DE102013205814B4

DE102013205814B4 - Abgasreinigungssystem für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102013205814B4
Application number: DE102013205814.4A
Authority: DE
Inventors: Yuji Yasui
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2012-04-03
Filing date: 2013-04-02
Publication date: 2015-12-31
Anticipated expiration: 2033-04-03
Also published as: JP2013213466A; DE102013205814A1; JP5559231B2

Abstract

Abgasreinigungssystem (2) für ein Fahrzeug, welches enthält: einen selektiven Reduktionskatalysator (23), der in einem Abgaskanal (11) eines Verbrennungsmotors (1) vorgesehen ist und NOx im Abgas in der Gegenwart von NH3 reinigt; ein Reduktionsmittel-Zuführmittel (25), das NH3 oder einen Vorläufer davon dem selektiven Reduktionskatalysator (23) zuführt; einen Abgassensor (26), der eine Konzentration einer NOx und NH3 im Abgas kombinierenden Komponente an einer vom selektiven Reduktionskatalysator (23) stromabwärtigen Seite erfasst; einen Trennfilter (32, 32A, 32B), der gleichzeitig einen geschätzten Wert (NOx_DW_hat) einer NOx-Konzentration im Abgas an einer vom selektiven Reduktionskatalysator (23) stromabwärtigen Seite und einen geschätzten Wert (NH3_DW_hat) einer NH3-Konzentration im Abgas an einer vom selektiven Reduktionskatalysator (23) stromabwärtigen Seite zu jedem vorbestimmten Steuerzyklus aus einem Ausgabewert (Ynox) des Abgassensors (26) berechnet; und ein Zufuhrmengen-Bestimmungsmittel (35) zur Bestimmung einer Zufuhrmenge des Reduktionsmittel-Zuführmittels (25), so dass der Ausgabewert (Ynox) des Abgassensors (26) ein örtliches Minimum einnimmt, gekennzeichnet durch einen Extrema-Suchcontroller (35A), der nach einer Zufuhrmenge sucht, so dass der Ausgabewert (Ynox) des Abgassensors (26) das örtliche Minimum einnimmt, basierend auf einer Antwort des Abgassensors (26), wenn die Zufuhrmenge des Reduktionsmittel-Zuführmittels (25) mit einer vorbestimmten Frequenz oszilliert; und dass das Zufuhrmengen-Bestimmungsmittel (35) eine Zufuhrmenge des Reduktionsmittel-Zuführmittels (25) mittels des Extrema-Suchcontrollers (35A) bestimmt, falls das Fahrzeug im Konstantfahrzustand ist, und eine Zufuhrmenge des Reduktionsmittel-Zuführmittels (25) derart bestimmt, dass der durch den Trennfilter (32, 32A, 32B) berechnete stromabwärtige NOx-Konzentrations-Schätzwert (NOx_DW_hat) und/oder stromabwärtige NH3-Konzentrations-Schätzwert (NH3_DW_hat) einen jeweiligen Sollwert (NOx_DW_trgt, NH3_DW_trgt) einnimmt, falls das Fahrzeug in einem anderen Zustand als dem Konstantfahrzustand ist.

Description

Diese Anmeldung beruht auf und beansprucht den Vorteil der Priorität von der JP 2012-085046 A , eingereicht am 03. April 2012.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Abgasreinigungssystem für ein Fahrzeug. Im näheren Detail bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Abgasreinigungssystem, das mit einem selektiven Reduktionskatalysator versehen ist, der NOx im Abgas in der Gegenwart von NH₃ reinigt, und einem NOx-Sensor, der NOx an einer von diesem selektiven Reduktionskatalysator stromabwärtigen Seite erfasst.
Verwandte Technik
Als ein solches Abgasreinigungssystem, das NOx im Abgas reinigt, ist insofern ein System vorgeschlagen worden, worin ein selektiver Reduktionskatalysator, der selektiv NOx im Abgas durch ein Reduktionsmittel, wie etwa Ammoniak (NH₃), reduziert, in dem Abgaskanal vorgesehen ist. Zum Beispiel wird, bei einem Abgasreinigungssystem des Harnstoffzusatz-Typs, Harnstoffwasser, das ein NH₃-Vorläufer ist, von einer stromaufwärtigen Seite des selektiven Reduktionskatalysators zugeführt, wobei durch thermische Zersetzung oder Hydrolyse dieses Harnstoffwassers durch die Abgaswärme NH₃ erzeugt wird, und das NOx im Abgas durch dieses NH₃ selektiv reduziert wird. Zusätzlich zu einem solchen System des Harnstoffzusatz-Typs ist zum Beispiel ein System vorgeschlagen worden, das NH₃ durch Erhitzen einer NH₃-Verbindung, wie etwa Ammoniumcarbid, erzeugt, und dieses NH₃ direkt hinzufügt. Ein System des Harnstoffzusatz-Typs wird nachfolgend erläutert.
Falls bei einem solchen System die effektive NH₃-Menge des selektiven Reduktionskatalysators geringer als eine optimale Menge ist, sinkt die NOx-Reinigungsrate, weil das bei der NOx-Reduktion verbrauchte Ammoniak ungenügend wird, und falls sie größer als diese optimale Menge ist, wird das Ammoniak, das bei der NOx-Reduktion überschüssig geworden ist, abgegeben. Im Ergebnis ist in einem mit einem selektiven Reduktionskatalysator versehenen Abgasreinigungssystem die geeignete Steuerung der Einspritzmenge von Harnstoffwasser wichtig geworden. Daher werden in JP 2004-100700 A und JP 2006-274986 A Systeme exemplifiziert, welche eine NOx-Reinigungsrate eines selektiven Reduktionskatalysators schätzen und eine Einspritzmenge des Harnstoffwassers basierend auf dieser Schätzung steuern.
Bei dem Abgasreinigungssystem von JP 2004-100700 A wird die NOx-Menge an einer stromabwärtigen Seite des selektiven Reduktionskatalysators durch einen NOx-Sensor erfasst, und die Zusammensetzung des in den selektiven Reduktionskatalysator fließenden Abgases, insbesondere das Verhältnis von NO zu NO₂, wird aus dem Ausgabewert dieses NOx-Sensors und dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors geschätzt. Ferner wird basierend auf dieser Zusammensetzung des Abgases die NOx-Reinigungsrate des selektiven Reduktionskatalysators geschätzt und wird die Harnstoffwasser-Einspritzmenge gesteuert.
Darüber hinaus wird, bei dem Abgasreinigungssystem von JP 2006-274986 A , die Temperatur des Katalysators als Größe erfasst, welche sich auf die NOx-Reinigungsrate des selektiven Reduktionskatalysators bezieht, und die Harnstoffwasser-Einspritzmenge wird basierend auf dieser Temperatur gesteuert.
Jedoch verändert sich die NOx-Reinigungsrate des selektiven Reduktionskatalysators nicht nur durch das Vorgenannte, wie etwa die Abgaszusammensetzung und Temperatur des selektiven Reduktionskatalysators, sondern auch mit dem Verschlechterungszustand des selektiven Reduktionskatalysators. Darüber hinaus gibt es eine Variabilität in der Reinigungsleistung zwischen einzelnen Einheiten. Daher ist es mit den Abgasreinigungssystemen, wie sie in den JP 2004-100700 A und JP 2006-274986 A exemplifiziert sind, schwierig, die Harnstoffwasser-Einspritzmenge immer optimal zu steuern.
In der DE 10 2008 041 603 A1 , auf der der Oberbegriff von Anspruch 1 beruht, wird ein Prozess zur Adaptation des NH₃-Füllgrads des SCR-Katalysators in Antwort auf die Differenz zwischen dem vom NOx-Sensor erfassten Wert NOx_sens und dem entsprechenden geschätzten Wert NOx_mod durchgeführt, wenn diese einen vorbestimmten Schwellenwert überschritten haben. Dies erfolgt unter der Annahme, dass, wenn diese Differenz diesen Schwellenwert überschritten hat, dies aufgrund von NH₃-Schlupf geschehen ist, und setzt den geschätzten Wert des von der ECU berechneten NH₃-Füllgrads auf einen Maximalwert zurück. Während dieser Adaptation versucht die ECU, den NH₃-Schlupf zu unterdrücken und korrigiert die Reduktionsmittel-Zufuhrmenge zur abnehmenden Seite hin. Währenddessen erfasst jedoch der NOx-Sensor sowohl NOx als auch NH₃, und deshalb muss die Gültigkeit dieser Adaptation mit einem Plausibilitätstest bestimmt werden, da die Differenz zwischen NOx_sens und NOx_mod nicht nur dann zunimmt, wenn NH₃-Schlupf stattgefunden hat, sondern auch wenn NOx-Schlupf aufgetreten ist.
Zusammenfassung der Erfindung
36 zeigt in Graphen die Ausgabecharakteristik des NOx-Sensors, der an der stromabwärtigen Seite des selektiven Reduktionskatalysators in den zuvor erwähnten herkömmlichen Abgasreinigungssystemen vorgesehen ist. 36 zeigt die Änderungscharakteristiken der NOx-Konzentration und der NH₃-Konzentration an der stromabwärtigen Seite des selektiven Reduktionskatalysators, und den Ausgabewert des stromabwärtigen NOx-Sensors, wenn man die vertikale Achse als effektive NH₃-Menge des selektiven Reduktionskatalysators definiert. Hierin bezieht sich die effektive NH₃-Menge auf eine NH₃-Menge, die direkt zur NOx-Reduktion im selektiven Reduktionskatalysator beitragen kann, und ist ein Index, der die NOx-Reinigungsleistung des selektiven Reduktionskatalysators angibt. Insbesondere entspricht die effektive NH₃-Menge einer Menge, welche die NH₃-Menge, welche bereits am selektiven Reduktionskatalysator adsorbiert ist (NH₃-Speichermenge) und die NH₃-Menge, die neuerlich zu dem selektiven Reduktionskatalysator zugeführt wird, kombiniert.
Da die effektive NH₃-Menge zunimmt, wenn die Harnstoffwasser-Einspritzmenge zunimmt, wird die NOx-Reinigungsrate des selektiven Reduktionskatalysators ansteigen. Aus diesem Grund sinkt die NOx-Konzentration stromab des selektiven Reduktionskatalysators einhergehend mit der Zunahme der effektiven NH₃-Menge, wie in 36 gezeigt. Wenn darüber hinaus die effektive NH₃-Menge überschritten wird, wie mit dem Stern angegeben, wird die NOx-Konzentration im Wesentlichen konstant, unabhängig von der effektiven NH₃-Menge. In anderen Worten, die Harnstoffwasser-Menge, welche den Stern überschreitet, gibt den Überschuss zu jener an, welche das erzeugte NOx reduziert.
Darüber hinaus wird hier das NH₃, das aus dem überschüssigen Harnstoffwasser erzeugt wird, bei der NOx-Reduktion nicht verbraucht, und wird zur stromabwärtigen Seite des selektiven Reduktionskatalysators abgegeben. Daher nimmt, wie in 36 gezeigt, die NH₃-Konzentration von Abgas stromab des selektiven Reduktionskatalysators zu, wenn die effektive NH₃-Menge überschritten wird, welche mit dem Stern bezeichnet ist. Es sollte angemerkt werden, dass die NH₃-Abgabe von dem selektiven Reduktionskatalysator zur stromabwärtigen Seite davon auf diese Weise nachfolgend als „NH₃-Schlupf” bezeichnet wird.
Die effektive NH₃-Menge, die in 36 mit den Sternen angegeben ist, kann sowohl die NOx-Konzentration als auch die NH₃-Konzentration an der stromabwärtigen Seite des selektiven Reduktionskatalysators minimieren; daher ist dies die optimale effektive NH₃-Menge in diesem Abgasreinigungssystem. Jedoch zeigt, wie in 36 gezeigt, der Ausgabewert des NOx-Sensors eine nach unten konvexe Charakteristik, wobei der Ausgabewert bei dieser optimalen effektiven NH₃-Menge der Minimalpunkt ist. Dies ist so, weil existierende Sensoren, NOx-Sensoren genannt, auf diesem Erfassungsprinzip nicht nur auf NOx empfindlich sind, sondern auch auf NH₃. Daher lässt sich mit nur dem Ausgabewert von dem NOx-Sensor nicht bestimmen, ob die effektive NH₃-Menge in einem ungenügenden Zustand relativ zur optimalen Menge ist oder im Überschusszustand ist.
Jedoch offenbart, für ein Regelungsziel, worin die Ausgabe eine extreme Charakteristik hat, JP 2006-105031 A einen Steuerungsalgorithmus (nachfolgend als „Extrema-Suchalgorithmus” bezeichnet), der die Ausgabe des Regelziels auf einen Extrempunkt regelt, in dem die Regeleingabe als Komponente eingeschlossen wird, welche sich mit einer vorbestimmten Oszillationsfrequenz ändert. Daher ist daran gedacht worden, einen solchen Extrema-Suchalgorithmus auf das vorgenannte Abgasreinigungssystem anzuwenden, um die Harnstoffwasser-Einspritzsteuerung so durchzuführen, dass der Ausgabewert des NOx-Sensors ein örtliches Minimum einnimmt. Wenn man jedoch die Reaktionsverzögerung des selektiven Reduktionskatalysators berücksichtigt, muss die Oszillationsfrequenz extrem niedrig gemacht werden, und im Ergebnis ist der Betriebsbereich, in den der oben erwähnte Extrema-Suchalgorithmus angewendet werden kann, nur auf einen Konstantfahrzustand beschränkt, angenähert ohne Änderung der Antriebskraftanforderung des Fahrers.
Die vorliegende Erfindung hat zur Aufgabe, ein Abgasreinigungssystem anzugeben, das die NOx-Reinigungsrate des selektiven Reduktionskatalysators, unabhängig vom Zustand des Fahrzeugs, optimieren kann.
Zur Lösung des oben erwähnten Problems wird in einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Abgasreinigungssystem gemäß Anspruch 1 angegeben.
Es sollte angemerkt werden, dass „Konzentration” in der vorliegenden Erfindung so definiert ist, dass sie auch physikalische Größen einschließt, für die Einheiten zwischen der Konzentration unter Verwendung eines vorbestimmten Koeffizienten und eines bekannten arithmetischen Ausdrucks umgewandelt werden können, wie zum Beispiel Konzentration und eine Menge oder Konzentration und ein Äquivalenzverhältnis.
Mit der vorliegenden Erfindung wird die Zuführmenge des Reduktionsmittel-Zuführmittels so bestimmt, dass die Ausgabe des Abgassensors ein örtliches Minimum einnimmt, falls das Fahrzeug in Konstantfahrzustand ist, und die Zuführmenge des Reduktionsmittel-Zuführmittels wird so bestimmt, dass beide oder einer des stromabwärtigen NOx-Konzentration-Schätzwerts und des stromabwärtigen NH₃-Konzentration-Schätzwerts, berechnet mittels des Trennfilters, jeweilige Sollwerte einnehmen, falls das Fahrzeug in einem anderen Zustand als dem Konstantfahrzustand ist, das heißt, in einem Übergangszustand ist. Da insbesondere die Spektralverteilungen der NH₃-Konzentration und NOx-Konzentration an der stromabwärtigen Seite des selektiven Reduktionskatalysators verschieden sind, falls das Fahrzeug in einem anderen Zustand als dem Konstantfahrzustand ist, das heißt, einem Übergangszustand, steigt die Trenngenauigkeit der NOx-Sensor-Ausgabe gemäß dem Trennfilter, das heißt, die Schätzgenauigkeit des stromabwärtigen NOx-Konzentration-Schätzwerts und des stromabwärtigen NH₃-Konzentration-Schätzwerts. Daher ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, den selektiven Reduktionskatalysator in einem optimalen Zustand zu halten, in dem die NOx-Reinigungsrate immer hoch ist und der NH₃-Schlupf immer klein ist, unabhängig vom Betriebszustand des Fahrzeugs.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es in diesem Fall bevorzugt, dass das Abgasreinigungssystem ferner ein stromaufwärtiges Erfassungsmittel (zum Beispiel den später beschriebenen stromaufwärtigen NOx-Sensor 28) zum Erfassen oder Schätzen einer NOx-Konzentration im Abgas an einer vom selektiven Reduktionskatalysator stromaufwärtigen Seite enthält; und der Trennfilter enthält: ein stromabwärtiges Schätzmittel (zum Beispiel Multiplizierer 322A, 325B) zur Modellbildung des stromabwärtigen NOx-Konzentration-Schätzwerts mit einem Wert, der erhalten wird durch Multiplizieren eines vorbestimmten Reinigungskoeffizienten (Kscr) mit einem Ausgabewert des stromaufwärtigen Erfassungsmittels; ein Identifizierungsmittel (zum Beispiel den später beschriebenen Reinigungskoeffizienten-Identifizierer 321A, 321B) zum Identifizieren eines Werts des Reinigungskoeffizienten, so dass ein Fehler (e'id) zwischen einem Ausgabewert (Ynox) des Abgassensors und einem Ausgabewert (NOx_DW_hat) des stromabwärtigen Schätzmittels, oder ein Fehler (eid) eines Werts entsprechend einem Filterwert von jedem der Ausgabewerte, ein Minimum einnimmt; sowie ein Trennmittel (zum Beispiel den Addierer 323A, 326B) zum Berechnen des stromabwärtigen NH₃-Konzentrations-Schätzwerts (NH3_DW_hat) durch Subtrahieren des Ausgabewerts (NOx_DW_hat) des stromabwärtigen Schätzmittels von dem Ausgabewert (Ynox) des Abgassensors.
Mit dem Trennfilter der vorliegenden Erfindung wird der geschätzte Wert der NOx-Konzentration an der vom selektiven Reduktionskatalysator stromabwärtigen Seite als Modell gebildet, mit einem Wert, der durch Multiplizieren eines vorbestimmten Reinigungskoeffizienten mit dem Ausgabewert des stromaufwärtigen Erfassungsmittels erhalten wird, basierend auf der Ähnlichkeit zwischen der Spektralverteilung der NOx-Konzentration an der vom selektiven Reduktionskatalysator stromaufwärtigen Seite und der Spektralverteilung der NOx-Konzentration an der stromabwärtigen Seite, wobei der geschätzte Wert der NOx-Konzentration an der stromabwärtigen Seite gemäß diesen berechnet wird. Darüber hinaus fluktuiert die NH₃-Menge gemäß dem Reduktionsmittel-Zuführmittel, und die NOx-Menge fluktuiert in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Verbrennungsmotors gemäß dem Fahrer; daher nimmt die Überlappung zwischen der Spektralverteilung von NH₃ und der Spektralverteilung von NOx des Abgases an der stromabwärtigen Seite des selektiven Reduktionskatalysators ab. Mit der vorliegenden Erfindung können unter Verwendung von diesen die geschätzten Werte der stromabwärtigen NOx-Konzentration und stromabwärtigen NH₃-Konzentration mit ausreichender Schätzgenauigkeit durch Identifizierung berechnet werden, so dass der Fehler zwischen dem Ausgabewert des Abgassensors und dem geschätzten Wert der stromabwärtigen NOx-Konzentration, oder der Fehler von Werten entsprechend diesen Filterwerten, minimal wird.
Weil darüber hinaus die NOx-Menge in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Verbrennungsmotors gemäß dem Fahrer fluktuiert, wird die Trennung von Spitzen in den Spektralverteilungen von NH₃ und NOx im Übergangszustand besonders deutlich, worin der Betriebszustand des Verbrennungsmotors stark variiert; daher wird die Schätzgenauigkeit der stromabwärtigen NOx-Konzentration und der stromabwärtige NH₃-Konzentration besonders hoch.
