-
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Verfahren zum Steuern von Ammoniakkonzentrationen in einem Katalysator für selektive katalytische Reduktion unter Verwendung eines Stickoxidsensors.
-
Dreiwegekatalysatoren und Katalysatoren für selektive katalytische Reduktion (SCR) reduzieren Emissionen in Abgas von einem Motor. Wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors fett oder stöchiometrisch ist, reduziert der Dreiwegekatalysator Kohlenwasserstoff, Kohlenmonoxid und Stickoxid und erzeugt Ammoniak, und der SCR-Katalysator speichert den Ammoniak. Wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis mager ist, reduziert der Dreiwegekatalysator Kohlenwasserstoff und Kohlenmonoxid, und das in dem SCR-Katalysator gespeicherte Ammoniak wird dazu verwendet, Stickoxid zu reduzieren. Somit nimmt die in dem SCR-Katalysator gespeicherte Ammoniakmenge ab, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis mager ist.
-
Typischerweise wird das Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf mager eingestellt, um die Kraftstoffwirtschaftlichkeit zu verbessern. Passive SCR-Systeme können das Luft/Kraftstoff-Verhältnis von mager nach fett schalten, um Ammoniakspeicherkonzentrationen in dem SCR-Katalysator zu steigern. Aktive SCR-Systeme spritzen ein Dosiermittel, wie Harnstoff, in Abgas ein, um Ammoniakspeicherkonzentrationen in dem SCR-Katalysator zu erhöhen. Das Dosiermittel wird gespalten, um Ammoniak zu bilden, das in dem SCR-Katalysator gespeichert wird.
-
DE 100 41 891 A1 offenbart ein Verfahren zum Betreiben einer Abgasreinigungsanlage eines Verbrennungsmotors, die einen Reduktionsmittelerzeugungskatalysator und einen nachgeschalteten Reduktionsmittelspeicher- und Stickoxidreduktionskatalysator aufweist. Eine im Reduktionsmittelspeicher- und Stickoxidreduktionskatalysator zwischengespeicherte Reduktionsmittelmenge wird erfasst und der Verbrennungsmotor wird abhängig von der erfassten Reduktionsmittelmenge zwischen der Mager- und einer Fettbetriebsart gesteuert, indem ein Luft/Kraftstoff-Gemisch und ein Zündzeitpunkt luftmassen- und drehzahlabhängig eingestellt werden.
-
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, mit dem es möglich ist, auf präzise und zuverlässige Weise Ammoniakkonzentrationen zu bestimmen, ohne auf die Verwendung eines Ammoniaksensors bzw. Korrelationen der Ammoniakkonzentrationen mit Motorbetriebsbedingungen zurückgreifen zu müssen.
-
Die Aufgabe wird durch den Gegenstand von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
-
Ein zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignetes System kann ein Luft/Kraftstoff-Verhältnisbestimmungsmodul und ein Emissionskonzentrationsbestimmungsmodul umfassen. Das Luft/Kraftstoff-Verhältnisbestimmungsmodul bestimmt ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf Grundlage eines Eingangs von einem Luft/ Kraftstoff-Verhältnissensor, der stromabwärts von einem Dreiwegekatalysator positioniert ist, der stromaufwärts von einem Katalysator für selektive katalytische Reduktion (SCR) positioniert ist. Das Emissionskonzentrationsbestimmungsmodul wählt einen vorbestimmten Wert oder einen Eingang auf Grundlage des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses. Der Eingang wird von einem Stickoxidsensor empfangen, der stromabwärts von dem Dreiwegekatalysator positioniert ist. Das Emissionskonzentrationsbestimmungsmodul bestimmt eine Ammoniakkonzentration auf Grundlage des vorbestimmten Wertes oder des von dem Stickoxidsensor empfangenen Eingangs.
-
Die vorliegende Offenbarung wird aus der detaillierten Beschreibung und den begleitenden Zeichnungen besser verständlich, in welchen:
- 1 ein Funktionsblockschaubild eines beispielhaften Motorsystems ist;
- 2 ein Funktionsblockschaubild eines beispielhaften Steuersystems ist; und
- 3 ein Flussdiagramm ist, das ein beispielhaftes Verfahren gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung zeigt.
-
Der hier verwendete Begriff „Modul“ kann eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC); eine elektronische Schaltung; eine kombinatorische Logikschaltung; ein Field Programmable Gate Array (FPGA); einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppe), der Code ausführt; andere geeignete Komponenten, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen; oder eine Kombination einiger oder alle der obigen, wie in einem System-on-Chip betreffen, Teil davon sein oder umfassen. Der Begriff „Modul“ kann einen Speicher (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppe) aufweisen, der durch den Prozessor ausgeführten Code speichert.
-
Der Begriff „Code“, wie oben verwendet ist, kann Software, Firmware und/oder Mikrocode aufweisen und kann Programme, Routinen, Funktionen, Klassen und/oder Objekte betreffen. Der Begriff „gemeinsam genutzt“, wie oben verwendet ist, bedeutet, dass einiger oder der gesamte Code von mehreren Modulen unter Verwendung eines einzelnen (gemeinsam genutzten) Prozessors ausgeführt werden kann. Zusätzlich kann einiger oder der gesamte Code von mehreren Modulen durch einen einzelnen (gemeinsam genutzten) Speicher gespeichert werden. Der Begriff „Gruppe“, wie oben verwendet ist, bedeutet, dass einiger oder der gesamte Code von einem einzelnen Modul unter Verwendung einer Gruppe von Prozessoren oder einer Gruppe von Ausführungsmaschinen ausgeführt werden kann. Beispielsweise können mehrere Kerne und/oder mehrere Threads eines Prozessors als Ausführungsmaschinen betrachtet werden. Bei verschiedenen Implementierungen können Ausführungsmaschinen über einen Prozessor, über mehrere Prozessoren und über Prozessoren an mehreren Orten gruppiert sein, wie mehrere Server in einer Parallelverarbeitungsanordnung. Zusätzlich kann einiger oder der gesamte Code von einem einzelnen Modul unter Verwendung einer Gruppe von Speichern gespeichert werden.
