerkammer 46. Abgase drehen die Turbine 164, die über die Welle 161 mit dem Verdichter 162 verbunden ist.
• Verbrennung wird in der Brennkammer 30 eingeleitet, wenn sich Kraftstoff bei Erreichen des oberen Totpunkts im Verdichtungshub durch den Kolben automatisch entzündet. In einigen Beispielen kann eine (nicht gezeigte) UEGO-Sonde (UEGO - Universal Exhaust Gas Oxygen, Universal-Abgas-Sauerstoffgehalt) stromaufwärts einer Abgasvorrichtung 70 in der Nähe eines NOx-Sensors 126 mit dem Abgaskrümmer 48 verbunden sein. In anderen Beispielen kann der NOx-Sensor 126 weggelassen werden und eine Lambdasonde an seine Stelle treten. In noch anderen Beispielen kann eine zweite UEGO-Sonde stromabwärts einer oder mehrerer Abgasnachbehandlungsvorrichtungen positioniert sein. In dem vorliegenden Beispiel ist ein zweiter NOx-Sensor 128 stromabwärts einer Abgasreinigungsvorrichtung vorgesehen.
• In der Darstellung ist die Abgasvorrichtung 70 stromabwärts der Turboladerturbine 164 im Motorabgassystem positioniert. Die Abgasvorrichtung 70 kann in einem Beispiel einen Partikelfilter und Oxidationskatalysator-Bricks enthalten. Als Alternative kann die Abgasvorrichtung 70 als ein SCR konfiguriert sein. Der NOx-Sensor 128 kann zu einer Stelle zwischen der Abgasvorrichtung 70 und der Abgasvorrichtung 72 verlegt werden, wenn die Abgasvorrichtung 70 als ein SCR konfiguriert ist. In der Darstellung ist die Abgasvorrichtung 72 stromabwärts der Abgasvorrichtung 70 in Richtung des Abgasstroms positioniert und als ein SCR konfiguriert, wenn die Abgasvorrichtung 70 als ein Partikelfilter oder Oxidationskatalysator konfiguriert ist. In der Darstellung befindet sich der NOx-Sensor 128 stromabwärts der Abgasvorrichtung 72, wenn es sich bei der Abgasvorrichtung 72 um einen SCR handelt. In anderen Beispielen können die Abgasvorrichtungen 70 und 72 zusammen mit dem NOx-Sensor 128 stromaufwärts der Turbine 164 positioniert sein.
• In der Darstellung von 1 ist die Steuerung 12 ein herkömmlicher Mikrocomputer, der eine Mikroprozessoreinheit 102, Eingangs-/Ausgangs-Ports (I/O) 104, einen Nurlesespeicher (ROM) 106, einen Direktzugriffsspeicher (RAM) 108, einen Erhaltungsspeicher (KAM) 110 und einen herkömmlichen Datenbus enthält. Die Steuerung 12 erhält in der Darstellung neben den zuvor besprochenen Signalen verschiedene Signale von mit dem Motor 10 gekoppelten Sensoren, darunter: die Motorkühlmitteltemperatur (ECT) von dem mit der Kühlhülse 114 gekoppelten Temperatursensor 112; einen mit einem Fahrpedal 130 gekoppelten Positionssensor 134 zur Erfassung der durch den Fuß 132 eingestellten Fahrpedalposition; eine Messung eines Aufladedrucks vom Drucksensor 122; eine Messung eines Motoreinlasskrümmerdrucks (MAP) von dem mit dem Einlasskrümmer 44 gekoppelten Drucksensor 121; einen Motorpositionssensor von einem Hall-Sensor 118, der die Stellung der Kurbelwelle 40 erfasst; eine Messung der in den Motor eintretenden Luftmasse vom Sensor 120 (zum Beispiel einen Heißdrahtluftmengenmesser); und eine Messung der Drosselklappenstellung vom Sensor 58. Es kann auch Barometerdruck zur Verarbeitung durch die Steuerung 12 erfasst werden (Sensor nicht gezeigt). Gemäß einem bevorzugten Aspekt der vorliegenden Beschreibung erzeugt der Motorpositionssensor 118 bei jeder Umdrehung der Kurbelwelle eine vorbestimmte Anzahl von gleichmäßig beabstandeten Impulsen, aus denen die Motordrehzahl (RPM) bestimmt werden kann.
• Bei einigen Ausführungsformen kann der Motor mit einem Elektromotor-/Batteriesystem in einem Hybridfahrzeug gekoppelt sein. Das Hybridfahrzeug kann eine Parallelkonfiguration, eine Reihenkonfiguration oder Variationen oder Kombinationen davon haben.
• Im Betrieb erfährt jeder Zylinder im Motor 10 in der Regel einen Viertaktprozess: der Prozess umfasst den Ansaughub, den Verdichtungshub, den Arbeitshub und den Auslasshub. Während des Ansaughubs schließt sich allgemein das Auslassventil 54 und das Einlassventil 52 öffnet sich. Über den Einlasskrümmer 44 wird Luft in die Brennkammer 30 eingeleitet, und der Kolben 36 bewegt sich zum Boden des Zylinders, um das Volumen in der Brennkammer 30 zu vergrößern. Die Position, in der sich der Kolben 36 nahe dem Boden des Zylinders und am Ende seines Hubs befindet (zum Beispiel, wenn die Brennkammer 30 ihr größtes Volumen aufweist), wird in der Regel von dem Fachmann als unterer Totpunkt (uT) bezeichnet. Während des Verdichtungshubs sind das Einlassventil 52 und das Auslassventil 54 geschlossen. Der Kolben 36 bewegt sich zum Zylinderkopf, um die Luft in der Brennkammer 30 zu komprimieren. Der Punkt, an dem sich der Kolben 36 an seinem Hubende befindet und der am nächsten zum Zylinderkopf liegt (zum Beispiel, wenn die Brennkammer 30 ihr kleinstes Volumen aufweist), wird vom Fachmann in der Regel als oberer Totpunkt (oT) bezeichnet.
• Bei einem im Folgenden als Einspritzung bezeichneten Vorgang wird Kraftstoff in die Brennkammer eingeleitet. In einigen Beispielen kann Kraftstoff mehrmals während eines einzigen Zylinderzyklus zu einem Zylinder eingespritzt werden. Bei einem im Folgenden als Zündung bezeichneten Vorgang wird der eingespritzte Kraftstoff durch Kompressionszündung oder durch ein bekanntes Zündmittel, wie zum Beispiel eine (nicht gezeigte) Zündkerze, gezündet, was zur Verbrennung führt. Während des Arbeitshubs drücken die expandierenden Gase den Kolben 36 zum uT zurück. Die Kurbelwelle 40 wandelt Kolbenbewegung in ein Drehmoment der Drehwelle um. Schließlich öffnet sich das Auslassventil 54 während des Auslasshubs, um das verbrannte Luft-Kraftstoff-Gemisch zum Abgaskrümmer 48 abzugeben, und der Kolben kehrt zum oT zurück. Es sei darauf hingewiesen, dass Obiges nur als Beispiel gezeigt wird und dass die Zeitpunkte des Öffnens und/oder Schließens des Einlass- und Auslassventils variieren können, um eine positive oder negative Ventilüberlappung, spätes Schließen des Einlassventils oder verschiedene andere Beispiele zu liefern. Des Weiteren kann in einigen Beispielen ein Zweitaktprozess anstelle eines Viertaktprozesses verwendet werden.
• Somit stellt das System von 1 ein Motorsystem bereit, das Folgendes umfasst: einen Motor; einen ersten NOx-Sensor; einen zweiten NOx-Sensor; und eine Steuerung, wobei die Steuerung Anweisungen zur Bereitstellung einer NH₃-Konzentration und einer NOx-Konzentration einer Gasabgabe von dem Motor enthält, wobei die NH₃-Konzentration und die NOx-Konzentration anhand einer Ausgabe des ersten NOx-Sensors und einer Ausgabe des zweiten NOx-Sensors bereitgestellt werden, wobei der erste NOx-Sensor stromaufwärts des zweiten NOx-Sensors in Gasstromrichtung positioniert ist. Des Weiteren umfasst das Motorsystem einen SCR, wobei der SCR in einem Auslasssystem des Motors zwischen dem ersten NOx-Sensor und dem zweiten NOx-Sensor positioniert ist. Weiterhin ist bei dem Motorsystem der Motor ein Dieselmotor, und die Steuerung enthält weiterhin Anweisungen zur Einstellung von dem SCR zugeführten NH₃ (Harnstoff) als Reaktion auf die NH₃-Konzentration oder die NOx-Konzentration.
• Nunmehr auf 2A Bezug nehmend, werden prophetische Leistungsdaten für eine NH₃-Erkennungsmetrik gezeigt. Die Y-Achse stellt die Signalamplitude für die durch die Linien 202 - 206 dargestellten Signale dar. Die X-Achse stellt Zeit in Sekunden dar, und die Zeit nimmt von links nach rechts im Diagramm zu.
• Die Linien 202 und 206 stellen NOx-Sensorausgabesignale dar. Die Linie 206 stellt ein Signal von einem NOx-Sensor dar, der stromaufwärts eines SCR in Abgasstromrichtung positioniert ist. Die Linie 202 stellt ein Signal von einem NOx-Sensor dar, der stromabwärts des SCR in Abgasstromrichtung positioniert ist. Die Linie 204 stellt eine Temperatur des SCR dar.
