DE102013205815B4 - Abgasreinigungssystem für Verbrennungsmotor - Google Patents

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Abstract

Abgasreinigungssystem (2) für einen Verbrennungsmotor (1), umfassend: einen selektiven Reduktionskatalysator (23), der in einem Abgaskanal (11) des Verbrennungsmotors (1) vorgesehen ist und NOx in der Gegenwart von NH3 reinigt; ein Reduktionsmittel-Zuführmittel (25) zum Zuführen von NH3 oder eines Vorläufers davon zu dem selektiven Reduktionskatalysator (23); einen Abgassensor (26), der eine Konzentration einer NOx- und NH3-kombinierenden Komponente im Abgas an einer vom selektiven Reduktionskatalysator (23) stromabwärtigen Seite erfasst; ein stromaufwärtiges Erfassungsmittel (28) zum Erfassen oder Schätzen einer NOx-Konzentration im Abgas an einer vom selektiven Reduktionskatalysator (23) stromaufwärtigen Seite; ein stromabwärtiges Schätzmittel (32, 32A, 322A, 323A) zur Bildung eines Modells eines geschätzten Werts (NOx_DW_hat) der NOx-Konzentration im Abgas an einer vom selektiven Reduktionskatalysator (23) stromabwärtigen Seite mit einem Wert, der durch Multiplizieren eines vorbestimmten Reinigungskoeffizienten (Kscr) mit einem Ausgabewert (NOx_UP) des stromaufwärtigen Erfassungsmittels (28) erhalten wird; ein Identifizierungsmittel (32, 32A, 321A) zum Identifizieren eines Werts des Reinigungskoeffzienten (Kscr), so dass ein Fehler (e'id) zwischen einem Ausgabewert (Ynox) des Abgassensors und einem Ausgabewert (NOx_DW_hat) des stromabwärtigen Schätzmittels (32, 32A, 32B) minimal wird, unter Verwendung eines Identifikationsalgorithmus, dessen Gewichtung zur höherfrequenten Seite als 0 Hz größer wird; und ein Zufuhrmengen-Bestimmungsmittel (31, 33, 34, 35, 36) zum Bestimmen einer Zuführmenge des Reduktionsmittelzuführmittels basierend auf dem Ausgabewert des stromabwärtigen Schätzmittels (32, 32A, 322A, 323A).

Description

  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Abgasreinigungssystem für einen Verbrennungsmotor. In mehreren Details bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Abgasreinigungssystem, das versehen ist mit einem selektiven Reduktionskatalysator, der NOx im Abgas in der Gegenwart von NH3 reinigt, einem NOx-Sensor, der die Konzentration des NOx erfasst, einem NH3-Sensor, der die Konzentration von NH3 an der stromabwärtigen Seite dieses selektiven Reduktionskatalysators erfasst, und dergleichen.
  • Verwandte Technik
  • Als ein solches Abgasreinigungssystem, das NOx im Abgas reinigt, ist insofern ein System vorgeschlagen worden, worin im Abgaskanal ein selektiver Reduktionskatalysator vorgesehen ist, der NOx im Abgas mit Hilfe eines Reduktionsmittels, wie etwa Ammoniak (NH3) selektiv reduziert. Zum Beispiel wird bei einem Abgasreinigungssystem vom Typ mit Harnstoffzugabe Harnstoffwasser, das ein NH3-Vorläufer ist, von einer stromaufwärtigen Seite des selektiven Reduktionskatalysators zugeführt, wobei NH3 durch thermische Zersetzung oder Hydrolyse dieses Harnstoffwassers durch die Abgaswärme erzeugt wird und durch dieses NH3 das NOx im Abgas selektiv reduziert wird. Zusätzlich zu einem solchen System vom Typ mit Harnstoffzugabe ist zum Beispiel auch ein System vorgeschlagen worden, das durch Erhitzen einer NH3-Verbindung, wie etwa Ammoniumcarbid, NH3 erzeugt, und dieses NH3 direkt hinzufügt. Nachfolgend wird ein System vom Typ mit Harnstoffzugabe erläutert.
  • Falls bei einem solchen System die wirksame NH3-Menge des selektiven Reduktionskatalysators kleiner 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 die richtige Regelung der Einspritzmenge von Harnstoffwasser bei einem mit einem selektiven Reduktionskatalysator versehenen Abgasreinigungssystem wichtig geworden. Daher werden im JP 2004-100700 A und JP-2006-274986 A als Beispiel Systeme angegeben, die eine NOx-Reinigungsrate eines selektiven Reduktionskatalysators schätzen, und eine Einspritzmenge von Harnstoffwasser basierend auf dieser Schätzung steuern.
  • Bei dem Abgasreinigungssystem von JP 2004-100700 A wird die NOx-Menge an der stromabwärtigen Seite des selektiven Reduktionskatalysators mit einem 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 Abgaszusammensetzung die NOx-Reinigungsrate des selektiven Reduktionskatalysators geschätzt und wird die Einspritzmenge des Harnstoffwassers gesteuert.
  • Darüber hinaus wird bei dem Abgasreinigungssystem von JP-2006-274986 A die Temperatur des Katalysators als Betrag erfasst, der sich auf die NOx-Reinigungsrate des selektiven Reduktionskatalysators bezieht, und die Einspritzmenge des Harnstoffwassers wird basierend auf dieser Temperatur gesteuert.
  • Jedoch verändert sich die NOx-Reinigungsrate des selektiven Reduktionskatalysators nicht nur durch das Vorgenannte, wie etwa die Zusammensetzung des Abgases und die Temperatur des selektiven Reduktionskatalysators, sondern auch durch den Verschlechterungszustand des selektiven Reduktionskatalysators. Darüber hinaus gibt es eine Variabilität in der Reinigungsleistung zwischen individuellen Einheiten. Daher ist es schwierig, die Einspritzmenge des Harnstoffwassers bei den Abgasreinigungssystemen, wie sie etwa in den JP 2004-100700 A und JP-2006-274986 A als Beispiel angegeben sind, immer optimal zu steuern.
  • Die US 2010/0107069 A1 offenbart einen Injektor, der Harnstoffwasser einem selektiven Reduktionskatalysator zuführt; einen NOx-Sensor, der die Konzentration (NOx_m) der Komponente, welche NOx und NH3 im Abgas kombiniert, an der stromabwärtigen Seite des selektiven Reduktionskatalysators erfasst; ein stromaufwärtiges Erfassungsmittel, das die Konzentration (NOxin) von NOx im Abgas an der stromauwärtigen Seite des selektiven Reduktionskatalysators schätzt; ein stromabwärtiges Schätzmittel, das ein Modell eines geschätzten Werts NOxin(1 – Kη) der NOx-Konzentration im Abgas an der stromabwärtigen Seite des selektiven Reduktionskatalysators, mit dem Multiplikationsprodukt eines vorbestimmten Reinigungskoeffizienten mit dem Ausgangswert (NOxin) des stromaufwärtigen Bestimmungsmittels, bildet; und ein Zufuhrmengenbestimmungsmittel, das bewirkt, dass die Harnstoffwassereinspritzmenge basierend auf dem Ausgangswert des stromabwärtigen Schätzmittels fluktuiert.
  • Die DE 10 2010 026 373 A1 offenbart die Berechnung einer NOx-Reinigungsrate rnox basierend auf einem gefilterten Wert NOxOUT der Ausgabe des stromabwärtigen NOx-Sensors und einem gefilterten Wert NOxIN der Ausgabe des stromauwärtigen NOx-Sensors.
  • In der US 2010/0050614 A1 erfolgt die Regelung eines SCR-Systems basierend auf einem stromabwärtigen NH3-Sensor.
  • Die US 2009/0266142 A1 offenbart, dass ein Ammoniaksensor eine Querempfindlichkeit gegenüber Sauerstoff aufweist, und lehrt, die Querempfindlichkeit mit Hilfe eines Sauerstoffsensors und im Motorsteuergerät gespeicherten Korrekturtabellen zu kompensieren.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • 43 gibt Graphen an, die die Ausgangscharakteristiken des NOx-Sensors zeigen, der an der stromabwärtigen Seite des selektiven Reduktionskatalysators in diesen vorgenannten herkömmlichen Abgasreinigungssystemen vorgesehen ist. 43 zeigt die Andefungscharakteristiken der NOx-Konzentration und der NH3-Konzentration an der stromabwärtigen Seite des selektiven Reduktionskatalysators, um die Ausgabewerte 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 indiziert. Insbesondere entspricht die effektive NH3-Menge einer Menge, die die NH3-Menge, die bereits am selektiven Reduktionskatalysator adsorbiert ist (NH3-Speichermenge), und die NH3-Menge, die neuerlich dem selektiven Reduktionskatalysator zugeführt wird, kombiniert.
  • Da die effektive NH3-Menge zunimmt, wenn die Einspritzmenge von Harnstoffwasser 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 43 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 Menge des Harnstoffwassers, die den Stern überschreitet, bezeichnet den Überschuss relativ zu jener, die das erzeugte NOx reduziert.
  • Darüber hinaus wird hierin das aus dem Harnstoffwasser erzeugte NH3 welches überschüssig ist, bei der NOx-Reduktion nicht verbraucht, und wird zur stromabwärtigen Seite des selektiven Reduktionskatalysators abgegeben. Daher nimmt, wie in 43 gezeigt, die NH3-Konzentration des Abgases stromab des selektiven Reduktionskatalysators zu, wenn die effektive NH3-Menge überschritten wird, wie mit dem Stern angegeben. Es sollte angemerkt werden, dass die NH3-Abgabe vom selektiven Reduktionskatalysator zur stromabwärtigen Seite davon auf diese Weise nachfolgend als „NH3-Schlupf” bezeichnet wird.
  • Die effektive NH3-Menge, die in 43 mit den Sternen bezeichnet ist, kann sowohl die NOx-Konzentration als auch die NH3-Konzentration an der stromabwärtigen Seite des selektiven Reduktionskatalysators minimieren; daher ist sie in diesem Abgasreinigungssystem die optimale effektive NH3-Menge.
  • Wie jedoch in 43 gezeigt, zeigt der Ausgabewert des NOx-Sensors eine nach unten konvexe Charakteristik, mit dem Ausgabewert in dieser optimalen effektiven NH3-Menge als dem Minimalpunkt. Dies ist so, weil existierende Sensoren, NOx-Sensoren genannt, auf diesem Detektionsprinzip nicht nur auf NOx empfindlich sind, sondern auch auf NH3. Daher ist es nur mit dem Ausgabewert von dem NOx-Sensor nicht möglich, zu bestimmen, ob die effektive NH3-Menge in einem ungenügenden Zustand relativ zur optimalen Menge ist, oder im überschüssigen Zustand ist.
  • Jedoch hat der selektive Reduktionskatalysator die Fähigkeit, Ammoniak zu adsorbieren, zusätzlich zur oben genannten Fähigkeit, in der Gegenwart von NH3 NOx zu reduzieren.
  • 44 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen NH3-Speicherraten und der NOx-Reinigungsrate des selektiven Reduktionskatalysators zeigt. Hierin ist die Speicherrate proportional zur an den selektiven Reduktionskatalysator adsorbierten NH3-Menge relativ zum Maximalwert davon.