-
Die Vorrichtungen und Verfahren, die hier beschrieben sind, können durch ein oder mehrere Computerprogramme implementiert sein, die durch einen oder mehrere Prozessoren ausgeführt werden. Die Computerprogramme umfassen prozessorausführbare Anweisungen, die an einem nicht flüchtigen konkreten computerlesbaren Medium gespeichert sind. Die Computerprogramme können auch gespeicherte Daten aufweisen. Nicht beschränkende Beispiele des nicht flüchtigen konkreten computerlesbaren Mediums sind nichtflüchtige Speicher, Magnetspeicher und optische Speicher.
-
Motorsteuersysteme können eine Ammoniakspeicherkonzentration in einem Katalysator für selektive katalytische Reduktion (SCR), der stromabwärts von einem Dreiwegekatalysator positioniert ist, schätzen und das Luft/Kraftstoff-Verhältnis eines Motors auf Grundlage des Ammoniakspeicherkonzentrationen einstellen. Die Ammoniakspeicherkonzentration kann auf Grundlage einer Abgasströmung und von Ammoniakkonzentrationen in Abgas geschätzt werden. Die Ammoniakkonzentrationen können auf Grundlage der Abgastemperatur und von Kohlenwasserstoffkonzentrationen, Wasserstoffkonzentrationen, Stickoxidkonzentrationen und Kohlenmonoxidkonzentrationen in Abgas, das in den Dreiwegekatalysator eintritt und/oder diesen verlässt, geschätzt werden.
-
Ein Schätzen der Ammoniakkonzentrationen auf diese Weise erfordert einen Kalibrierungsaufwand zur Korrelation der Ammoniakkonzentrationen und der Faktoren, die dazu verwendet werden, die Ammoniakkonzentrationen für eine spezifische Fahrzeuganwendung zu schätzen. Zusätzlich erfordert ein Schätzen der Ammoniakkonzentrationen auf diese Weise Berechnungsleistung in einer Motorsteuereinheit (ECU), die den Motor steuert. Ein Kalibrierungsaufwand und zusätzliche ECU-Berechnungsleistung können Fahrzeugkosten erhöhen. Die Ammoniakkonzentrationen können unter Verwendung eines in dem Abgasstrom positionierten Ammoniaksensors gemessen werden. Jedoch kann der Ammoniaksensor auch Fahrzeugkosten erhöhen.
-
Dreiwegekatalysatoren reduzieren Stickoxid und erzeugen Ammoniak, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis fett ist. Somit können die Stickoxidkonzentrationen in dem den Dreiwegekatalysator verlassenden Abgas nahezu Null sein, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis fett ist, und die Ammoniakkonzentrationen in dem den Dreiwegekatalysator verlassenden Abgas können nahezu Null sein, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis mager ist. Ein Stickoxidsensor kann dazu verwendet werden, sowohl die Stickoxidkonzentrationen als auch die Ammoniakkonzentrationen zu detektieren.
-
Ein Verfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung bestimmt die Ammoniakkonzentration in Abgas von einem Motor auf Grundlage eines Eingangs, der von einem Luft/ Kraftstoff-Verhältnissensor und einem Stickoxidsensor, der stromabwärts von einem Dreiwegekatalysator positioniert ist, empfangen wird. Wenn der Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor angibt, dass ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors stöchiometrisch oder fett ist, wird die Ammoniakkonzentration auf Grundlage des von dem Stickoxidsensor empfangenen Eingangs bestimmt. Wenn der Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor angibt, dass ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors mager ist, wird die Ammoniakkonzentration mit einem vorbestimmten Wert (z.B. Null) bestimmt.
-
Ein Verfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung kann eine Ammoniakspeicherkonzentration in einem SCR-Katalysator, der stromabwärts von dem Dreiwegekatalysator positioniert ist, auf Grundlage des Ammoniakkonzentrationen, einer oder mehrerer Abgastemperaturen und eines Abgasdurchflusses schätzen. Der Stickoxidsensor kann an einem Auslass des Dreiwegekatalysators positioniert sein. Die Abgastemperaturen können an einem Einlass und einem Auslass des SCR-Katalysators gemessen werden. Das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors kann zwischen fett und mager auf Grundlage des geschätzten Ammoniakspeicherkonzentrationen geschaltet werden.
-
Ein Verfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung kann die Ammoniakspeicherkonzentration in dem SCR-Katalysator unter Verwendung von Stickoxidsensoren bestimmen, die an dem Einlass des SCR-Katalysators und in der Mitte zwischen dem Einlass und dem Auslass des SCR-Katalysators positioniert sind. Das Luft/Kraftstoff-Verhältnis kann nach fett oder stöchiometrisch geschaltet werden, wenn das Verhältnis des Mittelpunkt-Ammoniakkonzentrationen zu der Einlass-Ammoniakkonzentration kleiner als ein erster Wert ist. Das Luft/Kraftstoff-Verhältnis kann nach mager geschaltet werden, wenn ein Verhältnis des Mittelpunkt-Ammoniakkonzentrationen zu der Einlass-Ammoniakkonzentration größer als oder gleich einem zweiten Wert ist. Der erste und zweite Wert können gleich oder verschieden sein und können vorbestimmt sein, um die Ammoniakspeicherkonzentration innerhalb eines gewünschten Bereiches zwischen gesättigt und abgereichert beizubehalten.