• Anhand von 2A ist zu erkennen, dass die Ausgabe des stromaufwärts des SCR positionierten NOx-Sensors im Vergleich zu dem stromabwärts des SCR positionierten NOx-Sensor ein Signal mit einer größeren Amplitude abgibt. Des Weiteren bleibt das Signal von dem stromabwärtigen NOx-Sensor zu Beginn des Diagramms niedrig, und nimmt dann schließlich langsam zu. Solch ein Signal ist die typische Signatur von NH₃-Schlupf und es zeigt die Querempfindlichkeit des stromabwärtigen NOx-Sensors für NH₃. In der Darstellung steigt die SCR-Temperatur nach dem Zeitpunkt null schnell an. Anfangs schlüpft NOx am SCR vorbei, wenn die SCR-Temperatur niedrig ist. Aufgrund von im SCR gespeichertem überschüssigen NH₃ geht der SCR zu NH₃-Schlupf über, nachdem der SCR die Betriebstemperatur erreicht hat. Der NOx-Schlupf kann einer geringen Speicherung von NH₃ zuzuschreiben sein, während der NH₃-Schlupf einer überschüssigen Speicherung von NH₃ zuzuschreiben sein kann.
• Nunmehr auf 2B Bezug nehmend, treten die gezeigten Signale zur gleichen Zeit auf wie die Signale von 2A. 2B zeigt die Metriklinie 210 und die NH₃-Konzentrationslinie 212. Die Linie 212 ist das gefilterte Signal (zum Beispiel durch das Verfahren von 5 verarbeitete Signal) des stromabwärts eines SCR positionierten NOx-Sensors und zeigt NH₃-Schlupf an. Die Metriklinie 210 ist eine negative Zahl, wenn von den stromaufwärtigen und stromabwärtigen NOx-Sensoren gemäß den Verfahren nach den 5 und 6 geurteilt wird, dass NH₃ durch den SCR schlüpft. Die Metriklinie 210 wird nach ca. 600 Sekunden negativ. Ungefähr zum gleichen Zeitpunkt beginnt das gefilterte NH₃-Signal von Linie 212 anzusteigen. Das gefilterte NH₃-Signal von Linie 212 wird gemäß dem Verfahren nach den 5 und 6 bereitgestellt. Somit wird die Metriklinie 210 dazu verwendet zu unterscheiden, ob NOx oder NH₃ durch den SCR schlüpft.
• Nunmehr auf 3A Bezug nehmend, werden prophetische Leistungsdaten für eine NOx-Schlupferkennungsmetrik gezeigt. Die Y-Achse stellt die Signalamplitude für die Linien 302 - 306 dar. Die X-Achse stellt die Zeit in Sekunden dar, und die Zeit nimmt von der linken zur rechten Seite im Diagramm zu.
• Die Linien 302 und 306 stellen NOx-Sensorausgabesignale dar. Die Linie 306 stellt ein Signal von einem stromaufwärts eines SCR in Abgasstromrichtung positionierten NOx-Sensor dar. Die Linie 302 stellt ein Signal von einem stromabwärts des SCR in Abgasstromrichtung positionierten NOx-Sensor dar. Die Linie 304 stellt eine Temperatur des SCR dar.
• Ähnlich wie in 2A ist anhand von 3A zu erkennen, dass die Ausgabe des stromaufwärts des SCR positionierten NOx-Sensors im Vergleich zu dem stromabwärts des SCR positionierten NOx-Sensor ein Signal mit einer größeren Amplitude ausgibt. Des Weiteren bleibt das Signal von dem stromabwärtigen NOx-Sensor zu Beginn des Diagramms niedrig und nimmt dann schließlich zu. Die Signatur des Signals 302 ist typisch für NOx-Schlupf am SCR vorbei. Die SCR-Temperatur steigt in der Darstellung nach dem Zeitpunkt null schnell an. Somit beginnt nach einer Zeitdauer, wenn sich der SCR auf Betriebstemperatur befindet, NOx durch den SCR zu schlüpfen, wie durch den Anstieg der Ausgabe des zweiten NOx-Sensors gezeigt. Die NOx-Sensorreaktion besteht aus intermittierenden Spitzen, die für NOx-Schlupf typisch sind.
• Nunmehr auf 3B Bezug nehmend, treten die gezeigten Signale zur gleichen Zeit wie die Signale von 3A auf. 3B zeigt die Metriksignallinie 312 und die NOx-Konzentrationslinie 310. Die Metriksignallinie 312 ist eine positive Zahl, wenn von den stromaufwärtigen und stromabwärtigen NOx-Sensoren gemäß den Verfahren nach den 5 und 6 geurteilt wird, dass NOx durch den SCR schlüpft. Die Metriksignallinie 312 wird nach ca. 650 Sekunden positiv. Die Ausgabe des NOx-Sensors wird zu dem Zeitpunkt validiert, zu dem die Metriksignallinie 312 positiv wird, und NOx wird anhand der NOx-Sensorausgabe direkt bestimmt. Die NOx-Konzentrationslinie 310 wird gemäß dem Verfahren nach den 5 und 6 bereitgestellt. Es sei darauf hingewiesen, dass der gleiche Algorithmus (zum Beispiel das Verfahren von 5) zur Bereitstellung der Metriksignale nach den 2B und 3B unter verschiedenen SCR-Betriebsbedingungen verwendet wurde. Die Differenzierung zwischen NOx und NH₃ basiert darauf, ob das Metriksignal positiv oder negativ ist.
• Nunmehr auf die 4A - 4B Bezug nehmend, werden prophetische Daten für eine alternative NOx-Erkennungsmetrik gezeigt. Insbesondere kann unter einigen Betriebsbedingungen, unter denen eine höhere Sicherheit zur Bestimmung von NOx-Schlupf bestehen könnte, ein alternatives Verfahren zur Unterscheidung von NOx von NH₃ bereitgestellt werden, um die Genauigkeit der NOx-Erkennung in Zeitspannen einer schnellen und starken NOx-Änderung zu erhöhen. Die Daten der 4A - 4B können mit den Verfahren nach den 5 - 6 verwendet werden, und die Daten in 4B können über das Verfahren von 5 bereitgestellt werden.
• Die Linie 402 stellt ein Signal von einem Einsatzgas-NOx-Sensor dar. Die Linie 404 stellt ein Signal von einem dem SCR nachgeschalteten NOx-Sensor nach Regeneration eines Dieselpartikelfilters (DPF) dar, wenn nahe null NH₃ im SCR gespeichert ist. Die Signalausgabe des dem SCR nachgeschalteten NOx-Sensors sättigt bei einem Wert von 450 ppm. Wenn ein Schwellsignalwert in einem Bereich von 400 ppm bis 435 ppm ermittelt wird und gezählt wird, dass das Signal des dem SCR nachgeschalteten NOx-Sensors den Schwellwert mehrmals kreuzt, fährt die Zählung wie in Linie 406 von 4B gezeigt fort. In einem Beispiel definiert ein Bereich zwischen 400 und 435 einen erwarteten Schwingungsbereich in einem NOx-Schlupfsignal. Wie in 4B gezeigt, werden vom Zeitpunkt null bis 1200 Sekunden ca. 400 Zählungen oder Kreuzungen des Schwellwerts gezählt. Es kann eine Kreuzungsfrequenz von ca. 0,33 Hz aus den Daten ermittelt werden, ein Wert, der für NH₃-Schlupf bei einem Spitzenschlupfwert auf der Schwelle zwischen 400 ppm bis 435 ppm ein hoher Wert ist. Somit kann über eine Kombination aus einer hohen NOx-Sensorausgabe und einer hohen Anzahl von Kreuzungen eines geeigneten Schwell-NOx-Signals insofern ein höherer Sicherheitsgrad hergestellt werden, als die Ausgabe des dem SCR nachgeschalteten NOx-Sensors NOx-Schlupf anstatt NH₃-Schlupf reflektiert. Auf diese Weise kann eine Schwellsignalhöhe und eine Anzahl, wie oft eine Sensorausgabe die Schwellsignalhöhe kreuzt, dazu verwendet werden, zu unterscheiden, ob die NOx-Sensorausgabe eine stärkere Neigung zur Anzeige von NOx hat.
• Nunmehr auf 5 Bezug nehmend, wird ein Flussdiagramm für ein beispielhaftes Verfahren zur Unterscheidung von NH₃ von NOx in der Ausgabe eines NOx-Sensors gezeigt. Das Verfahren von 5 ist über in der Steuerung 12 in 1 gespeicherte Anweisungen durchführbar.
• Das Verfahren 500 stellt eine Schätzung von NOx- und NH₃-Schlupf auf Grundlage von Signalverarbeitung der Signale der (zum Beispiel stromaufwärtigen und stromabwärtigen) Einsatzgas- und Endrohr-NOx-Sensoren bereit. Es sei darauf hingewiesen, dass der Algorithmus genauso gut funktioniert, wenn der Einsatzgas-NOx-Sensor durch sein äquivalentes Modell ersetzt wird. Das Verfahren verwendet eine Metrik, bei der es sich um eine Faltung der Vorwärtsdifferenz des Endrohr-NOx-Signals und eines geeignet gefensterten Einsatzgas-NOx-Signals handelt. Wobei die Vorwärtsdifferenz wie folgt definiert ist: $$\mathrm{\Delta }y=y\left(k\right)-y\left(k-1\right),$$

