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QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
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Die vorliegende Patentanmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 61/507,195, die am 13. Juli 2011 eingereicht wurde und hier in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme eingeschlossen ist.
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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft Fahrzeugabgassysteme und insbesondere Abgasdiagnosesysteme und -verfahren, die eine Leistungsfähigkeit von Komponenten und Prozessen für selektive katalytische Reduktion (SCR) bewerten.
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HINTERGRUND
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Die hier vorgesehene Hintergrundbeschreibung dient dem Zweck der allgemeinen Darstellung des Kontextes der Offenbarung. Arbeit der derzeit bezeichneten Erfinder in dem Maße, in dem sie in diesem Hintergrundabschnitt beschrieben ist, wie auch Aspekte der Beschreibung, die sich zum Zeitpunkt der Einreichung nicht anderweitig als Stand der Technik qualifizieren können, sind weder ausdrücklich noch implizit als Stand der Technik gegenüber der vorliegenden Offenbarung zulässig.
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Während der Verbrennung in einem Dieselmotor wird ein Luft/Kraftstoff-Gemisch durch ein Ansaugventil an Zylinder geliefert und darin komprimiert und verbrannt. Nach Verbrennung treibt der Kolben das Abgas (d. h. den Abgasstrom) zur Strömung aus den Zylindern durch ein Abgassystem, von dem der Abgasstrom an die Atmosphäre freigegeben wird. Der Abgasstrom kann Stickoxide (NOx) und Kohlenmonoxid (CO) enthalten.
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Abgasstrombehandlungssysteme können Katalysatoren in einer oder mehreren Komponenten verwenden, die zum Erreichen eines SCR-Prozesses konfiguriert sind, wie ein Reduzieren von Stickoxiden (NOx), um tolerierbarere Abgasbestandteile von Stickstoff (N2) und Wasser (H2O) zu erzeugen. Reduktionsmittel kann dem Abgasstrom stromaufwärts von einem SCR hinzugesetzt werden, und nur beispielhaft kann das Reduktionsmittel wasserfreies Ammoniak (NH3), wässriges Ammoniak oder Harnstoff aufweisen, von denen eines oder alle als ein feiner Nebel in den Abgasstrom eingespritzt werden können. Wenn das Ammoniak gemischt mit den anderen Bestandteilen des Abgasstroms die SCR-Komponente erreicht, werden die NOx-Emissionen in dem Abgasstrom gespalten. Ein Dieselpartikelfilter (DPF) kann dann Ruß abfangen, und dieser Ruß kann während Regenerationszyklen periodisch verascht werden. Wasserdampf, Stickstoff und reduzierte Emissionen verlassen das Abgassystem.
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Um eine effiziente NOx-Reduktion in der SCR-Komponente aufrechtzuerhalten, kann eine Steuerung verwendet werden, um eine gewünschte Menge des Reduktionsmittels (d. h. Reduktionsmittelbeladung) in der SCR-Komponente beizubehalten. Wenn der Abgasstrom, der NOx enthält, durch die SCR-Komponente gelangt, wird das Reduktionsmittel verbraucht, und die Beladung wird abgereichert. Ein Modell kann durch die Steuerung verwendet werden, um nachzuverfolgen und/oder vorherzusagen, wie viel Reduktionsmittel in die SCR-Komponente geladen ist, und um eine geeignete Reduktionsmittelbeladung zum Erreichen einer gewünschten Wirkung beizubehalten, wie einer Reduktion von NOx in dem Abgasstrom.
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Abgassysteme mit SCR-Komponenten können durch Reduktionsmittel mit schlechter Qualität angreifbar sein. Wenn ein Reduktionstank mit Reduktionsmittel mit schlechter Qualität gefüllt worden ist, kann ein Abgasdiagnosesystem ein unakzeptables Niveau an Leistungsfähigkeit für die SCR-Komponente detektieren, wie einen geringen NOx-Reduktionswirkungsgrad. In Ansprechen auf eine Detektion eines derartigen Zustandes können die Motorsteuermodule in einigen Fahrzeugen Beschränkungen in Bezug auf die Geschwindigkeit des Fahrzeugs auferlegen und/oder andere Abhilfeaktionen einleiten. Wenn beispielsweise kein akzeptables Reduktionsmittel bald nach Detektion eines geringen SCR-Umwandlungswirkungsgrades hinzugesetzt wird, können einige Steuerungen eine Fahrzeuggeschwindigkeit auf z. B. 55 Meilen pro Stunden und schließlich 4 Meilen pro Stunde gemäß Regierungsanforderungen beschränken. Um die Auferlegung dieser oder anderer Maßnahmen zu vermeiden, sollte eine Lieferung von Reduktionsmittel mit hoher Qualität beibehalten werden, und es sollte, falls Reduktionsmittel mit schlechter Qualität detektiert wird, dieses prompt durch Reduktionsmittel mit höherer Qualität ersetzt werden.