  • Wie in 44 gezeigt, hat die NOx-Reinigungsrate des selektiven Reduktionskatalysators eine bessere Charakteristik, wenn die Speicherrate ansteigt. Um daher die NOx-Reinigungsrate hoch zu halten, während das Auftreten des NH3-Schlupfs vermieden wird, ist es wünschenswert, die Speicherrate des selektiven Reduktionskatalysators mit hoher Genauigkeit auf den Maximalwert zu steuern. Da jedoch der NOx-Sensor die vorgenannte Charakteristik hat, ist es schwierig, die Speicherrate kontinuierlich auf den Maximalwert zu steuern, während das Auftreten des NH3-Schlupfs vermieden wird, und es bestehen auch Bedenken zum Ausfall des Steuersystems. Aus diesem Grund wird beim herkömmlichen Abgasreinigungssystem unter Verwendung eines NOx-Sensors, der an der stromabwärtigen Seite des selektiven Reduktionskatalysators vorgesehen ist, das Auftreten eines übermäßigen NH3-Schlupfs unter Inkaufnahme einer Abnahme der NOx-Reinigungsrate vermieden, indem die Speicherrate auf angenähert 15 bis 30% gesteuert wird.
  • Obwohl, wie oben beschrieben, existierende NOx-Sensoren nicht nur auf NOx-Komponenten im Abgas, sondern auch auf die NH3-Komponente empfindlich sind, lässt sich ein NH3-Sensor entwickeln, der keine Empfindlichkeit auf NOx hat. Indem man daher den vorgenannten NOx-Sensor durch einen NH3-Sensor ersetzt oder ihn gemeinsam mit einem NH3-Sensor verwendet, lässt sich bestimmen, ob die effektive NH3-Menge im ungenügenden Zustand ist oder im überschüssigen Zustand relativ zur optimalen Menge ist, wie in 43 mit dem Stern angegeben.
  • Jedoch unterliegen existierende NH3-Sensoren dem Einfluss anderer Komponenten als NH3 im Abgas (O2, H2O, etc.), und daher besteht die Möglichkeit, dass eine Verstärkungsschwankung auftritt. Aus diesem Grund gibt in dem Fall, dass eine Harnstoffwasser-Einspritzsteuerung basierend auf dem Ausgabewert eines NH3-Sensors durchgeführt wird, Bedenken, dass sich die Harnstoffwasser-Einspritzmenge von der geeigneten Menge in Antwort auf die Verstärkungsschwankung des NH3-Sensors verschiebt.
  • Weil bei den existierenden NOx-Sensoren und NH3-Sensoren die vorgenannten Probleme vorhanden sind, ist es schwierig gewesen, die NOx-Konzentration und NH3-Konzentration an der stromabwärtigen Seite des selektiven Reduktionskatalysators geeignet zu erfassen, und dementsprechend eine optimale Harnstoffwasser-Einspritzsteuerung durchzuführen.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Abgasreinigungssystem anzugeben, das die NOx-Konzentration oder NH3-Konzentration an der stromabwärtigen Seite des selektiven Reduktionskatalysators geeignet erfassen kann, um dementsprechend eine optimale Einspritzsteuerung/-regelung durchzuführen.
  • Zur Lösung des obigen Problems sieht ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Abgasreinigungssystem für einen Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 1, 3 und 13 vor.
  • Das Abgasreinigungssystem enthält: einen selektiven Reduktionskatalysator, der in einem Abgaskanal (zum Beispiel den später beschriebenen selektiven Reduktionskatalysator 23), der in einem Abgaskanal (zum Beispiel dem später beschriebenen Abgaskanal 11) des Verbrennungsmotors vorgesehen ist und NOx in der Gegenwart von NH3 reinigt; ein Reduktionsmittel-Zuführmittel (zum Beispiel die später beschriebene Harnstoffwasser-Einspritzvorrichtung 25) zum Zuführen von NH3 oder eines Vorläufers davon zu dem selektiven Reduktionskatalysator; einen Abgassensor (zum Beispiel den später beschriebenen stromabwärtigen NOx-Sensor 26), der eine Konzentration einer NOx- und NH3-kombinierenden Komponente im Abgas an einer vom selektiven Reduktionskatalysator stromabwärtigen Seite erfasst; ein stromaufwärtiges Erfassungsmittel (zum Beispiel den später beschrieben stromabfwärtigen NOx-Sensor 28) zum Erfassen oder Schätzen einer NOx-Konzentration im Abgas an einer vom selektiven Reduktionskatalysator stromaufwärtigen Seite; ein stromabwärtiges Schätzmittel (zum Beispiel den später beschriebenen Trennfilter 32, 32A, 32B) zur Bildung eines Modells eines geschätzten Werts (NOx_DW_hat) der NOx-Konzentration im Abgas an einer vom selektiven Reduktionskatalysator stromabwärtigen Seite mit einem Wert, der durch Multiplizieren eines vorbestimmten Reinigungskoeffizienten (Kscr) mit einem Ausgabewert (NOx_UP) des stromaufwärtigen Erfassungsmittels erhalten wird; ein Identifizierungsmittel (zum Beispiel den später beschriebenen Reinigungskoeffizienten-Identifizierer 321A, 321B) zum Identifizieren eines Werts des Reinigungskoeffzienten, 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 jedes der Ausgabewerte minimal wird; und ein Zufuhrmengen-Bestimmungsmittel (zum Beispiel den SCR-Katalysator-Zustandsschätzer 33, vorwärts koppelnden Controller 34, rückkoppelnden Controller 35, NH3-Speichercontroller 36, Harnstoffwasser-Einspritzmengenberechnungseinheit 31, etc., später beschrieben) zum Bestimmen einer Zuführmenge des Reduktionsmittelzuführmittels basierend auf dem Ausgabewert des stromabwärtigen Schätzmittels. Es sollte angemerkt werden, dass „Konzentration” in der vorliegenden Erfindung so definiert wird, dass sie auch physikalische Quantitäten enthält, wofür Einheiten zwischen Konzentration unter Verwendung eines vorbestimmten Koeffizienten und eines bekannten arithmetischen Ausdrucks umgewandelt werden können, wie etwa zum Beispiel Konzentration und eine Menge oder Konzentration und ein Äquivalenzverhältnis.
  • Gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird der geschätzte Wert der NOx-Konzentration an der vom selektiven Reduktionskatalysator stromabwärtigen Seite als Modell mit einem Wert erstellt, der durch Multiplizieren eines vorbestimmten Reinigungskoeffizienten mit dem Ausgabewert des stromauwärtigen 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, und der geschätzte Wert der NOx-Konzentration an der stromabwärtigen Seite wird dementsprechend berechnet. Darüber hinaus fluktuiert die NH3-Menge gemäß dem Reduktionsmittelzuführmittel, und die NOx-Menge fluktuiert in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Verbrennungsmotors entsprechend dem Fahrer; daher verringert sich die Überlappung zwischen der Spektralverteilung von NH3 und der Spektralverteilung von NOx im Abgas an der stromabwärtigen des selektiven Reduktionskatalysators. Mit der vorliegenden Erfindung kann hiermit der geschätzte Wert der stromabwärtigen NOx-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. Darüber hinaus ist es durch Verwendung dieses geschätzten Werts der stromabwärtigen NOx-Konzentration möglich, die Zuführmenge des Reduktionsmittelzuführmittels geeignet so zu bestimmen, dass der NH3-Schlupf des selektiven Reduktionskatalysators vermieden wird und die NOx-Reinigungsrate hoch gehalten werden kann.
  • Falls der Verbrennungsmotor im Übergangszustand ist, nimmt, weil die Fluktuation der NH3-Speichermenge im selektiven Reduktionskatalysator zunimmt, insbesondere die NOx-Reinigungsrate tendenziell ab, und der NH3-Schlupf tritt tendenziell auf. Da andererseits mit der vorliegenden Erfindung der Reinigungskoeffizient unter Verwendung der Trennung von Spektralverteilungen von NH3 und NOx identifiziert wird, steigt die Schätzgenauigkeit insbesondere im Übergangszustand des Verbrennungsmotors an. Aus diesem Grund kann die vorliegende Erfindung sowohl eine Verbesserung in der NOx-Reinigungsrate als auch eine Verminderung des NH3-Schlupfs im Übergangszustand realisieren.
  • Indem darüber hinaus der geschätzte Wert der stromabwärtigen NOx-Konzentration vom Ausgabewert des Abgassensors subtrahiert wird, kann auch der geschätzte Wert der stromabwärtigen NH3-Konzentration berechnet werden, ohne speziell einen NH3-Sensor vorzusehen. Daher werden die NOx-Konzentration und die NH3-Konzentration an der stromabwärtigen Seite des selektiven Reduktionskatalysators geeignet erfasst, und somit kann die geeignete Zufuhrmenge des Reduktionsmittelzuführmittels dementsprechend bestimmt werden.
  • Darüber hinaus wird, durch Schätzen der stromabwärtigen NOx-Konzentration mit hoher Genauigkeit, die Abnahme der NOx-Reinigungsrate des selektiven Reduktionskatalysators nicht fehlerhaft als das Auftreten von NH3-Schlupf erkannt, und die Zufuhrmenge des Reduktionsmittelzuführmittels wird nicht fehlerhaft verringert. Umgekehrt wird das Auftreten von NH3-Schlupf am selektiven Reduktionskatalysator nicht als Abnahme der NOx-Reinigungsrate fehlerkannt, und die Zuführrate des Reduktionsmittelzuführmittels wird nicht irrtümlich erhöht.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt ist es in diesem Fall bevorzugt, dass das Abgasreinigungssystem ferner enthält: einen Übergangsextraktionsfilter (zum Beispiel den später beschriebenen Übergangsextraktionsfilter 322B, 323B), der eine stationäre Komponente blockiert, und der erlaubt, dass zumindest ein Frequenzband, entsprechend einer Zunahme/Abnahme der Antriebskraftanforderung vom Fahrer, aus dem Ausgabewert (Ynox) des Abgassensors und dem Ausgabewert (NOx_UP) des stromaufwärtigen Erfassungsmittels dort durchgelassen wird, und von jedem einen Filterwert (Ynox_f, Nox_UP_f) berechnet, worin das Identifikationsmittel den Wert des Reinigungskoeffizienten so identifiziert, dass ein Fehler (eid) zwischen dem Filterwert (Ynox_f) des Ausgabewerts des Abgassensors und einem Wert, der durch Multiplizieren des Reingungskoeffizienten (Kscr) mit dem Filterwert (NOx_UP_f) des Ausgabewerts des stromaufwärtigen Erfassungsmittels erhalten wird, minimal wird.
  • Die NH3-Menge fluktuiert in Abhängigkeit vom Reduktionsmittelzuführmittel. Aus diesem Grund liegt 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. Im Gegensatz hierzu liegt die Spitze in der Spektralverteilung von NOx näher an einer höherfrequenten Seite als die Spitze der Spektralverteilung des NH3, da die NOx-Menge in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Verbrennungsmotors entsprechend dem Fahrer fluktuiert. Mit der vorliegenden Erfindung ist es damit möglich, die Schätzgenauigkeit der stromabwärtigen NOx-Konzentration weiter zu verbessern, indem nur die NOx-Frequenzkomponente vom Ausgabewert des Abgassensors und dem Ausgabewert des stromaufwärtigen Erfassungsmittels durch den Übergangsextraktionsfilter extrahiert wird, und der Wert des Reinigungskoeffizienten mittels dieser Filterwerte identifiziert wird.
  • Gemäß einem dritten Aspekt ist es in diesem Fall bevorzugt, dass das Abgasreinigungssystem ferner ein Übergangszustand-Bestimmungsmittel (zum Beispiel den später beschriebenen Rückkopplungscontroller 35) enthält, zum Bestimmen, ob der Verbrennungsmotor im Übergangszustand ist, worin das Identifikationsmittel den Wert des Reinigungskoeffizienten aktualisiert, falls bestimmt worden ist, dass er im Übergangszustand ist.