-
Die Bestimmung von Ammoniakkonzentrationen in Abgas unter Verwendung eines Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors und eines Stickoxidsensors, der stromabwärts von dem Dreiwegekatalysator positioniert ist, erfordert weniger Kalibrierungsaufwand und weniger Berechnungsleistung im Vergleich zu anderen Verfahren. Die Bestimmung des Ammoniakkonzentrationen auf diese Weise ermöglicht auch eine Detektion von hohen Konzentrationen an Ammoniak (z.B. 2.000 ppm). Zusätzlich werden Stickoxidsensoren oftmals für andere Diagnose- und Steuersysteme verwendet und brauchen daher die Fahrzeugkosten nicht zu erhöhen. Die Bestimmung von Ammoniakkonzentrationen unter Verwendung von Sensoren, die an dem Einlass und dem Mittelpunkt des SCR-Katalysators positioniert sind, ermöglicht die Steuerung des Ammoniakspeicherkonzentrationen ohne Bestimmung des Ammoniakspeicherkonzentrationen, was einen noch geringeren Kalibrierungsaufwand und noch weniger Berechnungsleistung erfordert.
-
Nun Bezug nehmend auf 1 ist ein Funktionsblockschaubild eines beispielhaften Motorsystems 100 dargestellt. Das Motorsystem 100 weist einen Motor 102 auf, der ein A/F-Gemisch verbrennt, um Antriebsmoment für ein Fahrzeug auf Grundlage einer Fahrereingabe von einem Fahrereingabemodul 104 zu erzeugen. Luft wird in den Motor 102 durch ein Ansaugsystem 106 gezogen. Nur beispielhaft kann das Ansaugsystem 106 einen Ansaugkrümmer 108 und ein Drosselventil 110 aufweisen. Nur beispielhaft kann das Drosselventil 110 eine Ventilklappe sein, die eine drehbare Klappe aufweist. Ein Motorsteuermodul (ECM) 112 steuert ein Drosselaktuatormodul 116, das ein Öffnen des Drosselventils 110 reguliert, um die in den Ansaugkrümmer 108 gezogene Menge an Luft zu steuern.
-
Luft von dem Ansaugkrümmer 108 wird in die Zylinder des Motors 102 gezogen. Während der Motor 102 mehrere Zylinder aufweisen kann, ist zu Veranschaulichungszwecken ein einzelner repräsentativer Zylinder 114 gezeigt. Nur beispielhaft kann der Motor 102 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10 und/oder 12 Zylinder aufweisen. Das ECM 112 kann einige der Zylinder abschalten, was die Kraftstoffwirtschaftlichkeit unter gewissen Motorbetriebsbedingungen verbessern kann.
-
Der Motor 102 kann unter Verwendung eines Viertaktzyklus arbeiten. Die vier Takte, die nachfolgend beschrieben sind, sind als Einlasstakt, Verdichtungstakt, Arbeitstakt und Auspufftakt bezeichnet. Während jeder Umdrehung einer Kurbelwelle (nicht gezeigt) finden zwei der vier Takte in dem Zylinder 114 statt. Daher sind zwei Kurbelwellenumdrehungen notwendig, damit der Zylinder 114 allen vier der Takte ausgesetzt ist.
-
Während des Einlasstakts wird Luft von dem Ansaugkrümmer 108 in den Zylinder 114 durch ein Ansaugventil 117 gezogen. Das ECM 112 steuert ein Kraftstoffaktuatormodul 118, das eine Kraftstoffeinspritzung reguliert, um ein gewünschtes Luft/Kraftstoff-Verhältnis zu erreichen. Kraftstoff kann in den Ansaugkrümmer 108 an einer zentralen Stelle oder an mehreren Stellen eingespritzt werden, wie nahe dem Ansaugventil 117 von jedem der Zylinder. Bei verschiedenen Implementierungen (nicht gezeigt) kann Kraftstoff direkt in die Zylinder oder in Mischkammern, die den Zylindern zugeordnet sind, eingespritzt werden. Das Kraftstoffaktuatormodul 118 kann die Kraftstoffeinspritzung in Zylinder, die abgeschaltet sind, anhalten.
-
Der eingespritzte Kraftstoff mischt sich mit Luft und erzeugt ein Luft/Kraftstoff-Gemisch in dem Zylinder 114. Während des Verdichtungstaktes komprimiert ein Kolben (nicht gezeigt) in dem Zylinder 114 das Luft/Kraftstoff-Gemisch. Der Motor 102 kann ein Kompressionszündungsmotor sein, wobei in diesem Fall die Kompression in dem Zylinder 114 das Luft/Kraftstoff-Gemisch zündet. Alternativ kann der Motor 102 ein funkengezündeter Motor sein, wobei in diesem Fall ein Zündfunkenaktuatormodul 120 eine Zündkerze 122 in dem Zylinder 114 auf Grundlage eines Signals von dem ECM 112 erregt, die das Luft/ Kraftstoff-Gemisch zündet. Der Zündzeitpunkt des Zündfunkens kann relativ zu dem Zeitpunkt festgelegt sein, wenn sich der Kolben an seiner obersten Position befindet, die als oberer Totpunkt (OT) bezeichnet wird.