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Ein Testen des SCR-Wirkungsgrades wird gewöhnlich bei SCR-Temperaturen ausgeführt, wie beispielsweise bei 250 Grad C oder heißer. Während einer Geschwindigkeitsbeschränkung kann jedoch der Temperaturbereich des Abgasstromes nur beispielhaft kleiner als 250 Grad C sein. Somit können, nachdem ein Fahrzeug geschwindigkeitsbeschränkt worden ist und/oder eine andere Abhilfeaktion unternommen worden sind, die Abhilfemaßnahmen die Erzeugung von ausreichend Wärme in dem Abgasstrom verhindern, um den SCR-Umwandlungswirkungsgrad genau zu bewerten. Auf diese Weise kann die Auferlegung von Abhilfemaßnahmen die Fähigkeit beeinflussen, zu verifizieren, ob das Reduktionsmittel ersetzt worden ist. Unglücklicherweise existiert derzeit ohne eine Bewertung des SCR-Umwandlungswirkungsgrades kein akzeptables Verfahren, um das Abgasdiagnosesystem rückzusetzen, nachdem die Geschwindigkeit als Folge einer Detektion von schlechter Reduktionsmittelqualität und/oder geringem SCR-Umwandlungswirkungsgrad beschränkt worden ist.
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Es wurde versucht, dieses Problem dadurch zu vermeiden, dass das Abgasdiagnosesystem unter Verwendung eines Abtastwerkzeuges, wie beispielsweise in einer Werkstätte, rückgesetzt wird. Diese Lösung ist jedoch aufgrund der leichten Verfügbarkeit von Abtastwerkzeugen für die allgemeine Öffentlichkeit ungünstig, die es einigen Fahrzeugbedienern ermöglicht, das Abgasdiagnosesystem unangebracht zurückzusetzen, um den Zweck hinter den Maßnahmen zu umgehen und dadurch die Verwendung ineffektiver Reduktionsmittel zu ermöglichen, wie Wasser. Als ein Ergebnis ist in einigen Fällen kein Mechanismus zum Rücksetzen des Systems über ein Abtastwerkzeug vorgesehen. Überdies können viele Kunden nicht auf ein Abtastwerkzeug zurückgreifen. Für diese Kunden kann jedenfalls ein Besuch einer autorisierten Werkstätte erforderlich sein, um zu ermöglichen, dass die Werkstätte einen Wartungstest durchführen kann, um zu bestimmen, ob Reduktionsmittel mit geeigneter Qualität wieder aufgefüllt worden ist. Dennoch kann sogar, wo die Reduktionsmittelqualität zuverlässig bestimmt worden ist, wenn ein Fahrzeug auf ein NOx-Wirkungsgradproblem gestoßen ist, das Modell, das durch die Steuerung verwendet wird, um nachzuverfolgen und/oder vorherzusagen, wie viel Reduktionsmittel in die SCR-Komponente geladen worden ist, anfällig für Ungenauigkeiten sein.
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Demgemäß ist es erwünscht, ein System und Verfahren zur Vorhersage einer Menge von Reduktionsmittel (d. h. der Reduktionsmittelbeladung), die an SCR-Komponenten vorhanden ist, und zum Testen des Wirkungsgrades, bei dem NOx in derartigen SCR-Komponenten reduziert wird, mit verbesserter Zuverlässigkeit nach Detektion einer schlechten Reduktionsmittelqualität und/oder einem niedrigen SCR-Umwandlungswirkungsgrad bereitzustellen.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Bei einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst ein Abgasdiagnosesystem ein Modul zum Testen einer Komponente für selektive katalytische Reduktion (SCR), ein Abgasstromtemperaturmanagementmodul und ein Testaktivierungsmodul. Das Komponententestmodul führt einen SCR-Komponentenwirkungsgradtest durch, der umfasst, dass ein Wirkungsgrad einer SCR-Komponente bestimmt wird. Das Abgasstromtemperaturmanagementmodul stellt selektiv eine Temperatur der SCR-Komponente auf einen vorbestimmten Temperaturbereich unter Verwendung eines intrusiven Abgasstromtemperaturmanagements ein. Das Testaktivierungsmodul führt einen Prozess zum Abreichern einer Reduktionsmittelbeladung aus und löst anschließend einen SCR-Komponentenwirkungsgradtest unter Verwendung des SCR-Komponententestmoduls nach einem Durchfallen durch einen vorhergehenden SCR-Komponentenwirkungsgradtest und während die Temperatur des SCR-Katalysators in dem vorbestimmten Temperaturbereich liegt, aus.
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Bei einer anderen beispielhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst ein Verfahren zur Diagnose eines Abgassystems ein Bestimmen eines Wirkungsgrads einer Komponente für selektive katalytische Reduktion (SCR) und ein selektives Einstellen einer Temperatur der SCR-Komponente auf einen vorbestimmten Temperaturbereich unter Verwendung eines intrusiven Abgasstromtemperaturmanagements. Das Verfahren umfasst auch ein Ausführen eines Prozesses zum Abreichern einer Reduktionsmittelbeladung und zum Auslösen eines SCR-Komponentenwirkungsgradtests unter Verwendung des SCR-Wirkungsgradmoduls nach Durchfallen durch einen vorhergehenden SCR-Komponentenwirkungsgradtest und während die Temperatur der SCR-Komponente innerhalb des vorbestimmten Temperaturbereiches liegt.