  • Da die NOx-Menge in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Verbrennungsmotors gemäß dem Fahrer fluktuiert, wie oben beschrieben, ist der Abstand von Spitzen in den Spektralverteilungen von NH3 und NOx besonders im Übergangszustand deutlich, worin sich der Betriebszustand des Verbrennungsmotors stark ändert. Mit der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Schätzgenauigkeit der stromabwärtigen NOx-Konzentration weiter zu verbessern, durch Aktualisieren des Werts des Reinigungskoeffizienten mit einer solchen Zeitgebung. Es sollte angemerkt werden, dass, während der Betriebszustand des Verbrennungsmotors nicht in Übergangszustand ist und der Wert des Reinigungskoeffizienten nicht aktualisiert wird, eine Abnahme der NOx-Reinigungsrate des selektiven Reduktionskatalysators durch Kombination mit einem anderen Verfahren verhindert werden kann, wie etwa einem Verfahren zum Bestimmen der Zufuhrmenge des Reduktionsmittelzuführmittels, während nach Extrema des Abgassensors gesucht wird.
  • Gemäß einem vierten Aspekt ist es in diesem Fall bevorzugt, dass das Zufuhrmengen-Bestimmungsmittel einen Rückkopplungscontroller (zum Beispiel den später beschriebenen Rückkopplungscontroller 35) enthält, der eine Zufuhrmenge des Reduktionsmittelzuführmittels derart bestimmt, dass der Ausgabewert (NOx_DW_hat) des stromabwärtigen Schätzmittels zu einem vorbestimmten stromabwärtigen NOx-Konzentrations-Sollwert (NOx_DW_trgt) wird, oder so, dass der geschätzte Wert (ItaNOx_hat) der NOx-Reinigungsrate des selektiven Reduktionskatalysators, der basierend auf dem Ausgabewert (NOx_DW_hat) des stromabwärtigen Schätzmittels berechnet ist, zu einem vorbestimmten NOx-Reinigungsraten-Sollwert (ItaNOx_trgt) wird.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die NOx-Reinigungsrate des selektiven Reduktionskatalysators hoch gehalten werden, indem die Zufuhrmenge des Reduktionsmittelzuführmittels bestimmt wird, indem der geschätzte Wert der stromabwärtigen NOx-Konzentration rückgekoppelt wird, der wie oben beschrieben mit hoher Schätzgenauigkeit berechnet wird.
  • Gemäß einem fünften Aspekt ist es in diesem Fall bevorzugt, dass das Zufuhrmengen-Bestimmungsmittel einen Rückkopplungscontroller (zum Beispiel den später beschriebenen Rückkopplungscontroller 35) enthält, der einen Wert, der durch Subtrahieren des Ausgabewerts (NOx_DW_hat) des stromabwärtigen Schätzmittels von dem Ausgabewert (Ynox) des Abgassensors erhalten wird, als geschätzten Wert (NH3_DW_hat) einer NH3-Konzentration an einer vom selektiven Reduktionskatalysator stromabwärtigen Seite setzt, und die Zufuhrmenge (Gurea) des Reduktionsmittelzuführmittels derart bestimmt, dass der geschätzte Wert (NH3_DW_hat) der NH3-Konzentration an der stromabwärtigen Seite des selektiven Reduktionskatalysators auf einen vorbestimmten stromabwärtigen NH3-Konzentrations-Sollwert (NH3_DW_trgt) konvergiert.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, das Erreichen sowohl das Vermeiden des NH3-Schlupfs des selektiven Reduktionskatalysators als auch eine Verbesserung in der NOx-Reinigungsrate zu realisieren, indem der geschätzte Wert der stromabwärtigen NH3-Konzentration aus dem geschätzten Wert der stromabwärtigen NOx-Konzentration berechnet wird, der wie oben beschrieben mit hoher Schätzgenauigkeit berechnet wird, und die Zufuhrmenge des Reduktionsmittelzuführmittels durch Rückkopplung desselben bestimmt wird.
  • Gemäß einem sechsten Aspekt ist es in diesem Fall bevorzugt, dass die NOx-Reinigungsrate des selektiven Reduktionskatalysators ein örtliches Maximum an einer vorbestimmten optimalen Temperatur erreicht; wobei eine maximale NH3-Speichermenge, die ein Maximalwert für eine NH3-Menge ist, die an dem selektiven Reduktionskatalysator adsorbiert werden kann, abnimmt, wenn dessen Temperatur ansteigt; und der stromabwärtige NH3-Konzentrations-Sollwert (NH3-DW_trgt), falls eine Temperatur des selektiven Reduktionskatalysators geringer als die optimale Temperatur ist, gemäß der NOx-Reinigungsrate (ItaNOx_trgt) gesetzt wird, die vom selektiven Reduktionskatalysator erreicht wird, wenn eine NH3-Menge entsprechend der maximalen NH3-Speichermenge bei der optimalen Temperatur adsorbiert wird, und, falls die Temperatur des selektiven Reduktionskatalysators zumindest die optimale Temperatur ist, gemäß der NOx-Reinigungsrate (ItaNOx_trgt) gesetzt wird, die vom selektiven Reduktionskatalysator erreicht wird, wenn eine NH3-Menge entsprechend der maximalen NH3-Speichermenge bei dieser Temperatur adsorbiert ist.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung kann während Hochlastbetrieb (während der Katalysator eine hohe Temperatur hat), worin eine hohe NOx-Reinigungsleistung vom selektiven Reduktionskatalysator gefordert wird, dessen NOx-Reinigungsleistung erhöht werden, indem die NH3-Speichermenge maximiert wird. Darüber hinaus wird, während Niederlastbetrieb (während der Katalysator niedrige Temperatur hat) eine ausreichende NOx-Reinigungsleistung realisiert, indem die NH3-Speichermenge niedriger als der Maximalwert gemacht wird, während sich das Auftreten eines überschüssigen NH3-Schlupfs vermeiden lässt, auch in einem Fall, wo die Temperatur des selektiven Reduktionskatalysators aufgrund plötzlicher Beschleunigung plötzlich ansteigt.
  • Gemäß einem siebten Aspekt ist es in diesem Fall bevorzugt, dass der stromabwärtige NH3-Konzentrations-Sollwert (NH3_DW_hat) auf 0 oder einen positiven Wert in der Nähe von 0 gesetzt wird, wenn die Temperatur des selektiven Reduktionskatalysators niedriger als die optimale Temperatur ist, bei der die NOx-Reinigungsrate davon ein örtliches Maximum erreicht, und auf einen größeren Wert als den Wert bei weniger als der optimalen Temperatur gesetzt wird, wenn die Temperatur des selektiven Reduktionskatalysators mindestens die optimale Temperatur ist.
  • In der vorliegenden Erfindung ist es während Niederlastbetrieb (bei weniger als der optimalen Temperatur), falls aufgrund von Verschlechterung des Katalysators oder dergleichen unerwünschter NH3-Schlupf stattfindet, möglich, dies sofort zu unterdrücken, indem der stromabwärtige NH3-Konzentrations-Sollwert wie oben beschrieben erstellt wird. Weil darüber hinaus während Hochlastbetrieb (bei zumindest der optimalen Temperatur) die NH3-Speichermenge des selektiven Reduktionskatalysators stabil auf der maximalen NH3-Speichermenge gehalten werden kann, ist es möglich, die NOx-Reinigungsrate des selektiven Reduktionskatalysators hoch zu halten.
  • Wenn gemäß einem achten Aspekt in diesem Fall der geschätzte Wert (NH3_DW_hat) der stromabwärtigen NH3-Konzentration kleiner ist als ein vorbestimmter Schwellenwert (NH3_DW_trgt + TH_NH3_SLIP_H), der größer ist als der stromabwärtige NH3-Konzentrations-Sollwert (NH3_DW_trgt), ist es bevorzugt, dass der Rückkopplungscontroller eine Abnahmerate der Abweichung (E_fb) des geschätzten Werts relativ zum stromabwärtigen NH3-Konzentrations-Sollwert auf weniger reduziert als in dem Fall, wo der geschätzte Wert der stromabwärtigen NH3-Konzentration größer als der Schwellenwert ist.
  • Mit der vorliegenden Erfindung lässt sich in einem Fall, worin der geschätzte Wert der stromabwärtigen NH3-Konzentration niedriger als der vorbestimmte Schwellenwert ist, und angenommen wird, dass dessen Schätzgenauigkeit relativ ungenügend ist, verhindern, dass die Zufuhrmenge des Reduktionsmittelzuführmittels irrtümlich verringert wird, in einem Zustand, in dem die Schätzgenauigkeit ungenügend ist, durch Reduzieren der Abnahmerate der Abweichung auf langsamer als in dem Fall, wo der geschätzte Wert der stromabwärtigen NH3-Konzentration größer als der Schwellenwert ist. In anderen Worten, das Auftreten eines übermäßigen NH3-Schlupfs lässt sich vermeiden, während verhindert wird, dass die Zufuhrmenge des Reduktionsmittelzuführmittels zu stark verringert wird und die NOx-Reinigungsrate abnimmt.
  • Gemäß einem neunten Aspekt ist es in diesem Fall bevorzugt, dass der Rückkopplungscontroller die Zuführmenge (Gurea) des Reduktionsmittelzuführmittels derart bestimmt, dass die Abweichung (Enox) zwischen dem Ausgabewert (NOx_DW_hat) des stromabwärtigen Schätzmittels und einem vorbestimmten stromabwärtigen NOx-Konzentrations-Sollwert (NOx_DW_trgt) zu 0 wird, falls der geschätzte Wert (NH3_DW_hat) der stromabwärtigen NH3-Konzentration kleiner ist als ein Schwellenwert (NH3_DW_trgt + TH_NH3_SLIP_L), der größer ist als der stromabwärtige NH3-Konzentrations-Sollwert (NH3_DW_trgt); und die Zufuhrmenge (Gurea) des Reduktionsmittelzuführmittels so bestimmt, dass die Abweichung (Enh3) zwischen dem geschätzten Wert (NH3_DW_hat) der stromabwärtigen NH3-Konzentration und dem stromabwärtigen NH3-Konzentrations-Sollwert (NH3_DW_trgt) zu 0 wird, falls der geschätzte Wert (NH3_DW_hat) der stromabwärtigen NH3-Konzentration zumindest der Schwellenwert (NH3_DW_trgt + TH_NH3_SLIP_L) ist.
  • Mit der vorliegenden Erfindung werden die zwei Abweichungen der Abweichung der stromabwärtigen NOx-Konzentration und der Abweichung der stromabwärtigen NH3-Konzentration berechnet, wobei die Zufuhrmenge so bestimmt wird, dass die Abweichung der stromabwärtigen NOx-Konzentration kleiner wird, falls die stromabwärtige NH3-Konzentration kleiner als ein vorbestimmter Schwellenwert wird, und die Zuführmenge so bestimmt wird, dass die Abweichung der stromabwärtigen NH3-Konzentration kleiner wird, falls die stromabwärtige NH3-Konzentration zumindest den Schwellenwert hat. Mit anderen Worten wird mit der vorliegenden Erfindung unter NOx und NH3 die Zufuhrmenge des Reduktionsmittelzuführmittels so bestimmt, dass der Steuerung zur Schlupfunterdrückung von NH3 Priorität gegeben wird. Hierdurch wird es möglich, das Auftreten von übermäßigem NH3-Schlupf zu unterdrücken, während die NOx-Reinigung hoch gehalten wird, da es möglich ist, einen Zustand einzuhalten, worin NH3 im selektiven Reduktionskatalysator nur leicht schlupft.
  • Gemäß einem zehnten Aspekt ist es in diesem Fall bevorzugt, dass das Abgasreinigungssystem ferner ein Fehlerbestimmungsmittel (zum Beispiel die später beschriebene ECU 3) enthält, um zu bestimmen, dass der selektive Reduktionskatalysator schlechter geworden ist, falls der Wert des Reinigungskoeffizienten größer wird als ein vorbestimmter Schwellenwert (Kscr_AGD).