  

  wobei y der Abtastwert und k die Abtastanzahl ist. In einem Beispiel ist das Fenster so, dass nur der abklingende Teil eines instationären NOx-Signals zur Schätzung von NH₃- und NOx-Schlupf verwendet wird. Die Erfinder haben eine Differenz der Bandbreite der Sensorsignale für die beiden Reaktionen zwischen NOx-Schlupf und NH₃-Schlupf in der Ausgabe des Endrohr- oder stromabwärtigen NOx-Sensors und die Eindeutigkeit der darauf folgenden Korrelation erkannt. Die Signalausgabe eines Endrohr- oder stromabwärtigen NOx-Sensors kann durch die folgende Gleichung repräsentiert werden: $$Y_k^{TP}=Y_k^{NOx}+\alpha Y_k^{N{H}_3}=\left(1-{\eta }_k\right)F_k+\alpha Y_k^{N{H}_3},$$

  

  wobei Y_k ^TP das Ausgabesignal des Endrohr-NOx-Sensors zum k-ten Zeitpunkt ist; Y_k ^NOx die NOx-Komponente des Endrohr-NOx-Signals zum k-ten Zeitpunkt ist; Y_kNH3 die NH₃-Komponente des Endrohr-NOx-Signals zum k-ten Zeitpunkt ist; α ein empirisch bestimmter Querempfindlichkeitsfaktor des NOx-Sensors für NH₃ ist; η der Katalysatorwirkungsgrad ist; F_k eine Einsatzgas-NOx-Konzentration von zum Beispiel einem Einsatzgas- oder stromaufwärtigen NOx-Sensor ist; und k der k-te Zeitpunkt ist.
• In einem Beispiel kann angenommen werden, dass für ein nominelles System die Abgase an einer dem SCR nachgeschalteten Stelle entweder NOx oder NH₃ sind. Des Weiteren sind Übergänge zwischen Schlupfzuständen oftmals möglich, zum Beispiel während Regenerationsereignissen. Sowohl NOx als auch NH₃ können an der dem SCR nachgeschalteten Stelle gleichzeitig nur bei: einem beeinträchtigten SCR, überspeicherten SCR unter Bedingungen vor dem Anspringen, und Überdosierung von Harnstoff unter Hochtemperaturbedingungen vorliegen. Nicht alle Bedingungen treten bei nominell gesteuerten Nachbehandlungssystemen auf. Somit kann die Ausgabe für den stromabwärtigen oder Endrohr-NOx-Sensor als: $$\begin{array}{cc}{Y}_k^{TP}=Y_k^{NOx}=\left(1-{\eta }_k\right)F_k& {\text{NO}}_{\text{x}}\text{ slip case}\end{array}$$

  

  $$\begin{array}{cc}{Y}_k^{TP}=\alpha Y_k^{N{H}_3}& {\text{NH}}_{\text{3}}\text{ slip case}\end{array}$$