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Die obigen Merkmale und Vorteile wie auch weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden leicht aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen offensichtlich.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Andere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten werden nur beispielhaft in der folgenden detaillierten Beschreibung von Ausführungsformen offensichtlich, wobei die detaillierte Beschreibung Bezug auf die Zeichnungen nimmt, in welchen:
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1 ein Funktionsblockschaubild eines Motorsteuersystems mit einem Abgasdiagnosesystem, das sich nach Betrieb mit schlechter Dieselreduktionsmittelqualität automatisch rücksetzt, gemäß der vorliegenden Offenbarung ist;
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2 ein Funktionsblockschaubild einer beispielhaften Implementierung eines Steuermoduls des Abgasdiagnosesystems von 1 ist;
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3 ein Verfahren zum Rücksetzen eines Abgasdiagnosesystems nach Betrieb mit schlechter Dieselreduktionsmittelqualität gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt; und
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4 ein Verfahren zum Steuern der Temperatur des SCR-Katalysators zeigt.
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BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur und nicht dazu bestimmt, die Offenbarung, ihre Anwendung oder Gebräuche zu beschränken. Zu Zwecken der Klarheit sind in den Zeichnungen dieselben Bezugszeichen zur Identifizierung ähnlicher Elemente verwendet. Die hier verwendete Formulierung ”zumindest eines aus A, B und C” ist so auszulegen, dass ein logisches (A oder B oder C) unter Verwendung eines nicht exklusiven logischen Oder gemeint ist. Es sei zu verstehen, dass Schritte innerhalb eines Verfahrens in verschiedener Reihenfolge ohne Änderung der Grundsätze der vorliegenden Offenbarung ausgeführt werden können.
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Der hier verwendete Begriff ”Modul” betrifft eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppe) und Speicher, die ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführen, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen.
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Während die folgende Offenbarung Dieselmotoren betrifft, können andere Typen von Motoren, wie Benzinmotoren, einschließlicht Direkteinspritzmotoren, einen Nutzen aus den Lehren hier ziehen.
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Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung sieht die vorliegende Offenbarung ein System und Verfahren zum automatischen (oder über einen intrusiven Wartungstest, der durch ein Wartungstestwerkzeug ausgelöst werden kann) Rücksetzen eines Abgasdiagnosesystems eines Fahrzeugs vor, nachdem eine SCR-Komponente mit einem Reduktionsmittel mit nicht angemessener Qualität betrieben worden ist, die Fahrzeuggeschwindigkeit beschränkt worden ist und/oder eine andere Abhilfeaktion unternommen worden ist. Um die Genauigkeit und/oder Zuverlässigkeit der Reduktionsmittelbeladungsvorhersagen zu verbessern, beginnt eine Wartungsprozedur durch Neukalibrieren des Modells, das für die Erzeugung derartiger Vorhersagen verantwortlich ist. Die Wartungsprozedur erreicht die Kalibrierung durch Herstellen einer bekannten Reduktionsmittelbeladung in oder an der SCR-Komponente. Bei einigen Ausführungsformen erreicht die Wartungsprozedur die Kalibrierung durch Ausführen eines Wartungsregenerationstests, der dazu dient, zuverlässig jegliche Reduktionsmittelbeladung in der SCR-Komponente zu verbrauchen.
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Somit wird bei Auftreten eines Kriteriums, das angibt, dass eine ausreichend substantielle Gefahr existiert, dass eine tatsächliche Reduktionsmittelbeladung in der SCR-Komponente eine durch ein Beladungsmodell vorhergesagte Beladung nicht anpassen kann, wie es nach einer Detektion einer schlechten Harnstoffqualität stattfinden kann, eine tatsächliche und zuverlässig bekannte Reduktionsmittelbeladung in der SCR-Komponente wiederhergestellt, was in einer verbesserten Modellgenauigkeit resultiert. Genauer kann nach dem Wartungsregenerationstest und vorausgesetzt, dass die Einspritzeinrichtungskühlung über fortgesetzte Einspritzung von Reduktionsmittel nicht stattgefunden hat, die Reduktionsmittelbeladung zuverlässig als innerhalb einer akzeptablen Toleranz eines bekannten Niveaus, z. B. Null, angenommen werden. Mit der hergestellten Reduktionsmittelbeladung kann das Modell kalibriert oder anderweitig rückgesetzt werden, so dass seine Vorhersage für die Reduktionsmittelbeladung mit dem bekannten Niveau übereinstimmt. Mit dem Modell, das kalibriert worden ist, kann ein Wartungssanierungstest mit verbesserter Genauigkeit und Zuverlässigkeit ausgeführt werden.
