DE102013205583A1

DE102013205583A1 - System und verfahren zum steuern eines abgassystems, das eine komponente für selektive katalytische reduktion aufweist

Info

Publication number: DE102013205583A1
Application number: DE102013205583A
Authority: DE
Inventors: Min Sun
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2012-04-05
Filing date: 2013-03-28
Publication date: 2013-10-10
Also published as: CN103362620A; CN103362620B; US20130263575A1

Abstract

Ein Verfahren zum Steuern eines Betriebs einer SCR-Komponente umfasst ein Empfangen eines Signals, das einen erfassten Zustand eines der SCR-Komponente zugeordneten Abgasstromes widerspiegelt, ein Schätzen einer scheinbaren Alterungszeit der SCR-Komponente auf Grundlage des erfassten Zustandes des Abgasstroms und ein Setzen eines Betriebszustandes der SCR-Komponente auf Grundlage der scheinbaren Alterungszeit der SCR-Komponente.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft Fahrzeugabgassysteme und insbesondere Systeme und Verfahren zum Steuern von Abgassystemen, die Komponenten für selektive katalytische Reduktion (SCR) aufweisen.
HINTERGRUND
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.
Während einer Verbrennung in einem Dieselmotor wird ein Luft/Kraftstoff-Gemisch durch ein Ansaugventil an Zylinder geliefert und wird darin komprimiert und verbrannt. Nach der Verbrennung treibt der Kolben das Abgas in den Zylindern in ein Abgassystem. Das Abgas kann Stickoxide (NOx) und Kohlenmonoxid (CO) enthalten.
Abgasbehandlungssysteme können Katalysatoren in einer oder mehreren Komponenten verwenden, die zum Erreichen eines SCR-Prozesses konfiguriert sind, wie einem Reduzieren von Stickoxiden (NOx), um tolerierbarere Abgasbestandteile aus Stickstoff (N2) und Wasser (H2O) zu erzeugen. Reduktionsmittel kann dem Abgas stromaufwärts von einer SCR-Komponente hinzugefügt werden, und das Reduktionsmittel kann nur beispielhaft wasserfreies Ammoniak (NH3), wässriges Ammoniak oder Harnstoff aufweisen, von denen eines oder alle als ein feiner Nebel in das Abgas eingespritzt werden können. Wenn der Ammoniak gemischt mit Abgas die SCR-Komponente erreicht, spalten sich die NOx-Emissionen auf. Ein Dieselpartikelfilter (DPF) kann dann Ruß abfangen, und dieser Ruß kann während Regenerationszyklen periodisch verascht werden. Wasserdampf, Stickstoff und reduzierte Emissionen verlassen das Abgassystem.
Um eine effiziente NOx-Reduktion in der SCR-Komponente beizubehalten, kann eine Steuerung verwendet werden, um eine gewünschte Menge des Reduktionsmittels (d. h. Reduktionsmittelbeladung) in der SCR-Komponente beizubehalten. Ein Abgas, das NOx enthält, gelangt durch die SCR-Komponente, das Reduktionsmittel wird verbraucht, und die Beladung wird abgereichert. Es kann ein Modell von der Steuerung verwendet werden, um nachzuverfolgen und/oder vorherzusagen, wie viel Reduktionsmittel in die SCR-Komponente geladen wird, und um eine geeignete Reduktionsmittelbeladung zum Erreichen eines gewünschten Effektes beizubehalten, wie eine Reduktion von NOx in dem Abgasstrom. Das Modell kann auch dazu verwendet werden, ein Altern der SCR-Komponente zu bestimmen, um eine periodische Wartung zu unterstützen oder eine Steuerung über die Motor- und SCR-Systeme anzupassen, um so gewählte Aufgaben zu erreichen. Eine richtige Bewertung einer Alterung der SCR-Komponente kann eine vorteilhafte Steuerung über die SCR-Komponente unterstützen, um so gewünschte SCR-Wirkungsgrade und nützliche Kompromisse zwischen der Motorbetriebsfähigkeit, dem Leistungsausgang, dem Kraftstoffverbrauch und der NOx-Emission zu erreichen, was in einer verbesserten Leistung und/oder Kraftstoffwirtschaftlichkeit und einem reduzierten Harnstoffverbrauch resultiert.