-
Das Zündfunkenaktuatormodul 120 kann durch ein Zündzeitpunktsignal gesteuert werden, das festlegt, wie weit vor oder nach dem OT der Zündfunken erzeugt werden soll. Da die Kolbenposition direkt mit der Kurbelwellendrehung in Verbindung steht, kann ein Betrieb des Zündfunkenaktuatormoduls 120 mit dem Kurbelwellenwinkel synchronisiert sein. Bei verschiedenen Implementierungen kann das Zündfunkenaktuatormodul 120 die Bereitstellung von Zündfunken an abgeschaltete Zylinder anhalten.
-
Die Erzeugung des Zündfunken kann als ein Zündereignis bezeichnet werden. Das Zündfunkenaktuatormodul 120 kann die Fähigkeit haben, den Zündzeitpunkt des Zündfunkens für jedes Zündereignis zu variieren. Das Zündfunkenaktuatormodul 120 kann sogar in der Lage sein, den Zündzeitpunkt für ein nächstes Zündereignis zu variieren, wenn das Zündzeitpunktsignal zwischen einem letzten Zündereignis und dem nächsten Zündereignis geändert wird.
-
Während des Arbeitstakts treibt die Verbrennung des Luft/KraftstoffGemisches den Kolben abwärts, wodurch die Kurbelwelle angetrieben wird. Der Arbeitstakt kann als Zeit zwischen dem Zeitpunkt, wenn der Kolben den OT erreicht, und dem Zeitpunkt definiert sein, zu dem der Kolben zurück zu dem unteren Totpunkt (UT) zurückkehrt.
-
Während des Auspufftakts beginnt der Kolben, sich von dem UT aufwärts zu bewegen, und stößt die Nebenprodukte der Verbrennung durch ein Abgasventil 124 aus. Die Nebenprodukte der Verbrennung werden von dem Fahrzeug über ein Abgassystem 126 ausgestoßen.
-
Das Motorsystem 100 kann eine Ladevorrichtung aufweisen, die druckbeaufschlagte Luft an den Ansaugkrümmer 108 liefert. Beispielsweise zeigt 1 einen Turbolader mit einer Heiß-Turbine 128-1, die durch heiße Abgase angetrieben wird, die durch das Abgassystem 126 strömen. Der Turbolader weist auch einen Kaltluftkompressor 128-2 auf, der durch die Turbine 128-1 angetrieben wird und Luft komprimiert, die in das Drosselventil 110 führt. Bei verschiedenen Implementierungen kann ein Ladegebläse oder -kompressor (nicht gezeigt), der durch die Kurbelwelle angetrieben wird, Luft von dem Drosselventil 110 komprimieren und die komprimierte Luft an den Ansaugkrümmer 108 liefern.
-
Ein Ladedruckregelventil 130 kann eine Umgehung der Turbine 128-1 durch Abgas zulassen, wodurch die Aufladung (der Betrag an Ansaugluftkompression) des Turboladers reduziert wird. Das ECM 112 kann den Turbolader über ein Aufladeaktuatormodul 132 steuern. Das Aufladeaktuatormodul 132 kann die Aufladung des Turboladers durch Steuern der Position des Ladedruckregelventils 130 modulieren. Bei verschiedenen Implementierungen könne mehrere Turbolader durch das Aufladeaktuatormodul 132 gesteuert werden. Der Turbolader kann eine variable Geometrie aufweisen, die durch das Aufladeaktuatormodul 132 gesteuert werden kann.
-
Ein Zwischenkühler (nicht gezeigt) kann einen Teil der Wärme, die in der komprimierten Luftladung enthalten ist, dissipieren, die erzeugt wird, wenn die Luft komprimiert wird. Die komprimierte Luftladung kann auch absorbierte Wärme von Komponenten des Abgassystems 126 aufweisen. Obwohl sie zu Zwecken der Veranschaulichung getrennt gezeigt sind, können die Turbine 128-1 und der Kompressor 128-2 aneinander befestigt sein, wodurch Ansaugluft in nächste Nähe zu heißem Abgas gebracht wird.
-
Das Motorsystem 100 kann ein Abgasrückführungs-(AGR)-Ventil 134 aufweisen, das Abgas selektiv zurück an den Einlasskrümmer 108 lenkt. Das AGR-Ventil 134 kann stromaufwärts der Turbine 128-1 des Turboladers positioniert sein. Das AGR-Ventil 134 kann durch ein AGR-Aktuatormodul 136 gesteuert werden.
-
Das Abgassystem 126 weist einen Dreiwegekatalysator (TWC von engl.: „three-way catalyst“) 138 und einen Katalysator 140 für selektive katalytische Reduktion (SCR) auf. Wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors 102 fett oder stöchiometrisch ist, reduziert der TWC 138 Kohlenwasserstoff, Kohlenmonoxid und Stickoxid und erzeugt Ammoniak, und der SCR-Katalysator 140 speichert das Ammoniak. Wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis mager ist, reduziert der TWC 138 Kohlenwasserstoff und Kohlenmonoxid, und das in dem SCR-Katalysator 140 gespeicherte Ammoniak wird dazu verwendet, Stickoxid zu reduzieren.
-
Die Position der Kurbelwelle kann unter Verwendung eines Sensors 142 für die Kurbelwellenposition (CPS von engl.: „crankshaft position“) gemessen werden. Das ECM 112 kann die Drehzahl der Kurbelwelle (d.h. die Motordrehzahl) auf Grundlage der Kurbelwellenposition bestimmen. Die Temperatur des Motorkühlmittels kann unter Verwendung eines Sensors 144 für Motorkühlmitteltemperatur (ECT von engl.: „engine coolant temperature“) gemessen werden. Der ECT-Sensor 144 kann in dem Motor 102 oder an anderen Stellen angeordnet sein, an denen das Kühlmittel zirkuliert wird, wie einem Kühler (nicht gezeigt).