  

  ausgedrückt werden. Folglich kann für den NOx-Schlupffall gezeigt werden, dass der Signalinhalt des an einer stromabwärtigen SCR-Stelle positionierten NOx-Sensors eine modifizierte Version des Einsatzgas-NOx-Sensorsignals sein wird, wobei die Modifikation nur in ihrer Größe eine Funktion des Katalysatorwirkungsgrads sein wird; der Frequenzinhalt bleibt jedoch ähnlich. Unter einer Bedingung von nur NOx-Schlupf zeigen die Fourier-Transformationen der Einsatzgas- und Endrohr-NOx-Signale den gleichen Frequenzinhalt. Unter Bedingungen von NH₃-Schlupf kann die Fourier-Transformationsausgabe jedoch ganz verschieden sein. Das NH₃-Schlupfsignal kann als ein sich langsam änderndes Trägersignal mit einiger Frequenzmodulation aufgrund von Einflüssen des Einspritzens von Einsatzgas beschrieben werden. Das unterschiedliche Verhalten zwischen dem Signal des dem SCR nachgeschalteten NOx-Sensors aufgrund von NOx-Schlupf oder NH₃-Schlupf bezüglich des FG-NOx-Signals (FG - feedgas/Einsatzgas) wird zur Erzeugung einer Metrik ausgenutzt (die Metrik M wird unten ausführlicher beschrieben), die dazu beiträgt, die Art des Schlupfes und folglich die Bedeutung des Signals des dem SCR nachgeschalteten NOx-Sensors zu ermitteln.
• Wenn NOx-Schlupf am SCR vorliegt, dann ist das Endrohr-NOx-Signal in Phase mit dem Einsatzgas-NOx-Signal, obgleich das Endrohr-NOx-Signal durch einen Skalierungsfaktor, der gleich dem SCR-Wirkungsgrad ist, geschwächt sein kann. Wenn andererseits NH₃-Schlupf am SCR vorliegt, dann weist das Endrohr-NOx einen Unterschied sowohl bei der Phase als auch bei der Frequenz bezüglich des Einsatzgas-NOx-Signals auf. Die Phasen- und Frequenzunterschiede sind in erster Linie darauf zurückzuführen, dass es sich bei dem NH₃-Schlupfsignal um ein sich langsam änderndes Signal handelt. Das unterschiedliche Verhalten zwischen den Einsatzgas- und Endrohr-NOx-Signalen für NH₃-Schlupf bezüglich NOx-Schlupf können zum Entwurf der Erkennungsmetrik ausgenutzt werden. Schließlich ist auch anerkannt, dass die Korrelation eindeutig und genau ist, wenn sie während der Phase ausgewertet wird, während der das FG NOx abklingt, definiert als: $$\mathrm{\Delta }{\text{F}}^{-}=\left(\mathrm{\Delta }\text{F}<0\right),$$

  
• Das Verfahren nach 5 gewährleistet eine Unterscheidung zwischen NOx und NH₃ in der Ausgabe eines NOx-Sensors auf Grundlage der Differenzen der Ausgaben der beiden NOx-Sensoren. Als Alternative dazu kann das Verfahren weiterhin zwischen NOx und NH₃ unterscheiden, wenn nur ein NOx-Sensor in einem System vorgesehen ist und wenn NOx in dem System (zum Beispiel Einsatzgas-NOx) über ein Modell geschätzt wird.
• Bei 502 bestimmt das Verfahren 500 Motorbetriebsbedingungen. Motorbetriebsbedingungen können Motortemperatur, Motordrehzahl, Motorluftmenge, Motordrehmoment, Ausgabe von im Auslasssystem des Motors positionierten NOx-Sensoren und SCR-Temperatur umfassen, sind aber nicht darauf beschränkt. In einigen Beispielen kann Motoreinsatzgas NOx von Motordrehzahl, Motordrehmoment und Motortemperatur abgeleitet werden. Das Verfahren 500 geht nach Bestimmung der Motorbetriebsbedingungen auf 504 über.
• Bei 504 beurteilt das Verfahren 500, ob Bedingungen zur Bereitstellung einer klaren Anzeige von NOx von dem dem SCR nachgeschalteten NOx-Sensor vorliegen. In einem Beispiel gestatten Bedingungen kurz nach Regeneration eines Dieselpartikelfilters die Unterscheidung von NOx von NH₃ in der Ausgabe eines NOx-Sensors. Wenn Bedingungen für eine klare Anzeige von NOx-Schlupf von dem dem SCR nachgeschalteten NOx-Sensor vorliegen, geht das Verfahren 500 auf 506 über, ansonsten geht das Verfahren 500 auf 508 über.
• Bei 506 wird ein alternatives Verfahren zur Unterscheidung der Ausgabe eines dem SCR nachgeschalteten NOx-Sensors von NOx und NH₃ bereitgestellt. Bei einem ersten alternativen Verfahren gemäß der Beschreibung in den 4A - 4B wird ein Sensorausgabeschwellwert bereitgestellt, der eine stärkere Neigung zur Anzeige von NH₃-Schlupf hat. Wenn die Ausgabe des NOx-Sensors den Schwellwert öfter als eine vorbestimmte Anzahl während eines vorbestimmten Zeitintervalls kreuzt, kann bestimmt werden, dass die Ausgabe des NOx-Sensors NOx-Schlupf an einem stromaufwärts (gemäß der Abgasstromrichtung) des NOx-Sensors positionierten SCR vorbei reflektiert. Infolgedessen kann NOx-Schlupf direkt anhand der Ausgabe des stromabwärts des SCR positionierten NOx-Sensors bestimmt werden.
• Bei einem zweiten alternativen Verfahren zur Unterscheidung, wann NOx durch einen SCR schlüpft, unter Bedingungen für eine klare Anzeige von NOx-Schlupf, kann NOx-Schlupf über ein Signalenergieverfahren bestimmt werden. Insbesondere kann Signalenergie des NOx-Sensorsignals gemäß der folgenden Gleichung bestimmt werden: $$E={\displaystyle \underset{t0}{\overset{tf}{\int }}\left(y{\left(t\right)}^2\right)dt,}$$

  

  wobei E die Signalenergie und y(t) das NOx-Sensorsignal ist. Die Signalenergie kann mit einem Schwellwert verglichen werden. Wenn die Energie des NOx-Signals den Schwellwert überschreitet, dann wird die NOx-Sensorausgabe als ein NOx-Gehalt anstatt eines NH₃-Gehalts behandelt. In einigen Beispielen kann das Signalenergiegehaltsverfahren durch Betrachtung des Hochfrequenzenergiegehalts des stromabwärtigen NOx-Sensors anstatt der Signalamplitude verbessert werden. Die Hochfrequenzenergie des NOx-Sensorsignals kann gemäß der folgenden Gleichung bestimmt werden: $$E_{trans}={\displaystyle \underset{t0}{\overset{tf}{\int }}{\left(\frac{dy\left(t\right)}{dt}\right)}^{2}dt},$$

  

  wobei Etrans die Hochfrequenz- oder die instationäre Signalenergie und y(t) das NOx-Sensorsignal (dy/dt - dessen Ableitung) ist. Ebenso kann der Hochfrequenzenergiegehalt des Signals mit einem vorbestimmten Schwellwert der Signalenergie verglichen werden. Wenn der Hochenergiegehalt größer als der Schwellwert ist, dann wird die NOx-Sensorausgabe als ein NOx-Gehalt anstatt eines NH₃-Gehalts behandelt.
• Bei einem dritten alternativen Verfahren zur Unterscheidung, wann NOx an einem SCR vorbeischlüpft, unter Bedingungen für eine klare Anzeige von NOx-Schlupf, kann NOx-Schlupf über eine laufende Standardabweichung der Signalausgabe von dem sich stromabwärts des SCR befindenden NOx bestimmt werden. Bei diesem Verfahren wird die durch das Verhältnis der Standardabweichung und des Mittelwerts definierte normalisierte NOx-Sensorsignalvarianz bewertet. Somit zeigt ein großer Metrikwert ein Signal mit starken und schnellen Variationen an, das als eine vornehmlich NOx-Komponente im TP-Signal (TP - tailpipe/Endrohr) bewertet werden kann. Demgemäß kann die Ausgabe des stromabwärts des SCR positionierten NOx-Sensors als NOx interpretiert werden.
• Bei einem vierten alternativen Verfahren zur Unterscheidung, wann NOx an einem SCR vorbeischlüpft, unter Bedingungen für eine klare Anzeige von NOx-Schlupf, kann die NOx-Sensorausgabe über Korrelationen der Ausgabe eines stromaufwärts des SCR positionierten NOx-Sensors und der Ausgabe eines stromabwärts des SCR positionierten NOx-Sensors bewertet werden. In einem Beispiel wird die Korrelation wie folgt definiert: $${\rho }_{xy}=\frac{E\left[\left(x-\overline{x}\right)\left(y-\overline{y}\right)\right]}{{\sigma }_x{\sigma }_y}=\frac{1}{N-1}{\displaystyle \sum _{k=1}^{N-1}\left[\left(\frac{x_k-\overline{x}}{{\sigma }_x}\right)\left(\frac{y_k-\overline{y}}{{\sigma }_y}\right)\right]},$$