In anderen Worten wird mit der vorliegenden Erfindung die Zuführmenge so bestimmt, dass der Ausgabewert des Abgassensors ein örtliches Minimum einnimmt, falls das Fahrzeug im Konstantfahrzustand ist, und es leicht ist, nach einem örtlichen Minimum des Ausgabewerts des Abgassensors zu suchen, und die Zuführmenge wird basierend auf dem durch den Trennfilter berechneten Schätzwert bestimmt, falls das Fahrzeug in einem anderen Zustand als dem Konstantfahrzustand ist, das heißt, einem Übergangszustand, wobei die Schätzgenauigkeit gemäß dem Trennfilter hoch ist. In anderen Worten ist es mit der vorliegenden Erfindung immer möglich, NH₃-Schlupf zu unterdrücken, während die NOx-Reinigungsrate des selektiven Reduktionskatalysators hoch gehalten wird, durch wahlweise Verwendung des Extrema-Suchalgorithmus und des Trennfilters in Abhängigkeit vom Zustand des Fahrzeugs.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es in diesem Fall bevorzugt, dass der Trennfilter ferner einen Übergangsextraktionsfilter (zum Beispiel den später beschrieben Übergangsextraktionsfilter 322B, 323B) enthält, der eine stationäre Komponente blockiert und zumindest ein Frequenzband, das einer Zunahme-/Abnahmeanforderung nach Antriebskraft von einem Fahrer entspricht, von dem Ausgabewert (Ynox) des Abgassensors und dem Ausgabewert (NOx_UP) des stromaufwärtigen Erfassungsmittels durchlässt, und einen Filterwert (Ynox_f, NOx_UP_f) von jedem berechnet; und das Identifizierungsmittel einen Wert des Reinigungskoeffizienten so identifiziert, dass ein Fehler (eid) zwischen dem Filterwert (NOx_UP_f) des Abgabewerts des Abgassensors und einem Wert (NOx_DW_hat_f), der durch Multiplizieren des Reinigungskoeffizienten mit dem Filterwert des Ausgabewerts des stromauwärtigen Erfassungsmittels erhalten wird, minimal wird.
Die NH₃-Menge fluktuiert in Abhängigkeit vom Reduktionsmittel-Zuführmittel. Aus diesem Grund wird die Spitze der Spektralverteilung von NH₃ im Abgas an der stromabwärtigen Seite des selektiven Reduktionskatalysators in der Nähe der niederfrequenten Seite von etwa 0 Hz liegen. Im Gegensatz hierzu wird die Spitze der Spektralverteilung von NOx an einer höherfrequenten Seite als die Spitze der Spektralverteilung von NH₃ liegen, da die NOx-Menge in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Verbrennungsmotors gemäß dem Fahrer fluktuiert. Mit dem Trennfilter der vorliegenden Erfindung ist es unter Verwendung davon möglich, die Schätzgenauigkeit des stromabwärtigen NOx-Konzentrations-Schätzwerts und des stromabwärtigen NH₃-Konzentrations-Schätzwerts weiter zu verbessern, indem nur die NOx-Frequenzkomponente aus dem Ausgabewert des Abgassensors und dem Ausgabewert des stromauwärtigen Erfassungsmittels durch den Übergangsextraktionsfilter extrahiert wird, und der Wert des Reinigungskoeffizienten unter Verwendung dieser Filterwerte identifiziert wird.
Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es bevorzugt, dass das Abgasreinigungssystem ferner ein Korrekturmittel (zum Beispiel den später beschriebenen NH₃-Speichercontroller) enthält, um einen geschätzten Wert (St_nh3_hat) einer NH₃-Menge des selektiven Reduktionskatalysators zu schätzen und die Zuführmenge des Reduktionsmittel-Zuführmittels so zu korrigieren, dass der geschätzte Wert ein Sollwert (St_nh3_trgt) davon wird; und das Korrekturmittel eine Abnahmerate der Abweichung zwischen dem geschätzten Wert der NH₃-Speichermenge und einem Sollwert davon stärker reduziert, falls einer des stromabwärtigen NOx-Schätzwerts und des stromabwärtigen NH₃-Schätzwerts von dem jeweiligen Sollwert davon um zumindest einen vorbestimmten Wert abweicht, als in einem Fall, wo er nicht um zumindest den vorbestimmten Wert abweicht.
Obwohl bei dem Abgasreinigungssystem, das das vorgenannte Korrekturmittel enthält, das Zufuhrmengen-Bestimmungsmittel die Zufuhrmenge zur Seite der reduzierten Menge hin ändert, korrigiert das Korrekturmittel hingegen so, dass es die Zufuhrmenge zur Seite der erhöhten Menge ändert, wobei infolge davon Zeit erforderlich sein könnte, bis die Zuführmenge rasch auf die optimale Menge eingestellt ist. In anderen Worten, das Zufuhrmengen-Bestimmungsmittel und das Korrekturmittel könnten sich stören. Falls mit der vorliegenden Erfindung einer des stromabwärtigen NOx-Schätzwerts und des stromabwärtigen NH₃-Schätzwerts weit vom jeweiligen Sollwert entfernt ist, lässt sich durch Reduzieren der Abnahmerate der Abweichung zwischen dem geschätzten Wert der NH₃-Speichermenge und dem Sollwert davon durch das Korrekturmittel verhindern, dass sich dieses Zufuhrmengen-Bestimmungsmittel und Korrekturmittel einander stören. Falls daher die NOx-Reinigungsrate abgenommen hat, oder falls NH₃-Schlupf aufgetreten ist, ist es möglich, aus diesem Zustand rasch zum optimalen Zustand zurückzukehren.
Gemäß einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung ist es in diesem Fall bevorzugt, dass das Abgasreinigungssystem ferner ein Fehlerbestimmungsmittel (zum Beispiel die später beschriebene ECU 3) enthält, zur Bestimmung, dass der selektive Reduktionskatalysator schlechter geworden ist, falls die Zufuhrmenge (Gnh3_opt), die durch das Zuführmengenbestimmungsmittel so bestimmt wurde, dass der Ausgabewert des Abgassensors ein örtliches Minimum einnimmt, kleiner geworden ist als ein vorbestimmter Fehlerbestimmungsschwellenwert (Gnh3_opt_AGD), wenn das Fahrzeug im Konstantfahrzustand ist.
Da der Optimalwert der effektiven NH₃-Menge abnimmt, wenn die Verschlechterung des selektiven Reduktionskatalysators fortschreitet, nimmt auch die Zuführmenge ab, welche so bestimmt worden ist, dass der Ausgabewert des Abgassensors ein örtliches Minimum einnimmt, wie oben beschrieben. Indem mit der vorliegenden Erfindung eine Verschlechterung des selektiven Reduktionskatalysators unter Verwendung dieser Charakteristik bestimmt wird, ist es möglich, die Häufigkeit der Verschlechterungsbestimmung anzuheben, und es ist ferner möglich, die Genauigkeit der Verschlechterungsbestimmung zu verbessern.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Ansicht, die Konfigurationen eines Motors und eines Abgasreinigungssystems davon gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist ein Blockdiagramm zum Ausführen der Harnstoffwasser-Einspritzsteuerung der Ausführung;
3 zeigt in Graphen die Beziehung zwischen der Fahrzeuggeschwindigkeit, der NOx-Konzentration an der stromaufwärtigen Seite eines SCR-Katalysators, der NOx-Konzentration (dicke Linie) und der NH₃-Konzentration (dünne Linie) an der stromabwärtigen Seite des SCR-Katalysators; und dem Ausgabewert eines stromabwärtigen NOx-Sensors;
4 zeigt in einem Graph die Spektralverteilungen einer stromaufwärtigen NOx-Konzentration, stromabwärtigen NOx-Konzentration, stromabwärtigen NH₃-Konzentration und Ausgabe des stromabwärtigen NOx-Sensors;
5 zeigt in einem Blockdiagramm die Konfiguration eines Trennfilters von Beispiel 1;
6 zeigt in Graphen die Simulationsergebnisse des Trennfilters von Beispiel 1;
7 zeigt in einem Graph die Spektralverteilung der stromaufwärtigen NOx-Konzentration, stromabwärtigen NOx-Konzentration, stromabwärtigen NH₃-Konzentration und Ausgabe des stromabwärtigen NOx-Sensors;
8 zeigt in einem Graph die Verstärkungscharakteristik des Reinigungskoeffizienten Kscr;
9 zeigt in einem Graph die Verstärkungscharakteristik eines Bandpassfilters;
10 zeigt in einem Blockdiagramm die Konfiguration eines Trennfilters von Beispiel 2;
11 zeigt in Graphen die Simulationsergebnisse des Trennfilters von Beispiel 2;
12 zeigt in einem Graph die Verstärkungscharakteristik des Reinigungskoeffizienten Kscr;
13 zeigt in einem Graph eine Identifikationsalgorithmus-Gewichtungscharakteristik, falls ein Regelungsziel eine Tiefpasscharakteristik hat;
14 zeigt in einem Graph ein Beispiel eines Kennfelds zur Berechnung eines geschätzten Werts einer maximalen NH₃-Speicherkapazität mit der Katalysatortemperatur als dem Argument;
15 zeigt in einem Graph ein Beispiel eines Kennfelds zur Berechnung eines NH₃-Speicherkoeffizienten mit der NH₃-Speicherrate als dem Argument;
16 zeigt in einem Graph ein Beispiel eines Kennfelds zur Berechnung eines Basis-NOx-Charakteristikkoeffizienten mit der Katalysatortemperatur als dem Argument;
17 zeigt in einem Graph ein Beispiel eines Kennfelds zur Berechnung eines Gasvolumenkoeffizienten mit dem Abgasvolumen als dem Argument;
18 zeigt in einem Graph die Beziehung zwischen der Katalysatortemperatur und der maximalen NH₃-Speichermenge;
19 zeigt in einem Graph eines Kennfelds zur Berechnung eines stromabwärtigen NH₃-Konzentrations-Sollwerts für die stromabwärtige NH₃-Abweichung;
20 zeigt in einem Graph schematisch das Einstellen einer Konversionsfunktion des Gleitmodusreglers eines Rückkopplungscontrollers;
21 zeigt in einem Graph die Arbeitskonzepte in einem Extrema-Suchcontroller;
22 zeigt in einem Blockdiagramm die Konfiguration des Extrema-Suchcontrollers;
23 zeigt in einem Graph ein Beispiel zur Bestimmung einer Anregungseingangsamplitude;
24 zeigt in einem Flussdiagramm die Sequenz von Harnstoffwasser-Einspritzsteuerung;
25 zeigt in einem Flussdiagramm die Sequenz von Harnstoffwasser-Einspritzsteuerung;
26 ist eine Tabelle, welche die Simulationsbedingungen für jedes Experiment zusammenfasst;
27 zeigt in Graphen die Simulationsergebnisse von Experiment 1;
28 zeigt in Graphen die Simulationsergebnisse von Experiment 2;
29 zeigt in Graphen die Simulationsergebnisse von Experiment 3;
30 zeigt in Graphen die Simulationsergebnisse von Experiment 4;
31 zeigt in Graphen die Simulationsergebnisse von Experiment 5;
32 zeigt in Graphen die Simulationsergebnisse von Experiment 6;
33 zeigt in Graphen die Simulationsergebnisse von Experiment 7;
34 zeigt in einem Graph die Spektralverteilungen der stromaufwärtigen NOx-Konzentration, stromabwärtigen NOx-Konzentration, stromabwärtigen NH₃-Konzentration und Ausgabe des stromabwärtigen NOx-Sensors;
35 zeigt in einem Graph die Spektralverteilungen der stromaufwärtigen NOx-Konzentration, stromabwärtigen NOx-Konzentration, stromabwärtigen NH₃-Konzentration und Ausgabe des stromabwärtigen Nox-Sensors; und
36 zeigt in Graphen die Ausgabecharakteristik des NOx-Sensors eines herkömmlichen Abgasreinigungssystems.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Nachfolgend wird eine erste Ausführung der vorliegenden Erfindung in Bezug auf die Zeichnungen erläutert.
1 zeigt in einer Ansicht die Konfigurationen eines Verbrennungsmotors (nachfolgend als „Motor” bezeichnet) 1 und eines Abgasreinigungssystems 2 davon gemäß der vorliegenden Ausführung. Der Motor 1 ist ein Benzinmotor vom Magerverbrennungstyp oder ein Dieselmotor und ist an einem nicht dargestellten Fahrzeug angebracht.
Das Abgasreinigungssystem 2 ist so konfiguriert, dass es enthält: einen selektiven Reduktionskatalysator 23, der in einem Abgaskanal 11 des Motors 1 vorgesehen ist und Stickoxide (nachfolgend als „NOx” bezeichnet) im durch diesen Abgaskanal 11 fließenden Abgas in der Gegenwart von Ammoniak, das als Reduktionsmittel dient, reinigt; eine Harnstoffwasser-Einspritzvorrichtung 25, die Harnstoffwasser, das als Quelle des Reduktionsmittels dient, in den Abgaskanal 11 an der stromaufwärtigen Seite des selektiven Reduktionskatalysators 23 zuführt; sowie eine elektronische Steuereinheit (nachfolgend als „ECU” bezeichnet) 3. Zusätzlich zu dem selektiven Reduktionskatalysator 23 ist im Abgaskanal 11 ein Oxidationskatalysator 21 vorgesehen.
Die Harnstoffwasser-Einspritzvorrichtung 25 enthält einen Harnstoffwassertank 251 und einen Harnstoffwasserinjektor 253. Der Harnstoffwassertank 251 speichert Harnstoffwasser und ist mit dem Harnstoffwasserinjektor 253 über ein Harnstoffwasserzuführrohr 254 und eine nicht dargestellte Harnstoffwasserpumpe verbunden. Ein Harnstoffwasserpegelsensor 255 ist in diesem Harnstoffwassertank 251 vorgesehen. Der Harnstoffwasserpegelsensor 255 erfasst den Wasserpegel des Harnstoffwassers im Harnstoffwassertank 251 und gibt an die ECU 3 ein Erfassungssignal aus, das im Wesentlichen proportional zu diesem Wasserpegel ist. Der Harnstoffwasserinjektor 253 ist mit der ECU 3 verbunden, arbeitet gemäß einem Steuersignal von der ECU 3 und spritzt Harnstoffwasser in das Auspuffrohr 11 gemäß diesem Steuersignal 1. In anderen Worten, es wird eine Harnstoffwasser-Einspritzsteuerung ausgeführt.
Der Oxidationskatalysator 21 ist in dem Abgaskanal 11 weiter stromauf als der selektive Reduktionskatalysator 23 und der Harnstoffwasserinjektor 253 vorgesehen und begünstigt die NOx-Reduktion im selektiven Reduktionskatalysator 23, indem sie ein Teil des NO im Abgas in NO₂ umwandelt.
Der selektive Reduktionskatalysator (nachfolgend als „SCR-Katalysator” (Selektive Catalytische Reduktion) bezeichnet) 23 reduziert selektiv NOx im Abgas in einer Atmosphäre, in der ein Reduktionsmittel, wie etwa NH₃, vorhanden ist. Insbesondere, wenn Harnstoffwasser durch die Harnstoffwasser-Einspritzvorrichtung 25 eingespritzt wird, wird dieses Harnstoffwasser durch die Abgaswärme thermisch zersetzt oder hydrolisiert, und es wird NH₃ erzeugt. Das erzeugte NH₃ wird dem SCR-Katalysator 23 zugeführt, und das NOx im Abgas wird durch diesen Ammoniak selektiv reduziert.
Dieser SCR-Katalysator 23 hat eine Funktion, das NOx im Abgas durch das aus dem Harnstoffwasser erzeugte NH₃ zu reduzieren, sowie auch eine Funktion, nur eine vorbestimmte Menge des erzeugten NH₃ zu adsorbieren. Nachfolgend wird diese im SCR-Katalysator 23 adsorbierte NH₃-Menge als NH₃-Speichermenge definiert, und die NH₃-Menge, die an dem SCR-Katalysator 23 adsorbiert werden kann, das heißt, der Maximalwert der NH₃-Menge, wird als die maximale NH₃-Speichermenge definiert.
Auf diese Weise wird das im SCR-Katalysator 23 gespeicherte NH₃ nach Bedarf bei der Reduktion des NOx im Abgas verbraucht. Aus diesem Grund steigt die NOx-Reinigungsrate des SCR-Katalysators 23 einhergehend mit einer Zunahme der NH₃-Speichermenge. Wenn andererseits die NH₃-Speichermenge die maximale NH₃-Speichermenge erreicht und der SCR-Katalysator 23 gesättigt wird, erreicht auch die NOx-Reinigungsrate einen Maximalwert; jedoch tritt ein NH₃-Schlupf auf, worin NH₃, das nicht zur Reduktion des NOx beiträgt und überschüssig geworden ist, zur stromabwärtigen Seite des SCR-Katalysators 23 abgegeben wird. Um zu vermeiden, dass das vom SCR-Katalysator abgegebene NH₃ zur stromabwärtigen des selektiven Reduktionskatalysators 23 abgegeben wird, um nach außerhalb des Systems abgeführt zu werden, ist ein Schlupfunterdrückungskatalysator vorgesehen, der NH₃ adsorbiert und oxidiert und nicht dargestellt ist.
Als Sensoren zum Erfassen des Zustands des Abgasreinigungssystems sind ein stromabwärtiger NOx-Sensor 26, ein Katalysatortemperatursensor 27, ein stromaufwärtiger NOx-Sensor 28, ein Kurbelwinkelstellungssensor 14 und ein Akzeleratoröffnungssensor 15 mit der ECU 3 verbunden.
Der stromabwärtige NOx-Sensor 26 ist im Abgaskanal 11 an einer stromabwärtigen Seite des SCR-Katalysators 23 vorgesehen, erfasst die Konzentration einer Komponente, die NOx und NH₃ im Abgas kombiniert, an einer stromabwärtigen Seite vom SCR-Katalysator 23, und führt der ECU 3 ein Erfassungssignal zu, das im Wesentlichen proportional zum Erfassungswert ist. Der Katalysatortemperatursensor 27 erfasst die Temperatur des SCR-Katalysators 23 und führt der ECU 3 ein Erfassungssignal zu, das im Wesentlichen proportional zum Erfassungswert ist. Der stromaufwärtige NOx-Sensor 28 ist im Abgaskanal 11 zwischen dem Oxidationskatalysator 21 und dem Harnstoffwasserinjektor 253 vorgesehen und erfasst die Konzentration der Komponente, welche NOx und NH₃ kombiniert, im in den SCR-Katalysator 23 fließenden Abgas, und führt der ECU 3 ein Erfassungssignal zu, das im Wesentlichen proportional zum Erfassungswert ist. Da jedoch NH₃ im Abgas an der Erfassungsposition des stromaufwärtigen NOx-Sensors 28 angenähert nicht enthalten ist, erfasst der stromaufwärtige NOx-Sensor 28 die Konzentration im Wesentlichen nur von NOx im Abgas.