Unglücklicherweise kann die Bestimmung einer Alterung einer SCR-Komponente an Bord eines Fahrzeugs kostenintensiv und unzuverlässig sein. Beispielsweise können sich herkömmliche Verfahren auf Korrelationen zwischen SCR-Alterungsraten und motorbezogenen Parametern verlassen, die stromaufwärts von der SCR-Komponente erfasst werden. Nun kann eine SCR-Alterung tatsächlich Substrattemperaturen in der SCR-Komponente und anderen Bedingungen innerhalb der SCR-Komponente, Bedingungen, die schwierig mit geeigneter Genauigkeit bestimmt werden können, enger zugeordnet werden. Daher können Alterungsverfahren, die auf Korrelationen mit Motorparametern die erfasst werden können, basieren, teuer sein, signifikante Zeit erfordern, um Korrelationsdaten zu entwickeln, um eine Alterung als eine Funktion der zahlreichen Parameter, die die Alterung beeinflussen, vollständig zu charakterisieren, und können ungenau sein, wenn nicht alle signifikanten Variablen betrachtet werden.
Demgemäß ist es erwünscht, ein System und Verfahren zur Vorhersage einer SCR-Alterungszeit an Bord des Fahrzeugs bereitzustellen, ohne sich auf erfasste Motorparameter und teure Korrelationen zu verlassen. Es ist auch erwünscht, ein verbessertes System und Verfahren zur Steuerung von Abgassystemen zu haben, das eine SCR-Komponente aufweist, wobei die Alterung der SCR-Komponente auf Grundlage eines oder mehrerer Parameter bestimmt werden kann, die durch den Betrieb der SCR-Komponente direkt beeinflusst werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Bei einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Steuern eines Betriebs einer SCR-Komponente ein Empfangen eines Signals, das einen erfassten Zustand eines Abgasstroms, der der SCR-Komponente zugeordnet ist, widerspiegelt, schätzen einer offenkundigen bzw. scheinbaren Alterungszeit der SCR-Komponente auf Grundlage des erfassten Zustandes des Abgasstromes und Setzen eines Betriebszustandes der SCR-Komponente auf Grundlage der scheinbaren Alterungszeit der SCR-Komponente.
Bei einer anderen beispielhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst ein System zum Steuern eines Betriebs einer SCR-Komponente ein Diagnosemodul für eine Komponente für selektive katalytische Reduktion (SCR), das derart konfiguriert ist, ein Signal zu empfangen, das einen erfassten Zustand eines der SCR Komponente zugeordneten Abgasstroms widerspiegelt, und eine scheinbare Alterungszeit der SCR-Komponente auf Grundlage des erfassten Zustandes des Abgasstromes schätzt. Ein System zum Steuern eines Betriebs einer SCR-Komponente umfasst auch ein SCR-Komponentenmanagementmodul, das zum selektiven Einstellen eines Betriebszustandes der SCR-Komponente auf Grundlage der scheinbaren Alterungszeit der SCR-Komponente konfiguriert ist.
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 scheinbar.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Andere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten werden nur beispielhaft in der folgenden detaillierten Beschreibung von Ausführungsformen deutlich, wobei die detaillierte Beschreibung Bezug auf die Zeichnungen nimmt, in welchen:
1 ein funktionales Blockschaubild eines Motorsteuersystems mit einem Abgasdiagnosesystem ist, das eine SCR-Alterungszeit gemäß der vorliegenden Offenbarung automatisch vorhersagt;
2 ein funktionales Blockschaubild einer beispielhaften Implementierung eines Steuermoduls des Abgasdiagnosesystems von 1 ist; und
3 ein Verfahren zum Rücksetzen eines Abgasdiagnosesystems nach einem Betrieb mit einer schlechten Dieselreduktionsmittelqualität gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur und nicht dazu bestimmt, die Offenbarung, ihre Anwendung oder Gebräuche zu beschränken. Zu Zwecken der Klarheit werden in den Zeichnungen dieselben Bezugszeichen verwendet, um ähnliche Elemente zu identifizieren. Die hier verwendete Phrase ”zumindest eines aus A, B und C” sei 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 ausgeführt werden können, ohne die Grundsätze der vorliegenden Offenbarung zu ändern.
Der hier verwendete Begriff ”Modul” betrifft eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppe) und Speicher, der ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführt, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen.