  

  wobei ρ_xy eine Metrik [-1 ≤ ρ_xy ≤ 1] ist, x eine Ausgabe eines stromaufwärtigen NOx-Sensors ist, y eine Ausgabe eines stromabwärtigen NOx-Sensors ist; x bzw. y die Mittelwerte von x bzw. y sind; σ_x und σ_y die Standardabweichungen von x bzw. y sind und wobei N die Gesamtprobenzählung ist. Ein Wert von ρ_xy von über einem vorbestimmten Schwellwert + θ, 0 ≤ θ ≤ 1 ist eine klare Anzeige von NOx-Schlupf, da er einen hohen Grad von Kohärenz zwischen den NOx-Sensorsignalen anzeigt.
• Verfahren 500 geht auf 510 über, nachdem eines der obigen Verfahren dazu verwendet worden ist, zu bestimmen, ob die Ausgabe aus dem stromabwärts des SCR positionierten NOx-Sensor eine klare Anzeige von NOx ist. Es sei weiterhin erwähnt, dass eine Kombination der obigen Verfahren zur Bewertung von NOx-Schlupf unter Bedingungen für eine klare Anzeige von NOx-Schlupf verwendet werden kann.
• Bei 510 beurteilt das Verfahren 500 gemäß den Ergebnissen eines oder mehrerer bei 506 beschriebenen Verfahren, ob NOx angezeigt wird oder nicht. Wenn NOx angezeigt wird, geht das Verfahren 500 auf 516 über, ansonsten geht das Verfahren 500 auf 508 über.
• Bei 508 faltet das Verfahren Signale, die von einem stromaufwärts eines SCR positionierten NOx-Sensor und einem stromabwärts des SCR positionierten NOx-Sensor stammen oder damit in Beziehung stehen. Eine Faltung ΔF*ΔTP wird beispielsweise an Signalen von stromaufwärtigen und stromabwärtigen NOx-Sensoren durchgeführt, wobei AF- die Vorwärtsdifferenz der Ausgabe des stromaufwärtigen oder Einsatzgas-NOx-Sensors ist, wenn die Ausgabe des NOx-Sensors abklingt, und wobei ΔTP die Vorwärtsdifferenz der Ausgabe des stromabwärtigen oder Endrohr-NOx-Sensors ist.
• In einem anderen Beispiel wird eine auf Faltung basierende Metrik zur Verbesserung von NOx- und NH₃-Vorhersagestabilität bereitgestellt. Die Metrik wird gemäß den folgenden Gleichungen gebildet: $$\frac{dM}{dt}=\left(c_1{\displaystyle \prod \mathrm{\Delta }F\times \mathrm{\Delta }TP}\right)-\left(c_2\left|{\displaystyle \prod \eta \times \mathrm{\Delta }TP}\right|\right)-c_{3}M,$$

  

  wobei M eine Metrik zur Bestimmung, ob die Ausgabe eines stromabwärts eines ersten NOx-Sensors positionierten NOx-Sensors NOx oder NH₃ darstellt; wobei Π_ΔF eine Einheitssprungfunktion für die Dauer von abklingendem Einsatzgas NOx (ΔF<0) ist; wobei Π_η eine Einheitssprungfunktion für die Dauer ist, wenn der Wirkungsgrad des SCR < 0 ist; wobei ΔTP die Vorwärtsdifferenz der TP-NOx-Sensorausgabe oder der NOx-Sensorausgabe stromabwärts des ersten NOx-Sensors (zum Beispiel stromabwärts eines SCR, ist) c₁ ein empirisch bestimmter Kalibrierungskoeffizient ist, der größer als null ist, wenn ΔF < 0 und der SCR-Wirkungsgrad η ≥ 0 ist, ansonsten c₁ null ist; c₂ ein empirisch bestimmter Kalibrierungskoeffizient ist, der größer als null ist, wenn der SCR-Wirkungsgrad η ≤ 0 ist, ansonsten c₂ null ist; c₃ eine empirisch bestimmte Driftverstärkung ist, die größer als null ist, wenn die Ausgabe eines stromabwärtigen NOx-Sensors kleiner als ein Schwellwert stromabwärts der NOx-Sensorhöhe und M < 0 ist.
• In einigen Beispielen kann der c₁-Koeffizient eine zunehmende Funktion in Einsatzgas NOx (zum Beispiel dFGNOx/dt) sein, so dass bei größeren Lasten, wie zum Beispiel bei Fahrzeugbeschleunigung, NOx-Schlupf mit einer größeren Gewissheit ermittelt werden kann. Als Alternative dazu kann c₁ eine Funktion von zunehmenden Endrohr-NOx sein. In noch anderen Beispielen kann c₁ eine abnehmende Funktion der Ableitung eines Anforderungsmoments sein, so dass c₁ zunimmt, wenn der Bediener das Fahrpedal freigibt. Wenn NOx vorbeischlüpft, kann das Endrohr-NOx-Sensor-Ausgangssignal bei Tip-outs (zum Beispiel Freigabe des Fahrpedals) schnell abfallen, so dass NOx und NH₃ mit größerer Gewissheit beurteilt werden.
• Der obige Algorithmus verwendet den deterministischen NH₃-Schlupffall (wenn Endrohrsensormessungen > Einsatzgaswerte → η < 0) zur Aktualisierung der Metrik bei einer schnelleren Rate (zum Beispiel über den Verstärkungsterm c₂), wodurch Konvergenz zu dem NH₃-Schlupfzustand gewährleistet wird.
• Schließlich kann es Bedingungen geben, unter denen der NOx/NH₃-Schlupfzustand schnell von NH₃ zu keinem Schlupf übergeht. Unter solchen Bedingungen hat die Metrik mit einem Wert von M < 0 (aufgrund des vorherigen NH₃-Schlupfes) möglicherweise keine Gelegenheit zu gesunden, da ΔTP ^~ 0 eine 0-Metrikaktualisierungsrate erzwingt. Für solche Bedingungen wird über eine Driftverstärkung c₃ ein Gesundungsmechanismus eingeführt, der dahingehend wirkt, den Metrikwert von 0 auf eine schnelle Rate zurückzuführen. Das Verfahren 500 geht auf 512 über, nachdem Einsatzgas- und Endrohr-NOx-Signale gefaltet worden sind.
• Bei 512 beurteilt das Verfahren 500, ob der Wert der oben beschriebenen Metrik M kleiner als null ist. Ist dies der Fall, dann geht das Verfahren 500 auf 514 über, ansonsten geht das Verfahren 500 auf 516 über.
• Bei 514 extrahiert das Verfahren 500 eine in dem Signal des stromabwärtigen NOx-Sensors vorhandene NH₃-Menge über die folgende Gleichung: $$C_{N{H}_3}=\frac{Y_{TP}-\left(1-{\eta }_{pred}\right)C_{NOx}^{FG}}{\alpha },$$