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Genauer wird vor einer Ausführung eines Wartungssanierungstests die Reduktionsmittelbeladung an der SCR-Komponente absichtlich unter Verwendung zuverlässiger Mittel abgereichert, wie einer Ausführung einer Regenerationstestprozedur, so dass die Reduktionsmittelbeladung zuverlässig bei oder unterhalb einer vorher hergestellten Schwelle liegen kann. Dieser reduktionsmittelabreichernde SCR-Reinigungsprozess kann als ein Anfangsschritt in dem DEF-Qualitätswartungssanierungstest ausgeführt werden. In einer nicht beschränkenden beispielhaften Ausführungsform umfasst ein Reinigungsprozess für eine SCR-Komponente das Anweisen einer Abschaltung der Dosierung zu dem Beginn des Wartungssanierungstests, bis die Beladung von NH3 oder einem anderen Reduktionsmittel ausreichend von der SCR-Komponente auf ein Niveau unterhalb einer vorbestimmten Schwelle abgereichert worden ist. Es kann ein Algorithmus verwendet werden, um den Grad zu bewerten, auf den NOx in der SCR-Komponente reduziert ist, um so das Ausmaß zu verifizieren, auf das Reduktionsmittel abgereichert worden ist. Die ausreichende Abreicherung von Reduktionsmittel kann durch Vergleichen von Informationssignalen bestätigt werden, die durch den stromaufwärtigen und stromabwärtigen NOx-Sensor erzeugt werden, um so zu verifizieren, dass jegliche detektierbare Differenz zwischen Ihren Ausgängen innerhalb eines akzeptablen Niveaus liegt. Zusätzlich oder alternativ kann ein Algorithmus auf Grundlage einer empirischen Erfahrung verwendet werden, um das Ausmaß der Abreicherung zu bestimmen. Beispielsweise kann für ein bestimmtes System ein Betrieb des Systems dadurch ausreichend gekennzeichnet sein, dass Raten des Reduktionsmittelverbrauchs für gewisse Betriebsbedingungen zu verstehen sind. Demgemäß sieht die Prozedur eine Versicherung vor, dass die Reduktionsmittelbeladung auf einem bekannten Niveau ist. Nachdem die NH3-Beladung abgereichert worden ist, kann eine normale Dosierung begonnen werden, um eine bekannte (d. h. zuverlässig vorhersagbar durch das NH3-Beladungsmodell) NH3-Beladung an dem NOx-Katalysator wiederherzustellen.
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Wie oben beschrieben ist, reichert das Abgasdiagnosesystem gemäß der vorliegenden Offenbarung zunächst die Reduktionsmittelbeladung an der SCR-Komponente ab, bis die Beladung unterhalb einer voreingestellten Schwelle liegt. Dies kann durch Anweisen oder Beibehalten einer Dosierung von Reduktionsmittel auf einem Niveau unterhalb eines vorbestimmten Niveaus erreicht werden, bis die Reduktionsmittelbeladung ausreichend von der SCR-Komponente abgereichert worden ist. Dieses vorbestimmte Niveau kann vollständig aus sein, wie oben beschrieben ist, oder kann auf ein oder mehrere Niveaus eingestellt sein, die derart konfiguriert sind, eine Abreicherung von Reduktionsmittel an dem SCR zufolge zu haben, wie auf Niveaus, die kleiner als die Rate sind, mit der Reduktionsmittel in dem SCR verbraucht wird. Es sei angemerkt, dass es unpraktisch sein kann, eine Dosierung nach vollständig ausgeschaltet anzuweisen. Beispielsweise ist es bei einigen Situationen notwendig, den Abgasstrom mit Reduktionsmittel zu dosieren, um so die Reduktionsmittel-Einspritzdüsen zu kühlen.
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Sobald das Reduktionsmittel ausreichend abgereichert worden ist, ist in einem Zustand, der durch eine Anzeige von den NOx-Sensoren und/oder dem Modell-vorhergesagten Verbrauch von Reduktionsmittel in dem SCR verifiziert sein kann, die Beladung von Reduktionsmittel auf einem zuverlässig bekannten Niveau bei oder nahe Null.
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Die ausreichende Abreicherung von Reduktionsmittel ist bestätigt worden, wie durch Vergleich von Informationssignalen, die durch den stromaufwärtigen und stromabwärtigen NOx-Sensor erzeugt werden, und Verifikation, dass jegliche detektierbare Differenz zwischen ihren Ausgängen innerhalb eines akzeptablen Niveaus liegt und/oder durch Beobachten einer Anzeige von dem Beladungsmodell, das die SCR-Komponente entladen ist. Die Reduktionsmittelbeladung kann zuverlässig als abgereichert betrachtet werden, und die normale Dosierung kann begonnen werden, um eine bekannte (d. h. zuverlässig vorhersagbar durch das ReduktionsmittelBeladungsmodell) Beladung von Reduktionsmittel an dem SCR-Katalysator wiederherzustellen.