Der Kurbelwinkelstellungssensor 14 erfasst den Drehwinkel der Kurbelwelle des Motors 1 und erzeugt alle 1° Kurbelwinkel einen Impuls und führt ein Pulssignal davon der ECU 3 zu. Die Drehzahl des Motors 1 wird von der ECU 3 basierend auf diesem Pulssignal berechnet. Der Beschleunigungsöffnungssensor 15 erfasst einen Druckbetrag (nachfolgend als „Akzeleratoröffnung” bezeichnet) des nicht dargestellten Gaspedals des Motors und führt der ECU 3 ein Erfassungssignal zu, das im Wesentlichen proportional zur so erfassten Akzeleratoröffnung ist. Basierend auf der erfassten Akzeleratoröffnung und der Drehzahl wird durch die ECU 3 ein angefordertes Drehmoment des Motors 1 berechnet.
Darüber hinaus sind mit der ECU 3 eine Harnstoffwasser-Restmengenwarnleuchte 16 und eine Katalysatorverschlechterungswarnleuchte 17 verbunden, um einem Fahrer verschiedene Warnungen zu melden. Die Harnstoffwasser-Restmengenwarnleuchte 16 ist zum Beispiel am Instrumentenbrett des Fahrzeugs vorgesehen und leuchtet in Antwort darauf auf, dass die Restmenge des Harnstoffwassers im Harnstoffwassertank 251 geringer als eine vorbestimmte Restmenge geworden ist (siehe S8 der später beschriebenen 24). Der Fahrer wird hierdurch gewarnt, dass die Restmenge des Harnstoffwassers im Harnstoffwassertank 254 gering geworden ist.
Die Katalysatorverschlechterungswarnleuchte 17 ist zum Beispiel am Instrumentenbrett des Fahrzeugs vorgesehen und leuchtet in Antwort auf die Bestimmung auf, dass der SCR-Katalysator 23 schlechter geworden ist (siehe S22 der später beschriebenen 25). Hierdurch wird der Fahrer über einen Zustand gewarnt, worin der SCR-Katalysator 23 schlechter geworden ist.
Die ECU 3 ist mit einer Eingangsschaltung versehen, die Funktionen hat wie etwa die Formung von Eingangssignalwellenverläufen von verschiedenen Sensoren, Korrigieren der Spannungspegel auf vorbestimmte Pegel, und Umwandeln von analogen Signalwerten in digitale Signalwerte, sowie eine zentrale Prozessoreinheit (nachfolgend als „CPU” bezeichnet). Zusätzlich hierzu ist die ECU 3 mit einer Speicherschaltung versehen, die verschiedene, von der CPU ausgeführte Rechenprogramm, Berechnungsergebnisse und dergleichen speichert, und einer Ausgabeschaltung, die Steuersignale an den Motor 1, den Harnstoffwasserinjektor 253 und dergleichen ausgibt.
Nachfolgend wird eine Sequenz der Harnstoffwasser-Einspritzsteuerung erläutert.
2 ist ein Blockdiagramm in Bezug auf die Ausführung der Harnstoffwasser-Einspritzsteuerung der ECU 3.
Zumindest drei von einem Ausgabewert Ynox des stromabwärtigen NOx-Sensors entsprechend einem Konzentrationswert der NOx und NH₃ kombinierenden Komponente im Abgas an einer vom SCR-Katalysator stromabwärtigen Seite, einem Ausgabewert Tscr des Katalysatortemperatursensors entsprechend einem Temperaturwert des SCR-Katalysators, und einem Ausgabewert NOx_UP des stromabwärtigen NOx-Sensors entsprechend einem Konzentrationswert von NOx im Abgas an einer vom SCR-Katalysator stromauwärtigen Seite werden als Beobachtungsgrößen, welche den Zustand des Abgasreinigungssystems anzeigen, in die ECU 3 eingegeben. Die ECU 3 bestimmt einen Wert Gurea der Harnstoffwasser-Einspritzmenge entsprechend einer Steuereingabe der Harnstoffwasser-Einspritzvorrichtung basierend auf den oben erwähnten zumindest drei Beobachtungsgrößen. Es sollte angemerkt werden, dass unter diesen Beobachtungsgrößen der Ausgabewert NOx_UP des stromaufwärtigen NOx-Sensors durch einen Wert ersetzt werden kann, der aus Parametern geschätzt wird, welche den Betriebszustand des Motors angeben, ohne einen Sensor zu verwenden. Darüber hinaus kann der Ausgabewert Tscr des Katalysatortemperatursensors auch durch einen Wert ersetzt werden, der aus einem Betriebszustand des Motors geschätzt wird, ohne einen Sensor zu verwenden; einem Wert, der aus dem Ausgabewert des Temperatursensors geschätzt wird, der eine andere Temperatur als die des SCR-Katalysators erfasst; oder dergleichen.
Die Harnstoffwasser-Einspritzsteuerung wird durch Kombination der Funktionsblöcke realisiert, wie etwa der Harnstoffwasser-Einspritzmengen-Recheneinheit 31, des Trennfilters 32, des SCR-Katalysator-Zustandschätzers 33, des vorwärts koppelnden Controllers 34, des Rückkopplungscontrollers 35 und des NH₃-Speichercontrollers 36.
Der Trennfilter 32 trennt den NOx-Sensor-Ausgabewert Ynox entsprechend einem Konzentrationswert der NOx und NH₃ kombinierenden Komponente, wie oben erwähnt, in einen Stromabwärtiges-NOx-Schätzwert NOx_DW_hat entsprechend einem NOx-Konzentrationswert an einer vom SCR-Katalysator stromabwärtigen Seite, sowie einen Stromabwärtiges-NH₃-Schätzwert NH3_DW_hat entsprechend einem NH₃-Konzentrationswert an einer vom SCR-Katalysator stromabwärtigen Seite.
Der SCR-Katalysator-Zustandschätzer 33 berechnet die Werte einer Mehrzahl von Parametern, welche den Zustand des SCR-Katalysators angeben, insbesondere einen NH₃-Speichermengen-Schätzwert ST_nh3_hat entsprechend einem geschätzten Wert der am SCR-Katalysator adsorbierten NH₃-Menge, und einen NOx-Reinigungsraten-Schätzwert ItaNOx_hat entsprechend einem geschätzten Wert der NOx-Reinigungsrate des SCR-Katalysators.
Der vorwärts koppelnde Controller 34 berechnet, unter Berücksichtigung des Zustands des SCR-Katalysators, einen Wert Gnh3_ff einer vorwärts koppelnden Eingabe entsprechend einer im SCR-Katalysator benötigten NH₃-Menge, um das NOx im Abgas zu reinigen, das in den SCR-Katalysator hineinfließt.
Der NH₃-Speichercontroller 36 berechnet einen Wert Gnh3_st einer Speicherkorrektureingabe entsprechend einer NH₃-Menge, die in dem SCR-Katalysator benötigt wird, um den NH₃-Speichermengen-Schätzwert ST_nh3 hat auf einem vorbestimmten Sollwert zu halten, der entsprechend dem Zustand des SCR-Katalysators gesetzt wird.
Der Rückkopplungscontroller 35 berechnet einen Wert Gnh3_fb einer Rückkopplungseingabe entsprechend einer NH₃-Menge, die im SCR-Katalysator erforderlich ist, um zu bewirken, dass Werte, wie etwa der Ausgabewert Ynox des NOx-Sensors und der stromabwärtige NOx-Schätzwert NOx_DW_hat und der stromabwärtige NH₃-Schätzwert NH3_DW_hat, die durch diese Trennung erhalten wurden, auf vorbestimmte Sollwerte konvergieren.
Die Harnstoffwasser-Einspritzmengen-Recheneinheit 31 berechnet die Harnstoffwasser-Einspritzmenge Gurea durch Berechnung einer NH₃-Menge, die in den SCR-Katalysator eingespritzt werden muss, basierend auf Eingangswerten Gnh3_ff, Gnh3_fb und Gnh3_st, die von den drei Controllern 34 bis 36 berechnet werden, und wandelt dann diese in eine Harnstoffwassermenge um.
Nachfolgend wird eine bestimmte Arbeitssequenz dieser jeweiligen Blöcke der Reihe nach in Bezug auf die Zeichnungen erläutert.
Trennfilter
Nun wird das Konzept der im Trennfilter 32 durchgeführten Operationen und die bestimmte Sequenz davon erläutert.
3 zeigt in Graphen die Beziehung zwischen Fahrzeuggeschwindigkeit, NOx-Konzentration an einer stromaufwärtigen Seite des SCR-Katalysators, NOx-Konzentration (dicke Linie) und NH₃-Konzentration (dünne Linie) an einer stromabwärtigen Seite des SCR-Katalysators, und Ausgabewert des stromabwärtigen NOx-Sensors. Es sollte angemerkt werden, dass in 3 Graphen gezeigt sind, worin der Maßstab der vertikalen Achse weggelassen ist. Jedoch sind die Maßstäbe der vertikalen Achsen der zwei Felder von unten mehrere Male kleiner als die Maßstäbe der vertikalen Achsen der zwei von oben her.
Wenn, wie in 3 gezeigt, die Fahrzeuggeschwindigkeit fluktuiert, wird vom Motor intermittierend NOx abgegeben. Der Großteil des vom Motor abgegebenen NOx (nachfolgend als „Zuführ-NOx” bezeichnet) wird beim Durchtritt des SCR-Katalysators in der Gegenwart von NH₃ reduziert. Hierbei erfasst der Abgassensor, NOx-Sensor genannt, NH₃ zusätzlich zum NOx, was das Erfassungsziel ist, wie oben erwähnt. Aus diesem Grund wird der Ausgabewert des NOx-Sensors zu einem Wert, der die NOx-Konzentration und NH₃-Konzentration kombiniert, wie aus dem Vergleich des Felds, welches die NOx- und NH₃-Konzentration an der stromabwärtigen Seite des SCR-Katalysators anzeigt, und des Felds, das den Ausgabewert des NOx-Sensors in 3 anzeigt, klar wird.
Jedoch ist, wie in 3 gezeigt, das Fluktuationsverhalten des Zuführ-NOx mit der Zeitgebung gekoppelt, mit der die Fahrzeuggeschwindigkeit scharf ansteigt, das heißt, den Zunahme-/Abnahmeanforderungen der Antriebskraft. Darüber hinaus nimmt, nach Durchtritt durch den SCR-Katalysator, dieses Fluktuationsverhalten des Zuführ-NOx das Fluktuationsverhalten des Ausgabewerts des NOx-Sensors angenähert über. Es sollte angemerkt werden, dass, da die Zunahme-/Abnahmeanforderungen nach Antriebskraft durch den Fahrer höchstens etwa 3 Hz beträgt, das Fluktuationsverhalten des Zuführ-NOx und der NOx-Konzentration an der stromabwärtigen Seite des SCR-Katalysators so angesehen werden, dass sie hauptsächlich Frequenzkomponenten von nicht größer als 3 Hz enthalten.
Wenn man andererseits, wie in den zwei Feldern von unten in 3 gezeigt, das Fluktuationsverhalten zwischen der NOx-Konzentration und der NH₃-Konzentration des Abgases an der stromabwärtigen Seite des SCR-Katalysators vergleicht, ist das Fluktuationsverhalten von NH₃ qualitativ mehr graduell als das Fluktuationsverhalten von NOx. Das bedeutet, dass die Spektralverteilung das Fluktuationsverhalten von NH₃ an der stromabwärtigen Seite des SCR-Katalysators eine Spitze hat, die der niederfrequenten Seite hin angenähert ist, im Vergleich zur Spektralverteilung von NOx.
4 zeigt in einem Graph die Spektralverteilungen der stromaufwärtigen NOx-Konzentration (Ein-Punkt-Strich-Linie), der stromabwärtigen NOx-Konzentration (Zwei-Punkt-Strich-Linie), der stromabwärtigen NH₃-Konzentration (gestrichelte Linie) und der Ausgabe des stromabwärtigen NOx-Sensors.
Wie in Bezug auf 3 erläutert, wird das Fluktuationsverhalten des Zuführ-NOx mit der Zunahme-/Abnahmeanforderung nach Antriebskraft durch den Fahrer gekoppelt. Aus diesem Grund zeigt die Spektralverteilung der stromaufwärtigen NOx-Konzentration allgemein eine aufwärts konvexe Charakteristik mit einer 1- bis 2-Hz-Spitze trotz der Veränderung gemäß dem Fahrer.
Die Spektralverteilung der stromabwärtigen NOx-Konzentration zeigt allgemein eine aufwärts konvexe Charakteristik mit einer 1- bis 2-Hz-Spitze.
Die Spektralverteilung der stromabwärtigen NH₃-Konzentration hat eine Spitze nahe der niederfrequenten Seite, im Vergleich zur stromaufwärtigen NOx-Konzentration oder stromabwärtigen NOx-Konzentration, und daher wird die stationäre Komponente am größten.
Die Spektralverteilung der NOx-Sensor-Ausgabe kombiniert die stromabwärtige NOx-Konzentration und die stromabwärtige NH₃-Konzentration.
Wenn man darüber hinaus die Spektralverteilungen der stromabwärtigen NH₃-Konzentration und der stromabwärtigen NOx-Konzentration vergleicht, unterscheiden sich beide klar qualitativ, obwohl sie eine gewisse Überlappung haben. Andererseits haben die stromabwärtige NOx-Konzentration und die stromaufwärtige NOx-Konzentration eine starke Korrelation zum Fluktuationsverhalten, wie oben erwähnt. Wenn man die Spektralverteilungen der stromabwärtigen NOx-Konzentration und der stromaufwärtigen NOx-Konzentration vergleicht, nimmt aus diesem Grund die Verstärkung für die stromabwärtige NOx-Konzentration um den Betrag ab, der durch den SCR-Katalysator reduziert ist, aber ist qualitativ im Wesentlichen gleich. In anderen Worten wird angenommen, dass das in den SCR-Katalysator fließende NOx durch den SCR-Katalysator proportional im Wesentlichen gleich der gesamten Frequenzkomponente reduziert wird.
Dies bedeutet, dass, wenn ein Verhältnis zwischen der Frequenzentdämpfung der stromaufwärtigen NOx-Konzentration und der Frequenzentdämpfung der stromabwärtigen NOx-Konzentration berechnet werden kann, der Wert der stromabwärtigen NH₃-Konzentration aus dem Ausgabewert des NOx-Sensors extrahiert (abgetrennt) werden kann durch Schätzung des Werts in der stromabwärtigen NOx-Konzentration aus dem Wert der stromaufwärtigen NOx-Konzentration, und ferner durch Subtrahieren des geschätzten Werts der stromabwärtigen NOx-Konzentration von dem Ausgabewert des NOx-Sensors. Nachfolgend wird die Konfiguration des Trennfilters 32 erläutert, der den NOx-Sensor-Ausgabewert Ynox in den stromabwärtigen NOx-Schätzwert NOx_DW_hat und den stromabwärtigen NH₃-Schätzwert NH₃-DW-hat basierend auf diesem Prinzip abtrennt.
Trennfilter von Beispiel 1
5 ist ein Blockdiagramm, das die Konfiguration eines Trennfilters 32A von Beispiel 1 zeigt. Der Trennfilter 32A berechnet den stromabwärtigen NOx-Schätzwert NOx_DW_hat und den stromabwärtigen NH₃-Schätzwert NH3_DW_hat, wenn der NOx-Sensor-Ausgabewert Ynox und der stromaufwärtige NOx-Sensor-Ausgabewert NOx_UP eingegeben werden. Der Trennfilter 32A enthält einen Reinigungskoeffizientenidentifizierer 321A, einen Multiplizierer 322A und einen Addierer 323A.
Da, wie in Bezug auf 4 erläutert, die Annahme vermutlich geeignet ist, dass das in den SCR-Katalysator fließende NOx durch den SCR-Katalysator in einer Proportion im Wesentlichen gleich der gesamten Frequenzkomponente reduziert wird, ist es möglich, ein Modell des stromabwärtigen NOx-Schätzwerts NOx_DW_hat zu erstellen, mit einem Wert, der durch Multiplizieren des vorbestimmten Multiplizierkoeffizienten Kscr mit dem stromaufwärtigen NOx-Sensor-Ausgabewert NOx_UP erhalten wird, wie in der folgenden Formel (1) gezeigt. Hierin entspricht der Multiplizierkoeffizient Kscr(k) einem Verhältnis der NOx-Konzentration an der stromaufwärtigen Seite zur NOx-Konzentration an der stromabwärtigen Seite und kann als ein Parameter betrachtet werden, die NOx-Reinigungsleistung des SCR-Katalysators angibt, und dieser wird nachfolgend als Reinigungskoeffizient bezeichnet. Es sollte angemerkt werden, dass das „k” in der folgenden Formel (1) eine Abtastperiode ist und einer diskreten Zeit der ECU entspricht. Darüber hinaus entspricht „d” einer Totzeit, bis das Abgas an der stromaufwärtigen Seite durch den SCR-Katalysator hindurchtritt. Der Multiplizierer 322A berechnet den stromabwärtigen NOx-Schätzwert NOx_DW_hat (k) durch Multiplizieren des Reinigungskoeffizienten Kscr (k – 1), dessen Wert durch den später beschriebenen Reinigungskoeffizientenidentifizierer 321A identifiziert wird, mit dem stromaufwärtigen NOx-Sensor-Ausgabewert NOx_UP (k – d), wofür die Totzeit d abgelaufen ist. NOx_DW_hat(k) = Kscr(k – 1)·NOx_UP(k – d) (1)
Der Addierer 323A berechnet den stromabwärtigen NH₃-Schätzwert NH3_DW_hat (k) durch Subtrahieren des stromabwärtigen NOx-Schätzwerts NOx_DW_hat (k) von dem NOx-Sensor-Ausgabewert Ynox (k), wie in der folgenden Formel (2) gezeigt. NH3_DW_hat(k) = Ynox(k) – NOx_DW_hat(k) = Ynox(k) – Kscr(k – 1)·NOx_UP(k – d) (2)
Unter der Annahme, dass die Spektralverteilung des stromabwärtigen NOx-Schätzwerts NOx_DW_hat, der gemäß der obigen Formel (1) berechnet ist, im Wesentlichen zur Spektralverteilung des NOx-Sensor-Ausgabewerts Ynox passt, identifiziert der Reinigungskoeffizientidentifzierer 321A den Wert des Reinigungskoeffizienten Kscr (k) derart, dass das Quadrat des Fehlers eid' (siehe die nachfolgende Formel (3-1) der beiden ein Minimum wird. Der so-genannte rekursive Algorithmus der Methode der kleinsten Quadrate, der mit den folgenden Formeln (3-2) bis (3-4) gezeigt ist, ist zum Beispiel als ein Algorithmus geeignet, der diesen Wert des Reinigungskoeffizienten Kscr (k) identifiziert.
In den obigen Formeln (3-2) bis (3-4) ist „P” eine adaptive Verstärkung, und der Anfangswert „P' (0)” davon wird auf einen positiven Wert gesetzt. Darüber hinaus sind λ₁ und λ₂ Wichtungsparameter, und die Identifikationsalgorithmen werden gemäß der Einstellung dieser Parameter in die drei unten angegebenen Algorithmen klassifiziert. λ₁ = 1, λ₂ = 1 Algorithmus der Methode der kleinsten Quadrate λ₁ = λ(0 < λ ≤ 1), λ₂ = 1 Algorithmus der Methode der gewichteten kleinsten Quadrate λ₁ = 1, λ₂ = 0 Algorithmus mit fester Verstärkung
6 zeigt in Graphen die Simulationsergebnisse des Trennfilters von Beispiel 1.