-
Der Druck in dem Ansaugkrümmer 108 kann unter Verwendung eines Sensors 146 für Krümmerabsolutdruck (MAP von engl.: „manifold absolute pressure“) gemessen werden. Bei verschiedenen Implementierungen kann ein Motorunterdruck, der die Differenz zwischen Umgebungsluftdruck und dem Druck in dem Ansaugkrümmer 108 ist, gemessen werden. Der Massendurchfluss von Luft, die in den Ansaugkrümmer 108 strömt, kann unter Verwendung eines Luftmassenstrom-(MAF)-Sensors 148 gemessen werden. Bei verschiedenen Implementierungen kann der MAF-Sensor 148 in einem Gehäuse angeordnet sein, das auch das Drosselventil 110 aufweist. Das Drosselaktuatormodul 116 kann die Position des Drosselventils 110 unter Verwendung einer oder mehrerer Drosselpositionssensoren (TPS von engl.: „throttle position sensor“) überwachen. Die Umgebungstemperatur von Luft, die in den Motor 102 gezogen wird, kann unter Verwendung eines Sensors 151 für Ansauglufttemperatur (IAT von engl.: „intake air temperature“) gemessen werden.
-
Die Konzentrationen von Stickoxid und Ammoniak in Abgas können unter Verwendung von Stickoxid-(NOx)-Sensoren 152, 154, 156 gemessen werden. Der NOx-Sensor 152 ist stromabwärts von dem TWC 138 positioniert, wie an einem Auslass des TWC 138. Der NOx-Sensor 154 kann an einem Einlass des SCR-Katalysators 140 positioniert sein und der NOx-Sensor 156 kann in der Mitte zwischen dem Einlass und einem Auslass des SCR-Katalysators 140 positioniert sein. Alternativ dazu kann der NOx-Sensor 154 an einer Mitte des SCR-Katalysators 140 positioniert sein und/oder der NOx-Sensor 156 kann an einer anderen Stelle stromabwärts von dem Einlass des SCR-Katalysators 140 positioniert sein, wie an dem Auslass des SCR-Katalysators 140.
-
Ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis von Abgas von dem Motor 102 kann unter Verwendung eines Luft/Kraftstoff-Verhältnis-(AFR)-Sensors 158 gemessen werden. Der AFR-Sensor 158 ist stromabwärts von dem TWC 138 positioniert, wie an einem Auslass des TWC 138. Obwohl als ein Luft/Kraftstoff-Verhältnissensor bezeichnet, kann der AFR-Sensor 158 ein Sauerstoffsensor oder ein Lambdasensor sein. Temperaturen von Abgas können unter Verwendung von Temperatursensoren 160, 162 gemessen werden. Die Temperatursensoren 160, 162 können jeweils an dem Einlass und dem Auslass des SCR-Katalysators 140 positioniert sein, wie gezeigt ist.
-
Das ECM 112 kann Signale von den Sensoren verwenden, um Steuerentscheidungen für das Motorsystem 100 zu treffen und eine Fehlfunktion in dem Motorsystem 100 festzustellen. Das ECM 112 kann eine Fehlfunktionsanzeigeleuchte (MIL) 164 aktivieren, wenn das ECM 112 eine Fehlfunktion in dem Motorsystem 100 feststellt. Im aktivierten Zustand benachrichtigt die MIL 164 einen Fahrer über eine Fehlfunktion in dem Motorsystem 100. Obwohl die MIL 164 als eine Leuchte bezeichnet ist, kann die MIL 164 andere Anzeigemedien verwenden, als Licht, einschließlich Ton und Vibration.
-
Das ECM 112 bestimmt das Luft/Kraftstoff-Verhältnis von den TWC 138 verlassendem Abgas auf Grundlage eines von dem AFR-Sensor 158 empfangenden Eingangs. Wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis mager ist, bestimmt das ECM 112, dass Ammoniakkonzentrationen in dem den TWC 138 verlassenden Abgas gleich einem vorbestimmten Wert (z.B. etwa Null) sind. Wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis fett oder stöchiometrisch ist, bestimmt das ECM 112 Ammoniakkonzentrationen in den TWC 138 verlassendem Abgas auf Grundlage eines Eingangs, der von einem oder mehreren der NOx-Sensoren 152, 154, 156 empfangen wird.
-
Bezug nehmend auf 2 weist das ECM 112 ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis-(AFR)-Bestimmungsmodul 202 und ein Ammoniakkonzentrationsbestimmungsmodul 204 auf. Das AFR-Bestimmungsmodul 202 bestimmt ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf Grundlage eines von dem AFR-Sensor 158 empfangenen Eingangs. Das AFR-Bestimmungsmodul 202 gibt das Luft/ Kraftstoff-Verhältnis aus.
-
Das Emissionskonzentrationsbestimmungsmodul 204 bestimmt ein oder mehrere Emissionskonzentrationen auf Grundlage des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses und eines von einem oder mehreren der NOx-Sensoren 152, 154, 156 empfangenen Eingangs. Die Emissionskonzentrationen umfassen ein oder mehrere Stickoxidkonzentrationen und ein oder mehrere Ammoniakkonzentrationen. Wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis mager ist, bestimmt das Emissionskonzentrationsbestimmungsmodul 204 die Stickoxidkonzentrationen unter Verwendung der NOx-Sensoren 152, 154, 156 und bestimmt, dass die Ammoniakkonzentrationen gleich einem vorbestimmten Wert (z.B. etwa Null) sind. Wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis fett oder stöchiometrisch ist, bestimmt das Emissionskonzentrationsbestimmungsmodul 204, dass die Stickoxidkonzentrationen gleich einem vorbestimmten Wert (z.B. etwa Null) sind, und bestimmt die Ammoniakkonzentrationen unter Verwendung der NOx-Sensoren 152, 154, 156.