  • Der Reinigungskoeffizient entspricht einem Verhältnis der NOx-Konzentration an der stromabwärtigen des selektiven Reduktionskatalysators zur NOx-Konzentration an der stromaufwärtigen Seite, und kann somit als ein Parameter verwendet werden, um die NOx-Reinigungsrate des selektiven Reduktionskatalysators zu bestimmen. Mit der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Häufigkeit der Verschlechterungsbestimmung anzuheben, indem die Verschlechterung des selektiven Reduktionskatalysators basierend auf diesem sukzessiv identifizierten Reinigungskoeffizienten bestimmt wird, und ferner ist es möglich, die Genauigkeit der Verschlechterungsbestimmung anzuheben.
  • Gemäß einem elften Aspekt ist es in diesem Fall bevorzugt, dass das Abgasreinigungssystem ferner ein Fehlerbestimmungsmittel (zum Beispiel die später beschriebene ECU 3) enthält, um zu bestimmen, dass der selektive Reduktionskatalysator schlechter geworden ist, falls der geschätzte Wert (NH3_DW_hat) der stromabwärtigen NH3-Konzentration größer ist als ein vorbestimmter Fehlerbestimmungsschwellenwert (NH3_AGD), und der geschätzte Wert (NOx_DW_hat) des stromabwärtigen Schätzmittels größer als ein vorbestimmter Fehlerbestimmungsschwellenwert (Nox_AGD) ist.
  • Falls die stromabwärtige NOx-Konzentration auch relativ hoch ist, obwohl die stromabwärtige NH3-Konzentration relativ hoch ist, lässt sich bestimmen, dass die NOx-Reinigungsleistung des selektiven Reduktionskatalysators abgenommen hat. Indem mit der vorliegenden Erfindung eine Verschlechterung des selektiven Reduktionskatalysators basierend auf sowohl dem geschätzten stromabwärtigen NH3-Wert als auch dem geschätzten stromabwärtigen NOx-Wert bestimmt wird, lässt sich die Häufigkeit der Verschlechterungsbestimmung anheben, und ferner lässt sich die Genauigkeit der Verschlechterungsbestimmung anheben. Es sollte angemerkt werden, dass bei der Berechnung des geschätzten stromabwärtigen NH3-Werts und des geschätzten stromabwärtigen NOx-Werts die Kosten um diesen Betrag verringert werden können, da ein NH3-Sensor nicht notwendigerweise erforderlich ist.
  • Um das oben erwähnte Problem zu lösen, sieht ein zwölfter Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Abgasreinigungssystem (zum Beispiel das später beschriebene Abgasreinigungssystem 2C) vor, welches enthält: einen selektiven Reduktionskatalysator (zum Beispiel den später beschriebenen selektiven Reduktionskatalysator 23), der in einem Abgaskanal (zum Beispiel dem später beschriebenen Abgaskanal 11) eines Verbrennungsmotors (zum Beispiel des später beschriebenen Motors 1) vorgesehen ist und in der Gegenwart von NH3 NOx im Abgas reinigt; ein Reduktionsmittelzuführmittel (zum Beispiel die später beschriebene Harnstoffwasser-Einspritzvorrichtung 25) zum Zuführen von NH3 oder eines Vorläufers davon zu dem selektiven Reduktionskatalysator; sowie einen Abgassensor (zum Beispiel den später beschriebenen stromabwärtigen NH3-Sensor 26C), der eine NH3-Konzentration im Abgas an einer vom selektiven Reduktionskatalysator stromabwärtigen Seite erfasst, worin sich eine Verstärkung des Abgassensors in der Gegenwart von O2 verändert. Das Abgasreinigungssystem ist dadurch gekennzeichnet, dass es enthält: ein stromaufwärtiges Erfassungsmittel (zum Beispiel den später beschriebenen LAF-Sensor 29C) zum Erfassen oder Schätzen einer O2-Konzentration von Abgas an einer vom selektiven Reduktionskatalysator stromaufwärtigen Seite; ein Veränderungsberechnungsmittel (zum Beispiel die später beschriebene Fluktuationskomponentenextraktionseinheit 322C) zum Berechnen einer Veränderung (DFAI_UP) von einem vorbestimmten Basiswert (FAI_UP_BS) eines Ausgabewerts (FAI_UP) des stromaufwärtigen Erfassungsmittels; ein stromabwärtiges Schätzmittel (zum Beispiel den später beschriebenen Trennfilter 32C) zum Erstellen eines Modells eines Fehlerkomponentenwerts (DNH3_comp) des Abgassensors mit einem Wert, der durch Multiplizieren eines vorbestimmten Korrekturkoeffizienten (Kc) mit der durch das Veränderungsberechnungsmittel berechneten Veränderung (DFAI_UP) erhalten wird; einen Übergangsextraktionsfilter (zum Beispiel den später beschriebenen Übergangsextraktionsfilter 323C, 324C), der eine stationäre Komponente blockiert und zumindest erlaubt, dass ein Frequenzband entsprechend einer Zunahme/Abnahme der Antriebskraftanforderung vom Fahrer von dem Ausgabewert (NH3_DW) des Abgassensors und der durch das Veränderungsberechnungsmittel berechneten Veränderung (DFAI_UP), durchgelassen wird, und einen Filterwert von jedem berechnet; ein Identifikationsmittel (zum Beispiel den später beschriebenen Korrekturkoeffizientenidentifizierer 321C) zum Identifizieren eines Werts des Korrekturkoeffizienten, so dass ein Fehler (eid) zwischen dem Filterwert (NH3_DW_f) des Ausgabewerts des Abgassensors und einem Wert (NH3_DW_f_hat), der durch Multiplizieren des Korrekturkoeffizienten (Kc) mit dem Filterwert (DFAI_UP_f) der durch das Veränderungsberechnungsmittel berechneten Veränderung (DFAI_UP) berechnet wird, minimal wird; und ein Zufuhrmengen-Bestimmungsmittel (zum Beispiel den SCR-Katalysator-Zustandsschätzer 33, den vorwärts koppelnden Controller 34, den Rückkopplungscontroller 35C, den NH3-Speichercontroller 36, die Harnstoffwasser-Einspritzmengen-Berechnungseinheit 31, etc, später beschrieben) zum Bestimmen einer Zufuhrmenge des Reduktionsmittelzuführmittels basierend auf einem geschätzten NH3-Konzentrationswert, der erhalten wird, indem der mit dem stromabwärtigen Schätzmittel berechnete Fehlerkomponentenwert von Ausgabewert des Abgassensors entfernt wird.
  • Mit der vorliegenden Erfindung wird basierend auf der Ähnlichkeit zwischen der Spektralverteilung der Fluktuation der O2-Konzentration an einer vom selektiven Reduktionskatalysator stromaufwärtigen Seite und der Spektralverteilung der Fehlerkomponente des Abgassensors, der an einer vom selektiven Reduktionskatalysator stromabwärtigen Seite vorgesehen ist, der Fehlerkomponentenwert des Abgassensors als Modell mit einem Wert gebildet, der durch Multiplizieren des vorbestimmten Korrekturkoeffizienten mit der Veränderung des Veränderungsberechnungsmittels erhalten wird, und der Fehlerkomponentenwert des Abgassensors dementsprechend berechnet wird. Darüber hinaus fluktuiert die NH3-Menge gemäß dem Reduktionsmittelzuführmittel, und die O2-Menge fluktuiert in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Verbrennungsmotors entsprechend dem Fahrer; daher nimmt die Überlappung zwischen der Spektralverteilung von NH3 im Abgas an der stromabwärtigen Seite des selektiven Reduktionskatalysators und der Spektralverteilung der Fehlerkomponente des Abgassensors, die durch die Fluktuation in der O2-Menge verursacht ist, ab. Insbesondere liegt die NH3-Spitze nahe der niederfrequenten Seite bei etwa 0 Hz, und die Spitze der Fehlerkomponente des Abgassensors liegt näher an der hochfrequenten Seite als die NH3-Spitze. Mit der vorliegenden Erfindung wird dies dazu benutzt, nur die O2-Fluktuationskomponente aus dem Ausgabewert des Abgassensors und dem Fluktuationswert des Fluktuationswert des Fluktuationswert-Berechnungsmittels durch den Übergangsextraktionsfilter zu extrahieren, und dann den Wert des Korrekturkoeffizienten unter Verwendung dieser Filterwerte zu identifizieren, wodurch es möglich wird, nicht nur die Fehlerkomponente des Abgassensors mit hoher Genauigkeit zu berechnen, sondern auch den geschätzten NH3-Konzentrationswert. Darüber hinaus ist es durch Verwendung dieses geschätzten Werts der stromabwärtigen NH3-Konzentration möglich, die Zufuhrmenge des Reduktionsmittelzuführmittels so zu bestimmen, dass der NH3-Schlupf des selektiven Reduktionskatalysators unterdrückt wird und die NOx-Reinigungsrate hochgehalten werden kann. Darüber hinaus wird durch das Schätzen der stromabwärtigen NH3-Konzentration mit hoher Genauigkeit die Abnahme in der NOx-Reinigungsrate des selektiven Reduktionskatalysators nicht fehlerhaft als das Auftreten von NH3-Schlupf erkannt, und die Zufuhrmenge des Reduktionsmittelzuführmittels wird nicht irrtümlich verringert. Umgekehrt wird das Auftreten von NH3-Schlupf am selektiven Reduktionskatalysator nicht fehlerhaft als Abnahme der NOx-Reinigungsrate erkannt, und die Zuführrate des Reduktionsmittelzuführmittels wird nicht irrtümlich erhöht.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • 1 ist eine Ansicht, die Konfigurationen eines Motors und eines Abgasreinigungssystems davon gemäß einer ersten 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;
  • 36 zeigt in einem Graph die Konfiguration eines Motors und eines Abgasreinigungssystems davon gemäß einer zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung;
  • 37 zeigt in einem Graph die Ausgangscharakteristik eines NH3-Sensors in der Gegenwart von O2;
  • 38 zeigt in Graphen die Änderungen im LAF-Sensor und NH3-Sensor, wenn das Fahrzeug beschleunigt;
  • 39 ist ein Blockdiagramm in Bezug auf die Ausführung der Harnstoffwasser-Einspritzsteuerung in einer ECU;
  • 40 zeigt in einem Graph die Spektralverteilungen von verschiedenen physikalischen Größen an der stromaufwärtigen Seite und stromabwärtigen Seite des SCR-Katalysators;
  • 41 zeigt in einem Blockdiagramm die Konfiguration eines Trennfilters;
  • 42 zeigt in Graphen die Simulationsergebnisse des Trennfilters gemäß der Ausführung;
  • 43 zeigt in Graphen die Ausgangscharakteristik des NOx-Sensors eines herkömmlichen Abgasreinigungssystems; und
  • 44 zeigt in einem Graph die Beziehung zwischen der NH3-Speicherrate und der NOx-Reinigungsrate des SCR-Katalysators.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Erste Ausführung
  • 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 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 stromaufwärtigen NOx-Sensors entsprechend einem Konzentrationswert von NOx im Abgas an einer vom SCR-Katalysator stromaufwärtigen 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 stromauwärtigen 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 stromauwärtigen 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.
  • Figure DE102013205815B4_0002
  • 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
    • 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.
  • Figure DE102013205815B4_0003
  • Hierin ist „NOx_UP_i” in der obigen Formel (4-1) eine i-te Frequenzkomponente der stromaufwärtigen NOx-Sensor-Ausgabe, und „Bup_i” sind Amplituden der i-ten Frequenzkomponente, „Cup” 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, „Adw_i” und „Bdw_i” sind Amplituden der i-ten Frequenzkomponente, und „Cdw” 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).
  • Figure DE102013205815B4_0004
  • 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.
  • Figure DE102013205815B4_0005
  • 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.