Der Reihe nach von oben her zeigt 6 die Fahrzeuggeschwindigkeit, die aktuelle NH₃-Konzentration an der stromabwärtigen Seite des SCR-Katalysators, die NOx-Konzentration an der stromabwärtigen Seite (Vergleich NOx-Sensor-Ausgabe und aktuelle NOx-Konzentration), NOx-Konzentration an der stromabwärtigen Seite (Vergleich NOx-Sensor-Ausgabe und stromabwärtiger NOx-Schätzwert NOx_DW_hat), Reinigungskoeffizient Kscr, NOx-Konzentration an der stromabwärtigen Seite (Vergleich aktuelle NOx-Konzentration und stromabwärtiger NOx-Schätzwert NOx_DW_hat), und NH₃-Konzentration an der stromabwärtigen Seite (Vergleich aktuelle NH₃-Konzentration und stromabwärtiger NH₃-Schätzwert NH3_DW_hat).
Wenn, wie in 6 gezeigt, ein NH₃-Schlupf auftritt, entsteht eine starke Differenz zwischen den NOx-Sensor-Ausgabewert Ynox und der aktuellen NOx-Konzentration; wohingegen die aktuelle NOx-Konzentration und der stromabwärtige NOx-Schätzwert NOx_DW_hat angenähert übereinstimmen, und ferner die aktuelle NH₃-Konzentration und der stromabwärtige NH₃-Schätzwert NH3_DW_hat auch angenähert übereinstimmen, und daher der Trennfilter vermutlich in der Lage ist, den Schätzwert NOx_DW_hat und den Schätzwert NH3_DW_hat aus der NOx-Sensor-Ausgabe Ynox geeignet zu extrahieren. Obwohl die jeweiligen Schätzgenauigkeiten vermutlich nicht hoch sind, haben sie sicher eine Wirksamkeit und können daher im praktischen Gebrauch Bestand haben. Als nächstes wird der Trennfilter von Beispiel 2 erläutert, worin die Schätzgenauigkeit weiter verbessert ist.
Trennfilter von Beispiel 2
Als nächstes wird der Trennfilter von Beispiel 2 erläutert.
Wie im Bereich „A” in 7 gezeigt, wird mit dem Trennfilter von Beispiel 2 in dem Frequenzband, in dem die Frequenzkomponente von NH₃ kleiner ist und die Frequenzkomponente von NOx groß ist, das heißt, nur innerhalb des Frequenzbands entsprechend der Zunahme-/Abnahmeanforderung nach Antriebskraft durch den Fahrer, die Ausgabe des NOx-Sensors aktiv extrahiert, und dann wird der Wert des Reinigungskoeffizienten Kscr identifiziert.
Zunächst wird eine Erläuterung basierend auf dem Prinzip der Operationen des Trennfilters von Beispiel 2 angegeben.
Das Zeitserienverhalten des stromaufwärtigen NOx-Sensor-Ausgabewerts NOx_UP und des stromabwärtigen NOx-Schätzwerts NOx_DW_hat kann durch eine Funktion repräsentiert werden, die in Fourier-Serien erweitert ist, wie nachfolgend in den jeweiligen Formeln (4-1) und (4-2) gezeigt.
Hierin ist „NOx_UP_i” in der obigen Formel (4-1) eine i-te Frequenzkomponente der stromaufwärtigen NOx-Sensor-Ausgabe, und „B_{uP_i}” sind Amplituden der i-ten Frequenzkomponente, „C_up” ist eine Offset-Konstante der stromaufwärtigen NOx-Sensor-Ausgabe, „f_i” ist die Frequenz der i-ten Frequenzkomponente, „N” ist eine Abtastzahl, „Δf” und „ΔT” sind jeweils die Abtastfrequenz und die Abtastzeit und haben die Beziehung „Δf = 1/ΔT”.
Darüber hinaus ist „NOx_DW_hat_i” in der obigen Formel (4-2) die i-te Frequenzkomponente des stromabwärtigen NOx-Schätzwerts, „A_{dw_i}” und „B_{dw_i}” sind Amplituden der i-ten Frequenzkomponente, und „C_dw” ist eine Offset-Konstante des stromabwärtigen NOx-Schätzwerts.
Wie in Bezug auf 4 erläutert, ist vermutlich die Annahme geeignet, dass das in den SCR-Katalysator fließende NOx durch den SCR-Katalysator in einer Proportion im Wesentlichen gleich zur gesamten Frequenzkomponente reduziert wird. Dies bedeutet, dass, wie in 8 gezeigt, gemäß dem Reinigungskoeffizienten Kscr, dessen Verstärkungscharakteristiken (Dauerverstärkungscharakteristik) gleich der Eingabe der Gesamtfrequenz ist, der gleiche Relationsausdruck wie die obige Formel (1) für den stromaufwärtigen NOx-Sensor-Ausgabewert NOx_UP und den stromabwärtigen NOx-Schätzwert NOx_DW_hat, erweitert in Fourier-Serien, realisiert wird. Dementsprechend erhält man die folgende Formel (5).
Darüber hinaus wird die folgende Formel (6) aus der obigen Formel (5) hergeleitet. In anderen Worten, es wird der gleiche Relationsausdruck wie die obige Formel (1) unter Verwendung des Reinigungskoeffizienten Kscr für die jeweiligen Fourier-Komponenten beider Seiten realisiert. NOx_DW_hat_i(k) = Kscr·NOx_UP_i(k – d), i = 1... N/2 (6)
Daher wird, wie in den folgenden Formeln (7-1) bis (7-2) gezeigt, die Beziehung von Formel (1) auch für die Summe der Frequenzkomponenten realisiert, mit dem Bereich A, der durch die obere Grenzfrequenz faH und die untere Grenzfrequenz faL in 7 spezifiziert ist. Es sollte angemerkt werden, dass iaL = faL/Δf und iaH = faH/Δf durch die folgenden Formeln (7-1) und (7-2) definiert sind.
Unter diesen extrahiert die obige Formel (7-3) die Frequenzkomponenten NOx_DW_hat_a und NOx_UP_a in dem Bereich A aus dem stromabwärtigen NOx-Schätzwert NOx_DW_hat und dem stromaufwärtigen NOx-Sensor-Ausgabewert NOx_UP mittels eines Bandpassfilters, mit dem in 9 gezeigten Bereich A als Durchlassband, und bedeutet, dass der auf diese Weise identifizierte Reinigungskoeffizient Kscr mit dem Wert übereinstimmt, der mittels der Werte NOx_DW_hat und NOx_UP identifiziert ist, die nicht durch den Filter hindurchgehen.
Wie oben erwähnt ist in dem NOx-Sensor-Ausgabewert Ynox die Frequenzkomponente aufgrund des NH₃-Schlupfs an der niederfrequenten Seite stark enthalten, und dies ist ein Grund für die Abnahme der Schätzgenauigkeit von Beispiel 1. Im Gegensatz hierzu schlägt die obige Formel (7-3) vor, dass die Schätzgenauigkeit verbessert werden kann, indem von dem NOx-Sensor-Ausgabewert Ynox die Spektren an dieser niederfrequenten Seite blockiert werden. Nachfolgend wird die spezifische Konfiguration eines Trennfilters 32B von Beispiel 2 erläutert, der den NOx-Sensor-Ausgabewert Ynox in den stromabwärtigen NOx_DW_hat und den stromabwärtigen NH₃-Schätzwert NH3_DW_hat basierend auf einem solchen Prinzip akkurat trennt.
10 zeigt in einem Blockdiagramm die Konfiguration des Trennfilters 32B von Beispiel 2. Der Trennfilter 32B enthält einen Reinigungskoeffizientenidentifizierer 321B, einen Übergangsextraktionsfilter 322B für den stromabwärtigen NOx-Sensor-Ausgabewert, einen Übergangsextraktionsfilter 323B für den stromaufwärtigen NOx-Sensor-Ausgabewert, Multiplizierer 324B und 325B und einen Addierer 326.
Der Multiplizierer 325B multipliziert den vom Reinigungskoeffizientenidentifizierer 321B identifizierten Reinigungskoeffizienten Kscr mit dem stromaufwärtigen NOx-Sensor-Ausgabewert NOx_UP zur Berechnung des stromabwärtigen NOx-Schätzwerts NOx_BW_hat (siehe folgende Formel (8-1)). Darüber hinaus berechnet der Addierer 326B den stromabwärtigen NH₃-Schätzwert NH3_DW_hat durch Subtrahieren des stromabwärtigen NOx-Schätzwerts NOx_DW_hat von dem NOx-Sensor-Ausgabewert Ynox (siehe folgende Formel (8-2)). NOx_DW_hat(k) = Kscr(k – 1)NOx_UP(k – d) (8-1) NH3_DW_hat(k) = Ynox(k) – NOx_DW_hat(k) (8-2)
Der Übergangsextraktionsfilter 322B berechnet einen Filterwert Ynox_f des NOx-Sensor-Ausgabewerts Ynox durch Ausführung einer Operation, die in der folgenden Formel (9) gezeigt ist. Hierin werden die Filterkoeffizienten a1 bis a4 und b1 bis b5 in der folgenden Formel (9) auf solche Werte gesetzt, dass man den Bereich A in 7 erhält, das heißt eine Bandpassfiltercharakteristik, worin die Frequenz faL, wofür das Spektrum von NH₃ in der Ausgabe des NOx-Sensors vermutlich ausreichend abnimmt, als untere Sperrfrequenz gesetzt wird, und die Frequenz faH, wofür das Spektrum von NOx in der Ausgabe des NOx-Sensors vermutlich ausreichend abnimmt, als obere Sperrfrequenz gesetzt wird. Ynox_f(k) = a1·Ynox_f(k – 1) + a2·Ynox_f(k – 2) + a3·Ynox_f(k – 3) + a4·Ynox_f(k – 4) + b1·Ynox(k) + b2·Ynox(k – 1) + b3·Ynox(k – 2) + b4·Ynox(k – 3) + b5·Ynox(k – 4) (9)
Der Übergangsextraktionsfilter 323B berechnet den Filterwert NOx_UP_f des stromaufwärtigen NOx-Sensor-Ausgabewerts NOx_UP durch Ausführen von Operationen, wie sie in der folgenden Formel (10) gezeigt sind. Der Filterkoeffizient dieses Übergangsextraktionsfilters 323B verwendet bevorzugt den gleichen Wert wie im oben erwähnten Übergangsextraktionsfilter 322B. NOx_UP_f(k) = a1·NOx_UP_f(k – 1) + a2·NOx_UP_f(k – 2) + a3·NOx_UP_f(k – 3) + a4·NOx_UP_f(k – 4) + b1·NOx_UP(k) + b2·NOx_UP(k – 1) + b3NOx_UP(k – 2) + b4NOx_UP(k – 3) + b5NOx_UP(k – 4) (10)
Es sollte angemerkt werden, dass die oben erwähnten Übergangsextraktionsfilter 322B und 323B Hochpassfilter sein können, die nicht auf Bandpassfilter beschränkt sind, solange sie eine stationäre Komponente blockieren und erlauben, dass ein Frequenzband entsprechend der Zunahme-/Abnahmeanforderung von Antriebskraft durch den Fahrer durchgeht.
Der Multiplizierer 324B berechnet einen Wert NOx_DW_f hat entsprechend dem Filterwert des stromabwärtigen NOx-Schätzwerts NOx_DW_hat, durch Multiplizieren des vom Reinigungskoeffizientenidentifizierer 321B identifizierten Reinigungskoeffizienten Kscr mit dem Filterwert NOx_UP_f des stromaufwärtigen NOx-Sensor-Ausgabewerts, wie in der folgenden Formel (11) gezeigt. NOx_DW_f_hat(k) = Kscr(k – 1)·NOx_UP_f(k – d) (11)
Der Reinigungskoeffizientenidentifizierer 321B identifiziert den Wert des Reinigungskoeffizienten Kscr (k) derart, dass er das Quadrat des Fehlers eid zwischen dem Filterwert NOx_UP_f des NOx-Sensor-Ausgabewerts und dem Wert NOx_DW_f hat entsprechend dem Filterwert des stromabwärtigen NOx-Schätzwerts (siehe die folgende Formel (12-1)) minimal wird. Zum Beispiel wird der in den folgenden Formeln (12-2) bis (12-4) gezeigte rekursive Algorithmus der Methode der kleinsten Quadrate als Algorithmus verwendet, der diesen Wert des Reinigungskoeffizienten Kscr (k) identifiziert, ähnlich dem obigen Beispiel 1.
11 zeigt in Graphen die Simulationsergebnisse des Trennfilters von Beispiel 2.
Aufeinanderfolgend von oben her zeigt 11 die Fahrzeuggeschwindigkeit, die aktuelle NH₃-Konzentration an der stromabwärtigen Seite des SCR-Katalysators, die NOx-Konzentration an der stromabwärtigen Seite (Vergleich NOx-Sensor-Ausgabe und aktuelle NOx-Konzentration), Filterwert (Vergleich Filterwert Ynox f des NOx-Sensor-Ausgabewerts und Wert NOx_DW_f_hat entsprechend dem Filterwert des stromabwärtigen NOx-Schätzwerts), den Reinigungskoeffizienten Kscr, die NOx-Konzentration an der stromabwärtigen Seite (Vergleich aktuelle NOx-Konzentration und stromabwärtiger NOx-Schätzwert NOx_DW_hat), und NH₃-Konzentration an der stromabwärtigen Seite (Vergleich aktuelle NH₃-Konzentration und stromabwärtiger NH₃-Schätzwert NH3_DW_hat).
Durch Kombinieren mit dem Übergangsextraktionsfilter ist der Trennfilter von Beispiel 2 erfolgreich darin, den Einfluss von NH₃-Schlupf auf den Ausgabewert Ynox des NOx-Sensors zu unterdrücken, um das Identifikationsverhalten des Reinigungskoeffizienten Kscr zu stabilieren. Darüber hinaus stimmen, wie durch Vergleich mit 6 ersichtlich, der stromabwärtige NOx-Schätzwert NOx_DW_hat und die aktuelle NOx-Konzentration im Wesentlichen überein, und auch der stromabwärtige NH₃-Schätzwert NH3_DW_hat und die aktuelle NH₃-Konzentration stimmen auch im Wesentlichen überein, und somit ist er erfolgreich darin, die Schätzwerte NOx_DW_hat und NH3_DW_hat mit hoher Genauigkeit zu berechnen.
Nachfolgend wird hierin die Nützlichkeit des Trennfilters von Beispiel 1 im Detail betrachtet.
Zuerst wird, mit dem Trennfilter von Beispiel 2, unter Verwendung eines Übergangsextraktionsfilters, der Filterwert Ynox_f, der den Einfluss von NH₃-Schlupf blockiert, aus dem NOx-Sensor-Ausgabewert Ynox berechnet, und dann wird der Wert des Reinigungskoeffizienten Kscr mittels dieses Filterwerts identifiziert. Auf diese Weise ist klar, dass der Trennfilter von Beispiel 2 einen Prozess enthält, um den NH₃-Einfluss vom Ausgabewert des NOx-Sensors aktiv zu eliminieren. Obwohl, im Gegensatz hierzu, ein Prozess enthalten ist, um den Einfluss von NH₃ aus dem Ausgabewert des NOx-Sensors aktiv zu eliminieren, wobei dies mit dem Trennfilter von Beispiel 1 nicht klar ist, ist er ein Filter, der adäquate Effekte aufzeigt, wie in Bezug auf 6 erläutert. Als Gründe hierfür wird das Folgende angesehen.
12 zeigt in einem Graph die Verstärkungscharakteristik des Reinigungskoeffizienten Kscr.
Wenn, wie oben in Bezug auf die Formeln (1) und (5) erläutert, die Annahme als gültig anzusehen ist, dass das in den SCR-Katalysator fließende NOx durch den SCR-Katalysator in einer Proportion im Wesentlichen gleich der gesamten Frequenzkomponente reduziert wird, dann wurde der Reinigungskoeffizient Kscr so behandelt, dass er eine Verstärkungscharakteristik gleich der Eingabe aller Frequenzen hat, wie in 12 mit der durchgehenden Linie gezeigt. Jedoch sinkt bei einem aktuellen SCR-Katalysator die Reinigungsrate für die Eingabe an der hochfrequenten Seite entsprechend der Charakteristik des Gasflusses, Verzögerungscharakteristiken durch chemische Reaktion, etc., ab. In anderen Worten, der SCR-Katalysator als Regelungsziel hat für eine Eingabe eine Tiefpasscharakteristik, was bedeutet, dass der aktuelle Reinigungskoeffizient Kscr eine Verstärkungscharakteristik hat, die an der hochfrequenten Seite abnimmt, wie in 12 mit der gestrichelten Linie gezeigt.
Andererseits wird eine typische Transferfunktion G(z) eines Regelungsziels in der folgenden Formel (13) ausgedrückt, mittels Polynom-Transfer-Funktionen A(z) und B(z). Hierin ist „z” ein Z-Transformationsoperator.
In dem Algorithmus, der den Modellparameter des Regelungsziels so identifiziert, dass ein Fehler eines bestimmten Ausgabewerts und ein geschätzter Wert davon für das Regelungsziel, repräsentiert durch eine solche Transferfunktion, minimiert wird, ist allgemein eine Wichtungscharakteristik W enthalten, wie sie durch die folgende Formel (14) ausgedrückt wird. Hierin ist „N” eine Eingabe-/Ausgabedatenzahl, welche bei der Identifizierung verwendet wird.
Das heißt, falls das Regelungsziel eine Tiefpasscharakteristik hat, bedeutet dies, dass die Wichtungscharakteristik W des Identifikationsalgorithmus zu einer Hochpasscharakteristik gelangt. In anderen Worten, da die Frequenz des Identifikationsfehlers, der in diesen Identifikationsalgorithmus eingegeben wird, höher wird, nimmt der auf den Modellparameter davon einwirkende Einfluss zu, und umgekehrt, wenn die Frequenz des Identifikationsfehlers niedriger wird, nimmt der auf den Modellparameter einwirkende Einfluss zu (siehe 3).
Wenn man dies auf den Reinigungskoeffizientenidentifizierer 321A von Beispiel 1 anwendet, entspricht dies dem Identifizieren des Werts des Reinigungskoeffizienten Kscr durch Anordnen eines Gewichts an der hochfrequenten Seite, die angenähert keine Frequenzkomponente von NH₃ in der NOx-Sensorausgabe hat, beim Minimieren des Identifiktionsfehlers eid' entsprechend dem in den Formeln (3-1) bis (3-4) gezeigten Algorithmus, das heißt beim Minimieren des Fehlers zwischen dem NOx-Sensor-Ausgabewert Ynox entsprechend der durchgehenden Linie von 7 und dem stromabwärtigen NOx-Schätzwert NOx_DW_hat entsprechend der Zwei-Punkt-Strich-Linie, mit dem Reinigungskoeffizientenidentifizierer 321A. In anderen Worten, der Reinigungskoeffizientenidentifizierer 321A nutzt die Tatsache, dass im Regelungsziel eine Tiefpasscharakteristik vorhanden ist und identifiziert den Wert des Reinigungskoeffizienten Kscr, indem er auf die hochfrequente Seite mehr Gewicht legt als an der niederfrequenten Seite, die die Frequenzkomponente von NH₃ im NOx-Sensor-Ausgabewert Ynox hauptsächlich enthält; daher wird dieser als ein Identifizier angesehen, wofür man eine adäquate Trennwirkung erhält, wie in Bezug auf 6 erläutert.