Während die folgende Offenbarung Dieselmotoren betrifft, können andere Typen von Motoren, wie Benzinmotoren, die Direkteinspritzmotoren aufweisen, einen Nutzen aus den Lehren hier ziehen.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung sieht die vorliegende Offenbarung ein System und Verfahren zur Vorhersage einer SCR-Alterungszeit an Bord des Fahrzeugs vor, ohne sich auf erfasste Motorparameter und/oder Korrelationen zwischen einer SCR-Alterung und motorbezogenen Parametern zu verlassen. Die vorliegende Offenbarung sieht auch verbesserte Systeme und Verfahren zum Steuern von Abgassystemen vor, die eine Komponente für selektive katalytische Reduktion (SCR) aufweisen. Diese verbesserten Systeme und Verfahren werden durch die Fähigkeit ermöglicht, eine SCR-Komponentenalterung in Echtzeit auf Grundlage eines oder mehrerer An-Bord-Parameter zu bestimmen, die durch den Betrieb der SCR-Komponente direkt beeinflusst werden (z. B. NOx-Gehalt des Abgasstroms stromabwärts von der SCR-Komponente).
Wenn die SCR-Alterungszeit gebildet ist, kann eine Steuerung über den Betrieb des Motorsystems, einschließlich der SCR-Komponente, mit verbesserter Genauigkeit und Zuverlässigkeit ausgeführt werden. Beispielsweise kann eine Dosierung gesteuert werden, um eine geeignete Beladung von Reduktionsmittel an dem SCR-Katalysator bereitzustellen. Gleichermaßen kann das Abgasdiagnosesystem gemäß der vorliegenden Offenbarung die Abgastemperatur unter Verwendung eines intrusiven Abgastemperaturmanagements erhöhen, so dass sich eine Temperatur des SCR-Katalysators auf einem geeigneten Niveau befindet, um einen gewünschten Betrieb der SCR-Komponente zu unterstützen oder in einigen Situationen ein Testen des Wirkungsgrades des SCR-Katalysators zu ermöglichen. In einigen Situationen kann es erwünscht sein, eine Steuerung über die Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder andere Betriebsparameter auszuführen.
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 gelenkt 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 Zylindern denkbar.
Abgas 19 wird in dem Zylinder 18 infolge des Verbrennungsprozesses erzeugt. Das Abgassystem 14 behandelt das Abgas, bevor das Abgas an die Atmosphäre freigesetzt wird. Das Abgassystem 14 weist einen Abgaskrümmer 26 und einen Dieseloxidationskatalysator (DOC) 28 auf. Der Abgaskrümmer 26 lenkt den Zylinder verlassenes Abgas durch den DOC 28. Das Abgas wird in dem DOC 28 behandelt, um die Emissionen zu reduzieren. Das Abgassystem 14 weist ferner eine SCR-Komponente 30, einen DOC-Einlasstemperatursensor 31, einen SRC-Einlasstemperatursensor 32, einen SRC-Auslasstemperatursensor 34 und einen Partikelfilter (PF) 36 auf.
Der DOC-Einlasstemperatursensor 31 kann zwischen dem Motor und dem DOC 28 positioniert sein. Der SRC-Einlasstemperatursensor 32 ist stromaufwärts von der SCR-Komponente 30 positioniert, um Temperaturen an dem Einlass der SCR-Komponente 30 zu überwachen. Der SRC-Auslasstemperatursensor 34 ist stromabwärts von der SCR-Komponente 30 positioniert, um Temperaturen an dem Auslass der SCR-Komponente 30 zu überwachen. Obwohl das Abgasbehandlungssystem 13 so gezeigt ist, dass es die SRC-Einlass- und SRC-Auslass-Temperatursensoren 32, 34 außerhalb der SCR-Komponente 30 angeordnet aufweist, können die SRC-Einlass- und SRC-Auslass-Temperatursensoren 32, 34 innerhalb der SCR-Komponente 30 positioniert sein, um Temperaturen des Abgases 19 an dem Einlass und Auslass der SCR-Komponente 30 zu überwachen. Der PF 36 reduziert ferner Emissionen durch Abfangen von Partikeln (d. h. Ruß) in dem Abgas 19.