  • Figure DE102013205815B4_0006
  • 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. G(z) = B(z) / A(z) (13)
  • 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. W(ejwm) = |A(ejwm)|2, ejwm = 2πm / N (14)
  • 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 ab (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.
  • Figure DE102013205815B4_0007
  • 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.
  • Figure DE102013205815B4_0008
  • 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.
  • Figure DE102013205815B4_0009
  • 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 NOx_UP 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)).
  • Figure DE102013205815B4_0010
  • 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)).
  • Figure DE102013205815B4_0011
  • 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 Gnh3fb 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.
  • Figure DE102013205815B4_0012
  • 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.
  • Figure DE102013205815B4_0013
  • 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). R_nh3_st_ideal(k) = Gnh3(k – 1) + ST_nh3_ideal(k – 1) / ST_nh3_cap(k – 1) (28)
  • 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.
  • Figure DE102013205815B4_0014
  • 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.
  • Figure DE102013205815B4_0015
  • 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).
  • Figure DE102013205815B4_0016
  • 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)).
  • Figure DE102013205815B4_0017
  • 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(2πfexskΔT) (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. Ynox_hp(k) = a1_h·Ynox_hp(k – 1) + a2_h·Ynox_hp(k – 2) + a3_h·Ynox_hp(k – 3) + a4_h·Ynox_hp(k – 4) + b1_h·Ynox(k) + b2_h·Ynox(k – 1) + b3_h·Ynox(k – 2) + b4_h·Ynox(k – 3) + b5_h·Ynox(k – 4) (38)
  • 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.
  • Figure DE102013205815B4_0018
  • 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).
  • Figure DE102013205815B4_0019
  • 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. Gnh3_opt_adp_L(k) = Gnh3_L(k) – Gnh3_ff(k) – Gnh3_st(k) – Gnh3_opt_rch(k) + Aexs (41-1) Gnh3_opt_adp_H(k) = Gnh3_H(k) – Gnh3_ff(k) – Gnh3_st(k) – Gnh3_opt_rch(k) + Aexs (41-1) Gnh3_L(k) = K_gnh3_LGnh3_ff(k) (41-3) Gnh3_H(k) = K_gnh3_HGnh3_ff(k) (41-4)
  • 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.
  • Figure DE102013205815B4_0020
  • 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.
  • Figure DE102013205815B4_0021
  • 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.
  • Zweite Ausführung
  • Nachfolgend wird eine zweite Ausführung der vorliegenden Erfindung in Bezug auf die Zeichnungen erläutert.
  • 36 zeigt in einer Ansicht die Konfiguration eines Motors 1 und eines Abgasreinigungssystems 2C davon gemäß der vorliegenden Ausführung. In der folgenden Erläuterung sind Konfigurationen, die die gleichen wie in der ersten Ausführung sind, gleiche Bezugszeichen zugeordnet, und detaillierte Erläuterungen davon werden weggelassen.
  • Im Vergleich zum Abgasreinigungssystem 2 der ersten Ausführung (siehe 1) unterscheidet sich das Abgasreinigungssystem 2C in dem Aspekt, dass es einen NH3-Sensor 26C anstelle des stromabwärtigen NOx-Sensors 26 enthält, und dem Aspekt, dass es ferner einen LAF-Sensor 29C enthält.
  • Der NH3-Sensor 26C ist in dem Abgaskanal 11 an der stromabwärtigen Seite des SCR-Katalysators 23 vorgesehen, erfasst die NH3-Konzentration im Abgas an der vom SCR-Katalysator stromabwärtigen Seite, und führt der ECU 3C ein Erfassungssignal zu, das im Wesentlichen proportional zum Erfassungssignal ist.
  • Der LAF-Sensor 29C ist in dem Abgaskanal 11 zwischen dem Oxidationskatalysator 21 und dem Harnstoffwasserinjektor 253 vorgesehen, erfasst die O2-Konzentration im in den SCR-Katalysator 23 fließenden Abgas und führt der ECU 3C ein Erfassungssignal gemäß dieser Konzentration zu. Dieser LAF-Sensor 29C hat eine lineare Ausgabecharakteristik, die zur O2-Konzentration des Erfassungsorts im Wesentlichen proportional ist, in einem breiten Bereich von der fetten Seite zur mageren Seite in Bezug auf ein theoretisches Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Luft/Kraftstoff-Gemischs des Motors 1. Es sollte angemerkt werden, dass das Erfassungssignal des LAF-Sensors 29C in der ECU 3C als ein Wert bearbeitet wird, welcher dem Äquivalenzverhältnis des Luft/Kraftstoff-Gemischs des Motors 1 entspricht. Darüber hinaus kann die Position, an der dieser LAF-Sensor 29C vorgesehen ist, an der stromaufwärtigen Seite des Oxidationskatalysators 21 liegen.
  • Die ECU 3C bestimmt die Harnstoffwasser-Einspritzmenge basierend auf den Erfassungswerten des NH3-Sensors 26C, des Katalysatortemperatursensors 27, des stromaufwärtigen NOx-Sensors 28 und des LAF-Sensors 29C. Es sollte angemerkt werden, dass die Details der Harnstoffwasser-Einspritzsteuerung durch diese ECU 3C später in Bezug auf 39 erläutert werden.
  • Hier wird der Gegenstand des NH3-Sensors 26C erläutert, der der Ersatzartikel des stromabwärtigen NOx-Sensors 26 im Abgasreinigungssystem 2 der ersten Ausführung ist.
  • 37 zeigt in einem Graph die Ausgabecharakteristik des NH3-Sensors in der Gegenwart von O2. Der NH3-Sensor unterscheidet sich von dem in der ersten Ausführung erläuterten NOx-Sensor, und ist in der Lage, die Konzentration allein der NH3-Komponente im Abgas zu erfassen. Wenn jedoch, bei existierenden NH3-Sensoren, im Abgas O2 vorhanden ist, ist eine Charakteristik vorhanden, wo die Verstärkung in Abhängigkeit von dessen Konzentration fluktuiert.
  • Zuerst wird ein vorbestimmtes Referenzäquivalenzverhältnis für das Äquivalenzverhältnis des Luft/Kraftstoff-Gemischs des Motors an der stöchiometrisch mageren Seite eingerichtet, wobei die O2-Konzentration des Abgases an der stromabwärtigen Seite des SCR-Katalysators hierbei als die Referenz-O2-Konzentration definiert wird, und ferner die Ausgabecharakteristik des NH3-Sensors hierbei so ist, wie in 37 mit der gestrichelten Linie gezeigt. Wenn das Äquivalenzverhältnis des Luft/Kraftstoff-Gemischs von diesem Referenzzustand zur fetteren Seite nahe stöchiometrisch fluktuiert, sinkt die O2-Konzentration an der stromabwärtigen Seite des SCR-Katalysators, und der NH3-Sensor fluktuiert zur hohen Verstärkungsseite hin, wie in 37 gezeigt. In anderen Worten, der NH3-Sensor zeigt eine höhere Ausgabe als der Referenzzustand für eine Eingabe. Wenn umgekehrt das Äquivalenzverhältnis des Luft/Kraftstoff-Gemischs vom Referenzzustand zur mageren Seite hin fluktuiert, steigt die O2-Konzentration an der stromabwärtigen Seite des SCR-Katalysators an, und der NH3-Sensor fluktuiert zur niedrigeren Verstärkungsseite hin, wie in 37 gezeigt. In anderen Worten, der NH3-Sensor zeigt für eine Eingabe eine geringere Ausgabe als der Referenzzustand.
  • 38 zeigt in Graphen die Änderungen des LAF-Sensors und NH3-Sensors, wenn das Fahrzeug beschleunigt.
  • Wenn das Fahrzeug wiederholt beschleunigt, entsteht ein Fehler im Ausgabewert NH3_DW des NH3-Sensors relativ zur aktuellen NH3-Konzentration an der stromabwärtigen Seite des SCR-Katalysators, da das Äquivalenzverhältnis des Luft/Kraftstoff-Gemischs des Motors auch vom Äquivalenzverhältnis fluktuiert, wie im unteren Graph von 38 gezeigt.
  • Nachfolgend wird im Detail die Sequenz der Harnstoffwasser-Einspritzsteuerung der vorliegenden Ausführung erläutert, um den Fehler im NH3-Sensor zu kompensieren, der insbesondere dann auftreten kann, wenn auf diese Weise das Fahrzeug in einem Übergangszustand ist.
  • 39 ist ein Blockdiagramm in Bezug auf die Ausführung der Harnstoffwasser-Einspritzsteuerung der ECU 3C.
  • Zumindest die vier Beobachtungsgrößen des Ausgabewerts NH3_DW des NH3-Sensors entsprechen dem Konzentrationswert von NH3 in dem Abgas an der stromabwärtigert Seite vom SCR-Katalysator, des Ausgabewerts Tscr des Katalysatortemperatursensors entsprechend dem Temperaturwert des SCR-Katalysators, des Ausgabewerts NOx_UP des stromaufwärtigen NOx-Sensors entsprechend dem Konzentrationswert von NOx im Abgas an der stromaufwärtigen Seite vom SCR-Katalysator, und des Ausgabewerts FAI_UP des LAF-Sensors entsprechend dem Äquivalenzverhältnis des Luft/Kraftstoff-Gemischs des Motors werden in die ECU 3C als Beobachtungsgrößen eingegeben, welche den Zustand des Abgasreinigungssystems angeben. Die ECU 3C bestimmt den Wert Gurea der Harnstoffwasser-Einspritzmenge entsprechend der Steuereingabe der Harnstoffwasser-Einspritzvorrichtung basierend auf den oben erwähnten zumindest vier Beobachtungsgrößen. Es sollte angemerkt werden, dass unter diesen Beobachtungsgrößen der Ausgabewert NOx_UP des stromaufwärtigen NOx-Sensors und der Ausgabewert FAI_UP des LAF-Sensors durch Werte ersetzt werden können, die aus Parametern geschätzt werden, welche den Betriebszustand des Motors anzeigen, ohne Sensoren zu verwenden. Darüber hinaus kann der Ausgabewert Tscr des Katalysatortemperatursensors auch durch einen Wert ersetzt werden, der aus dem Betriebszustand des Motors geschätzt wird, ohne einen Sensor zu verwenden, einem Wert, der aus dem Ausgabewert eines Temperatursensors geschätzt wird, der eine andere Temperatur als jene des SCR-Katalysators erfasst, etc.
  • Die Betriebssequenz im Trennfilter 32C und Rückkopplungscontroller 35C der Harnstoffwasser-Einspritzsteuerung der vorliegenden Erfindung unterscheidet sich von der Sequenz der Harnstoffwasser-Einspritzsteuerung der in 2 gezeigten ersten Ausführung.
  • Der Trennfilter 32C entfernt (separiert) die Fehlerkomponente aus dem NH3-Sensor-Ausgabewert NH3_DW, der eine Fehlerkomponente enthält, die von der Fluktuation von der Referenz-O2-Konzentration der O2-Konzentration (Äquivalenzverhältnis des Luft/Kraftstoff-Gemischs) abhängig ist, wie oben beschrieben, und berechnet den stromabwärtigen NH3-Schätzwert NH3_DW_hat entsprechend dem realen NH3-Konzentrationswert an der vom SCR-Katalysator stromabwärtigen Seite.
  • Der Rückkopplungscontroller 35C berechnet den Wert Gnh3_fb der Rückkopplungseingabe entsprechend der im SCR-Katalysator erforderlichen NH3-Menge, um zu bewirken, dass der stromabwärtige NH3-Schätzwert NH3_DW hat auf den vorbestimmten Sollwert NH3_DW_trgt konvergiert.
  • Nachfolgend werden die spezifischen Betriebssequenzen dieses Trennfilters 32C und Rückkopplungscontrollers 35C in Bezug auf die Zeichnungen erläutert.