-
Die Stickoxidkonzentrationen können eine TWC-Auslass-NOx-Konzentration, eine SCR-Einlass-NOx-Konzentration und eine SCR-Mittelpunkt-NOx-Konzentration umfassen, die auf Grundlage eines Eingangs von den jeweiligen NOx-Sensoren 152, 154, 156 bestimmt werden. Die Ammoniakkonzentrationen können eine TWC-Auslass-NH3-Konzentration, eine SCR-Einlass-NH3-Konzentration und eine SCR-Mittelpunkt-NH3-Konzentration umfassen, die auf Grundlage eines Eingangs von den jeweiligen NOx-Sensoren 152, 154, 156 bestimmt sind. Das Ammoniakkonzentrationsbestimmungsmodul 204 gibt die Stickoxidkonzentrationen und die Ammoniakkonzentrationen aus.
-
Ein Speicherkonzentrationsschätzmodul 206 schätzt eine Ammoniakspeicherkonzentration in dem SCR-Katalysator 140 auf Grundlage eines oder mehrerer der Stickoxidkonzentrationen, eines oder mehrerer der Ammoniakkonzentrationen, einer oder mehrerer von Abgastemperaturen und/oder eines Abgasdurchflusses. Das Speicherkonzentrationsschätzmodul 206 kann SCR-Einlass- und Auslass-Temperaturen auf Grundlage eines Eingangs bestimmen, der von den jeweiligen Temperatursensoren 160, 162 empfangen wird. Das Speicherkonzentrationsschätzmodul 206 kann den Abgasdurchfluss auf Grundlage eines von dem MAF-Sensor 148 empfangenen Eingangs bestimmen. Das Speicherkonzentrationsschätzmodul 206 kann die Ammoniakspeicherkonzentration auf Grundlage der TWC-Auslass-NOx- und -NH3-Konzentrationen, der SCR-Einlass- und -Auslass-Temperaturen und des Abgasdurchflusses schätzen.
-
Das Speicherkonzentrationsschätzmodul 206 kann NOx- und NH3-Durchflüsse auf Grundlage der TWC-Auslass-NOx- bzw. -NH3-Konzentrationen und des Abgasdurchflusses bestimmen. Das Speicherkonzentrationsschätzmodul 206 kann einen Ammoniakspeicherwirkungsgrad des SCR-Katalysators 140 auf Grundlage der SCR-Einlass- und - Auslass-Temperaturen schätzen. Das Speicherkonzentrationsschätzmodul 206 kann eine Abnahme des Ammoniakspeicherkonzentrationen während einer mageren Periode auf Grundlage eines Produkts des NOx-Durchflusses und der mageren Periode schätzen. Das Speicherkonzentrationsschätzmodul 206 kann eine Zunahme des Ammoniakspeicherkonzentrationen während einer fetten Periode auf Grundlage eines Produkts des NH3-Durchflusses, des Ammoniakspeicherwirkungsgrades und der fetten Periode schätzen. Das Speicherkonzentrationsschätzmodul 206 gibt die geschätzte Ammoniakspeicherkonzentration aus.
-
Ein Speicherkonzentrationsbestimmungsmodul 208 bestimmt die Ammoniakspeicherkonzentration auf Grundlage der SCR-Einlass- und Mittelpunkt-NOx-Konzentrationen, der SCR-Einlass- und Mittelpunkt-NH3-Konzentrationen und des Abgasdurchflusses. Der Abgasdurchfluss kann von dem Speicherkonzentrationsschätzmodul 206 empfangen werden. Das Speicherkonzentrationsbestimmungsmodul 208 kann Einlass- und Mittelpunkt-NOx-Durchflüsse auf Grundlage der SCR-Einlass- bzw. - Mittelpunkt-NOx-Konzentrationen und des Abgasdurchflusses bestimmen. Das Speicherkonzentrationsbestimmungsmodul 208 kann Einlass- und Mittelpunkt-NH3-Durchflüsse auf Grundlage der SCR-Einlass- bzw. Mittelpunkt-NH3-Konzentrationen und des Abgasdurchflusses bestimmen.
-
Das Speicherkonzentrationsbestimmungsmodul 208 kann eine Abnahme des Ammoniakspeicherkonzentrationen während einer mageren Periode auf Grundlage eines Produkts der mageren Periode und einer Differenz zwischen den Einlass- und Mittelpunkt-NOx-Durchflüssen bestimmen. Das Speicherkonzentrationsbestimmungsmodul 208 kann eine Zunahme des Ammoniakspeicherkonzentrationen während einer fetten Periode auf Grundlage eines Produkts der fetten Periode und einer Differenz zwischen den Einlass- und Mittelpunkt-NH3-Durchflüssen bestimmen. Das Speicherkonzentrationsbestimmungsmodul 208 gibt die bestimmte Ammoniakspeicherkonzentration aus.