SCR-Katalysator-Zustandsschätzer
Zurück in Bezug auf 2 wird die spezifische Sequenz der vom SCR-Zustandsschätzer 33 durchgeführten Operationen erläutert.
Der SCR-Zustandsschätzer 33 berechnet den NH₃-Speichermengenschätzwert ST_nh3_hat und den NOx-Reinigungsratenschätzwert ItaNOx_hat des SCR-Katalysators gemäß der unten gezeigten Sequenz.
Der Schätzer 33 berechnet zunächst die effektive NH₃-Menge Gnh3_scr(k), durch Addieren der gegenwärtigen NH₃-Einspritzmenge Gnh3(k) zu dem vorherigen NH₃-Speichermengenschätzwert ST_nh3(k – 1) und ferner durch Subtrahieren einer zuvor verbrauchten NH₃-Menge Gnh3_cns(k – 1), wie in der folgenden Formel (15) gezeigt. Diese effektive NH₃-Menge Gnh3_scr entspricht der NH₃-Menge, die zur NOx-Reduktion im SCR-Katalysator beitragen kann. Gnh3_scr(k) = ST_nh3(k – 1) – Gnh3_cns(k – 1) + Gnh3(k) (15)
Darüber hinaus wird hierin für die verbrauchte NH₃-Menge Gnh3_cns(k) ein Vorwärtskopplungseingabewert Gnh3_ff oder effektive NH₃-Menge Gnh3_scr in der folgenden Formel (16) verwendet. Insbesondere, falls die effektive NH₃-Menge Gnh3_scr mindestens der Vorwärtskopplungseingabewert Gnh3_ff ist, bedeutet dies, dass die erforderliche NH₃-Menge zur NOx-Reinigung im SCR-Katalysator adsorbiert ist; daher entspricht der Vorwärtskopplungseingabewert Gnh3_ff der verbrauchten NH₃-Menge Gnh3_cns. Falls darüber hinaus die effektive NH₃-Menge Gnh3_scr kleiner als der Vorwärtskopplungseingabewert Gnh3_ff ist, bedeutet dies, dass die erforderliche NH₃-Menge zur NOx-Reinigung im SCR-Katalysator nicht adsorbiert ist; daher entspricht die effektive NH₃-Menge Gnh3_scr der verbrauchten NH₃-Menge Gnh3_cns.
Dann berechnet der Schätzer 33 den geschätzten Wert ST_nh3_cap(k) der maximalen Speicherkapazität entsprechend dem Maximalwert der NH₃-Menge, die vom SCR-Katalysator adsorbiert werden kann, das heißt, dem Maximalwert der NH₃-Speichermenge. Dieser maximale Speicherkapazität-Schätzwert ST_nh3_cap kann durch Absuchen eines Kennfelds berechnet werden, wie zum Beispiel in 14 gezeigt, zum Beispiel mit dem Ausgabewert Tscr des Katalysatortemperatursensors als Argument. Wie in 14 gezeigt, nimmt die maximale Speicherkapazität eines üblichen SCR-Katalysators einhergehend mit dem Anstieg der Katalysatortemperatur ab.
Dann berechnet der Schätzwert 33 den NH₃-Speichermengenschätzwert ST_nh3(k) durch Vergleich der Größen der berechneten effektiven NH₃-Menge Gnh3_scr(k) und dem maximalen Speicherkapazität-Schätzwert ST_nh3_cap(k). Insbesondere, falls die Gnh3_scr(k) wenigstens ST_nh3_cap(k) ist, gilt ST_nh3(k) = ST_nh3_cap(k), falls Gnh3_scr(k) wenigstens 0 und kleiner als ST_nh3_cap(k) ist, gilt ST_nh3(k) = Gmh3_scr(k), und falls Gnh3_scr(k) kleiner als 0 ist, gilt ST_nh3(k) = 0 (siehe folgende Formel (17)). In anderen Worten, der obere Grenzwert des NH₃-Speichermengenschätzwerts ST_nh3(k) ist ST_nh3_cap(k), und der untere Grenzwert wird zu 0.
Der Schätzer 33 berechnet die NH₃-Speicherrate R_nh3_st(k) im SCR-Katalysator gemäß den folgenden Formeln (18-1) und (18-2) basierend auf der berechneten effektiven NH₃-Menge Gnh3_scr und der maximalen NH₃-Speichermenge ST_nh3_cap. Diese NH₃-Speicherrate R_nh3_st entspricht einer Proportion der effektiven NH₃-Menge zur maximalen NH₃-Speicherkapazität, wie in der folgenden Formen (18-1) gezeigt, und ist ein Wert zwischen 0 und 1.
Dann berechnet der Schätzer 33 einen NH₃-Speicherkoeffizienten Kita_st(k), der als einer der Indizes dient, die den Pegel der NOx-Reinigungsleistung des SCR-Katalysators anzeigen, zum Beispiel durch Absuchen eines in 15 gezeigten Kennfelds, mit der berechneten NH₃-Speicherrate R_nh3_st(k) als dem Argument. Wie in 15 gezeigt, nimmt, wenn die NH₃-Speicherrate groß wird, auch der NH₃-Speicherkoeffizient zu, und somit wird auch die NOx-Reinigungsleistung des SCR-Katalysators hoch.
Dann berechnet der Schätzer 33 einen Basis-NOx-Charakteristikkoeffizienten ItaNOx_base(k), der als Standardindex dient, der den Pegel der NOx-Reinigungsleistung des SCR-Katalysators angibt, zum Beispiel durch Absuchen eines in 16 gezeigten Kennfelds, mit dem Katalysatortemperatursensorausgabewert Tscr als dem Argument. Wie in 16 gezeigt, ist bei einem üblichen SCR-Katalysator die NOx-Reinigungsleistung angenähert 0, wenn dessen Temperatur nicht höher als die Aktivierungstemperatur in der Größenordnung von etwa 130°C ist, und die NOx-Reinigungsleistung erreicht ein Maximum bei dieser Aktivierungstemperatur oder darüber, bei einer optimalen Temperatur in der Größenordnung von etwa 250°C.
Dann berechnet der Schätzer 33 einen Gasvolumenkoeffizienten Kita_vex(k), der als einer der Indizes dient, die den Pegel der NOx-Reinigungsleistung des SCR-Katalysators angeben, zum Beispiel durch Absuchen eines in 17 gezeigten Kennfelds, mit dem Abgasvolumen Vex, das durch einen nicht dargestellten Prozess berechnet wird, als dem Argument. Wie in 17 gezeigt, nimmt, wenn das Abgasvolumen größer wird, der Gasvolumenkoeffizient ab, und wird auch die NOx-Reinigungsleistung des SCR-Katalysators niedrig.
Dann berechnet der Schätzer 33 einen finalen NOx-Reinigungsratenschätzwert ItaNOx_hat(k), durch Multiplizieren der Koeffizienten ItaNOx_base, Kita_st und Kita_vex, die aus den dreidimensional unterschiedlichen Parametern Katalysatortemperatur Tscr, der NH₃-Speicherrate R_nh3_st und dem Abgasvolumen Ves berechnet sind. ItaNOx_hat(k) = Kita_vex(k) Kita_st(k) ItaNOx_base(k) (19)
Vorwärts koppelnder Controller
Zurück in Bezug auf 2 wird die spezifische Sequenz der vom vorwärts koppelnden Controller 34 durchgeführten Operationen erläutert.
Der vorwärts koppelnde Controller 34 berechnet den Gnh3_ff der vorwärts koppelnden Eingabe durch die nachfolgend gezeigte Sequenz.
Der Controller 34 berechnet zuerst die reinigbare NOx-Menge RedNOx entsprechend der NOx-Menge, die im SCR-Katalysator gereinigt werden kann, gemäß der folgenden Formel (20). Die reinigbare NOx-Menge RedNOx wird berechnet, indem der NOx-Reinigungsratenschätzwert ItaNOx_hat(k) (siehe Formel (17)), die NOx-spezifische Schwere Rnox, das Abgasvolumen Vex und der stromaufwärtigen NOx-Sensor-Ausgabewert NOxUP miteinander multipliziert werden. RedNOx(k) = ItaNOx_hat(k – 1)Rnox NOx_UP(k)Vex(k) (20)
Der Controller 34 setzt, als die vorwärts koppelnde Eingabe Gnh3_ff, das Multiplikationsergebnis des Konversionsfaktors Knox_nh3, zum Berechnen der erforderlichen NH₃-Menge zum Reduzieren von NOx, mit dieser reinigbaren NOx-Menge RedNOx (siehe folgende Formel (21)). Für diesen Konversionsfaktor Knox_nh3 wird ein konstanter Wert benutzt, der sich grundlegend mit der Zeit nicht ändert (zum Beispiel 0,56). Jedoch ändert sich die NOx-Menge, die vom SCR-Katalysator reduziert werden kann, zum Beispiel auch gemäß dem Verhältnis von NO₂ zu NO, die in den SCR-Katalysator fließen; daher kann sie konfiguriert werden, um den oben erwähnten Konversionsfaktor Knox_nh3 gemäß der NO₂-Menge zu ändern, die vom Oxidationskatalysator an der stromaufwärtigen Seite des SCR-Katalysators generiert wird. Gnh3_ff(k) = Knox_nh3 RedNOx(k) (21)
NH₃-Speichercontroller
Nun wird die spezifische Sequenz von Operationen erläutert, die von dem NH₃-Speichercontroller 36 ausgeführt werden.
Der NH₃-Speichercontroller 36 setzt eine Soll-NH₃-Speichermenge ST_nh3_trgt entsprechend einem Sollwert für den NH₃-Speichermengenschätzwert ST_nh3_hat mittels der nachfolgend gezeigten Sequenz, und berechnet die Speicherkorrektureingabe Gnh3_st zum Halten de Schätzwerts ST_nh3_hat bei diesem Sollwert ST_nh3_trgt. Nachfolgend wird die Sequenz zum Setzen der Soll-NH₃-Speichermenge ST_nh3_trgt und die Sequenz zum Berechnen der Speicherkorrektureingabe Gnh3_st erläutert.
18 zeigt in einem Graph die Beziehung zwischen der Temperatur des SCR-Katalysators und der maximalen NH₃-Speichermenge. In 18 entspricht die gestrichelte Linie der maximalen NH₃-Speichermenge, die durchgehende Linie entspricht der Soll-NH₃-Speichermenge, die relativ zur maximalen NH₃-Speichermenge einer solchen Charakteristik gesetzt ist.
Wie in 18 gezeigt, hat die maximale NH₃-Speichermenge eine Charakteristik, die einhergehend mit einem Temperaturanstieg abnimmt. Darüber hinaus beträgt im Beispiel von 18 die optimale Temperatur des SCR-Katalysators, bei der die NOx-Reinigungsrate des SCR-Katalysators ein dortiges Maximum erreicht, etwa 250°C. Nachfolgend wird die bevorzugte Größe der NH₃-Speichermenge erläutert, durch Unterteilen in die Temperatur des SCR-Katalysators während Hochlastbetrieb (ein Fall von zumindest der optimalen Temperatur) und während Niederlastbetrieb (ein Fall von weniger als der optimalen Temperatur).
Da bei einem Magerverbrennungsmotor die Zuführ-NOx-Menge zunimmt, wenn die Betriebslast ansteigt, steigt auch die im SCR-Katalysator erforderliche NOx-Reinigungsrate. Zunächst steigt, wie in Bezug auf 15 erläutert, wenn man von der Größe der NH₃-Speichermenge her blickt, die NOx-Reinigungsrate des SCR-Katalysators am meisten, wenn die NH₃-Speichermenge ein Maximum erreicht hat; daher ist es bevorzugt, die NH₃-Speichermenge an der maximalen NH₃-Speichermenge zu halten, um die NOx-Reinigungsrate zu maximieren. Da die Abgastemperatur des Motors auch während Hochlastbetrieb ansteigt, worin die NOx-Zufuhr ansteigt, steigt auch die Temperatur des SCR-Katalysators. Um nun die NOx-Reinigungsrate während Hochlastbetrieb zu maximieren, bei der optimalen Temperatur oder darüber, bei der die NOx-Reinigungsrate des SCR-Katalysators erreicht, wird aus diesem Grund die Soll-NH₃-Speichermenge auf die maximale NH₃-Speichermenge entsprechend dieser Temperatur gesetzt (Katalysatortemperatursensorausgabewert Tscr).
Wie in 18 gezeigt, ist die Steigung der Änderung in der maximalen NH₃-Speichermenge gemäß der Katalysatortemperatur bei der optimalen Temperatur oder höher, gradueller als unterhalb der optimalen Temperatur. Daher wird unter diesen Bedingungen die maximale NH₃-Speichermenge nicht drastisch abklingen, selbst wenn die Temperatur des SCR-Katalysators zum Beispiel aufgrund plötzlicher Beschleunigung plötzlich ansteigt. Selbst wenn daher die NH₃-Speichermenge auf die maximale NH₃-Speichermenge bei der optimalen Temperatur oder darüber gesteuert wird, wird die stromabwärtige NH₃-Konzentration aufgrund eines plötzlichen Temperaturanstiegs im SCR-Katalysator nicht übermäßig ansteigen.
Da bei einem Magerverbrennungsmotor die NOx-Zufuhr während Niederlastbetrieb extrem niedrig wird, wird die im SCR-Katalysator erforderliche NOx-Reinigungsrate nicht so hoch werden wie während des oben erwähnten Hochlastbetriebs. Wenn andererseits die Betriebsbedingungen des Motors sich plötzlich von Niederlast zu Hochlast ändern, steigt die Abgastemperatur des Motors plötzlich an, und die Temperatur des SCR-Katalysators steigt einhergehend damit auch plötzlich an. Wenn hierbei, unterhalb der Optimaltemperatur, die NH₃-Speichermenge auf die maximale NH₃-Speichermenge entsprechend der Temperatur des SCR-Katalysators gesetzt wird, wird das vom SCR-Katalysator adsorbierte NH₃ aufgrund der plötzlichen Abnahme in der maximalen NH₃-Speichermenge einhergehend mit einem Temperaturanstieg plötzlich freigesetzt, und daher gibt es Bedenken, dass die NH₃-Konzentration stromab des SCR-Katalysators ansteigt. Aus diesem Grund wird in Vorbereitung auf Betriebsarten (plötzliche Beschleunigung, Bergauffahrt, Filterregeneration, etc.), mit denen ein plötzlicher Anstieg in der SCR-Katalysatortemperatur einhergeht, während Niederlastbetrieb, wofür die erforderliche NOx-Reinigungsrate nicht sehr hoch ist, die Soll-NH₃-Speichermenge so gesetzt, dass sie die maximale NH₃-Speichermenge bei der optimalen Temperatur erreicht.
Der Controller 36 erstellt den Katalysatortemperatursensorausgabewert Tscr (k) und einen Katalysatortemperaturvorhersagewert Tscr_pre (k) als Argumente zum Absuchen des in 18 gezeigten Kennfelds, um die Soll-NH₃-Speichermenge ST_nh3_trgt zu bestimmen. Unter diesen entspricht der Katalysatortemperaturvorhersagewert Tscr_pre (k) dem geschätzten Wert der künftigen Temperatur des SCR-Katalysators und wird durch einen nicht dargestellten Prozess basierend auf dem Sensorausgabewert Tscr, dem Betriebszustand des Motors, etc., berechnet. Insbesondere wird der Katalysatortemperaturvorhersagewert Tscr_pre (k) zum Beispiel berechnet durch Addieren eines Wärmemassenanstiegs, der durch Eingeben der Gerätetemperatur an einer vom SCR-Katalysator stromaufwärtigen Seite in ein vorbestimmtes Verzögerungsmodell erhalten wird, zu einem Basiswert, der durch Extrapolieren von einem Stromsensorausgabewert Tscr basierend auf einem vorbestimmten Algorithmus erhalten wird.
Der Controller 36 vergleicht die maximale Soll-NH₃-Speichermenge ST_NH3_p(k), die durch Absuchen des Kennfelds von 18 mit dem Sensorausgabewert Tscr (k) als dem Argument erhalten wird, und die maximale Soll-NH₃-Speichermenge ST_NH3_a(k), die durch Absuchen des Kennfelds von 18 mit dem Katalysatortemperaturvorhersagewert Tscr_pre (k) als dem Argument erhalten wird, und definiert die kleinere von diesen als die maximale Soll-NH₃-Speichermenge (siehe folgende Formel (22)). ST_NH3_trgt(k) = min(ST_NH3_p(k), ST_NH3_a(k)) (22)
In der obigen Weise ist es, unter Verwendung der zwei Argumente des Sensorausgabewerts Tscr und des Katalysatortemperaturvorhersagewerts Tscr_pre, und weiter durch Setzen der kleineren als die maximale Soll-NH₃-Speichermenge zum Beispiel möglich, die Harnstoffwasser-Einspritzmenge zu verringern, bevor die Temperatur des SCR-Katalysators plötzlich ansteigt, und daher das NH₃, das am SCR-Katalysator beim Reinigen von NOx adsorbiert wird, zu verwenden.
Als nächstes wird eine Sequenz zum Berechnen der Speicherkorrektureingabe Gnh3_st unter Verwendung der wie oben berechneten Soll-NH₃-Speichermenge ST_nh3_trgt erläutert. In der vorliegenden Ausführung wie oben erwähnt wird die finale NH₃-Einspritzmenge Gnh3 unter Verwendung der Eingabewerte Gnh3_ff, Gnh3_fb und Gnh3_st berechnet, die von den drei Controllern 34, 35 und 36 berechnet werden. Unter diesen könnten sich der NH₃-Speichercontroller 36 und der Rückkopplungscontroller 35 einander stören. Um aus diesem Grund die Konfiguration so zu machen, dass eine Störung mit dem Rückkopplungscontroller 35 vermieden wird, bestimmt der NH₃-Speichercontroller 36 die Speicherkorrektureingabe Gnh3_st durch einen Gleitmodusregelungsalgorithmus, der Dämpfcharakteristik der Abweichungseingabe designieren kann.
Der Controller 36 berechnet eine Abweichungseingabe E_st durch Subtrahieren der maximalen Soll-NH₃-Speichermenge ST_nh3_trgt von dem NH₃-Speichermengenschätzwert ST_nh3_hat (siehe folgende Formel (23)). E_st(k) = ST_nh3_hat(k) – ST_nh3_trgt(k) (23)
Als nächstes berechnet der Controller 36 eine Konversionsfunktion σ_st gemäß einem Konversionsfunktionssetzparameter Vpole_st (siehe folgende Formel (24-1)), die zwischen einem niederen Verstärkungswert Vpole_st_L und einem hohen Verstärkungswert Vpole_st_H schaltet (siehe folgende Formel (24-2)).
In der obigen Formel (24-1) ist „F_FB_PRIOR” ein Rückkopplungscontrollerprioritätsflag und wird durch einen Rückkopplungscontroller nach Bedarf geschaltet, wie später beschrieben wird. In anderen Worten, falls das Rückkopplungscontrollerprioritätsflag F_FB_PRIOR „0” ist, wird der Konversionsfunktionssetzparameter Vpole_st auf den hohen Verstärkungswert Vpole_st_H gesetzt (zum Beispiel 0,4), und falls das Flag F_FB_PRIOR „1” ist, um die Eingabe des Rückkopplungscontrollers 35 zu priorisieren, wird der Konversionsfunktionssetzparameter Vpole_st des NH₃-Speichercontrollers 36 zum niederen Verstärkungswert Vpole_st_L geschaltet (zum Beispiel –0,98).