  

  wobei C_NH3 eine vorhergesagte Konzentration von NH₃ am stromabwärtigen NOx-Sensor ist; Y_TP das gemessene Signal des stromabwärtigen NOx-Sensors ist; C_NOx ^FG die Konzentration von NOx im Einsatzgas von dem stromaufwärtigen NOx-Sensor oder Modell ist; α ein Querempfindlichkeitsfaktor des NOx-Sensors für NH₃ ist und wobei η der geschätzte Wirkungsgrad des SCR ist. Es sei darauf hingewiesen, dass der SCR-Wirkungsgrad als eine Funktion der Gasstromrate, des in den SCR eintretenden NOx, der NH₃-Speicherung am SCR und der Temperatur des SCR modelliert werden kann. Das Verfahren 500 geht nach Bestimmung einer NH₃-Konzentration in den Abgasen am stromabwärtigen NOx-Sensor zum Ende über.
• Bei 516 bestimmt das Verfahren 500 die NOx-Konzentration am stromabwärtigen NOx-Sensor direkt anhand der Ausgabe des stromabwärtigen NOx-Sensors, da bei 504 bestimmt wird, dass der Schlupfzustand allein NOx ist. In einem Beispiel wandelt das Verfahren 500 ein Spannungssignal von dem NOx-Sensor über eine Transferfunktion, die Spannung mit NOx-Konzentration in Beziehung setzt, in eine NOx-Konzentration um. Das Verfahren 500 endet nach Bestimmung der NOx-Konzentration am stromabwärtigen NOx-Sensor.
• Nunmehr auf 6 Bezug nehmend, wird ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zum Arbitrieren zwischen der Anzeige der Gegenwart von NOx und NH₃ während eines Zeitraums geringer Variation der NOx-Sensorausgabe gezeigt. Das Verfahren nach 6 ist über in der Steuerung 12 in 1 gespeicherte Anweisungen durchführbar.
• Bei 602 bestimmt das Verfahren 600 die Motorbetriebsbedingungen. Die Motorbetriebsbedingungen können Motordrehzahl, Motordrehmoment, Motortemperatur, SCR-Temperatur, NOx-Signale hinter und vor dem SCR, Drosselklappenstellung, Kraftstoffeinspritzungsparameter (zum Beispiel Einspritzsteuerung und zugeführte Kraftstoffmenge) und AGR-Menge umfassen, sind aber nicht darauf beschränkt. Das Verfahren 600 geht nach Bestimmung der Motorbetriebsbedingungen auf 604 über.
• Bei 604 beurteilt das Verfahren 600, ob Einsatzgas- und Endrohr-NOx-Sensorsignale anhaltend angeregt sind (sich zum Beispiel stetig mit der Zeit und hinsichtlich der Amplitude ändern). Ein Verfahren zur Ermittlung, ob ein Signal anhaltend angeregt ist, besteht in der Verwendung der oben beschriebenen energiebasierenden Techniken. In einem Beispiel vergleicht das Verfahren derzeit abgetastete NOx-Sensorsignale mit zuvor abgetasteten (zum Beispiel zu einem früheren Zeitpunkt abgetasteten) NOx-Sensorsignalen. Wenn sich die NOx-Sensorsignale über ein ausgedehntes Zeitfenster um weniger als einen Schwellwert geändert haben, kann bestimmt werden, dass sich die Ausgabe der NOx-Sensoren nicht ständig ändert. Natürlich kann in einigen Beispielen das Verfahren 600 das Ausmaß der NOx-Sensoränderung über eine Zeitspanne (zum Beispiel 10 Sekunden) bestimmen. Wenn die Standardabweichung eines oder mehrerer Signale über das Zeitintervall zum Beispiel unter einem Schwellwert liegt, kann bestimmt werden, dass die Signale nicht anhaltend angeregt sind. Wenn die Ausgaben der Einsatzgas- und Endrohr-NOx-Sensoren ständig angeregt sind, dann geht das Verfahren auf 606 über, ansonsten geht das Verfahren 600 auf 608 über.
• Bei 606 setzt das Verfahren 600 das Verfahren nach 5 ein und bestimmt die stromabwärtig (zum Beispiel am Endrohr-NOx-Sensor) vorliegende Menge des NOx und/oder NH₃. Insbesondere bestimmt das Verfahren 600 NOx und NH₃ gemäß einer Metrik M. Das Verfahren 600 geht nach Durchführung des Verfahrens von 5 zum Ende über.
• Bei 608 beurteilt das Verfahren 600, ob ein Signal von einem stromaufwärtigen (zum Beispiel Einsatzgas-) NOx-Sensor anhaltend angeregt ist oder nicht. Wenn das Verfahren urteilt, dass das Einsatzgas-NOx-Sensorsignal anhaltend angeregt ist und das Endrohr-NOx-Signal nicht anhaltend angeregt ist, geht das Verfahren 600 auf 610 über, ansonsten geht das Verfahren 600 auf 612 über, da beide Signale anhaltend angeregt sind.
• Bei 610 beurteilt das Verfahren 600, ob ein Signal von dem Endrohr-NOx-Sensor größer ist als ein vorbestimmter Wert oder nicht. Der vorbestimmte Wert kann zum Beispiel während Leistungsprüfstandsversuchen empirisch bestimmt werden. Wenn das Verfahren 600 urteilt, dass das Endrohr-NOx-Sensorsignal nicht größer ist als der vorbestimmte Wert, dann geht das Verfahren 600 auf 618 über, ansonsten geht das Verfahren 600 auf 614 über, um anzuzeigen, dass NH₃-Schlupf vorliegt.
• Bei 612 beurteilt das Verfahren 600, ob der Endrohr-NOx-Sensor anhaltend angeregt ist oder nicht. Wenn das Verfahren 600 urteilt, dass der Endrohr-NOx-Sensor anhaltend angeregt ist, dann geht das Verfahren 600 auf 614 über, ansonsten geht das Verfahren 600 auf 620 über, da weder Einsatzgasnoch Endrohr-Signale anhaltend angeregt sind.
• Bei 620 wirkt das Verfahren 600 auf die NOx-Sensorsignale ein. In einem Beispiel wirkt das Verfahren 600 über Einstellung der Kraftstoffeinspritzungssteuerung auf die NOx-Sensorsignale ein. In einem anderen Beispiel wirkt das Verfahren 600 durch Ändern einer Stellung eines AGR-Ventils auf das NOx-Sensorsignal ein. Auf diese Weise ändert das Verfahren 600 die durch den Motor erzeugte NOx-Menge, um die NOx-Sensorsignale anzuregen, so dass eine Phasendifferenz zwischen Sensorausgaben verwendet werden kann, um NOx von NH₃ in der Ausgabe des Endrohr-NOx-Sensors zu unterscheiden. Die Aktuatoren (zum Beispiel das AGR-Ventil) können gemäß einer vorbestimmten Funktion geändert werden, die sich mit Motorbetriebsbedingungen ändert, so dass die Ausgabe jedes NOx-Sensors um einen begrenzten Betrag variiert. Auf diese Weise kann von dem Motor den Sensoren zugeführtes NOx begrenzt werden. Das Verfahren 600 geht nach Einwirken auf das Einsatzgas-NOx zum Ende über.
• Bei 614 stellt das Verfahren 600 auf Grundlage von Merkmalen der Ausgaben des stromaufwärtigen und stromabwärtigen NOx-Sensors fest, dass NH₃-Schlupf vorliegt. Insbesondere ist die Ausgabe des stromabwärtigen NOx-Sensors deutlich größer als die Ausgabe des stromaufwärtigen NOx-Sensors, oder die Ausgabe des stromabwärtigen NOx-Sensors ist anhaltend angeregt, während die Ausgabe des stromaufwärtigen NOx-Sensors nicht anhaltend angeregt ist. Das Verfahren 600 geht nach Aufzeigen des NH₃-Schlupfes auf 616 über.
• Bei 616 extrahiert das Verfahren 600 eine NH₃-Menge aus dem Endrohr-NOx-Sensorsignal. Insbesondere wird NH₃ aus dem Endrohr-NOx-Sensorsignal wie bei 514 in 5 beschrieben extrahiert. Das Verfahren 600 geht nach Extrahieren einer NH₃-Menge aus dem Endrohr-NOx-Sensorsignal zum Ende über.
• Nunmehr auf 7 Bezug nehmend, wird ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur Verwendung bestimmter Konzentrationen von NOx und NH₃ gezeigt. Das Verfahren nach dem Flussdiagramm 7 ist über Anweisungen der Steuerung 12 in 1 durchführbar. Des Weiteren kann das Verfahren nach 7 auf das in 1 gezeigte System angewandt werden.
• Bei 702 bestimmt das Verfahren 700 die Konzentrationen von NOx und NH₃ in Fahrzeugabgas an einer Stelle im Fahrzeugauslasssystem stromabwärts eines SCR. In einem Beispiel bestimmt das Verfahren 700 die Konzentration von NOx und NH₃ in Abgas gemäß dem Verfahren von 5 über einen stromaufwärtigen NOx-Sensor oder ein Modell und einen stromabwärtigen NOx-Sensor. Das Verfahren 700 geht nach Bestimmung der NOx- und NH₃-Konzentrationen auf 704 über.
• Bei 704 beurteilt das Verfahren 700, ob NH₃ in den Abgasen erfasst worden ist oder nicht. Ist es erfasst worden, geht das Verfahren 700 auf 706 über, ansonsten geht das Verfahren 700 auf 708 über. In anderen Beispielen kann das Verfahren 700 auf 706 übergehen, wenn mehr als eine Schwellkonzentration von NH₃ erfasst worden ist.