-
Ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis-(AFR)-Steuermodul 210 steuert das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Motors 102 auf Grundlage der Ammoniakkonzentrationen, der geschätzten Ammoniakspeicherkonzentration und/oder der bestimmten Ammoniakspeicherkonzentration. Das AFR-Steuermodul 210 kann das Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf fett oder stöchiometrisch einstellen, wenn das Verhältnis des SCR-Mittelpunkt-NH3-Konzentrationen zu der SCR-Einlass-NH3-Konzentration kleiner als ein erster Wert ist. Das AFR-Steuermodul 210 kann das Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf mager einstellen, wenn ein Verhältnis des SCR-Mittelpunkt-NH3-Konzentrationen zu der SCR-Einlass-NH3-Konzentration größer als oder gleich einem zweiten Wert ist. Der erste und zweite Wert können gleich oder verschieden sein und können vorbestimmt sein, um die Ammoniakspeicherkonzentration innerhalb eines gewünschten Bereiches zwischen gesättigt und abgereichert beizubehalten.
-
Das AFR-Steuermodul 210 kann das Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf fett oder stöchiometrisch einstellen, wenn die geschätzte oder bestimmte Ammoniakspeicherkonzentration kleiner als eine erste Konzentration ist. Das AFR-Steuermodul 210 kann das Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf mager einstellen, wenn die geschätzte oder bestimmte Ammoniakspeicherkonzentration größer als oder gleich einer zweiten Konzentration ist. Die erste und zweite Konzentration können gleich oder verschieden sein und können vorbestimmt sein, um die Ammoniakspeicherkonzentration innerhalb eines gewünschten Bereiches zwischen gesättigt und abgereichert aufrechtzuerhalten .
-
Ein Speichervermögenbestimmungsmodul 212 bestimmt ein Ammoniakspeichervermögen des SCR-Katalysators 140 auf Grundlage des Ammoniakspeicherwirkungsgrades des SCR-Katalysators 140. Das Ammoniakspeichervermögen des SCR-Katalysators 140 kann durch Faktoren beeinflusst werden, wie Kontamination, Temperatur und thermischen Abbau. Somit kann eine Änderung des Ammoniakspeicherwirkungsgrades möglicherweise keine permanente Änderung des Ammoniakspeichervermögens angeben, wenn beispielsweise die Änderung auf eine Temperaturänderung zurückzuführen ist. Das Speichervermögenbestimmungsmodul 212 kann die Einlass- und Mittelpunkt-NH3-Konzentrationen von dem Speicherkonzentrationsschätzmodul 206 empfangen und den Ammoniakspeicherwirkungsgrad auf Grundlage eines Verhältnisses des Mittelpunkt-NH3-Konzentrationen zu der Einlass-NH3-Konzentration bestimmen.
-
Das Speichervermögenbestimmungsmodul 212 kann das Ammoniakspeichervermögen auf Grundlage des Ammoniakspeicherwirkungsgrades und einer vorbestimmten Beziehung zwischen dem Ammoniakspeicherwirkungsgrad und der Temperatur bestimmen. Das Speichervermögenbestimmungsmodul 212 kann das Ammoniakspeichervermögen auf Grundlage eines vorliegenden Speicherwirkungsgrades bei einer ersten Temperatur und eines vorhergehenden Speicherwirkungsgrades bei der ersten Temperatur bestimmen. Das Speichervermögenbestimmungsmodul 212 kann den geschätzten Ammoniakspeicherwirkungsgrad von dem Speicherkonzentrationsschätzmodul 206 empfangen. Das Speichervermögenbestimmungsmodul 212 kann das Ammoniakspeichervermögen auf Grundlage der bestimmten und geschätzten Ammoniakspeicherwirkungsgrade bestimmen.
-
Das Speichervermögenbestimmungsmodul 212 kann die MIL 164 aktivieren, wenn das Ammoniakspeichervermögen beispielsweise aufgrund anderer Faktoren, als der Temperatur, abnimmt. Das Speichervermögenbestimmungsmodul 212 kann die MIL 164 aktivieren, wenn der bestimmte Ammoniakspeicherwirkungsgrad kleiner als der geschätzte Ammoniakspeicherwirkungsgrad ist.
-
Nun Bezug nehmend auf 3 beginnt ein Verfahren zur Steuerung von Ammoniakkonzentrationen in einem SCR-Katalysator unter Verwendung eines NOx-Sensors bei 302. Bei 304 bestimmt das Verfahren ein Luft/ Kraftstoff-Verhältnis von Abgas von einem Motor. Das Verfahren kann das Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf Grundlage eines AFR-Sensors bestimmen, der stromabwärts von einem TWC positioniert ist.
-
Bei 306 bestimmt das Verfahren, ob das Luft/Kraftstoff-Verhältnis mager ist. Wenn 306 zutrifft, fährt das Verfahren mit 308 fort. Wenn 306 nicht zutrifft, fährt das Verfahren mit 310 fort. Bei 308 bestimmt das Verfahren, dass Ammoniakkonzentrationen in dem Abgas von dem Motor gleich einem vorbestimmten Wert (z.B. etwa Null) sind. Bei 312 bestimmt das Verfahren ein oder mehrere Stickoxidkonzentrationen auf Grundlage eines Eingangs, der von einem oder mehreren NOx-Sensoren, die stromabwärts von dem TWC positioniert sind, empfangen wird.
-
Bei 310 bestimmt das Verfahren ein oder mehrere Ammoniakkonzentrationen auf Grundlage eines von den NOx-Sensoren empfangenen Eingangs. Bei 314 bestimmt das Verfahren, dass die Stickoxidkonzentrationen gleich einem vorbestimmten Wert (z.B. etwa Null) sind. Die NOx-Sensoren können an einem Auslass des TWC, an einem Einlass des SCR-Katalysators und an einem Mittelpunkt des SCR-Katalysators zwischen dem Einlass des SCR-Katalysators und einem Auslass des SCR-Katalysators positioniert sein.