Das Dosiersystem 16 weist eine Dosiereinspritzeinrichtung 40 auf, die Reduktionsmittel von einer Reduktionsmittelversorgung 38 in das Abgas 19 einspritzt. Das Reduktionsmittel mischt sich mit dem Abgas und reduziert die Emissionen weiter, wenn das Gemisch der SCR-Komponente 30 ausgesetzt wird. Ein Mischer 41 kann dazu verwendet werden, das Reduktionsmittel mit dem Abgas stromaufwärts von der SCR-Komponente 30 zu mischen. Ein Steuermodul 42 reguliert und steuert den Betrieb des Motorsystems 10.
Ein Abgasdurchflusssensor 44 kann ein Signal erzeugen, das der Strömung von Abgas 19 in dem Abgassystem entspricht. Obwohl der Sensor zwischen der SCR-Komponente 30 und dem PF 36 gezeigt ist, können verschiedene andere Stellen in dem Abgassystem zur Messung verwendet werden, einschließlich stromabwärts von dem Abgaskrümmer und stromaufwärts von der SCR-Komponente 30.
Ein Temperatursensor 46 erzeugt eine Partikelfiltertemperatur, die einer gemessenen Partikelfiltertemperatur entspricht. Der Temperatursensor 46 kann an oder in dem PF 36 angeordnet sein. Der Temperatursensor 46 kann auch stromaufwärts oder stromabwärts von dem PF 36 angeordnet sein.
Andere Sensoren in dem Abgassystem können einen stromaufwärtigen NOx-Sensor 50 aufweisen, der ein NOx-Signal auf Grundlage einer Konzentration von NOx erzeugt, die in dem Abgassystem vorhanden ist. Ein stromabwärtiger NOx-Sensor 52 kann stromabwärts von dem PF 36 positioniert sein, um eine Konzentration von NOx, die den PF 36 verlässt, zu messen, oder kann stromabwärts von der SCR-Komponente 30 positioniert sein, wie in einer eng gekoppelten Anordnung. Zusätzlich erzeugt ein Ammoniak-(NH3)-Sensor 54 ein Signal, das der Ammoniakmenge in dem Abgas entspricht. Der NH3-Sensor 54 ist optional, kann jedoch dazu verwendet werden, das Steuersystem aufgrund der Fähigkeit, zwischen NOx und NH3 zu unterscheiden, zu vereinfachen. Der stromabwärtige NH3-Sensor 54 kann Stromabwärts von dem PF 36 positioniert sein, um eine Konzentration von NH3, die den PF 36 verlässt, zu messen, oder kann stromabwärts von der SCR-Komponente 30 positioniert sein, wie in einer eng gekoppelten Anordnung. Alternativ und/oder zusätzlich kann eine Kohlenwasserstoff-(KW)-Versorgung 56 und eine KW-Einspritzeinrichtung 58 vorgesehen sein, um KW in dem Abgas 19, das den DOC-Katalysator erreicht, zu liefern.
Nun Bezug nehmend auf 2 kann das Steuermodul 42 ein SCR-Komponentendiagnosemodul 60 aufweisen, das dazu verwendet wird, einen Umwandlungswirkungsgrad von NOx an der SCR-Komponente 30 zu bestimmen. Das Steuermodul 42 weist ferner ein SCR-Komponentenmanagementmodul 62 auf, das eine Temperatur oder andere Parameter der SCR-Komponente 30 intrusiv steuert. Bei einer beispielhaften Ausführungsform weist das SCR-Komponentendiagnosemodul 60 einen Signalempfänger 70 und ein SCR-Reaktionssimulationsmodul 72 auf. Der Signalempfänger 70 ist zum Empfangen eines Signals konfiguriert, das einen erfassten Zustand eines der SCR-Komponente zugeordneten Abgasstroms widerspiegelt. Das SCR-Reaktionssimulationsmodul 72 ist zum Schätzen einer scheinbaren Alterungszeit der SCR-Komponente auf Grundlage des erfassten Zustandes des Abgasstromes konfiguriert. Bei einer beispielhaften Ausführungsform empfängt der Signalempfänger 70 des SCR-Komponentendiagnosemoduls 60 ein oder mehrere Signale, die die Zustände des Abgasstromes widerspiegeln, wie einen erfassten NOx-Gehalt des Abgasstromes und/oder einen erfassten NH3-Gehalt des Abgasstromes stromabwärts von der SCR-Komponente.