• Bei 706 verringert das Verfahren 700 eine in das Fahrzeugauslasssystem eingespritzte Menge an NH₃ (Harnstoff) proportional zu der in dem Auslasssystem an einer stromabwärts des SCR liegenden Stelle bestimmten NH₃-Konzentration. In einem Beispiel kann die in das Auslasssystem eingespritzte NH₃-Menge durch Reduzieren einer Einschaltzeit einer NH₃-(Harnstoff-)Einspritzdüse reduziert werden. Das Verfahren 700 endet nach Reduzieren der in das Auslasssystem eingespritzten NH₃-Menge.
• Bei 708 beurteilt das Verfahren 700, ob NOx im Fahrzeugauslasssystem an einer stromabwärts eines SCR liegenden Stelle größer als ein Schwellwert ist oder nicht. Ist die Menge größer, geht das Verfahren 700 auf 710 über, ansonsten geht das Verfahren 700 auf 712 über.
• Bei 710 vergrößert das Verfahren 700 die in das Fahrzeugauslasssystem eingespritzte NH₃-Menge proportional zu der stromabwärts des SCR erfassten NOx-Konzentration. Die NH₃-Menge kann durch Verlängern einer Einschaltzeit einer NH₃-Einspritzdüse vergrößert werden. In einigen Beispielen kann auch die Temperatur des SCR zum Beispiel über Einstellen der Motordrosselung erhöht werden. Das Verfahren 700 endet nach Einstellen der in das Fahrzeugauslasssystem eingespritzten NH₃-Menge.
• Bei 712 hält das Verfahren 700 das derzeitige Ausmaß von NH₃-Einspritzung in das Fahrzeugauslasssystem aufrecht. In einem Beispiel kann die in das Fahrzeugauslasssystem eingespritzte NH₃-Menge auf Motordrehzahl und Motorlast basiert werden. Das Verfahren 700 endet nach 712.
• Somit stellen die Verfahren nach den 5 - 7 ein Verfahren zur Anzeige einer Konzentration eines Gases bereit, das Folgendes umfasst: Bereitstellen einer NH₃-Konzentration eines Gases aus einem NOx-Signal und einer Ausgabe eines ersten NOx-Sensors, wobei der erste NOx-Sensor eine Querempfindlichkeit zwischen NOx und NH₃ hat, wobei das NOx-Signal NOx in einem stromaufwärts des ersten NOx-Sensors in einer Abgasstromrichtung positionierten Auslasskanal darstellt; und Einstellen eines auf die NH₃-Konzentration reagierenden Motoraktuators. Auf diese Weise braucht kein separater NH₃-Sensor bereitgestellt zu werden, um NH₃ zu erfassen. Das Verfahren umfasst, dass das NOx-Signal über ein Modell oder einen zweiten NOx-Sensor bereitgestellt wird und NOx an einer stromaufwärts eines SCR gelegenen Stelle in einem Auslasssystem eines Motors darstellt, wobei der erste NOx-Sensor im Auslasssystem des Motors an einer stromabwärts des SCR gelegenen Stelle positioniert ist und wobei es sich bei dem Motoraktuator um eine Harnstoffeinspritzdüse handelt. Des Weiteren umfasst das Verfahren Bereitstellen einer NOx-Konzentration eines Gases aus dem NOx-Signal und der Ausgabe des ersten NOx-Sensors und Kennzeichnen eines NH₃-Schlupfzustands und eines NOx-Schlupfzustands auf Grundlage eines Wertes einer Metrik, wobei die Metrik eine Interpretation einer Empfindlichkeit der Leistung eines SCR ist. Des Weiteren umfasst das Verfahren, dass die NH₃-Konzentration auf einer Korrelation des NOx-Signals und der Ausgabe des ersten NOx-Sensors basiert. Das beanspruchte Verfahren umfasst, dass die Korrelation als Reaktion auf eine Bedienerdrehmomentanforderung eingestellt wird. Das Verfahren umfasst, dass die Korrelation als Reaktion auf eine Änderungsrate der Bedienerdrehmomentanforderung eingestellt wird.
• Die Verfahren nach den 5 - 7 stellen weiterhin eine Anzeige einer Konzentration eines Gases bereit, die Folgendes umfasst: Leiten von Gasen von einem Motor zu einem Abgasnachbehandlungssystem; Bereitstellen einer NH₃-Konzentration des Gases aus einem NOx-Signal und einer Ausgabe eines ersten NOx-Sensors, wobei der erste NOx-Sensor eine Querempfindlichkeit für NOx und NH₃ hat, wobei das NOx-Signal auf Motoreinsatzgas-NOx basiert, wobei der erste NOx-Sensor in dem Abgasnachbehandlungssystem an einer stromabwärts eines SCR in einer Gasstromrichtung liegenden Stelle positioniert ist, wobei die NH₃-Konzentration auf einer Metrik basiert; Bereitstellen einer NOx-Konzentration der Gase aus dem NOx-Signal und der Ausgabe des ersten NOx-Sensors; und Einstellen eines auf die NH₃-Konzentration reagierenden Motoraktuators. Das Verfahren umfasst, dass das NOx-Signal über ein Modell oder einen zweiten NOx-Sensor bereitgestellt wird, wobei die Metrik auf einer Korrelation des NOx-Signals und der Ausgabe des ersten NOx-Sensors basiert. Des Weiteren umfasst das Verfahren, dass die Korrelation eine Faltung einer Ableitung des NOx-Signals und einer Ableitung der Ausgabe des ersten NOx-Sensors oder eine Faltung einer Vorwärtsdifferenz des NOx-Signals und einer Vorwärtsdifferenz der Ausgabe des ersten NOx-Sensors ist. Das Verfahren umfasst, dass die Faltung nur dann bewertet wird, wenn das NOx-Signal abnimmt. Das Verfahren umfasst, dass die Korrelation eine Faltung eines hochpassgefilterten NOx-Signals und einer hochpassgefilterten Ausgabe des ersten NOx-Sensors ist. Das Verfahren umfasst, dass die Faltung nur dann bewertet wird, wenn das NOx-Signal abnimmt. In einem anderen Beispiel umfasst das Verfahren weiterhin das Zwangsrückwirken auf das NOx-Signal oder den ersten NOx-Sensor. Das Verfahren umfasst weiterhin, dass auf das NOx-Signal oder den ersten NOx-Sensor durch Einstellen einer Motor-AGR-Menge und/oder von Motorkraftstoffeinspritzungssteuerung und/oder einer Motorluftmenge und/oder von Motorventilsteuerung zwangsrückgewirkt wird. Darüber hinaus umfasst das Verfahren, dass ein NH₃-Schlupf oder ein NOx-Schlupf auf einem Wert der Metrik basiert, wobei eine Verstärkung der Metrik eingestellt wird oder eine Aktualisierung der Metrik bereitgestellt wird, wenn der SCR-Wirkungsgrad kleiner als null ist. Das Verfahren umfasst weiterhin, dass die Metrik übersteuert wird, wenn eine Anzahl von Wertkreuzungen der Ausgabe des NOx-Sensors über eine vorbestimmte Zeitdauer eine vorbestimmte Anzahl übersteigt, eine Varianz der Ausgabe des NOx-Sensors größer ist als ein Schwellwert oder eine Korrelation, die eine Kohärenz zwischen dem NOx-Signal und der Ausgabe des ersten NOx-Sensors erfasst, wobei die Wertkreuzungen als ein kontinuierlicher oder gefensterter Mittelwert der Ausgabe des ersten NOx-Sensors, eine vorbestimmte Grenze um einen oberen Sättigungswert des ersten NOx-Sensors oder ein kontinuierlicher oder gefensterter Betriebsmittelwert des NOx-Signals definiert sind. Schließlich umfasst das Verfahren weiterhin Einstellen einer einem SCR zugeführten NH₃-Menge als Reaktion auf die NOx-Konzentration.
• Wie für einen Fachmann auf der Hand liegt, können die in den 5, 6 und 7 beschriebenen Verfahren eine oder mehrere einer Anzahl von Verarbeitungsstrategien, wie zum Beispiel ereignisgesteuert, interruptgesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen, darstellen. Somit können verschiedene dargestellte Schritte oder Funktionen in der dargestellten Reihenfolge oder parallel durchgeführt werden oder in einigen Fällen weggelassen werden. Ebenso muss die Verarbeitungsreihenfolge nicht zwangsweise die hier beschriebenen Aufgaben, Merkmale und Vorteile erreichen, sondern ist zur besseren Veranschaulichung und Beschreibung vorgesehen. Obgleich dies nicht explizit dargestellt wird, liegt für einen Durchschnittsfachmann auf der Hand, dass eine oder mehrere der dargestellten Schritte, Methoden oder Funktionen in Abhängigkeit von der verwendeten bestimmten Strategie wiederholt durchgeführt werden können.
• Dies schließt die Beschreibung ab. Ihre Lektüre durch den Fachmann würde viele Änderungen und Modifikationen ohne Verlassen des Gedankens und Schutzbereichs der Beschreibung erkennen lassen. Zum Beispiel könnten Einzylinder-, 12-, 13-, 14-, 15-, V6-, V8-, V10-, V12- und V16-Motoren, die mit Erdgas, Benzin, Diesel oder mit alternativen Kraftstoffkonfigurationen betrieben werden, die vorliegende Beschreibung vorteilhaft nutzen.
• Bezugszeichenliste