-
Bei 316 schätzt das Verfahren eine Ammoniakspeicherkonzentration in dem SCR-Katalysator. Das Verfahren kann die Ammoniakspeicherkonzentration auf Grundlage von Abnahmen des Ammoniakspeicherkonzentrationen, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis mager ist, und Zunahmen des Ammoniakspeicherkonzentrationen schätzen, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis fett oder stöchiometrisch ist. Die Abnahmen können auf Grundlage eines TWC-Auslass-NOx-Konzentrationen und eines Abgasdurchflusses geschätzt werden. Die Zunahmen können auf Grundlage eines TWC-Auslass-NH3-Konzentrationen, einer Abgastemperatur und des Abgasdurchflusses geschätzt werden.
-
Bei 318 bestimmt das Verfahren die Ammoniakspeicherkonzentration. Das Verfahren kann die Ammoniakspeicherkonzentration auf Grundlage von Abnahmen des Ammoniakspeicherkonzentrationen, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis mager ist, und Zunahmen des Ammoniakspeicherkonzentrationen bestimmen, wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis fett oder stöchiometrisch ist. Die Abnahmen können auf Grundlage eines Abgasdurchflusses und einer Differenz zwischen einer SCR-Einlass-NOx-Konzentration und einer SCR-Mittelpunkt-NOx-Konzentration bestimmt werden. Die Zunahmen können auf Grundlage des Abgasdurchflusses und einer Differenz zwischen einer SCR-Einlass-NH3-Konzentration und einer SCR-Mittelpunkt-NH3-Konzentration bestimmt werden.
-
Bei 320 bestimmt das Verfahren, ob das Luft/Kraftstoff-Verhältnis mager ist. Wenn 320 zutrifft, fährt das Verfahren mit 322 fort. Wenn 320 nicht zutrifft, fährt das Verfahren mit 324 fort. Bei 322 bestimmt das Verfahren, ob die Ammoniakspeicherkonzentration kleiner als eine erste Konzentration ist. Alternativ dazu kann das Verfahren bestimmen, ob ein Verhältnis des SCR-Mittelpunkt-NH3-Konzentrationen zu der SCR-Einlass-NH3-Konzentration kleiner als ein erster Wert ist. Wenn 322 zutrifft, fährt das Verfahren mit 326 fort. Wenn 322 nicht zutrifft, fährt das Verfahren mit 328 fort. Bei 326 stellt das Verfahren das Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf fett oder stöchiometrisch ein.
-
Bei 324 bestimmt das Verfahren, ob die Ammoniakspeicherkonzentration größer als oder gleich einer zweiten Konzentration ist. Alternativ dazu kann das Verfahren bestimmen, ob das Verhältnis des SCR-Mittelpunkt-NH3-Konzentrationen zu der SCR-Einlass-NH3-Konzentration größer als oder gleich einem zweiten Wert ist. Wenn 324 zutrifft, fährt das Verfahren mit 330 fort. Wenn 324 nicht zutrifft, fährt das Verfahren mit 328 fort. Bei 330 schaltet das Verfahren das Luft/Kraftstoff-Verhältnis auf mager.
-
Die erste und zweite Konzentration können gleich oder verschieden sein, und der erste und zweite Wert können gleich oder verschieden sein. Die erste und zweite Konzentration und der erste und zweite Wert können vorbestimmt sein, um die Ammoniakspeicherkonzentration innerhalb eines gewünschten Bereiches zwischen gesättigt und abgereichert beizubehalten.
-
Bei 328 schätzt das Verfahren einen Ammoniakspeicherwirkungsgrad des SCR-Katalysators. Das Verfahren kann den Ammoniakspeicherwirkungsgrad auf Grundlage der Abgastemperatur schätzen. Die Abgastemperatur kann eine SCR-Einlasstemperatur und eine SCR-Auslasstemperatur aufweisen.
-
Bei 332 bestimmt das Verfahren den Ammoniakspeicherwirkungsgrad. Das Verfahren kann den Ammoniakspeicherwirkungsgrad auf Grundlage einer Differenz zwischen einem SCR-Einlass-NH3-Durchfluss und einem SCR-Mittelpunkt-NH3-Durchfluss bestimmen. Der SCR-Einlass-NH3-Durchfluss und der SCR-Mittelpunkt-NH3-Durchfluss können auf Grundlage des SCR-Einlass-NH3-Konzentrationen bzw. des SCR-Mittelpunkt-NH3-Konzentrationen und des Abgasdurchflusses bestimmt werden.
-
Bei 334 bestimmt das Verfahren, ob der bestimmte Ammoniakspeicherwirkungsgrad kleiner als der geschätzte Ammoniakspeicherwirkungsgrad ist. Das Verfahren kann bestimmen, ob eine Differenz zwischen dem bestimmten Ammoniakspeicherwirkungsgrad und dem geschätzten Ammoniakspeicherwirkungsgrad größer als ein vorbestimmter Wert ist. Wenn 334 zutrifft, fährt das Verfahren mit 336 fort. Wenn 334 nicht zutrifft, fährt das Verfahren mit 304 fort.
-
Bei 336 aktiviert das Verfahren eine Fehlfunktionsanzeigeleuchte. Das Verfahren kann die Fehlfunktionsanzeigeleuchte aktivieren, um einen Fahrer über eine Abnahme des Ammoniakspeichervermögens des SCR-Katalysators zu benachrichtigen. Das Ammoniakspeichervermögen des SCR-Katalysators kann aufgrund einer Kontamination und/oder aufgrund von thermischem Abbau verringert werden.