  • Trennfilter
  • Das vom Trennfilter 32C durchgeführte Betriebskonzept und dessen spezifische Sequenz werden erläutert.
  • 40 zeigt in einem Graph die Spektralverteilung von verschiedenen physikalischen Größen an der stromaufwärtigen Seite und der stromabwärtigen Seite des SCR-Katalysators. Insbesondere bezeichnet die Ein-Punkt-Strich-Linie die Spektralverteilung der Fluktuation der LAF-Sensor-Ausgabe an der stromaufwärtigen Seite des SCR-Katalysators von dem Referenzäquivalenzverhältnis (LAF-Sensor-Ausgabewert – Referenzäquivalenzverhältnis). Die gestrichelte Linie bezeichnet die Spektralverteilung der NH3-Konzentration an der stromabwärtigen Seite des SCR-Katalysators. Die durchgehende Linie bezeichnet die Spektralverteilung der Ausgabe des NH3-Sensors. Die Zwei-Punkt-Strich-Linie bezeichnet die Spektralverteilung der Fehlerkomponente des NH3-Sensors (NH3-Sensor-Ausgabe – aktuelle NH3-Konzentration).
  • Wie in Bezug auf 38 erläutert, ist das Fluktuationsverhalten der LAF-Sensor-Ausgabe von dem Referenzäquivalenzverhältnis mit den Beschleunigungsanforderungen vom Fahrer gekoppelt. Aus diesem Grund verändert sich die Spektralverteilung (Ein-Punkt-Strich-Linie) der Fluktuation (Äquivalenzverhältnisfluktuation) der LAF-Sensor-Ausgabe von dem Referenzäquivalenzverhältnis in Abhängigkeit vom Fahrer, zeigt jedoch eine aufwärts konvexe Charakteristik mit einer Spitze allgemein bei 1 bis 2 Hz.
  • Die Spektralverteilung der NH3-Sensor-Fehlerkomponente (Zwei-Punkt-Strich-Linie) zeigt auch eine aufwärts konvexe Charakteristik mit einer Spitze allgemein bei 1 bis 2 Hz.
  • Die Spektralverteilung der stromabwärtigen NH3-Konzentration (gestrichelte Linie) hat eine Spitze, die der niederfrequenten Seite näher ist, dies mit der vorgenannten Äquivalenzverhältnisfluktuation oder NH3-Sensor-Fehlerkomponente vergleicht, und die stationäre Komponente wird am größten.
  • Die Spektralverteilung der NH3-Sensor-Ausgabe (durchgehende Linie) kombiniert die NH3-Sensor-Fehlerkomponente und die stromabwärtige NH3-Konzentration.
  • Wenn man darüber hinaus die Spektralverteilungen zwischen der stromabwärtigen NH3-Konzentration und der NH3-Sensor-Fehlerkomponente vergleicht, überlappen die beiden etwas, unterscheiden sich aber klar qualitativ voneinander. Andererseits sind die NH3-Sensor-Fehlerkomponente und die Äquivalenzverhältnisfluktuation qualitativ im Wesentlichen gleich. In anderen Worten bedeutet dies, dass, wenn das Verhältnis der Frequenzentdämpfung der LAF-Sensor-Ausgabefluktuation zur Frequenzentdämpfung der NH3-Sensor-Fehlerkomponente berechnet werden kann, ist es möglich, den Wert der stromabwärtige NH3-Konzentration, die dem wahren Wert näher ist, aus dem Ausgabewert des NH3-Sensors zu extrahieren (zu separieren), indem der Wert der NH3-Sensor-Fehlerkomponente aus dem Wert der Äquivalenzverhältnisfluktuation geschätzt wird, und indem ferner der geschätzte Wert der NH3-Sensor-Fehlerkomponente von dem Ausgabewert des NH3-Sensors subtrahiert wird. Nachfolgend wird die Konfiguration eines Trennfilters 32C erläutert, der den stromabwärtigen NH3-Schätzwert NH3_DW_hat aus dem NH3-Sensor-Ausgabewert NH3_DW basierend auf diesem Prinzip separiert.
  • 41 zeigt in einem Blockdiagramm die Konfiguration des Trennfilters 32C.
  • Der Trennfilter 32C berechnet den stromabwärtigen NH3-Schätzwert NH3_DW_hat, wenn der NH3-Sensor-Ausgabewert NH3_DW und der LAF-Sensor-Ausgabewert FAI_UP eingegeben werden. Der Trennfilter 32C enthält einen Korrekturkoeffizientenidentifizierer 321C, eine Fluktuationskomponentenextraktionseinheit 322C, einen Übergangsextraktionsfilter 323C für den NH3-Sensor-Ausgabewert, einen Übergangsextraktionsfilter 324C für den LAF-Sensor-Ausgabewert, einen Multiplizierer 325C und einen Addierer 326C.
  • Der Addierer 326C berechnet den stromabwärtigen NH3-Schätzwert NH3_DW_hat durch Subtrahieren des Korrekturwerts DNH3_comp entsprechend der Fehlerkomponente des vorgenannten NH3-Sensors von dem NH3-Sensor-Ausgabewert NH3_DW (siehe folgende Formel (45)). NH3_DW_hat(k) = NH3_DW(k) – DNH3_comp(k) (45)
  • Die Fluktuationskomponentenextraktionseinheit 322C berechnet einen Äquivalenzverhältnisfluktuationswert DFAI_UP durch Subtrahieren eines Referenzäquivalenzverhältnisses FAI_UP_BS von dem Ausgabewert FAI_UP des LAF-Sensors, wie in der folgenden Formel (46-1) gezeigt. Es sollte angemerkt werden, dass dieser Äquivalenzverhältnisfluktuationswert DFAI_UP einen Wert Fd(FAI_UP(k)) verwenden könnte, der von dem Ausgabewert FAI_UP des LAF-Sensors durch einen Hochpassfilter oder einen Bandpassfilter extrahiert wird, der zumindest eine stationäre Komponente blockiert, wie in der folgenden Formel (46-2) gezeigt. DFAI_UP(k) = FAI_UP(k) – FAI_UP_BS (46-1) DFAI_UP(k) = Fd(FAI_UP(k)) (46-2)
  • Wie in Bezug auf 40 erläutert, sind die Spektralverteilung des Korrekturwerts (Äquivalenzverhältnisfluktuationswert) DFAI_UP und die Spektralverteilung des Fehlerkomponentenwerts DNH3_comp des NH3-Sensors, durch die Formel (46-1) oder (46-2) repräsentiert, qualitativ im Wesentlichen gleich. Dies bedeutet, dass die Annahme, dass das vom Motor abgegebene O2 durch den SCR-Katalysator proportional im Wesentlichen gleich zur gesamten Frequenzkomponente hindurch geht und die Verstärkungsänderung des NH3-Sensors stromab des Katalysators beeinflusst, als geeignet angesehen werden. Daher kann der Korrekturwert DNH3_comp als Modell gebildet werden, mit einem Wert, der erhalten wird, indem ein vorbestimmter Multiplikationskoeffizient Kc mit dem Äquivalenzverhältnisfluktuationswert DFAI_UP multipliziert wird, wie in der folgenden Formel (47) gezeigt. Nachfolgend wird dieser Multiplikationskoeffizient Kc als Korrekturkoeffizient bezeichnet. Der Multiplizierer 325C berechnet den Korrekturwert DNH3_comp(k) durch Multiplizieren des Korrekturkoeffizienten Kc(k – 1), dessen Wert durch den später beschriebenen Korrekturkoeffizientenidentifizierer 321C identifiziert wird, mit einem Äquivalenzverhältnisfluktuationswert DFAI_UP(k – d), dessen Totzeit d abgelaufen ist (siehe folgende Formel (47)). DNH3_comp(k) = Kc(k – 1)DFAI_UP(k – d) (47)
  • Der Übergangsextraktionsfilter 323C berechnet den Filterwert NH3_DW_f des Ausgabewerts NH3_DW des NH3-Sensors durch Ausführung von Operationen, wie sie in der folgenden Formel (48) gezeigt sind. Hierin werden die Filterkoeffizienten a1 bis a4 und b1 bis b5 in der folgenden Formel (48) auf Werte gesetzt, so dass der Bereich A in 40 erhalten wird, das heißt, eine Bandpassfiltercharakteristik, worin die Frequenz faL, wofür das Spektrum von NH3 in der Ausgabe des NH3-Sensors als ausreichend abnehmend angesehen wird, als die untere Sperrfrequenz gesetzt wird, und die Frequenz faH, wofür das Spektrum der Ausgabe des LAF-Sensors als ausreichend abnehmend angesehen wird, als die obere Sperrfrequenz gesetzt wird. NH3_DW_f(k) = a1·NH3_DW_f(k – 1) + a2·NH3_DW_f(k – 2) + a3·NH3_DW_f(k – 3) + a4·NH3_DW_f(k – 4) + b1·NH3_DW(k) + b2·NH3_DW(k – 1) + b3·NH3_DW(k – 2) + b4·NH3_DW(k – 3) + b5·NH3_DW(k – 4) (48)
  • Der Übergangsextraktionsfilter 324C berechnet den Filterwert DFAI_UP_f des Äquivalenzverhältnisfluktuationswerts DFAI_UP durch Ausführung von Operationen, wie sie in der folgenden Formel (49) gezeigt sind. Der Filterkoeffizient dieses Übergangsextraktionsfilters 324C verwendet bevorzugt den gleichen Wert wie der oben erwähnte Übergangsextraktionsfilter 323C. DFAI_UP_f(k) = a1·DFAI_UP_f(k – 1) + a2·DFAI_UP_f(k – 2) + a3·DFAI_UP_f(k – 3) + a4·DFAI_UP_f(k – 4) + b1·DFAI_UP(k) + b2·DFAI_UP(k – 1) + b3·DFAI_UP(k-2) + b4·DFAI_UP(k – 3) + b5·DFAI_UP(k – 4) (49)
  • Es sollte angemerkt werden, dass die oben erwähnten Übergangsextraktionsfilter 323C und 324C Hochpassfilter sein können und nicht auf Bandpassfilter beschränkt sind, solange eine stationäre Komponente blockiert wird und ein Frequenzband durchgelassen wird, das der Zunahme-/Abnahmeanforderung der Antriebskraft durch den Fahrer entspricht.
  • Der Korrekturkoeffizientenidentifizierer 321C identifiziert den Wert des Korrekturkoeffizienten Kc(k) derart, dass das Quadrat des Fehlers eid zwischen dem Filterwert NH3_DW_f des NH3-Sensor-Ausgabewerts und einem Wert NH3_DW_f_hat, der durch Multiplizieren des Korrekturkoeffizienten Kc mit dem Filterwert DFAI_UP_f des Äquivalenzverhältnisfluktuationswerts erhalten wird (Wert entsprechend dem Filterwert des Korrekturwerts DNH3_comp in Formel (47)), minimal wird. Der so genannte rekursive Algorithmus der Methode der kleinsten Quadrate, der durch die folgende Formel (50-3) bis (50-6) gezeigt ist, wird zum Beispiel als Algorithmus verwendet, der diesen Wert des Korrekturkoeffizienten Kc(k) identifiziert, ähnlich der ersten Ausführung.
  • Figure DE102013205815B4_0022
  • In den obigen Formeln (50-5) bis (50-6) ist „P” eine adaptive Verstärkung, und dessen Anfangswert P(0) wird auf einen positiven Wert gesetzt. Darüber hinaus ist in der Formel (50-4) „δ” ein Vergessfaktor von nicht größer als 1, und ist zum Beispiel auf δ = 0,999 gesetzt.
  • 42 zeigt in Graphen die Simulationsergebnisse des Trennfilters.