Wie später im Detail beschrieben, wird das Rückkopplungscontrollerprioritätsflag F_FB_PRIOR von „0” auf „1” gesetzt, wenn der stromabwärtige NH₃-Schätzwert NH3_DW_hat übermäßig geworden ist, wenn der stromabwärtige NOx-Schätzwert NOx_DW_hat von seinem Sollwert stark abgekommen ist, etc. (siehe später beschriebene Formel (34)). Der NH₃-Speichercontroller 36 schaltet in diesem Fall den Wert des Parameters Vpole_st auf den niedrigen Verstärkungwert Vpole_st_L, um die Geschwindigkeitsbegrenzung der Abweichungseingabe E_st zu lösen, und bewirkt eine Steuerung zur Verringerung der Harnstoffwasser-Einspritzmenge durch den zu priorisierenden Rückkopplungscontroller 35, um hierdurch die Störung zwischen diesen beiden zu unterdrücken.
Der Controller 36 berechnet eine Verfolger-Vorschrift-Eingabe Gnh3_st_rch und eine Adaptiv-Vorschrift-Eingabe Gnh3_st_adp unter Verwendung der in der obigen Weise gesetzten Konversionsfunktion σ_st (siehe nachfolgende Formeln (25-2) und (25-3)), und berechnet eine diese kombinierende Eingabe als Speicherkorrektureingabe Gnh3_st (siehe folgende Formel (25-1)).
Rückkopplungscontroller
Zurück zu 2 wird das Konzept der vom Rückkopplungscontroller 35 durchgeführten Operation und die spezifische Sequenz davon erläutert.
In der oben beschriebenen Weise verwendet der Trennfilter die Korrelation zwischen dem stromaufwärtigen NOx und dem stromabwärtigen NOx und extrahiert den stromabwärtigen NH₃-Schätzwert NH3_DW_hat und den stromabwärtigen NOx-Schätzwert NOx_DW_hat von dieser NOx-Sensorausgabe Ynox. Um NH3_DW_hat und NOx_DW_hat akkurat zu extrahieren, ist es aus diesem Grund erforderlich, dass das stromaufwärtige NOx fluktuiert. In anderen Worten, wenn das Fahrzeug in einem perfekten Konstantfahrzustand eintritt, kann der Trennfilter nicht unterscheiden, welches von NH₃ und NOx nach stromab des SCR-Katalysators abgegeben wird.
Aus diesen Grund setzt, in einem Übergangszustand, in dem das Fahrzeug eine Beschleunigung durchführt, der Rückkopplungscontroller die stromabwärtige Soll-NOx-Konzentration NOx_DW_trgt basierend auf der Soll-NOx-Reinigungsrate SCR und berechnet die Rückkopplungseingabe Gnh3_fb derart, dass der stromabwärtige NOx-Schätzwert NOx_DW_hat zu NOx DW_trgt wird. Darüber hinaus wird die Eingabe Gnh3_fb gleichzeitig so berechnet, dass sie den stromabwärtigen NH₃-Schätzwert NH3_DW_trgt einnimmt. Hierbei wird die Eingabe Gnh3_fb von einem Gleitmoduscontroller berechnet. Da andererseits die Genauigkeit des Trennfilters während Konstantfahrbetrieb abnimmt, wird die Eingabe Gnh3_fb durch einen Extrema-Suchcontroller berechnet, so dass der NOx-Sensor-Ausgabewert Ynox minimal wird (ein Additionswert von stromabwärtigen NH₃ und stromabwärtigen NOx ist minimal).
Daher wird mit dem Rückkopplungscontroller bestimmt, ob der Motor im Übergangszustand oder Konstantfahrzustand ist, und falls er im Übergangszustand ist, wird die Eingabe Gnh3_fg durch den Gleitmoduscontroller bestimmt; falls er hingegen im Konstantfahrzustand ist, wird die Eingabe Gnh3_fb durch den Extrema-Suchcontroller bestimmt.
Zuerst unterteilt der Controller 35 die Betriebzustände des Motors (Fahrzeugs) in die zwei von Übergangsbetriebszustand und Konstantbetriebszustand, und bestimmt sequentiell, zu welchem der gegenwärtige Betriebszustand gehört. Insbesondere berechnet der Controller 35 aus der Änderung im Abgasvolumen Vex einen Übergangbestimmungsparameter Ptr, der als Index dient, der einen Übergangsbetriebszustand anzeigt, wie in der folgenden Formel (26-1) gezeigt. Hier ist „Fgt_tr” ein Vergessfaktor, der gesetzt wird, um den Übergangsbestimmungsparameter zu definieren, und beträgt zum Beispiel 0,995. Der Controller 35 bestimmt, dass der Übergangsbetriebszustand vorliegt, falls der Übergangsbestimmungsparameter Ptr zumindest ein vorbestimmter Schwellenwert Th_Ptr ist, und setzt ein Übergangszustandflag F_trans auf „1”, und bestimmt, dass der Konstantfahrbetriebszustand vorliegt, falls der Übergangsbestimmungsparameter Ptr kleiner als der Schwellenwert Th_Ptr ist, und setzt das Übergangszustandflag F_trans auf „0” zurück.
Ferner setzt der Controller 35 den vom Gleitmoduscontroller berechneten Eingabewert Gnh3_smc(k) als die Rückkopplungseingabe Gnh3_fb(k), falls der Übergangsbetriebszustand vorliegt (T_trans = 1), und setzt den vom Extrema-Suchcontroller berechneten Eingabewert Gnh3_exs(k) als die Rückkopplungseingabe Gnh3_fb(k), falls der Konstantfahrbetriebszustand vorliegt (F_trans = 0), wie in der folgenden Formel (27) gezeigt. In anderen Worten, falls der Übergangsbetriebszustand vorliegt, wird die vom Rückkopplungscontroller berechnete Rückkopplungseingabe Gnh3_fb berechnet, und falls der Konstantfahrbetriebszustand vorliegt, wird sie von dem Extrema-Suchcontroller berechnet.
Rückkopplungscontroller (während Übergangsbetrieb)
Die Betriebssequenz des Rückkopplungscontrollers während Übergangsbetrieb (F_trans = 1) wird nun erläutert. In anderen Worten, die Sequenz der Berechnung der Rückkopplungseingabe Gnh3_smc durch den Gleitmoduscontroller wird erläutert. Der Gleitmoduscontroller berechnet die Eingabe Gnh3_smc, um sowohl eine Verbesserung der NOx-Reinigungsrate als auch eine Unterdrückung des NH₃-Schlupfs zu erlangen, durch die nachfolgend gezeigte Sequenz.
Zuerst wird die Sequenz zur Berechnung der Soll-NOx-Reinigungsrate im Gleitmoduscontroller erläutert. Die NOx-Reinigungsrate des SCR-Katalysators steigt mit höherer NH₃-Speicherrate an, wie in Bezug auf 15 erläutert. Daher wird ein Zustand, in dem die NH₃-Speichermenge des SCR-Katalysators auf der Soll-NH₃-Speichermenge gehalten wird, wie in Bezug auf 18 erläutert, als der optimale Zustand betrachtet, der durch die Harnstoffwasser-Einspritzsteuerung realisiert werden kann, aus Sicht der NOx-Reinigungsrate. Daher wird die NOx-Reinigungsrate in einem Zustand, in dem die NH₃-Speichermenge auf der Soll-NH₃-Speichermenge gehalten wird, als die Soll-NOx-Reinigungsrate definiert.
Insbesondere berechnet der Controller die NH₃-Speichermenge durch Absuchen eines Kennfelds, wie etwa des in 18 gezeigten, mit dem Katalysatortemperatursensorausgabewert Tscr als dem Argument, und definiert diese als ideale NH₃-Speichermenge ST_nh3_ideal (k). Der Controller berechnet eine ideale NH₃-Speicherrate R_nh3_st_ideal mit der folgenden Formel (28) unter Verwendung dieser idealen NH₃-Speichermenge ST_nh3_ideal (k).
Der Controller berechnet den NH₃-Speicherkoeffizienten durch Absuchen des in 15 gezeigten Kennfelds, mit dieser idealen NH₃-Speicherrate R_nh3_st_ideal als dem Argument, und definiert dies als idealen NH₃-Speicherkoeffizient Kita_st_ideal. Die Soll-Reinigungsrate ItaNOx_trgt (k) wird berechnet, indem der Basis-NOx-Charakteristikkoeffizient ItaNOx_base, der Abgasvolumenkoeffizient Kita_vex und der ideale NH₃-Speicherkoeffizient Kita_st_ideal miteinander multipliziert werden, wie in der folgenden Formel (29) gezeigt. ItaNOx_trgt(k) = Kita_vex(k)Kita_st_ideal(k)ItaNOx_base(k) (29)
Es sollte angemerkt werden, dass die Soll-Konzentration (nachfolgend stromabwärtiger NOx-Sollwert) NOx_DW_trgt an der stromabwärtigen Seite des SCR-Katalysators entsprechend dieser Soll-NOx-Reinigungsrate durch die nachfolgende Formel (30) berechnet wird, unter Verwendung des stromaufwärtigen NOx-Sensor-Ausgabewerts NOx_UP. NOx_DW_trgt(k) = (1 – ItaNOx_trgt(k))NOx_UP(k – 1) (30)
Als nächstes wird die Abweichungseingabe des Gleitmoduscontrollers erläutert. Die zwei der vom Trennfilter berechneten geschätzten Werte NOx_DW hat und NH3_DW hat werden in diesen Gleitmoduscontroller eingegeben. Daher definiert dieser Controller die stromabwärtige NOx-Abweichung Enox (k) und die stromabwärtige NH₃-Abweichung Enh3 (k) für die jeweiligen geschätzten Werte NOx_DW_hat und NH3_DW_hat, wie in den folgenden Formeln (31-1) und (32-2) gezeigt. Jedoch ist in der Definition der stromabwärtigen NOx-Abweichung Enox (k), falls NOx_DW_hat größer als NOx_DW_trgt geworden ist, das normale Symbol für die Definition der Abweichung umgekehrt, so dass die Harnstoffwasser-Einspritzmenge zur zunehmenden Seite hin justiert wird. Enox(k) = –(NOx_DW_hat(k) – NOx_DW_trgt(k)) (31-1) Enh3(k) = NH3_DW_hat(k) – NH3_DW_trgt(k) (31-2)
19 zeigt in einem Graph ein Beispiel eines Kennfelds zur Berechnung des stromabwärtigen NH₃-Konzentrations-Sollwerts NH3-DW_trgt der oben erwähnten stromabwärtigen NH₃-Abweichung NH₃.
Der stromabwärtige NH₃-Konzentrations-Sollwert NH3_DW_trgt wird so erstellt, dass er der in Bezug auf 18 erläuterten Soll-NH₃-Speichermenge ST_nh3_trgt entspricht. Falls, wie oben erwähnt, die Katalysatortemperatur mindestens die optimale Temperatur hat, wird die Soll-NH₃-Speichermenge ST_nh3_trgt im Wesentlichen auf den gleichen Wert wie die maximale NH₃-Speichermenge zu dieser Zeit gesetzt, und falls die Katalysatortemperatur niedriger als die optimale Temperatur ist, wird sie auf einen Wert gesetzt, der zu dieser Zeit kleiner als die maximale NH₃-Speichermenge ist.
Dementsprechend wird der stromabwärtige NH₃-Konzentrations-Sollwert NH3_DW_trgt auf einen Wert gesetzt, der etwas größer ist als 0 (zum Beispiel etwa 8 ppm), so dass die NH₃-Speichermenge zuverlässig auf der maximalen NH₃-Speichermenge gehalten wird, falls der Temperatursensorausgabewert Tscr wenigstens auf der optimalen Temperatur ist, und wird auf 0 gesetzt, so dass die NH₃-Speichermenge zuverlässig kleiner wird als die maximale NH₃-Speichermenge, falls der Temperatursensorausgabewert Tscr niedriger als die optimale Temperatur ist.
Der Gleitmoduscontroller definiert eine einzige Abweichungseingabe E_fb (k), wie in der folgenden Formel (32) gezeigt, basierend auf den zwei Abweichungen Enox und Enh3. Falls in der vorliegenden Ausführung die Abweichung Enh3 mindestens ein vorbestimmter Schwellenwert Th_NH3_SLIP_L ist, wird die stromabwärtige NH₃-Abweichung Enh3 auf die Abweichungseingabe E_fb gesetzt, um das Unterdrücken des NH₃-Schlupfs zu priorisieren, und falls die Abweichung Enh3 kleiner als der Schwellenwert TH_NH3_SLIP_L ist, wird die stromabwärtige NOx-Abweichung als die Abweichungseingabe E_fb gesetzt.
20 zeigt in einem Graph schematisch das Setzen des Konversionsfaktors σ_fb in dem Gleitmoduscontroller.
Der Gleitmoduscontroller definiert den Konversionsfaktor σ_fb wie in der folgenden Formel (33-2) gezeigt, unter Verwendung des Konversionsfaktor-Setzparameters Vpole_fb, der zwischen dem niedrigen Verstärkungswert Vpole_fb_L (zum Beispiel –0,98) und dem hohen Verstärkungswert Vpole_fb_H (zum Beispiel –0,6) in Abhängigkeit von der Höhe der stromabwärtigen NH₃-Abweichung geschaltet wird. Falls, wie in der folgenden Formel (33-1) gezeigt, die stromabwärtige NH₃-Abweichung Enh3 als relativ klein angesehen wird, und die Schätzgenauigkeit des Trennfilters als nicht sehr hoch, insbesondere falls die stromabwärtige NH₃-Abweichung Enh3 zwischen dem Schwellenwert TH_NH3_SLIP_L und dem Schwellenwert TH_NH3_SLIP_H liegt, wird der Konversionsfaktorsetzparameter Vpole_fb auf den relativ kleinen niedrigen Verstärkungswert Vpole_fb_L gesetzt, so dass das Konvergenzverhalten der Abweichungseingabe E_fb (k) langsam wird.
Der Gleitmoduscontroller berechnet die Rückkopplungseingabe Gnh3_smc gemäß den folgenden Formeln (34-1) bis (34-3) unter Verwendung des wie oben definierten Konversionsfaktors σ_fb (k).
Ferner setzt der Gleitmoduscontroller das Rückkopplungscontrollerprioritätsflag F_FB_PRIOR auf 1, um der Rückkopplungseingabe Gnh3_fb Priorität gegenüber der Eingabe Gnh3_st des NH₃-Speichercontrollers zu geben, falls zu viel NOx abgegeben wird, oder falls zu viel NH₃ nach stromab des SCR-Katalysators abgegeben wird. Insbesondere setzt der Controller der Flag F_FB_PRIOR auf 1, falls die stromabwärtige NOx-Abweichung Enox größer als der Schwellenwert NOx_DW_HIGH ist, oder falls der stromabwärtige NH₃-Schätzwert NH3_DW_hat größer als der Schwellenwert TH_NH3_SLIP_H ist, und setzt in anderen Fällen als diesen das Flag F_FB_PRIOR auf 0 (siehe folgende Formel (35)).
Rückkopplungscontroller (während Konstantfahrbetrieb) Nun wird die Betriebssequenz des Rückkopplungscontrollers während Konstantfahrbetrieb (F_trans = 0) erläutert. In anderen Worten, es wird die Rechensequenz der Rückkopplungseingabe Gnh3_exs durch den Extrema-Suchcontroller erläutert.
21 ist ein Graph, der das Betriebskonzept im Extrema-Suchcontroller darstellt.
In 21 ist die vertikale Achse die effektive NH₃-Menge Gnh3_scr des SCR-Katalysators (siehe Formel (15)), und die horizontale Achse ist der Ausgabewert Ynox des stromabwärtigen NOx-Sensors. Wie in 21 gezeigt, zeigt der Ausgabewert Ynox des NOx-Sensors eine nach unten konvexe Charakteristik in Bezug auf die effektive NH₃-Menge Gnh3_scr. Wenn hierin die Harnstoffwasser-Einspritzmenge aus einem Zustand, wo der Ausgabewert Ynox an einem Punkt ist, der das Minimum ist, zur zunehmenden Seite korrigiert wird, um die effektive NH₃-Menge Gnh3_scr zur vergrößern, tritt am SCR-Katalysator ein NH₃-Schlupf auf. Wenn andererseits die Harnstoffwasser-Einspritzmenge von einem Zustand, wo der Ausgabewert Ynox an einem Punkt ist, der das Minimum ist, zu abnehmenden Seite hin korrigiert wird, um die effektive NH₃-Menge Gnh3_scr zu verringern, nimmt die NOx-Reinigungsrate im SCR-Katalysator ab, und nimmt die NH₃-Menge zu, welche ungereinigt zur stromabwärtigen Seite hin abgegeben wird. In anderen Worten, durch Einstellen der effektiven NH₃-Menge Gnh3_scr auf einen optimalen Wert Gnh3_scr_opt, so dass der Ausgabewert Ynox das Minimum wird, wird realisiert, dass sowohl die Unterdrückung des NH₃-Schlupfs als auch eine Verbesserung in der NOx-Reinigungsrate erreicht wird.
22 zeigt in einem Blockdiagramm die Konfiguration eines Extrema-Suchcontrollers 35A.
Der Extrema-Suchcontroller 35A berechnet die Rückkopplungseingabe Gnh3_exs durch Totalisieren einer Anregungseingabe Gnh3_wv, worin Sinuswellensignale aufeinander gelagert sind, und einer optimalen Eingabe Gnh3_opt, die von dem Gleitmoduscontroller berechnet wird, so dass der NOx-Sensor-Ausgabewert Ynox das Minimum wird (siehe folgende Formel (36)). Gnh3_exs(k) = Gnh3_opt(k) + Gnh3_wv(k) (36)
Die Anregungseingabe Gnh3_wv (k) ist eine Eingabe zum Erfassen der Steigung des NOx-Sensor-Ausgabewerts Ynox, und wird berechnet, indem zum Beispiel eine vorbestimmte Anregungseingangsamplitude Aexs mit dem Sinuswellensignal einer vorbestimmten Anregungseingangsfrequenz fexs berechnet wird (siehe folgende Formel (37)). Diese Anregungseingangsfrequenz fexs wird auf eine ausreichend langsame Frequenz gesetzt (zum Beispiel 0,05 bis 0,5 Hz), unter Berücksichtigung der Ansprechverzögerung des SCR-Katalysators, der als Regelungsziel dient. Darüber hinaus wird die Anregungseingangsamplitude Aexs berechnet, indem zum Beispiel eine Tabelle abgesucht wird, wie in 23 gezeigt, mit dem Übergangsbestimmungsparameter Ptr als dem Argument. Gnh3_wv(k) = Aexs(k)sin(2π fexs k ΔT) (37)
Die Zuführ-NOx-Menge ist während des Konstantfahrbetriebs im Wesentlichen konstant: daher enthält das Spektrum des Ausgabewerts Ynox des NOx-Sensors die Komponente der Anregungseingangsfrequenz Fexs gemäß der Anregungseingabe Gnh3_wv, zusätzlich zur stationären Komponente. Wie in 22 gezeigt, berechnet der Extrema-Suchcontroller 35A einen Filterwert Ynox hp, der zumindest die stationäre Komponente aus dem NOx-Sensor-Ausgabewert Ynx ausschließt, berechnet einen Korrelationswert Cr zwischen diesem Filterwert Ynox hp und der Anregungseingabe Gnh3_wv, und berechnet die optimale Eingabe Gnh3_opt durch den Gleitmoduscontroller, mit diesem Korrelationswert Cr als der Abweichungseingabe. Nachfolgend wird dessen spezifische Betriebssequenz erläutert.