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In Verbindung mit den obigen Schritten und/oder nach einer Beendigung der NH3-Abreicherung und der Wiederaufnahme einer normalen Dosierung kann das Abgasdiagnosesystem gemäß der vorliegenden Offenbarung die Abgastemperatur unter Verwendung eines intrusiven Abgasstromtemperaturmanagements anheben, so dass eine Temperatur des SCR-Katalysators hoch genug ist, um einen Test des Wirkungsgrads des SCR-Katalysators zu ermöglichen. Wenn der SCR-Wirkungsgrad über einer vorbestimmten Schwelle liegt, können Beschränkungen hinsichtlich der Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder anderer Abhilfeaktionen ohne Erfordernis eines Abtastwerkzeuges beseitigt werden. Mit anderen Worten kann die Abgassystemdiagnose nach einem Durchfallen durch den SCR-Komponentenwirkungsgradtest aufgrund von Reduktionsmittel mit schlechter Qualität selbstsanierend sein (oder über einen intrusiven Wartungstest, der durch das Wartungstestwerkzeug ausgelöst wird).
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Nun Bezug nehmend auf 1 ist ein Dieselmotorsystem 10 schematisch gezeigt. Das Dieselmotorsystem 10 weist einen Dieselmotor 12 und ein Abgasbehandlungssystem 13 auf. Das Abgasbehandlungssystem 13 weist ferner ein Abgassystem 14 und ein Dosiersystem 16 auf. Der Dieselmotor 12 weist einen Zylinder 18, einen Ansaugkrümmer 20, einen Luftmassenstrom-(MAF)-Sensor 22 und einen Motordrehzahlsensor 24 auf. Luft strömt in den Dieselmotor 12 durch den Ansaugkrümmer 20 und wird durch den MAF-Sensor 22 überwacht. Die Luft wird in den Zylinder 18 geführt und mit Kraftstoff verbrannt, um Kolben (nicht gezeigt) anzutreiben. Obwohl ein einzelner Zylinder 18 gezeigt ist, sei angemerkt, dass der Dieselmotor 12 zusätzliche Zylinder 18 aufweisen kann. Beispielsweise sind Dieselmotoren mit 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12 und 16 Zylinder denkbar.
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Der Abgasstrom 23 wird innerhalb des Zylinders 18 infolge des Verbrennungsprozesses erzeugt. Das Abgassystem 14 behandelt den Abgasstrom 23, bevor der Abgasstrom 23 an die Atmosphäre freigegeben wird. Das Abgassystem 14 weist einen Abgaskrümmer 26 und einen Dieseloxidationskatalysator (DOC) 28 auf. Der Abgaskrümmer 26 lenkt den Zylinder verlassenden Abgasstrom durch den DOC 28. Der Abgasstrom wird in dem DOC 28 behandelt, um die regulierten Emissionen zu reduzieren. Das Abgassystem 14 umfasst ferner eine SCR-Komponente 30, einen Abgassystemsensor 31 für die stromaufwärtige Temperatur, einen SCR-Komponenteneinlasstemperatursensor 32, einen SCR-Komponentenauslasstemperatursensor 34 und einen Partikelfilter (PF) 36.
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Der Abgassystemsensor 31 für stromaufwärtige Temperatur kann zwischen dem Motor und dem DOC 28 positioniert sein. Der SCR-Komponenteneinlasstemperatursensor 32 ist stromaufwärts von der SCR-Komponente 30 angeordnet, um die Temperaturänderung an dem Einlass der SCR-Komponente 30 zu überwachen. Der SCR-Komponentenauslasstemperatursensor 34 ist stromabwärts von der SCR-Komponente 30 angeordnet, um die Temperaturänderung an dem Auslass der SCR-Komponente 30 zu überwachen. Obwohl das Abgasbehandlungssystem 13 mit dem SCR-Komponenteneinlasstemperatursensor 32 und dem SCR-Komponentenauslasstemperatursensor 34 so gezeigt ist, dass beide außerhalb der SCR-Komponente 30 angeordnet sind, können der Einlass- und Auslasstemperatursensor 32, 34 innerhalb der SCR-Komponente 30 angeordnet sein, während sie so konfiguriert und angeordnet sein können, um die Temperatur-(d. h. Enthalpie-)Änderung des Abgasstroms an dem Einlass und Auslass der SCR-Komponente 30 zu überwachen. Der PF 36 reduziert weiter Emissionen durch Abfangen von Partikeln (z. B. Ruß und anderem Material) in dem Abgasstrom.
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Das Dosiersystem 16 weist eine Dosiereinspritzeinrichtung 40 auf, die Reduktionsmittel von der Reduktionsmittelversorgung 38 in den Abgasstrom einspritzt. Das Reduktionsmittel mischt sich mit dem Abgasstrom 23 und reduziert weiter die Emissionen, wenn das Gemisch der SCR-Komponente 30 ausgesetzt wird. Ein Mischer 41 kann dazu verwendet werden, das Reduktionsmittel mit dem Abgasstrom 23 stromaufwärts von der SCR-Komponente 30 zu mischen. Ein Steuermodul 42 reguliert und steuert den Betrieb des Motorsystems 10.
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Ein Abgasstromdurchflusssensor 44 kann ein Signal erzeugen, das dem Durchfluss von Abgasstrom in dem Abgassystem 14 entspricht. Obwohl der Sensor zwischen der SCR-Komponente 30 und dem PF 36 gezeigt ist, können verschiedene andere Stellen in dem Abgassystem 14 zur Messung verwendet werden, einschließlich stromabwärts von dem Abgaskrümmer 26 und stromaufwärts von der SCR-Komponente 30.