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist das SCR-Reaktionssimulationsmodul 72 des SCR-Komponentendiagnosemoduls 60 derart konfiguriert, eine SCR-Komponentenalterung (z. B. durch einen rekursiven Algorithmus oder einen iterativen Prozess) zu bestimmen. Beispielsweise kann das SCR-Reaktionssimulationsmodul 72 eine Modelleingangs-SCR-Alterungszeit setzen und anschließend ein SCR-Reaktionssimulationsmodell ausführen, indem zuerst ein vorhergesagter SCR-Reaktionswirkungsgrad auf Grundlage der Modelleingangs-SCR-Alterungszeit bestimmt wird und dann ein vorhergesagter Zustand des Abgasstroms 19 auf Grundlage des vorhergesagten SCR-Reaktionswirkungsgrads bestimmt wird. Gemäß derartiger Ausführungsformen wird das SCR-Reaktionssimulationsmodul 72 iterierend betrieben, da ein Lösungsmodell 74 die Modelleingangs-SCR-Alterungszeit einstellt und anschließend bewirkt, dass das SCR-Reaktionssimulationsmodul 72 den SCR-Reaktionswirkungsgrad auf Grundlage der inkrementierten Eingangs-SCR-Alterungszeit und dem entsprechenden vorhergesagten Zustand des Abgasstromes vorhersagt. Das Lösungsmodul 74 setzt diesen Prozess fort, bis der vorhergesagte Zustand des Abgasstromes 19 innerhalb einer vorbestimmten Toleranz des erfassten Zustands des Abgasstroms 19 liegt. Wenn der vorhergesagte Zustand des Abgasstromes innerhalb der vorbestimmten Toleranz des erfassten Zustandes des Abgasstromes liegt (d. h. das Modell konvergiert ist, eine Lösung erreicht ist), setzt das Lösungsmodul 74 eine scheinbare SCR-Alterungszeit gleich der Modelleingangs-SCR-Alterungszeit.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform weist das SCR-Komponentenmanagementmodul 62 eine SCR-Komponentenmanagementeinrichtung 78 auf, die zum selektiven Einstellen eines Betriebszustandes der SCR-Komponente auf Grundlage der scheinbaren Alterungszeit der SCR-Komponente konfiguriert ist. Beispielsweise können Betriebszustände der SCR-Komponente eine SCR-Temperatur, eine Dosierrate, eine Reduktionsmittelbeladung, AGR und/oder andere geeignete Betriebsbedingungen aufweisen. Um dies zu erreichen, weist das SCR-Komponentenmanagementmodul 62 ein SCR-Wirkungsgradmodul 76 auf, das zur Bestimmung eines Wirkungsgrades einer SCR-Reaktion konfiguriert ist. Das SCR-Wirkungsgradmodul 76 kann dies beispielsweise durch Interpolieren einer oder mehrerer empirischer Datentabellen erreichen, die einen Wirkungsgrad einer SCR-Reaktion als eine Funktion einer SCR-Alterungszeit repräsentieren. Alternativ dazu kann das SCR-Wirkungsgradmodul 76 einen Wirkungsgrad durch Bewerten eines oder mehrerer Polynomausdrücke bestimmen, die einen Reaktionswirkungsgrad als eine Funktion der SCR-Alterungszeit charakterisieren.
Das SCR-Wirkungsgradmodul 76 des SCR-Komponentenmanagementmoduls 62 berechnet auch eine Temperatur der SCR-Komponente. Das SCR-Wirkungsgradmodul 76 kann die Temperatur der SCR-Komponente auf Grundlage des SRC-Einlasstemperatursensors 32, des SRC-Auslasstemperatursensors 34, eines Modells oder irgendeines anderen geeigneten Verfahrens berechnen. Nur beispielhaft kann das SCR-Wirkungsgradmodul 76 die SCR-Komponententemperatur auf Grundlage von Werten von sowohl dem SRC-Einlass- als auch SRC-Auslass-Temperatursensor 32, 34 berechnen. Nur beispielhaft kann das SCR-Wirkungsgradmodul 76 die Temperatur auf Grundlage eines Mittels oder eines gewichteten Mittels des SRC-Einlass- und SRC-Auslass-Temperatursensors 32, 34 berechnen.