  • Nacheinander von oben her zeigt 42 die Fahrzeuggeschwindigkeit, die LAF-Sensor-Ausgabe, die NH3-Konzentration an der stromabwärtigen Seite (im Vergleich zum stromabwärtigen NH3-Schätzwert NH3_DW_hat und der aktuellen NH3-Konzentration), den Filterwert (im Vergleich zum Wert NH3_DW_f_hat entsprechend dem Filterwert des Korrekturwerts DNH3_comp und dem Filterwert NH3_DW_f des NH3-Sensor-Ausgabewerts, den Korrekturkoeffizienten (Vergleich zum Korrekturkoeffizient Kc und Anfangswert Kc_ini), dem NH3-Sensor-Korrekturwert DNH3_comp, und den Fehler zwischen der aktuellen NH3-Konzentration und dem Schätzwert NH3_DW_hat. Es sollte angemerkt werden, dass die Simulationsbedingungen, wie etwa die Fahrzeuggeschwindigkeit, die gleichen sind wie die in 38 gezeigten.
  • Wie in 42 gezeigt, wird der Wert des Korrekturkoeffizienten Kc geeignet aktualisiert, so dass der Fehler der Filterwerte NH3_DW_f und NH3_DW_f_hat im Vergleich der Zeit minimal werden. Darüber hinaus nimmt, wie durch Vergleich mit den Simulationsergebnissen von 38 evident, der Fehler zwischen dem stromabwärtigen NH3-Schätzwert NH3_DW hat und der aktuellen NH3-Konzentration drastisch ab.
  • Rückkopplungscontroller
  • Zurück zu 39 wird die spezifische Sequenz der vom Rückkopplungscontroller 35C durchgeführten Operationen erläutert.
  • Im Unterschied zur vorgenannten ersten Ausführung kann der Trennfilter der vorliegenden Ausführung den stromabwärtigen NH3-Schätzwert NH3_DW_hat mit hoher Genauigkeit immer berechnen, unabhängig vom Betriebszustand des Fahrzeugs; daher ist es nicht notwendig, zwischen Arbeitsalgorithmen der Rückkopplungseingabe Gnh3_fb in Abhängigkeit vom Betriebszustand umzuschalten. Daher berechnet der Rückkopplungscontroller 35C die Rückkopplungseingabe Gnh3_fb, um die Abweichungseingabe Enh3, die durch Subtrahieren des Sollwerts NH3_DW_trgt von dem stromabwärtigen NH3-Schätzwert NH3_DW_hat (siehe obige Formel (31-2)) erhalten wird, im Wesentlichen mit der gleichen Sequenz wie im Gleitmoduscontroller des Rückkopplungscontrollers 35 der ersten Ausführung (siehe obige Formeln (38) bis (35), zu minimieren.
  • Da jedoch im Rückkopplungscontroller 35C der vorliegenden Ausführung keine Eingabe vorhanden ist, welche dem stromabwärtigen NOx-Schätzwert NOx_DW_hat der ersten Ausführung entspricht, kann die NOx-Konzentration an der stromabwärtigen Seite des SCR-Katalysators nicht aktiv geregelt werden, im Gegensatz zur ersten Ausführung. Indem jedoch der stromabwärtige NH3-Schätzwert NH3_DW_hat auf dem Sollwert NH3_DW_trgt gehalten wird, wie in 19 gezeigt, und die Harnstoffwasser-Einspritzmenge Gurea durch den vorwärts koppelnden Controller 34 und den NH3-Speichercontroller 36 bestimmt werden, wird auch die effektive NH3-Menge Gnh3_scr des SCR-Katalysators im Wesentlichen auf dem Optimalwert Gnh3_scr_opt gehalten; daher wird die NOx-Reinigungsrate des SCR-Katalysators auch dann nicht übermäßig abnehmen, wenn die NOx-Konzentration nicht aktiv geregelt wird. Weil die NH3-Zuführmenge tendenziell übermäßig wird, tritt darüber hinaus, falls die Reinigungsrate des SCR-Katalysators aufgrund von Verschlechterung bei der gleichen abgenommen hat, leicht ein NH3-Schlupf auf. Indem in diesem Fall der stromabwärtige NH3-Schätzwert NH3_DW_hat durch den Rückkopplungscontroller 35 kontinuierlich auf den Sollwert NH3_DW_trgt geregelt wird, wird, weil kontinuierlicher NH3-Schlupf nicht auftreten wird, die vorliegende Erfindung als vorteilhafter angesehen.
  • 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-Konzentration oder NH3-Konzentration an einer stromabwärtigen Seite eines selektiven Reduktionskatalysators geeignet erfassen kann. Ein Trennfilter des Systems bildet ein Modell eines stromabwärtigen NOx-Schätzwerts (NOx_DW_hat) des Katalysators mit einem Wert, der durch Multiplizieren eines Koeffizienten (Kscr) mit einer Ausgabe (NOx_UP) eines stromaufwärtigen NOx-Sensors erhalten wird. Der Trennfilter enthält Übergangsextraktionsfilter, die eine stationäre Komponente blockieren und erlauben, dass ein Frequenzband, entsprechend einer Zunahme-/Abnahme der Antriebskraftanforderung von einem Fahrer von der stromabwärtigen NOx-Sensor-Ausgabe (Ynox) und der stromaufwärtigen NOx-Sensor-Ausgabe (NOx_UP) durchgelassen wird, und Filterwerte (Ynox_f, NOx_UP_f) von jeder berechnen; sowie einen Identifizierer, der den Koeffizienten (Kscr) identifiziert, so dass ein Ffehler (eid) zwischen dem Filterwert (Ynox_f) und einem Wert (NOx_DW_hat_f), der durch Multiplizieren des Reinigungskoeffizienten (Kscr) mit dem Filterwert (NOx_UP_f) erhalten wird, minimal wird.

Claims (13)

  1. Abgasreinigungssystem (2) für einen Verbrennungsmotor (1), umfassend: einen selektiven Reduktionskatalysator (23), der in einem Abgaskanal (11) des Verbrennungsmotors (1) vorgesehen ist und NOx in der Gegenwart von NH3 reinigt; ein Reduktionsmittel-Zuführmittel (25) zum Zuführen von NH3 oder eines Vorläufers davon zu dem selektiven Reduktionskatalysator (23); einen Abgassensor (26), der eine Konzentration einer NOx- und NH3-kombinierenden Komponente im Abgas an einer vom selektiven Reduktionskatalysator (23) stromabwärtigen Seite erfasst; ein stromaufwärtiges Erfassungsmittel (28) zum Erfassen oder Schätzen einer NOx-Konzentration im Abgas an einer vom selektiven Reduktionskatalysator (23) stromaufwärtigen Seite; ein stromabwärtiges Schätzmittel (32, 32A, 322A, 323A) zur Bildung eines Modells eines geschätzten Werts (NOx_DW_hat) der NOx-Konzentration im Abgas an einer vom selektiven Reduktionskatalysator (23) stromabwärtigen Seite mit einem Wert, der durch Multiplizieren eines vorbestimmten Reinigungskoeffizienten (Kscr) mit einem Ausgabewert (NOx_UP) des stromaufwärtigen Erfassungsmittels (28) erhalten wird; ein Identifizierungsmittel (32, 32A, 321A) zum Identifizieren eines Werts des Reinigungskoeffzienten (Kscr), so dass ein Fehler (e'id) zwischen einem Ausgabewert (Ynox) des Abgassensors und einem Ausgabewert (NOx_DW_hat) des stromabwärtigen Schätzmittels (32, 32A, 32B) minimal wird, unter Verwendung eines Identifikationsalgorithmus, dessen Gewichtung zur höherfrequenten Seite als 0 Hz größer wird; und ein Zufuhrmengen-Bestimmungsmittel (31, 33, 34, 35, 36) zum Bestimmen einer Zuführmenge des Reduktionsmittelzuführmittels basierend auf dem Ausgabewert des stromabwärtigen Schätzmittels (32, 32A, 322A, 323A).
  2. Das Abgasreinigungssystem (2) für einen Verbrennungsmotor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Identifizierungsmittel (32, 32A, 321A) den Wert des Reinigungskoeffizienten (Kscr) durch Integrieren eines Werts, der durch Multiplizieren einer zu jedem vorbestimmten Arbeitszyklus aktualisierten Variablen (Kp') mit dem Fehler (eid') erhalten wird, bei jedem der Arbeitszyklen berechnet.
  3. Abgasreinigungssystem (2) für einen Verbrennungsmotor (1), umfassend: einen selektiven Reduktionskatalysator (23), der in einem Abgaskanal (11) des Verbrennungsmotors (1) vorgesehen ist und NOx in der Gegenwart von NH3 reinigt; ein Reduktionsmittel-Zuführmittel (25) zum Zuführen von NH3 oder eines Vorläufers davon zu dem selektiven Reduktionskatalysator (23); einen Abgassensor (26), der eine Konzentration einer NOx- und NH3-kombinierenden Komponente im Abgas an einer vom selektiven Reduktionskatalysator (23) stromabwärtigen Seite erfasst; ein stromaufwärtiges Erfassungsmittel (28) zum Erfassen oder Schätzen einer NOx-Konzentration im Abgas an einer vom selektiven Reduktionskatalysator (23) stromaufwärtigen Seite; ein stromabwärtiges Schätzmittel (32, 32B, 325B, 3268) zur Bildung eines Modells eines geschätzten Werts (NOx_DW_hat) der NOx-Konzentration im Abgas an einer vom selektiven Reduktionskatalysator (23) stromabwärtigen Seite mit einem Wert, der durch Multiplizieren eines vorbestimmten Reinigungskoeffizienten (Kscr) mit einem Ausgabewert (NO_UP) des stromabwärtigen Erfassungsmittels (28) erhalten wird; einen Übergangsextraktionsfilter (322B, 323B), der eine stationäre Komponente blockiert und der erlaubt, dass zumindest ein Frequenzband, entsprechend einer Zunahme/Abnahme der Antriebskraftanforderung vom Fahrer, durchgelassen wird; ein Identifikationsmittel (32, 32B, 321B) zum Identifizieren eines Werts des Reinigungskoeffizienten (Kscr) derart, dass ein Fehler (eid') zwischen einem Wert (Ynox_f), den man erhält, indem man einen Ausgangswert (Ynox) des Abgassensors (26) durch den Übergangsextraktionsfilter (22B) durchlässt, und einem Wert (Nox_DW_f_hat), den man durch Multiplizieren des Reinigungskoeffizienten (Kscr) mit einem Wert (NOx_UP_f) erreicht, den man erhält, indem man einen Ausgangswert (NOx_UP) des stromaufwärtigen Erfassungsmittels (28) durch den Übergangsextraktionsfilter (323B) durchlässt, minimal wird; und ein Zufuhrmengen-Bestimmungsmittel (31, 33, 34, 35, 36) zum Bestimmen einer Zuführmenge des Reduktionsmittelzuführmittels basierend auf dem Ausgabewert des stromabwärtigen Schätzmittels (32, 32B, 322B, 323B).
  4. Das Abgasreinigungssystem (2) für einen Verbrennungsmotor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgasreinigungssystem (1) ferner ein Übergangszustand-Bestimmungsmittel (35) enthält, zum Bestimmen, ob der Verbrennungsmotor (1) im Übergangszustand ist; und das Identifikationsmittel (321A, 321B) den Wert des Reinigungskoeffizienten (Kscr) aktualisiert, falls bestimmt worden ist, dass er im Übergangszustand ist.