Der Extrema-Suchcontroller 35A berechnet den Filterwert Ynox_hp, der die stationäre Komponente von dem NOx-Sensor-Ausgabewert Ynox ausschließt, durch Ausführung von Operationen, die in der folgenden Formel (38) gezeigt sind. Hierin werden die Filterkoeffizienten a1_h bis a4_h und b1_h bis b5_h in der folgenden Formel (37) auf solche Werte gesetzt, dass man eine Bandpassfiltercharakteristik oder eine Hochpassfiltercharakteristik erhält, welche die Anregungseingangsfrequenz fexs im Durchlassband enthält.
Als nächstes berechnet der Extrema-Suchcontroller 35A eine gleitende Mittelwertabweichung über die Abtastzahl Nexs des Produkts zwischen dem Filterwert Ynox_hp und der Anregungseingabe Gnh3_wv, wie in der folgenden Formel (39-1) gezeigt, und definiert dies als den Korrelationswert Cr. Hierin wird die Abtastzahl Nexs so gesetzt, wie in der folgenden Formel (39-2) gezeigt, so dass der gleitende Mittelwert einer Periode der Anregungseingabe Gnh3_wv entspricht.
Der Extrema-Suchcontroller 35A berechnet die optimale Eingabe Gnh3_opt, so dass der Korrelationswert Cr das Minimum wird, basierend auf den folgenden Formeln (40-1) bis (40-5).
Wie hierin in den Formeln (40-4) und (40-5) gezeigt, wurde die Adaptiv-Vorschrift-Eingabe Gnh3_opt_adp nicht auf zwischen dem oberen Grenzwert Gnh3_opt_adp_L und dem unteren Grenzwert Gnh3_opt_adp_H geschränkt.
Dieser obere Grenzwert Gnh3_opt_adp_L und der untere Grenzwert Gnh3_opt_adp_H sind durch die folgenden Formeln (41-1) bis (41-4) ausgedrückt. „Kgnh3_L” in Formel (41-3) ist der untere Grenzkoeffizient und ist zum Beispiel auf 0,4 gesetzt. Darüber hinaus ist „Kgnh3_H” in der Formel (41-4) der obere Grenzkoeffizient, und ist zum Beispiel auf 2,0 gesetzt. Der Wert diese oberen Grenzkoeffizienten Kgnh3_H ist nicht notwendigerweise ein Festwert, und kann in Abhängigkeit von der Temperatur des SCR-Katalysators oder dem Betriebszustand veränderlich gemacht werden. Falls zum Beispiel die Temperatur des SCR-Katalysators in der Nähe von 200°C liegt, wird er auf einen kleineren Wert gesetzt, um den Niederschlag von Harnstoffwasser innerhalb der Leitungen zu verhindern. Drüber hinaus kann, während Hochlastbetrieb, worin die Katalysatortemperatur ansteigt, der obere Grenzkoeffizient Kgnh3_H auf einen kleineren Wert gesetzt werden, um das Solenoid des Injektors vor Überhitzung und Ausfall zu schützen, indem eine große Menge von Harnstoffwasser kontinuierlich eingespritzt wird.
Indem mit dem Extrema-Suchcontroller 35A die Adaptiv-Vorschrift-Eingabe Gnh3_opt_adp auf diese Weise begrenzt wird, ist dieser so gemacht, der Optimierungsprozess die Harnstoffwasser-Einspritzmenge Gurea so hält, dass der Ausgabewert des stromabwärtigen NOx-Sensors minimal wird, und sich der Prozess zum Begrenzen der Harnstoffwasser-Einspritzmenge Gurea zum Verhindern des Niederschlags von Harnstoffwasser und der Injektionsschutz einander nicht stören.
Harnstoffwasser-Einspritzmengenberechnungseinheit
Zurück zu 2, wird nun die Betriebssequenz der Harnstoffwasser-Einspritzmengenberechnungseinheit 31 erläutert.
Die Harnstoffwasser-Einspritzmengenberechnungseinheit 31 berechnet die NH₃-Einspritzmenge durch die folgende Sequenz, basierend auf den Eingaben von den drei Controllern 34, 35 und 36.
Die Harnstoffwasser-Einspritzmengenberechnungseinheit 31 berechnet einen ersten provisorischen Wert Gnh3_temp1 durch Totalisieren von Gnh3_ff, Gnh3_st und Gnh3_fb, wie in der folgenden Formel (42-1) gezeigt. Die Harnstoffwasser-Einspritzmengenberechnungseinheit 31 berechnet einen zweiten provisorischen Wert Gnh3_temp2 (siehe Formel (42-4)) durch Begrenzen dieses ersten provisorischen Werts Gnh3_temp1 mit einem Einspritzmengenuntergrenzwert Gnh3_L (siehe Formel (42-2)) und einem Einspritzmengenobergrenzwert Gnh3_H (siehe Formel (42-3)), der erhalten wird, indem der untere Grenzkoeffizient Kgnh3_L oder der obere Grenzkoeffizient Kgnh3_H mit der vorwärts koppelnden Eingabe Gnh3_ff multipliziert wird.
Die Harnstoffwasser-Einspritzmengenberechnungseinheit 31 bestimmt, ob der Katalysatortemperatursensorausgabewert Tscr mindestens einen vorbestimmten Schwellenwert Tscr_inj hat, um zu bestimmen, ob das eingespritzte Harnstoffwasser hydrolisiert ist, so dass eine geeignete NH₃-Menge erzeugt wird, und setzt, falls Tscr wenigstens der Schwellenwert Tscr_inj ist, den zweiten provisorischen Wert Gnh3_temp2 als die NH₃-Einspritzmenge Gnh3, und setzt, falls die Tscr kleiner als der Schwellenwert Tscr_inj ist, die NH₃-Einspritzmenge auf 0 (siehe folgende Formel (43)). Hier ist der Schwellenwert Tscr_inj zum Beispiel auf etwa 180 bis 200°C gesetzt.
Die Harnstoffwasser-Einspritzmengenberechnungseinheit 31 berechnet die Harnstoffwasser-Einspritzmenge Gurea durch Multiplizieren eines Konversionsfaktors K_nh3_urea, der aus der Harnstoffwasserkonzentration erstellt wird, mit der berechneten NH₃-Einspritzmenge Gnh3 (siehe Formel (44)). Gurea(k) = K_nh3_urea Gnh3(k) (44)
Flussdiagramm
Die 24 und 25 zeigen Flussdiagramme der Sequenzen der Harnstoffwasser-Einspritzsteuerung.
In S1 wird bestimmt, ob die Harnstoffwasser-Einspritzvorrichtung normal ist. Falls diese Bestimmung JA ist, geht der Prozess zu Schritt S2 weiter. In S2 wird bestimmt, ob ein Verschlechterungsflag F_SCR_NG, das einen Zustand anzeigt, in dem der SCR-Katalysator schlechter geworden ist, „0” ist. Dieses Verschlechterungsflag F_SCR_NG wird im später beschriebenen S22 aktualisiert. Falls die Bestimmung in S2 JA ist, geht der Prozess zu S3 weiter. In S3 wird bestimmt, ob die Harnstoffwasser-Restmenge wenigstens ein vorbestimmter Wert ist. Falls die Bestimmung in S3 JA ist, geht der Prozess zu S4 weiter. In S4 wird bestimmt, ob eine Aufwärmzeit des Oxidationskatalysators abgelaufen ist. Falls die Bestimmung in S4 JA ist, geht der Prozess zu S5 weiter. In S5 wird bestimmt, ob der stromabwärtige NOx-Sensor und der Katalysatortemperatursensor normal sind. Falls die Bestimmung in S5 JA ist, geht der Prozess zu S6 weiter. In S6 wird bestimmt, ob der NOx-Sensor die Aktivierung erreicht hat. Falls diese Bestimmung JA ist, geht der Prozess zu S10 weiter. Falls eine dieser Bestimmungen in S1 bis S6 NEIN ist, geht der Prozess zu S7 weiter, und die Harnstoffwasser-Einspritzmenge Gurea wird zwangsweise auf 0 gesetzt. Es sollte angemerkt werden, dass, falls die Bestimmung in S3 NEIN ist, dass die Warnleuchte aufleuchtet (S8), um dem Fahrer zu melden, dass ein Zustand vorliegt, in dem die Harnstoffwasser-Restmenge ungenügend ist, und dann geht der Prozess zu S7 weiter.
In S10 wird der Übergangsbestimmungsparameter Ptr berechnet, wird das Übergangzustandsflag F_trans aktualisiert (siehe Formeln (26-1) and (26-2)), und der Prozess geht zu S11 weiter. In S11 wird bestimmt, ob das Übergangszustandflag F_trans „1” ist. Falls die Bestimmung in S11 JA ist und ein Übergangszustand vorliegt, geht der Prozess zu S12 weiter, und es werden die Operationen des Trennfilters durchgeführt. Insbesondere wird in anderen Worten der Wert des Reinigungskoeffizienten Kscr aktualisiert, und werden der stromabwärtige NOx-Schätzwert NOx_DW_hat und der stromabwärtige NH₃-Schätzwert NH3_DW_hat berechnet (siehe Formeln (1) bis (12-4)), und der Prozess geht zu S13 weiter. Falls die Bestimmung in S11 NEIN ist und ein Konstantfahrzustand vorliegt, geht der Prozess zu S13 weiter, ohne die Operation des Trennfilters durchzuführen.
In S13 wird die vorwärts koppelnde Eingabe Gnh3_ff berechnet (siehe Formeln (20) und (21)), und der Prozess geht zu S14 weiter. In S14 wird die Speicherkorrektureingabe Gnh3_st berechnet (siehe Formeln (22) bis (25-3)), und der Prozess geht zu S15 weiter. In S15 wird die Rückkopplungseingabe Gnh3_fb berechnet, und der Prozess geht zu S16 weiter. Falls hierin ein Übergangszustand vorliegt, wird die Eingabe Gnh3_fb mit dem Gleitmoduscontroller berechnet (siehe Formeln (26-1) bis (35)), und falls der Konstantfahrzustand vorliegt, wird die Eingabe Gnh3_fb durch den Extrema-Suchcontroller berechnet (siehe Formeln (36) bis (41-4)). In S16 wird die Harnstoffwasser-Einspritzmenge Gurea berechnet, und der Prozess geht zu S20 weiter (siehe Formeln (42-1) bis (44)).
In S20 wird bestimmt, ob das Übergangszustandflag F_trans „1” ist. Falls die Bestimmung in S20 NEIN ist und ein Konstantfahrzustand vorliegt, geht der Prozess zu S21 weiter. In S21 wird bestimmt, ob die vom Extrema-Suchcontroller berechnete optimale Eingabe Gnh3_opt (siehe Formel (40-2)) kleiner als ein vorbestimmter Fehlerbestimmungsschwellenwert Gnh3_opt_AGD ist. Die oben beschriebene optimale Eingabe Gnh3_opt ist eine Eingabe zum Optimieren der Ausgabe des NOx-Sensors. Wenn hingegen die Verschlechterung des SCR-Katalysators fortschreitet, nimmt der optimale Wert Gnh3_scr_opt (siehe 21) der effektiven NH₃-Menge Gnh3_scr ab, und nimmt auch die optimale Eingabe Gnh3_opt ab. Aus diesem Grund ist die optimale Eingabe Gnh3_opt eine solche, welche die Bestimmung der Verschlechterung des SCR-Katalysators anzeigt. Falls daher die Bestimmung in S21 JA ist, wird bestimmt, dass der SCR-Katalysator normal ist und wird dieser Prozess beendet. Falls die Bestimmung in S21 NEIN ist, wird bestimmt, dass der SCR-Katalysator im verschlechterten Zustand ist, wobei der Prozess zu S22 weitergeht, die Verschlechterungswarnleuchte aufleuchtet, und ferner das Verschlechterungsflag F_SCR_NG auf „1” gesetzt wird, und dieser Prozess beendet wird.
Falls die Bestimmung in S20 JA ist und ein Übergangszustand vorliegt, geht der Prozess zu S23 weiter. In S23 wird bestimmt, ob der Reinigungskoeffizient Kscr größer als ein vorbestimmter Fehlerbestimmungsschwellenwert Kscr AGD ist. Falls die Bestimmung in S23 JA ist, wird bestimmt, dass die NOx-Reinigungsleistung des SCR-Katalysators abgenommen hat, wobei die Verschlechterungswarnleuchte eingeschaltet und dieser Prozess beendet wird. Falls die Bestimmung in S23 NEIN ist, geht der Prozess zu S24 weiter. In S24 wird bestimmt, ob der stromabwärtige NH₃-Schätzwert NH3_DW_hat größer als ein vorbestimmter Fehlerbestimmungsschwellenwert NH3_ADG ist, und der stromabwärtige NOx-Schätzwert NOx_DW_hat größer als ein vorbestimmter Fehlerbestimmungsschwellenwert NOx_AGD ist. Falls die Bestimmung in S24 JA ist, wird bestimmt, dass die NOx-Reinigungsleistung des SCR-Katalysators abgenommen hat, wobei der Prozess zu S22 weitergeht, die Verschlechterungswarnleuchte eingeschaltet wird und dieser Prozess beendet wird. Falls die Bestimmung in S24 NEIN ist, wird bestimmt, dass der SCR-Katalysator normal ist und dieser Prozess beendet wird.
Simulationsergebnisse
Nachfolgend werden die Ergebnisse von sieben Simulationen erläutert, welche durchgeführt wurden, um die Effekte der obigen Ausführung zu verifizieren.
26 ist eine Tabelle, welche die Simulationsbedingungen in jedem Experiment zusammenfasst.
In den Experimenten 1 bis 7 wurden das Vorhandensein oder Fehlen einer Eingabe vom vorwärts koppelnden Controller, das Vorhandensein oder Fehlen einer Eingabe vom NH₃-Speichercontroller, und das Vorhandensein oder Fehlen einer Eingabe von dem Rückkopplungscontroller als Simulationsbedingungen zugewiesen. Insbesondere mit dem Kopplungscontroller wurde das Vorhandensein oder Fehlen einer Eingabe von dem Trennfilter, das Vorhandensein oder Fehlen einer Eingabe von dem Gleitmoduscontroller, und das Vorhandensein oder Fehlen einer Eingabe von dem Extrema-Suchcontroller als Simulationsbedingungen zugewiesen. Um darüber hinaus die adaptive Fähigkeit dieser Controller zu verifizieren, falls in dem System ein Fehler auftritt, wurde willkürlich ein Fehler generiert, indem Qualität der Harnstoffwasserinjektoren als Simulationsbedingungen unterteilt wurde. Es sollte angemerkt werden, dass der Obergrenzartikel für den Harnstoffwasserinjektor einen Gegenstand mit einem Strömungsratenfehler angibt, der +15% in Bezug auf einen Referenzartikel ist, und der Untergrenzartikel einen Gegenstand mit einem Strömungsratenfehler angibt, der –15% in Bezug auf den Referenzartikel ist.
27 zeigt in Graphen die Simulationsergebnisse von Experiment 1.
In Experiment 1 wurden nur die Eingaben von dem vorwärts koppelnden Controller und dem NH₃-Speichercontroller verwendet. Darüber hinaus war in Experiment 1 der Harnstoffwasserinjektor der Referenzartikel.
Da im System von Experiment 1 die Eingabe des Rückkopplungscontrollers unterbrochen ist, wird nur in Antwort auf vorbestimmte Motorbedingungen vorwärts koppelnd gesteuert; da jedoch, mit dem als Referenzartikel gesetzten Harnstoffwasserinjektor, keine Fehlerquelle im System vorliegt, stimmt die NOx-Reinigungsrate weitgehend mit der Soll-NOx-Reinigungsrate ItaNOx_trgt überein, und wird angenommen, dass ein idealer Zustand beibehalten wird.
Es sollte angemerkt werden, dass es einige Stellen der aktuellen NOx-Reinigungsrate gibt, die unter die Soll-NOx-Reinigungsrate ItaNOx_trgt fallen (siehe zum Beispiel Zeit t3 in 27). Obwohl nämlich die maximale NH₃-Speichermenge durch plötzliche Abnahme der Fahrzeuggeschwindigkeit zunimmt, und somit die SCR-Katalysator-Temperatur (Sensorwert Tscr) abnimmt, tritt eine Verzögerung in der Zunahme der NH₃-Speichermenge in Bezug auf einen plötzlichen Anstieg der maximalen NH₃-Speichermenge auf. Darüber hinaus muss diese Verzögerung in der Zunahme der NH₃-Speichermenge zugelassen werden, da die Einspritzgrenze im Harnstoffwasser in der Tat eine Hauptursache davon ist, weil die Einspritzmengenobergrenze Gnh3_H, die gesetzt ist, um den Niederschlag von Harnstoffwasser innerhalb der Rohrleitung zu verhindern, stark abfällt.
Es sollte angemerkt werden, dass, obwohl keine Fehlerursache im System vorliegt, wenn die Temperatur des SCR-Katalysators plötzlich ansteigt, nur wenig NH₃ aus dem SCR-Katalysator schlupft (siehe zum Beispiel Zeiten t1 und t2 in 27).
28 in Graphen die Simulationsergebnisse von Experiment 2.
In Experiment 2 wurden nur die Eingaben von dem vorwärts koppelnden Controller und dem NH₃-Speichercontroller verwendet, ähnlich zum Experiment 1. Jedoch war der Harnstoffwasserinjektor der Obergrenzartikel.
Da im System von Experiment 2 die Eingabe des rückkoppelnden Controllers unterbrochen ist, wird, selbst wenn ein Fehler auftritt, keine Eingabe vorhanden sein, um dies zu kompensieren. Aus diesem Grund wird das Harnstoffwasser (NH₃) immer im größeren Überschuss eingespritzt als der Befehlswert Gnh3. Daher kann, im Vergleich zu den Ergebnissen von Experiment 1 (siehe 27) die NOx-Reinigungsrate bis zu angenähert dem gleichen Grad erreicht werden; jedoch tritt sogar im Konstantfahrzustand ein dauerhafter NH₃-Schlupf auf.
29 zeigt in Graphen die Simulationsergebnisse von Experiment 3.
In Experiment 3 wurden nur die Eingaben von dem vorwärts koppelnden Controller und dem NH₃-Speichercontroller verwendet, ähnlich zu Experiment 1. Jedoch war der Harnstoffwasserinjektor der Untergrenzartikel.
Das System von Experiment 3 unterbricht auch die Eingabe des Rückkopplungscontrollers. Selbst wenn daher ein Fehler auftritt, wird keine Eingabe vorhanden sein, die dies kompensiert. Aus diesem Grund ist das Harnstoffwasser (NH₃) immer weniger als der Befehlswert Gnh3; daher divergieren die aktuelle NH₃-Speichermenge und der geschätzte Wert davon ST_nh3_hat stark. Im Ergebnis ist die NOx-Reinigungsrate fortlaufend in einem niedrigeren Zustand als die Soll-NOx-Reinigungsrate ItaNOx_trgt.
30 zeigt in Graphen die Simulationsergebnisse von Experiment 4.
In Experiment 4 wurden nur die Eingaben von dem vorwärts koppelnden Controller, dem NH₃-Speichercontroller und dem Gleitmoduscontroller des Rückkopplungscontrollers verwendet. Es sollte angemerkt werden, dass der Gleitmoduscontroller sowohl im Übergangszustand als auch im Konstantfahrzustand arbeiten durfte. Darüber hinaus war in Experiment 4 der Harnstoffwasserinjektor der Referenzartikel.