Das Steuermodul 42 weist ein Fahrzeuggeschwindigkeitssteuermodul 80 auf, das eine Fahrzeuggeschwindigkeit auf Grundlage des SCR-Komponentenwirkungsgrades steuert (z. B. die Fahrzeuggeschwindigkeit begrenzt, wenn der Wirkungsgrad unter eine vorbestimmte Schwelle fällt). Das Steuermodul 42 weist ferner ein Kraftstoffbelieferungssteuermodul 82 auf, das eine Kraftstoffmenge, Kraftstoffeinspritzzeitpunkt, Nacheinspritzung etc. bestimmt. In dem intrusiven SCR-Komponententestmodus stellt das SCR-Komponentenmanagementmodul 62 eine Kraftstofflieferung ein. Die Kraftstofflieferungseinstellung erhöht eine Temperatur der SCR-Komponente. Alternativ dazu spritzt ein Kohlenwasserstoffeinspritzmodul 84 Kraftstoff in das Abgas stromaufwärts von dem DOC-Katalysator 28 ein, um eine Exotherme zu erzeugen, um die Temperaturen in der SCR-Komponente zu erhöhen.
Nun Bezug nehmend auf 3 beginnt ein Verfahren zum Steuern eines Betriebs einer SCR-Komponente durch Bestimmung, ob es notwendig oder erwünscht ist, eine Alterung der SCR-Komponente zu bestimmen (Schritt 100). Wenn dies der Fall ist, weist ein Verfahren zum Steuern eines Betriebs einer SCR-Komponente ein Empfangen eines Signals auf, das einen erfassten Zustand eines Abgasstroms 19 widerspiegelt, der der SCR-Komponente zugeordnet ist (Schritt 110). DAS Signal kann einen erfassten NOx-Gehalt des Abgasstromes (Schritt 112) und/oder einen erfassten NH3-Gehalt des Abgasstromes (Schritt 114) widerspiegeln, und das Signal kann stromabwärts von der SCR-Komponente stammen (Schritt 116).
Ein Verfahren zum Steuern eines Betriebs einer SCR-Komponente weist auch ein Schätzen einer scheinbaren Alterungszeit der SCR-Komponente auf Grundlage des erfassten Zustandes des Abgasstroms auf (Schritt 120). Ein Verfahren zum Schätzen einer scheinbaren Alterungszeit der SCR-Komponente kann zunächst ein Setzen einer Modelleingangs-SSCR-Alterungszeit (Schritt 130) und dann ein Ausführen eines SCR-Reaktionsmodells (Schritt 140) aufweisen. Das Ausführen eines SCR-Reaktionsmodells kann ein Bestimmen eines vorhergesagten SCR-Reaktionswirkungsgrades auf Grundlage der Modelleingangs-SCR-Alterungszeit (Schritt 142) und dann ein Bestimmen eines vorhergesagten Zustandes des Abgasstromes auf Grundlage des vorhergesagten SCR-Reaktionswirkungsgrades (Schritt 144) aufweisen. Der vorhergesagte Zustand des Abgasstroms wird mit dem erfassten Zustand des Abgasstromes verglichen, um zu bestimmen, ob sie ausreichend nahe oder innerhalb einer akzeptablen Toleranz liegen (Schritt 146). Wenn dies nicht der Fall ist, wird die Modelleingangs-SCR-Alterungszeit eingestellt (Schritt 148) und das SCR-Reaktionsmodell wird erneut ausgeführt (Schritt 140), bis der vorhergesagte Zustand des Abgasstroms innerhalb einer vorbestimmten Toleranz des erfassten Zustandes des Abgasstromes liegt. Wenn der vorhergesagte Zustand des Abgasstromes innerhalb der vorbestimmten Toleranz des erfassten Zustandes des Abgasstromes liegt (oder wenn ein anderes geeignetes Konvergenzkriterium erreicht ist), wird eine scheinbare SCR-Alterungszeit gleich der Modelleingangs-SCR-Alterungszeit gesetzt (Schritt 150).
Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann ein vorhergesagter SCR-Reaktionswirkungsgrad durch (Schritt 160) Interpolieren einer oder mehrerer empirischer Datentabellen, die einen Wirkungsgrad einer SCR-Reaktion als eine Funktion einer SCR-Alterungszeit (Schritt 162) repräsentieren oder durch Bewertung einer oder mehrerer Polynomausdrücke bestimmt werden, die einen Reaktionswirkungsgrad als eine Funktion der SCR-Alterungszeit charakterisieren (Schritt 164). Schließlich weist ein Verfahren zum Steuern eines Betriebs einer SCR-Komponente auch ein Setzen eines Betriebszustandes der SCR-Komponente auf Grundlage der scheinbaren Alterungszeit der SCR-Komponente auf (Schritt 170). Mit einer verbesserten Kenntnis der SCR-Komponentenalterung kann ein Betrieb des Motors und des SCR vorteilhafter gesteuert werden, wie durch Verbesserung des SCR-Wirkungsgrades und optionales Ausgleichen eines Motorkraftstoffverbrauchs, NOx-Emission und Harnstoffverbrauch (Schritt 172). Die Steuerung kann die Abgastemperatur beispielsweise durch Ändern der Kraftstofflieferung (Kraftstoffmenge, Kraftstoffeinspritzzeitpunkt, Nacheinspritzung, etc.) und/oder durch Starten, Stoppen, Erhöhen oder Verringern der KW-Einspritzung erhöhen oder vermindern.
In einigen Situationen, wie, wenn eine SCR-Komponente als ausreichend gealtert bestimmt worden ist, kann die Steuerung Abhilfemaßnahmen unternehmen, wie ein Abschalten einer Abgasrückführung (AGR) (Schritt 180). Die Steuerung kann auch einen Prozess zum Abreichern einer Reduktionsmittelbeladung aktivieren, um eine zuverlässige Reduktionsmittelbeladung an der SCR-Komponente herzustellen (Schritt 182). Nachdem die Reduktionsmittelbeladung abgereichert worden ist, kann eine Dosierung erneut begonnen werden, um eine bekannte (d. h. durch das Reduktionsmittelbeladungsmodell zuverlässig vorhersagbare) Beladung an der SCR-Komponente wiederherzustellen (Schritt 184). Mit einer bekannten Reduktionsmittelbeladung kann die Steuerung einen Wirkungsgrad des SCR-Umwandlungsprozesses (Schritt 186) beispielsweise durch Vergleichen eines Wirkungsgrades auf Grundlage einer stromaufwärtigen und stromabwärtigen angesammelten Masse wie auch einer stromaufwärtigen NOx- und SCR-Komponententemperatur messen. Die Steuerung kann die Qualität des Reduktionsmittels durch Vergleichen des gemessenen Wirkungsgrades mit dem Wirkungsgrad bewerten, der auf Grundlage einer Alterung bestimmt wurde, wie oben beschrieben wurde (Schritt 188). Wenn die Reduktionsmittelqualität nicht ausreichend ist, können zusätzliche Abhilfemaßnahmen unternommen werden (Schritt 190). Diese können eine Beleuchtung einer Warnleuchte, das Auferlegen einer Fahrzeuggeschwindigkeitsbegrenzung, ein intrusives Abgastemperaturmanagement und Einstellungen an der AGR aufweisen.
Somit ermöglicht ein beispielhaftes Verfahren zum Steuern eines Betriebs einer SCR-Komponente die Verwendung eines an Bord befindlichen rekursiven Optimierungsalgorithmus, um eine SCR-Alterungszeit in Echtzeit durch Anpassen eines Ausgangs von einem SCR-Modell an Signale zu bestimmen, die von einem NOx-Sensor ausgegeben werden, der an dem Auslass der SCR-Komponente oder stromabwärts von der SCR-Komponente positioniert ist. Das SCR-Modell bestimmt eine vorhergesagte Konzentration von NOx und NH3 an dem Auslass der SCR-Komponente auf Grundlage von SCR-Reaktionswirkungsgradwerten, die durch Interpolation von SCR-Wirkungsgradtabellen mit der SCR-Alterungszeit bestimmt sind. Ein SCR-Alterungseingang ist schwebend, bis die vorhergesagten Konzentrationen von NOx und/oder NH3 mit ausreichender Genauigkeit zu von den Sensoren ausgegebenen Signalen passen. Ein Modell kann eine Interpolation zwischen Datenpunkten vorbestimmter (z. B. auf Grundlage empirischer Daten oder theoretisch entwickelt) SCR-NH3-Reaktionswirkungsgradtabellen und NH3-Desorptions- und -Absorptionstabellen verwenden, die einen Bereich von Alterungsstufen abdecken.