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Ein Partikelfiltertemperatursensor 46 erzeugt ein Partikelfiltertemperatursignal, das einer gemessenen Partikelfiltertemperatur entspricht. Der Partikelfiltertemperatursensor 46 kann an oder in dem PF 36 angeordnet sein. Der Partikelfiltertemperatursensor 46 kann auch stromaufwärts oder stromabwärts von dem PF 36 angeordnet sein.
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Andere Sensoren in dem Abgassystem 14 können einen stromaufwärtigen NOx-Sensor 50 aufweisen, der ein NOx-Signal auf Grundlage einer Konzentration von NOx erzeugt, das in dem Abgassystem 14 vorhanden ist. Ein stromabwärtiger NOx-Sensor 52 kann stromabwärts von dem PF 36 positioniert sein, um eine Konzentration von NOx zu messen, das den PF 36 verlässt. Zusätzlich erzeugt ein Ammoniak-(NH3)-Sensor 54 ein Signal, das der Menge an Ammoniak in dem Abgasstrom entspricht. Der NH3-Sensor 54 ist optional, kann jedoch dazu verwendet werden, das Steuersystem aufgrund der Fähigkeit zu vereinfachen, zwischen NOx und NH3 zu unterscheiden. Alternativ und/oder zusätzlich können eine Kohlenwasserstoff-(HC)-Versorgung 56 und eine HC-Einspritzeinrichtung 58 vorgesehen sein, um HC in den den DOC 28 erreichenden Abgasstrom 23 zu liefern.
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Nun Bezug nehmend auf 2 kann das Steuermodul 42 ein SCR-Komponententestmodul 60 aufweisen, das dazu verwendet wird, einen Umwandlungswirkungsgrad von NOx an der SCR-Komponente 30 zu bestimmen. Das Steuermodul 42 umfasst ferner ein Abgasstromtemperaturmanagementmodul 62, das intrusiv eine Temperatur der SCR-Komponente 30 steuert.
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Das SCR-Komponententestmodul 60 umfasst ein Rücksetzmodul 70 und ein Testauslösungsmodul 72. Der hier verwendete Begriff ”intrusiv” bedeutet, dass das Steuermodul 42 die Steuerung des Motors außerhalb der Betriebsbedingungen variiert, um ein Stattfinden des Tests zu ermöglichen. Das Testauslösungsmodul 72 löst einen intrusiven SCR-Komponentenwirkungsgradtest aus, nachdem die SCR-Komponente 30 durch einen vorhergehenden SCR-Komponentenwirkungsgradtest gefallen ist und eine Fahrzeuggeschwindigkeitsbeschränkung und/oder eine andere Abhilfeaktion vorgenommen sind.
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Das Modul 72 zum Auslösen eines intrusiven Tests sendet ein Signal an das Abgasstromtemperaturmanagementmodul 62, um eine intrusive Temperatursteuerung der SCR-Komponente vor einem SCR-Komponentenwirkungsgradtest auszulösen. Das Testaktivierungsmodul 74 stellt sicher, dass die Aktivierungsbedingungen vor dem Test erfüllt sind.
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Das Abgasstromtemperaturmanagementmodul 62 umfasst ein SCR-Komponententemperaturberechnungsmodul 76, das eine Temperatur der SCR-Komponente berechnet. Das Temperaturberechnungsmodul 76 kann die Temperatur der SCR-Komponente auf Grundlage des SCR-Komponenteneinlasstemperatursensors 32, des SCR-Komponentenauslasstemperatursensors 34, eines Modells oder eines anderen geeigneten Verfahrens berechnen. Nur beispielhaft kann das Temperaturberechnungsmodul 76 die SCR-Komponententemperatur auf Grundlage von Werten von sowohl dem Einlass- als auch Auslasstemperatursensor 32, 34 berechnen. Nur beispielhaft kann das Temperaturberechnungsmodul 76 die Temperatur auf Grundlage eines Durchschnitts oder eines gewichteten Durchschnitts des Einlass- und Auslasstemperatursensors 32, 34 berechnen.
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Das Steuermodul 42, das SCR-Komponententestmodul 60 und/oder das Abgasstromtemperaturmanagementmodul 62 können ein Betriebsparametereinstellmodul 78 aufweisen, das andere Betriebsparameter vor dem intrusiven SCR-Komponentenwirkungsgradtest einstellt. Beispielsweise können andere Betriebsparameter, wie Dosierung, Reduktionsmittelbeladung, AGR und/oder andere Bedingungen, ebenfalls innerhalb entsprechender Fenster vor dem intrusiven SCR-Komponentenwirkungsgradtest eingestellt werden.