Das System von Experiment 4 unterbricht die Eingabe von dem Trennfilter zum Gleitmoduscontroller; daher berechnet der Gleitmoduscontroller die Rückkopplungseingabe Gnh3_fb so, dass der NOx-Sensor-Ausgabewert Ynox auf den Sollwert NOx_DW_trgt konvergiert wird.
Wenn in diesem Fall, wie zu den Zeiten t1, t2, t3, etc., in 30 gezeigt, aufgrund eines plötzlichen Temperaturanstiegs des SCR-Katalysators vorübergehend ein NH₃-Schlupf auftritt, wird der Gleitmoduscontroller die Zunahme in der Ausgabe Ynox des Nox-Sensors fehlerhaft als Abnahme der NOx-Reinigungsrate erkennen, und bewirken, dass die Rückkopplungseingabe Gnh3_fb zunimmt, um dies zu kompensieren. Da hierbei der NH₃-Schlupf weiter zunehmen wird, wenn die Harnstoffwasser-Einspritzmenge größer gemacht wird, setzt sich der Zustand fort, dass die NH₃-Einspritzmenge Gnh3 am oberen Grenzwert von Gnh3_H hängenbleibt, und ein übermäßiger NH₃-Schlupf auftritt.
31 zeigt in Graphen die Simulationsergebnisse von Experiment 5.
In Experiment 5 wurden alle Eingaben vom vorwärts koppelnden Controller, NH₃-Speichercontroller und Rückkopplungscontroller verwendet. Darüber hinaus war in Experiment 5 der Harnstoffwasserinjektor der Referenzartikel.
Wenn, mit dem System von Experiment 5, die Zeit abläuft und die Identifikation des Reinigungskoeffizienten Kscr fortschreitet, wird, da der Gleitmoduscontroller zwischen NOx-Schlupf und NH₃-Schlupf geeignet unterscheiden wird, die Harnstoffwasser-Einspritzmenge nicht größer gemacht, aufgrund einer Fehlerkennung des Auftretens von NH₃-Schlupf (siehe Zeiten t1, t2 und t3 in 31) als Abnahme der NOx-Reinigungsrate. Aus diesem Grund gibt es eine Tendenz, dass kein übermäßiger NH₃-Schlupf wie im Falle von Experiment 4 auftritt, und dass die schlupfende NH₃-Menge abnimmt, wenn die Identifikation des Reinigungskoeffizienten Kscr fortschreitet.
Weil darüber hinaus im Konstantfahrzustand ab t2 oder ab t3, die Genauigkeit des Trennfilters nicht länger erhalten bleibt, wie oben beschrieben, wird die Berechnung der Rückkopplungseingabe Gnh3_fb von dem Gleitmoduscontroller zum Extrema-Suchcontroller umgeschaltet. Sogar in diesem Fall werden die Extrema des NOx-Sensor-Ausgabewerts Ynox im Verlauf der Zeit richtig aufgefunden, und wird der NH₃-Schlupf unterdrückt, während die NOx-Reinigungsrate auf dem Sollwert gehalten wird.
32 zeigt in Graphen die Simulationsergebnisse von Experiment 6.
In Experiment 6 wurden alle Eingaben vom vorwärts koppelnden Controller, NH₃-Speichercontroller und Rückkopplungscontroller verwendet. Jedoch unterschied es sich vom obigen Experiment 5 im Hinblick darauf, dass der Harnstoffwasserinjektor der Obergrenzartikel war.
Da beim System von Experiment 6 ein +15%-Einspritzmengenfehler vorliegt, ist die NH₃-Schlupfmenge groß, wenn man dies mit den Ergebnissen von Experiment 5 vergleicht; jedoch trat der kontinuierliche Schlupf nicht auf, solange kein übermäßiger Schlupf auftrat. Darüber hinaus nahm die NOx-Reinigungsrate nicht deshalb ab, weil die NH₃-Speichermenge ungenügend war.
33 zeigt in Graphen die Simulationsergebnisse von Experiment 7.
In Experiment 7 wurden alle Eingaben von dem vorwärts koppelnden Controller, dem NH₃-Speichercontroller und dem Rückkopplungscontroller verwendet. Jedoch unterschied es sich vom obigen Experiment 5 im Hinblick darauf, dass der Harnstoffwasserinjektor der Untergrenzartikel war.
Im System von Experiment 7 war die Harnstoffwasser-Einspritzmenge relativ zum Befehlswert immer klein; wenn daher, wie in den obigen Ergebnissen von Experiment 2 gezeigt, keine Eingabe vom Rückkopplungscontroller vorliegt, wird die NH₃-Speichermenge kleiner sein als der Sollwert. Im Gegensatz hierzu durfte beim System von Experiment 7 kein übermäßiger NH₃-Schlupf auftreten, und es war erfolgreich darin, die NH₃-Speichermenge auf ihren Sollwert zurückzubringen (siehe Zeiten t1 und t2 in 33).
Effekte des Trennfilters
Nachfolgend werden die Effekte des vorgenannten Trennfilters 32B im weiteren Detail erläutert.
Wie im Bezug auf 4 erläutert, zeigt die Spektralverteilung der stromabwärtigen NOx-Konzentration des SCR-Katalysators eine aufwärts konvexe Charakteristik allgemein mit einer Spitze bei 1 bis 2 Hz; wohingegen die Spektralverteilung der stromabwärtigen NH₃-Konzentration eine Spitze nahe der niederfrequenten Seite hat, im Vergleich zur stromabwärtigen NOx-Konzentration, und die stationäre Komponente die größte wird.
Wenn man dann, nur basierend auf dieser Betrachtung, als den geschätzten Wert der stromabwärtigen NH₃-Konzentration einen Wert setzt, den man erhält, indem man den Ausgabewert Ynox des stromabwärtigen NOx-Sensors durch einen Tiefpassfilter lässt, mit der Frequenz faL als der Sperrfrequenz, dann wird dieser als geeignet betrachtet. In diesem Fall wird der in 34 schraffiert angegebene Bereich aus der Ausgabe des NOx-Sensors als die NH₃-Komponente extrahiert. Jedoch ist, wie in 34 gezeigt, in der Komponente, die durch dieses Verfahren aus der Ausgabe des NOx-Sensors als die NH₃-Komponente extrahiert wird, nicht nur möglich, dass die Frequenzkomponente von NH₃ enthalten ist, welche höher ist als die Sperrfrequenz faL, sondern auch die Frequenzkomponente von NOx, die niedriger als die Sperrfrequenz faL ist, enthalten ist. Daher werden für den geschätzten Wert, der erhalten wird, indem die Sensorausgabe durch einen Filter gelassen wird, um eine ausreichende Genauigkeit zu bekommen, die Betriebsbedingungen auf Betriebszustände beschränkt, die weiter auf Übergangszustände beschränkt sind, und die Schätzgenauigkeit wird bei anderen Bedingungen beträchtlich abnehmen.
Da hingegen, mit dem vorgenannten Trennfilter 32B die Frequenzkomponenten, welche nicht niedriger als die Sperrfrequenz faL sind, durch den Hochpassfilter oder Bandpassfilter aus dem stromabwärtigen NOx-Sensor-Ausgabewert Ynox und dem stromaufwärtigen NOx-Sensor-Ausgabewert NOx_UP mittels der Übergangsextraktionsfilter 322B und 323B blockiert werden, wird der Wert des Reinigungskoeffizienten Kscr so identifiziert, dass der Identifikationsfehler eid, der aus diesen Filterwerten berechnet wird (siehe Formel (12-1)) ein Minimum wird, und werden der stromabwärtige NOx-Schätzwert NOx_DW_hat und der stromabwärtige NH₃-Schätzwert NH3_DW_hat berechnet. In anderen Worten wird mit dem Trennfilter 32B der Wert, der erhalten wird, indem der stromabwärtige NOx-Sensor-Ausgabewert Ynox durch einen Hochpassfilter oder Bandpassfilter mit einer tieferen Sperrfrequenz faL gelassen wird, nicht einfach als stromabwärtiger NOx-Schätzwert gesetzt. Daher ist der Bereich, der aus der Ausgabe des stromabwärtigen NOx-Sensors als die NH₃-Komponente durch den Trennfilter 32B extrahiert wird, nicht insgesamt von der niederfrequenten Komponente bis zur hochfrequenten Komponente enthalten, wie in 35 mit der Schraffierung gezeigt. In anderen Worten, der Trennfilter 32B ist so konfiguriert, dass die NOx-Frequenzkomponenten des niederen Frequenzbereichs entfernt werden, und die hochfrequente Komponente von NH₃, welche keine Korrelation zum stromaufwärtigen NOx hat, enthalten ist, und daher die NH₃-Komponente aus der Ausgabe des stromabwärtigen NOx-Sensors extrahiert werden kann.
Obwohl im Vorstehenden zwei Ausführungen erläutert worden sind, ist die vorliegende Erfindung darauf nicht beschränkt.
Obwohl in den oben erwähnten Ausführungen ein Beispiel dargestellt ist, wo die vorliegende Erfindung auf ein Abgasreinigungssystem vom Harnstoffzugabe-Typ angewendet wird, mit NH₃ als dem Reduktionsmittel, und das Harnstoffwasser als Vorläufer davon mittels eines Injektors zuführt, ist sie darauf nicht beschränkt.
Zum Beispiel ist sie auch wirksam, wenn die vorliegende Erfindung auf ein System angewendet wird, das NH₃-Gas direkt zuführt, ohne Harnstoffwasser aus einem Injektor zuzuführen. Darüber hinaus ist das Reduktionsmittel zum Reduzieren von NOx nicht auf NH₃ beschränkt. Die vorliegende Erfindung kann auch auf ein Abgasreinigungssystem angewendet werden, das Kohlenwasserstoffe (KW) anstelle von NOx als das Reduktionsmittel zum Reduzieren von NOx verwendet.
Darüber hinaus ist, als das Reduktionsmittelzuführmittel zum Zuführen von NH₃ oder Harnstoffwasser zum SCR-Katalysator, dies nicht notwendigerweise ein Mittel, das gespeichertes Harnstoffwasser oder NH₃ wie in der Harnstoffwasser-Einspritzvorrichtung 25 der zuvor erwähnten Ausführungen zuführt, und es könnte ein Mittel an dem Fahrzeug verwendet werden, das diese nach Bedarf erzeugt. Insbesondere ist eine Technik bekannt, die NH₃ erzeugt, um es dem SCR-Katalysator nach Bedarf zuzuführen, an einem Oxidationskatalysator oder einem Drei-Wege-Katalysator, der an einer vom SCR-Katalysator stromaufwärtigen Seite vorgesehen ist, indem veranlasst wird, dass das Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Luft/Kraftstoff-Gemischs des Motors intermittierend von magerer als stöchiometrisch zu stöchiometrisch oder fetter als stöichiometrisch geändert wird. Daher kann ein Mittel, welches NH₃ in bedarfsweiser Menge erzeugt, durch Kombinieren der Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Regelung des Luft/Kraftstoff-Gemischs des Motors und eines an der stromaufwärtigen Seite des SCR-Katalysators vorgesehenen Katalysators als das Reduktionsmittelzuführmittel etabliert werden.
Es wird ein Abgasreinigungssystem angegeben, das die NOx-Reinigungsrate eines Katalysators unabhängig vom Zustand eines Fahrzeug optimieren kann. Das System enthält: einen Trennfilter, der gleichzeitig einen stromabwärtigen NOx-Konzentrations-Schätzwert (NOx_DW_hat) und einen stromabwärtigen NH₃-Konzentrations-Schätzwert (NH3_DW_hat) zu jedem Steuerzyklus aus einer Ausgabe eines NOx-Sensors berechnet; und einen Controller, der eine Eingabe (Gnh3_fb) mittels eines Extrema-Suchcontrollers berechnet, so dass die Ausgabe des Sensors zu einem örtlichen Minimum wird, falls das Fahrzeug im Konstantfahrzustand ist, und die Eingabe (Gnh3_fb) mittels eines Gleitmoduscontrollers berechnet, so dass zumindest einer vom stromabwärtigen NOx-Konzentrations-Schätzwert (NOx_DW_hat) und dem stromabwärtigen NH₃-Konzentrations-Schätzwert (NH3_DW_hat) zu einem Sollwert wird, falls das Fahrzeug in einem anderen Zustand als dem Konstantfahrzustand ist.

Claims

Abgasreinigungssystem (2) für ein Fahrzeug, welches enthält: einen selektiven Reduktionskatalysator (23), der in einem Abgaskanal (11) eines Verbrennungsmotors (1) vorgesehen ist und NOx im Abgas in der Gegenwart von NH₃ reinigt; ein Reduktionsmittel-Zuführmittel (25), das NH₃ oder einen Vorläufer davon dem selektiven Reduktionskatalysator (23) zuführt; einen Abgassensor (26), der eine Konzentration einer NOx und NH₃ im Abgas kombinierenden Komponente an einer vom selektiven Reduktionskatalysator (23) stromabwärtigen Seite erfasst; einen Trennfilter (32, 32A, 32B), der gleichzeitig einen geschätzten Wert (NOx_DW_hat) einer NOx-Konzentration im Abgas an einer vom selektiven Reduktionskatalysator (23) stromabwärtigen Seite und einen geschätzten Wert (NH3_DW_hat) einer NH₃-Konzentration im Abgas an einer vom selektiven Reduktionskatalysator (23) stromabwärtigen Seite zu jedem vorbestimmten Steuerzyklus aus einem Ausgabewert (Ynox) des Abgassensors (26) berechnet; und ein Zufuhrmengen-Bestimmungsmittel (35) zur Bestimmung einer Zufuhrmenge des Reduktionsmittel-Zuführmittels (25), so dass der Ausgabewert (Ynox) des Abgassensors (26) ein örtliches Minimum einnimmt, gekennzeichnet durch einen Extrema-Suchcontroller (35A), der nach einer Zufuhrmenge sucht, so dass der Ausgabewert (Ynox) des Abgassensors (26) das örtliche Minimum einnimmt, basierend auf einer Antwort des Abgassensors (26), wenn die Zufuhrmenge des Reduktionsmittel-Zuführmittels (25) mit einer vorbestimmten Frequenz oszilliert; und dass das Zufuhrmengen-Bestimmungsmittel (35) eine Zufuhrmenge des Reduktionsmittel-Zuführmittels (25) mittels des Extrema-Suchcontrollers (35A) bestimmt, falls das Fahrzeug im Konstantfahrzustand ist, und eine Zufuhrmenge des Reduktionsmittel-Zuführmittels (25) derart bestimmt, dass der durch den Trennfilter (32, 32A, 32B) berechnete stromabwärtige NOx-Konzentrations-Schätzwert (NOx_DW_hat) und/oder stromabwärtige NH₃-Konzentrations-Schätzwert (NH3_DW_hat) einen jeweiligen Sollwert (NOx_DW_trgt, NH3_DW_trgt) einnimmt, falls das Fahrzeug in einem anderen Zustand als dem Konstantfahrzustand ist.
Das Abgasreinigungssystem (2) für ein Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgasreinigungssystem (2) ferner ein stromaufwärtiges Erfassungsmittel (28) zum Erfassen oder Schätzen einer NOx-Konzentration im Abgas an einer vom selektiven Reduktionskatalysator (23) stromaufwärtigen Seite enthält; und der Trennfilter (32, 32A, 32B) enthält: ein stromabwärtiges Schätzmittel (322A, 325B) zur Modellbildung des stromabwärtigen NOx-Konzentration-Schätzwerts mit einem Wert, der erhalten wird durch Multiplizieren eines vorbestimmten Reinigungskoeffizienten (Kscr) mit einem Ausgabewert des stromaufwärtigen Erfassungsmittels (28); ein Identifizierungsmittel (321A, 321B) zum Identifizieren eines Werts des Reinigungskoeffizienten (Kscr), so dass ein Fehler (e'id) zwischen einem Ausgabewert (Ynox) des Abgassensors (26) und einem Ausgabewert (NOx_DW_hat) des stromabwärtigen Schätzmittels (322A, 325B), oder ein Fehler (eid) eines Werts entsprechend einem Filterwert von jedem der Ausgabewerte, ein Minimum einnimmt; sowie ein Trennmittel (323A, 326B) zum Berechnen des stromabwärtigen NH₃-Konzentrations-Schätzwerts (NH3_DW_hat) durch Subtrahieren des Ausgabewerts (NOx_DW_hat) des stromabwärtigen Schätzmittels (322A, 325B) von dem Ausgabewert (Ynox) des Abgassensors (26).
Das Abgasreinigungssystem (2) für ein Fahrzeug nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Trennfilter (32, 32A, 32B) ferner einen Übergangsextraktionsfilter (322B, 323B) enthält, der eine stationäre Komponente blockiert und zumindest ein Frequenzband, das einer Zunahme-/Abnahmeanforderung nach Antriebskraft von einem Fahrer entspricht, von dem Ausgabewert (Ynox) des Abgassensors (26) und dem Ausgabewert (NOx_UP) des stromaufwärtigen Erfassungsmittels (28) durchlässt, und einen Filterwert (Ynox_f, NOx_UP_f) von jedem berechnet; und das Identifizierungsmittel (321A, 321B) einen Wert des Reinigungskoeffizienten so identifiziert, dass ein Fehler (eid) zwischen dem Filterwert (NOx_UP_f) des Abgabewerts des Abgassensors (26) und einem Wert (NOx_DW_hat_f), der durch Multiplizieren des Reinigungskoeffizienten mit dem Filterwert des Ausgabewerts des stromaufwärtigen Erfassungsmittels (28) erhalten wird, minimal wird.
Das Abgasreinigungssystem (2) für ein Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgasreinigungssystem (2) ferner ein Korrekturmittel (36) enthält, um einen geschätzten Wert (St_nh3_hat) einer NH₃-Menge des selektiven Reduktionskatalysators (23) zu schätzen und die Zuführmenge des Reduktionsmittel-Zuführmittels (25) so zu korrigieren, dass der geschätzte Wert (St_nh3_hat) ein Sollwert (St_nh3_trgt) davon wird; und das Korrekturmittel (36) eine Abnahmerate der Abweichung zwischen dem geschätzten Wert (St_nh3_hat) der NH₃-Speichermenge und einem Sollwert (St_nh3_trgt) davon stärker reduziert, falls einer des stromabwärtigen Nox-Schätzwerts (NOx_DW_hat) und des stromabwärtigen NH₃-Schätzwerts (NH3_DW_hat) von dem jeweiligen Sollwert davon um zumindest einen vorbestimmten Wert abweicht, als in einem Fall, wo er nicht um zumindest den vorbestimmten Wert abweicht.
Das Abgasreinigungssystem (2) für ein Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgasreinigungssystem (2) ferner ein Fehlerbestimmungsmittel (3) enthält, zur Bestimmung, dass der selektive Reduktionskatalysator (23) schlechter geworden ist, falls die Zuführmenge (Gnh3_opt), die durch das Zuführmengenbestimmungsmittel (35) so bestimmt wurde, dass der Ausgabewert des Abgassensors ein örtliches Minimum einnimmt, kleiner geworden ist als ein vorbestimmter Fehlerbestimmungsschwellenwert (Gnh3_opt_AGD), wenn das Fahrzeug im Konstantfahrzustand ist.