Demgemäß kann die SCR-Alterungszeit an Bord bestimmt werden und adaptiv den Bedarf beseitigen, dass das System Kenntnis der Beziehung zwischen der SCR-Alterungsrate und den Motorparametern besitzt. Durch Vermeiden des Bedarfs, die SCR-Alterungsrate mit Motorparametern zu korrelieren, kann wesentliche Zeit und können wesentliche Kosten in Verbindung mit der Kalibrierung beseitigt werden. Zusätzlich ermöglichen die Systeme und Verfahren, die hier beschrieben sind, eine Bestimmung einer SCR-Alterung, nachdem sich eine Fahrzeug-SCR geändert hat (z. B. aufgrund von Schaden). Schließlich kann mit verbesserter Kenntnis der SCR-Komponentenalterung der Betrieb des Motors und des SCR vorteilhafter gesteuert werden, wie durch Verbessern des SCR-Wirkungsgrades und optionales Ausgleichen des Motorkraftstoffverbrauchs, NOx-Emission und Harnstoffverbrauch.
Während die Erfindung unter Bezugnahme auf beispielhafte Ausführungsformen beschrieben worden ist, sei dem Fachmann zu verstehen, dass verschiedene Änderungen durchgeführt und Äquivalente gegen Elemente derselben ohne Abweichung von dem Schutzumfang der Erfindung ersetzt werden können. 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.

Claims

Verfahren zum Steuern eines Betriebs einer SCR-Komponente, umfassend: Empfangen eines Signals, das einen erfassten Zustand eines der SCR-Komponente zugeordneten Abgasstroms widerspiegelt; Schätzen einer scheinbaren Alterungszeit der SCR-Komponente auf Grundlage des erfassten Zustandes des Abgasstromes; und Setzen eines Betriebszustandes der SCR-Komponente auf Grundlage der scheinbaren Alterungszeit der SCR-Komponente.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Empfangen eines Signals, das einen erfassten Zustand eines der SCR-Komponente zugeordneten Abgasstromes widerspiegelt, ein Empfangen eines Signals umfasst, das einen erfassten NOx-Gehalt des Abgasstromes widerspiegelt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Empfangen eines Signals, das einen erfassten Zustand eines der SCR-Komponente zugeordneten Abgasstromes widerspiegelt, ein Empfangen eines Signals umfasst, das einen erfassten NH3-Gehalt des Abgasstromes widerspiegelt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Empfangen eines Signals, das einen Zustand eines der SCR-Komponente zugeordneten Abgasstromes widerspiegelt, ein Empfangen eines Signals umfasst, das einen erfassten Zustand des Abgasstromes stromabwärts von der SCR-Komponente widerspiegelt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Schätzen einer scheinbaren Alterungszeit der SCR-Komponente umfasst: Setzen einer Modelleingangs-SCR-Alterungszeit; Ausführen eines SCR-Reaktionsmodells, umfassend: Bestimmen eines vorhergesagten SCR-Reaktionswirkungsgrades auf Grundlage der Modelleingangs-SCR-Alterungszeit; und Bestimmen eines vorhergesagten Zustandes des Abgasstromes auf Grundlage des vorhergesagten SCR-Reaktionswirkungsgrades; Einstellen der Modelleingangs-SCR-Alterungszeit und anschließendes Ausführen des SCR-Reaktionsmodells, bis der vorhergesagte Zustand des Abgasstromes innerhalb einer vorbestimmten Toleranz des erfassten Zustandes des Abgasstromes liegt; und Setzen einer scheinbaren SCR-Alterungszeit gleich der Modelleingangs-SCR-Alterungszeit, wenn der vorhergesagte Zustand des Abgasstromes innerhalb der vorbestimmten Toleranz des erfassten Zustandes des Abgasstromes liegt.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei der erfasste Zustand des Abgasstromes einen erfassten NOx-Gehalt des Abgasstromes umfasst.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei der erfasste Zustand des Abgasstromes einen erfassten NH3-Gehalt des Abgasstromes umfasst.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei der erfasste Zustand des Abgasstromes einen erfassten Zustand stromabwärts von der SCR-Komponente umfasst.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Bestimmen eines vorhergesagten SCR-Reaktionswirkungsgrades ein Interpolieren einer oder mehrerer empirischer Datentabellen umfasst, die einen Wirkungsgrad einer SCR-Reaktion als eine Funktion der SCR-Alterungszeit repräsentieren.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Bestimmen eines vorhergesagten SCR-Reaktionswirkungsgrades ein Bewerten eines oder mehrerer Polynomausdrücke umfasst, die einen Reaktionswirkungsgrad als eine Funktion der SCR-Alterungszeit charakterisieren.