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Das Steuermodul 42 weist ein Fahrzeuggeschwindigkeitsbeschränkungsmodul 80 auf, das eine Fahrzeuggeschwindigkeit beschränkt, nachdem der SCR-Komponentenwirkungsgrad unter eine vorbestimmte Schwelle fällt. Das Steuermodul 42 umfasst ferner ein Kraftstoffbelieferungssteuermodul 82, das eine Kraftstoffmenge, einen Kraftstoffeinspritzzeitpunkt, eine Nacheinspritzung, etc. bestimmt. In dem Modus mit intrusivem SCR-Komponententest stellt das Abgas stromtemperaturmanagementmodul 62 eine Kraftstoffbelieferung ein. Die Kraftstoffbelieferungseinstellung erhöht eine Temperatur der SCR-Komponente. Alternativ dazu spritzt ein Kohlenwasserstoff-Einspritzmodul 84 Kraftstoff in den Abgasstrom stromaufwärts von dem DOC 28 ein, um eine Exotherme zur Erhöhung der Temperatur in der SCR-Komponente zu erzeugen.
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Nun Bezug nehmend auf 3 beginnt die Steuerung bei 100, wo die Steuerung bestimmt, ob ein intrusiver Reduktionsmittelqualitätstest ausgeführt werden muss. Nur beispielhaft wird der intrusive Reduktionsmittelqualitätstest ausgeführt, nachdem das Fahrzeug in einem geschwindigkeitsbeschränkten Modus gebracht ist und/oder eine andere Abhilfeaktion unternommen ist, nachdem ein vorhergehender SCR-Komponentenwirkungsgradtest nicht bestanden wurde.
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Wenn 100 nicht zutrifft ist, läuft die Steuerung bei 102 in einem normalen Modus. Wenn 100 zutrifft, fährt die Steuerung mit 104 fort und bestimmt, ob ein erster Satz von Bedingungen akzeptabel ist, um den Test laufen zu lassen. Nur beispielhaft kann der erste Satz von Bedingungen umfassen, dass sichergestellt wird, dass keine Regeneration des PF 36 ausgeführt wird. Die PF-Regeneration wird typischerweise ausgeführt, wenn sich Ruß in dem PF 36 aufbaut. Zusätzlich kann der erste Satz von Bedingungen umfassen, dass sichergestellt wird, dass keine Adaption ausgeführt wird. Eine Adaption findet statt, wenn ein Problem mit der SCR-Komponente vorhanden ist, so dass eine Differenz zwischen einer stromabwärtigen NOx-Sensormessung und einem erwarteten NOx-Niveau auf Grundlage eines Modells ein vorbestimmtes Toleranzniveau überschreitet. Noch weitere Bedingungen können in dem ersten Satz von Bedingungen anstelle von oder zusätzlich zu diesen Bedingungen verwendet werden.
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Wenn 104 nicht zutrifft, kehrt die Steuerung zu 100 zurück. Wenn 104 zutrifft, fährt die Steuerung mit 106 fort und deaktiviert optional eine Abgasstromrückführung (AGR). Bei 107 aktiviert die Steuerung einen Prozess zum Abreichern einer Reduktionsmittelbeladung, um eine zuverlässige Reduktionsmittelbeladung an der SCR-Komponente herzustellen. Der Prozess zum Abreichern einer Reduktionsmittelbeladung umfasst ein Anweisen einer Dosierung bei einem reduzierten Niveau (z. B. Aus), bis die Reduktionsmittelbeladung ausreichend von der SCR-Komponente abgereichert worden ist (d. h. der Algorithmus bestimmt, dass die Reduktionsmittelbeladung an der SCR-Komponente auf ein Niveau abgereichert worden ist, das kleiner als eine vorbestimmte Schwelle ist). Optional dazu kann ein Regenerationstest ausgelöst werden, um die Reduktionsmittelbeladung schneller abzureichern. Die ausreichende Abreicherung von Reduktionsmittel kann durch Vergleich von Informationssignalen bestätigt werden, die durch den stromaufwärtigen und stromabwärtigen NOx-Sensor erzeugt werden, um zu verifizieren, dass jegliche detektierbare Differenz zwischen ihren Ausgängen innerhalb eines akzeptablen Niveaus liegt. Zusätzlich kann das Beladungsmodell beobachtet werden, um sicherzustellen, dass es angibt, dass die SCR-Komponente nicht beladen ist. Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann das Entladen bis zu 30 Minuten dauern. Nachdem die Reduktionsmittelbeladung abgereichert worden ist, kann eine Dosierung neu begonnen werden, um eine bekannte (d. h. zuverlässig vorhersagbar durch das Reduktionsmittelbeladungsmodell) Beladung an der SCR-Komponente wiederherzustellen.
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Bei 108 aktiviert die Steuerung einen intrusiven SCR-Test, um einen vorbestimmten Temperaturbereich für die SCR-Komponente zu erreichen. Die Steuerung schaltet bei 108 auch die Dosierung ein. Bei 112 bestimmt die Steuerung, ob eine ausreichende Reduktionsmittelbeladung an der SCR-Komponente 30 vorhanden ist. Es kann eine Zeitverzögerung verwendet werden, um sicherzustellen, dass die ausreichende Reduktionsmittelbeladung wiederhergestellt worden ist, um eine akzeptable NOx-Umwandlung bereitzustellen.