10

Verbrennungsmotor

12

Motorsteuerung

30

Brennkammer

32

Zylinderwände

36

Kolben

40

Kurbelwelle

42

Lufteinlass

44

Einlasskrümmer

46

Einlassverstärkerkammer

48

Abgaskrümmer

52

Einlassventil

51

Einlassnocken

53

Auslassnocken

54

Auslassventil

55

Einlassnockensensor

57

Auslassnockensensor

58

Sensor

62

Drosselklappe

64

Drosselklappenplatte

66

Kraftstoffeinspritzventil

68

Treiber

70

Abgasvorrichtung

72

Abgasvorrichtung

102

Mikroprozessoreinheit

104

Eingangs-/Ausgangs-Ports (I/O)

106

Nurlesespeicher (ROM)

108

Direktzugriffsspeicher (RAM)

110

Erhaltungsspeicher (KAM)

114

Kühlhülse

112

Temperatursensor

118

Motorpositionssensor

120

Sensor

121

Drucksensor

122

Drucksensor

126

NOx-Sensors

128

zweiter NOx-Sensor

130

Fahrpedal

134

Positionssensor

161

Welle

162

Verdichter

164

Turbine

Claims (2)

1. Verfahren zur Anzeige einer Konzentration eines Gases, das Folgendes umfasst: Leiten von Gasen von einem Motor (10) zu einem Abgasnachbehandlungssystem; Bereitstellen einer NH₃-Konzentration der Gase aus einem NOx-Signal und einer Ausgabe eines ersten NOx-Sensors, wobei der erste NOx-Sensor (126) eine Querempfindlichkeit für NOx und NH₃ hat, wobei das NOx-Signal auf Motoreinsatzgas-NOx basiert, wobei der erste NOx-Sensor (126) in dem Abgasnachbehandlungssystem an einer stromabwärts eines SCR in einer Gasstromrichtung liegenden Stelle positioniert ist, wobei die NH₃-Konzentration auf einer Metrik basiert, die auf einer Korrelation des NOx-Signals und der Ausgabe des ersten NOx-Sensors (126) basiert, wobei die Korrelation eine Faltung einer Ableitung des NOx-Signals und einer Ableitung der Ausgabe des ersten NOx-Sensors (126) oder eine Faltung einer Vorwärtsdifferenz des NOx-Signals und einer Vorwärtsdifferenz der Ausgabe des ersten NOx-Sensors (126) ist; Bereitstellen einer NOx-Konzentration der Gase aus dem NOx-Signal und der Ausgabe des ersten NOx-Sensors (126), wobei das NOx-Signal über ein Modell oder einen zweiten NOx-Sensor (128) bereitgestellt wird; und Einstellen eines auf die NH₃-Konzentration reagierenden Motoraktuators.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Faltung nur dann bewertet wird, wenn das NOx-Signal abnimmt.

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