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Wenn 112 nicht zutrifft, wartet die Steuerung, bis eine ausreichende Reduktionsmittelbeladung an der SCR-Komponente vorhanden ist. Bei 114 bestimmt die Steuerung, ob ein zweiter Satz von Aktivierungsbedingungen erfüllt worden ist. Nur beispielhaft kann der zweite Satz von Aktivierungsbedingungen eine oder mehrere der folgenden Bedingungen umfassen: Abgasstromdurchfluss innerhalb eines vorbestimmten Bereiches; stromaufwärtige NOx-Massenströmung innerhalb eines vorbestimmten Bereiches; stromaufwärtige NOx-Konzentration innerhalb eines vorbestimmten Bereiches und/oder NOx-Sensoren bereit. Noch weitere Bedingungen können in dem zweiten Satz von Aktivierungsbedingungen enthalten sein.
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Bei 118 misst die Steuerung einen Wirkungsgrad des SCR-Umwandlungsprozesses (EFFSCR). Bei 120 erzeugt die Steuerung einen Wirkungsgrad des SCR-Umwandlungsprozesses (EFFSCR) als eine Funktion stromaufwärtiger und stromabwärtiger angesammelter Massen. Bei 124 erzeugt die Steuerung eine Wirkungsgradschwelle (EFFTHR) als eine Funktion von stromaufwärtigem NOx und der SCR-Komponententemperatur. Die Wirkungsgradschwelle (EFFTHR) kann als ein Prozentsatz ausgedrückt werden.
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Bei 128 bestimmt die Steuerung, ob die EFFSCR größer als oder gleich der EFFTHR ist. Wenn 128 zutrifft, erklärt die Steuerung bei 130 einen Reduktionsmittelqualität-Bestanden-Status (und/oder einen SCR-Wirkungsgradstatus). wenn 128 nicht zutrifft, erklärt die Steuerung bei 132 einen Reduktionsmittelqualität-DURCHGEFALLEN-Status (und/oder einen SCR-Wirkungsgrad-Durchgefallen-Status). Die Steuerung fährt von 130 mit 134 fort und deaktiviert den Reduktionsmittel-Ausfall-Modus. Beispielsweise werden der Fahrzeuggeschwindigkeitsbeschränkungsmodus und/oder andere Abhilfemaßnahmen beendet. Die Steuerung fährt von 132 und 134 mit 140 fort, wo die Steuerung das intrusive Abgasstromtemperaturmanagement beendet und eine AGR aktiviert (wenn vorher deaktiviert wurde).
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Nun Bezug nehmend auf 4 ist ein Verfahren für intrusives Abgasstromtemperaturmanagement gezeigt. Bei 146 bestimmt die Steuerung, ob der intrusive SCR-Test läuft. Wenn 146 nicht zutrifft, kehrt die Steuerung zu 146 zurück. Wenn 146 zutrifft, fährt die Steuerung mit 148 fort, wo die Steuerung bestimmt, ob die SCR-Temperatur innerhalb eines vorbestimmten Temperaturbereiches liegt (beispielsweise zwischen einer minimalen Temperatur TLo und einer maximalen Temperatur THi).
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Wenn 148 zutrifft, kehrt die Steuerung zu 146 zurück. Wenn 148 nicht zutrifft, bestimmt die Steuerung bei 152, ob die SCR-Komponententemperatur größer als die minimale Temperatur TLo ist. Wenn 152 nicht zutrifft, erhöht die Steuerung die Abgasstromtemperatur auf eine beliebige geeignete Weise. Beispielsweise kann die Abgasstromtemperatur bei 154 durch Ändern einer Kraftstoffbelieferung (Kraftstoffmenge, Kraftstoffeinspritzzeitpunkt, Nacheinspritzung etc.) und/oder durch Starten oder Erhöhen einer HC-Einspritzung erhöht werden. Die Steuerung kehrt zu 146 zurück.
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Wenn 148 nicht zutrifft, bestimmt die Steuerung bei 156, ob die SCR-Komponententemperatur kleiner als die maximale Temperatur THi ist. Wenn 156 nicht zutrifft, verringert die Steuerung die Abgastemperatur auf eine geeignete Weise. Beispielsweise kann die Abgastemperatur bei 158 durch Änderung einer Kraftstoffbelieferung (Kraftstoffmenge, Kraftstoffeinspritzzeitpunkt, Nacheinspritzung, etc.) und/oder durch Stoppen oder Verringern einer HC-Einspritzung verringert werden. Die Steuerung kehrt zu 146 zurück.
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Während die Erfindung unter Bezugnahme auf beispielhafte Ausführungsformen beschrieben worden ist, sei dem Fachmann zu verstehen, dass verschiedene Änderungen durchgeführt und Äquivalente gegen Elemente davon ersetzt werden können, ohne von dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Zusätzlich können viele Modifikationen durchgeführt werden, um eine bestimmte Situation oder ein bestimmtes Material an die Lehren der Erfindung anzupassen, ohne von dem wesentlichen Schutzumfang davon abzuweichen. Daher ist es beabsichtigt, dass die Erfindung nicht auf die bestimmten Ausführungsformen, die offenbart sind, beschränkt ist, sondern dass die Erfindung alle Ausführungsformen umschließt, die in den Schutzumfang der Anmeldung fallen.