  5. Das Abgasreinigungssystem (2) für einen Verbrennungsmotor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Zufuhrmengen-Bestimmungsmittel (31, 33, 34, 35, 36) einen Rückkopplungscontroller (35) enthält, der eine Zufuhrmenge des Reduktionsmittelzuführmittels (25) derart bestimmt, dass der Ausgabewert (NOx_DW_hat) des stromabwärtigen Schätzmittels (32, 32A, 32B) zu einem vorbestimmten stromabwärtigen NOx-Konzentrations-Sollwert (NOx_DW_trgt) wird, oder so, dass der geschätzte Wert (ItaNOx_hat) der NOx-Reinigungsrate des selektiven Reduktionskatalysators (23), der basierend auf dem Ausgabewert (NOx_DW_hat) des stromabwärtigen Schätzmittels (32, 32A, 32B) berechnet ist, zu einem vorbestimmten NOx-Reinigungsraten-Sollwert (ItaNOx_trgt) wird.
  6. Das Abgasreinigungssystem (2) für einen Verbrennungsmotor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Zufuhrmengen-Bestimmungsmittel (31, 33, 34, 35, 36) einen Rückkopplungscontroller (35) enthält, der einen Wert, der durch Subtrahieren des Ausgabewerts (NOx_DW_hat) des stromabwärtigen Schätzmittels (32, 32A, 32B) von dem Ausgabewert (Ynox) des Abgassensors (26) erhalten wird, als geschätzten Wert (NH3_DW_hat) einer NH3-Konzentration an einer vom selektiven Reduktionskatalysator (23) stromabwärtigen Seite setzt, und die Zufuhrmenge (Gurea) des Reduktionsmittelzuführmittels (25) derart bestimmt, dass der geschätzte Wert (NH3_DW_hat) der NH3-Konzentration an der stromabwärtigen Seite des selektiven Reduktionskatalysators (23) auf einen vorbestimmten stromabwärtigen NH3-Konzentrations-Sollwert (NH3_DW_trgt) konvergiert.
  7. Das Abgasreinigungssystem (2) für einen Verbrennungsmotor (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die NOx-Reinigungsrate des selektiven Reduktionskatalysators (23) ein örtliches Maximum an einer vorbestimmten optimalen Temperatur erreicht; eine maximale NH3-Speichermenge, die ein Maximalwert für eine NH3-Menge ist, die an dem selektiven Reduktionskatalysator (23) adsorbiert werden kann, abnimmt, wenn dessen Temperatur ansteigt; und der stromabwärtige NH3-Konzentrations-Sollwert (NH3-DW_trgt), falls eine Temperatur des selektiven Reduktionskatalysators (23) geringer als die optimale Temperatur ist, gemäß der NOx-Reinigungsrate (ItaNOx_trgt) gesetzt wird, die vom selektiven Reduktionskatalysator (23) erreicht wird, wenn eine NH3-Menge entsprechend der maximalen NH3-Speichermenge bei der optimalen Temperatur adsorbiert wird, und, falls die Temperatur des selektiven Reduktionskatalysators (23) zumindest die optimale Temperatur ist, gemäß der NOx-Reinigungsrate (ItaNOx_trgt) gesetzt wird, die vom selektiven Reduktionskatalysator (23) erreicht wird, wenn eine NH3-Menge entsprechend der maximalen NH3-Speichermenge bei dieser Temperatur adsorbiert ist.
  8. Das Abgasreinigungssystem (2) für einen Verbrennungsmotor (1) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der stromabwärtige NH3-Konzentrations-Sollwert (NH3_DW_trgt) auf 0 oder einen positiven Wert in der Nähe von 0 gesetzt wird, wenn die Temperatur des selektiven Reduktionskatalysators (23) niedriger als die optimale Temperatur ist, bei der die NOx-Reinigungsrate davon ein örtliches Maximum erreicht, und auf einen größeren Wert als den Wert bei weniger als der optimalen Temperatur gesetzt wird, wenn die Temperatur des selektiven Reduktionskatalysators (23) mindestens die optimale Temperatur ist.
  9. Das Abgasreinigungssystem (2) für einen Verbrennungsmotor (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn der geschätzte Wert (NH3_DW_hat) der stromabwärtigen NH3-Konzentration kleiner ist als ein vorbestimmter Schwellenwert (NH3_DW_trgt + TH_NH3_SLIP_H), der größer ist als der stromabwärtige NH3-Konzentrations-Sollwert (NH3_DW_trgt), es bevorzugt ist, dass der Rückkopplungscontroller (35) eine Abnahmerate der Abweichung (E_fb) des geschätzten Werts relativ zum stromabwärtigen NH3-Konzentrations-Sollwert langsamer reduziert als in dem Fall, wo der geschätzte Wert (NH3_DW_hat) der stromabwärtigen NH3-Konzentration größer als der Schwellenwert (NH3_DW_trgt + TH_NH3_SLIP_H) ist.
  10. Das Abgasreinigungssystem (2) für einen Verbrennungsmotor (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückkopplungscontroller (35): die Zuführmenge (Gurea) des Reduktionsmittelzuführmittels (25) derart bestimmt, dass die Abweichung (Enox) zwischen dem Ausgabewert (NOx_DW_hat) des stromabwärtigen Schätzmittels (32, 32A, 32B) und einem vorbestimmten stromabwärtigen NOx-Konzentrations-Sollwert (NOx_DW_trgt) zu 0 wird, falls der geschätzte Wert (NH3_DW_hat) der stromabwärtigen NH3-Konzentration kleiner ist als ein Schwellenwert (NH3_DW_trgt + TH_NH3_SLIP_L), der größer ist als der stromabwärtige NH3-Konzentrations-Sollwert (NH3_DW_trgt); und die Zufuhrmenge (Gurea) des Reduktionsmittelzuführmittels (25) so bestimmt, dass die Abweichung (Enh3) zwischen dem geschätzten Wert (NH3_DW_hat) der stromabwärtigen NH3-Konzentration und dem stromabwärtigen NH3-Konzentrations-Sollwert (NH3_DW_trgt) zu 0 wird, falls der geschätzte Wert (NH3_DW_hat) der stromabwärtigen NH3-Konzentration zumindest der Schwellenwert (NH3_DW_trgt + TH_NH3_SLIP_L) ist.
  11. Das Abgasreinigungssystem (2) für einen Verbrennungsmotor (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgasreinigungssystem (2) ferner ein Fehlerbestimmungsmittel (3) aufweist, um zu bestimmen, dass der selektive Reduktionskatalysator (23) schlechter geworden ist, falls der Wert des Reinigungskoeffizienten (Kscr) größer wird als ein vorbestimmter Schwellenwert (2Kscr_AGD).
  12. Das Abgasreinigungssystem (2) für einen Verbrennungsmotor (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgasreinigungssystem (2) ferner ein Fehlerbestimmungsmittel (3) enthält, um zu bestimmen, dass der selektive Reduktionskatalysator (23) schlechter geworden ist, falls der geschätzte Wert (NH3_DW_hat) der stromabwärtigen NH3-Konzentration größer ist als ein vorbestimmter Fehlerbestimmungsschwellenwert (NH3_AGD), und der geschätzte Wert (NOx_DW_hat) des stromabwärtigen Schätzmittels (32, 32A, 32B) größer ist als ein vorbestimmter Fehlerbestimmungsschwellenwert (NOx_AGD) ist.
  13. Das Abgasreinigungssystem (2C) für einen Verbrennungsmotor (1), umfassend: einen selektiven Reduktionskatalysator (23), der in einem Abgaskanal (11) eines Verbrennungsmotors (1) vorgesehen ist und in der Gegenwart von NH3 NOx im Abgas reinigt; ein Reduktionsmittelzuführmittel (25) zum Zuführen von NH3 oder eines Vorläufers davon zu dem selektiven Reduktionskatalysator (23); und einen Abgassensor (26C), der eine NH3-Konzentration im Abgas an einer vom selektiven Reduktionskatalysator (23) stromabwärtigen Seite erfasst, worin sich eine Verstärkung des Abgassensors (26C) in der Gegenwart von O2 verändert, ein stromaufwärtiges Erfassungsmittel (29C) zum Erfassen oder Schätzen einer O2-Konzentration von Abgas an einer vom selektiven Reduktionskatalysator (23) stromaufwärtigen Seite; ein Veränderungsberechnungsmittel (322C) zum Berechnen einer Veränderung (DFAI_UP) von einem vorbestimmten Basiswert (FAI_UP_BS) eines Ausgabewerts (FAI_UP) des stromaufwärtigen Erfassungsmittels (29C); ein stromabwärtiges Schätzmittel (32C) zum Erstellen eines Modells eines Fehlerkomponentenwerts (DNH3_comp) des Abgassensors (26C) mit einem Wert, der durch Multiplizieren eines vorbestimmten Korrekturkoeffizienten (Kc) mit der durch das Veränderungsberechnungsmittel (322C) berechneten Veränderung (DFAI_UP) erhalten wird; einen Übergangsextraktionsfilter (323C, 324C), der eine stationäre Komponente blockiert und zumindest erlaubt, dass ein Frequenzband, entsprechend einer Zunahme/Abnahme der Antriebskraftanforderung vom Fahrer, von dem Ausgabewert (NH3_DW) des Abgassensors (26C) und der durch das Veränderungsberechnungsmittel (322C) berechneten Veränderung (DFAI_UP), durchgelassen wird, und einen Filterwert von jedem berechnet; ein Identifikationsmittel (321C) zum Identifizieren eines Werts des Korrekturkoeffizienten, so dass ein Fehler (eid) zwischen dem Filterwert (NH3_DW_f) des Ausgabewerts des Abgassensors (26C) und einem Wert (NH3_DW_f_hat), der durch Multiplizieren des Korrekturkoeffizienten (Kc) mit dem Filterwert (DFAI_UP_f) der durch das Veränderungsberechnungsmittel (322C) berechneten Veränderung (DFAI_UP) berechnet wird, minimal wird; und ein Zufuhrmengen-Bestimmungsmittel (21, 33, 34, 35C, 36) zum Bestimmen einer Zufuhrmenge des Reduktionsmittelzuführmittels (25) basierend auf einem geschätzten NH3-Konzentrationswert, der erhalten wird, indem der mit dem stromabwärtigen Schätzmittel (32C) berechnete Fehlerkomponentenwert von Ausgabewert des Abgassensors (26C) entfernt wird.
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Families Citing this family (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5672295B2 (ja) * 2012-12-03 2015-02-18 トヨタ自動車株式会社 排気浄化装置の劣化判定システム
US9046025B2 (en) * 2013-06-07 2015-06-02 GM Global Technology Operations LLC Selective catalytic reduction device monitoring system
EP3051085B1 (de) * 2013-09-25 2017-07-05 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Diagnosevorrichtung für eine abgasreinigungsvorrichtung
US9243534B2 (en) * 2013-10-24 2016-01-26 General Electric Company Gaseous reductant injection control system
KR101534714B1 (ko) 2013-12-23 2015-07-07 현대자동차 주식회사 선택적 환원 촉매에 흡장된 암모니아량 제어 방법 및 이를 사용하는 배기 시스템
KR101542976B1 (ko) 2013-12-23 2015-08-07 현대자동차 주식회사 선택적 환원 촉매의 반응 모델을 위한 보정 로직을 결정하는 방법, 선택적 환원 촉매의 반응 모델의 파라미터를 보정하는 방법 및 이를 이용한 배기 장치
KR101713459B1 (ko) * 2014-02-28 2017-03-07 가부시키가이샤 고마쓰 세이사쿠쇼 작업 차량의 요소수 보급 가이던스 출력 장치 및 작업 차량의 요소수 보급 가이던스 출력 방법
US9494070B2 (en) * 2014-09-17 2016-11-15 Hyundai Motor Company Method of controlling ammonia amount absorbed in selective catalytic reduction catalyst and exhaust system using the same
JP6287924B2 (ja) * 2015-03-26 2018-03-07 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化装置
JP6269614B2 (ja) * 2015-08-06 2018-01-31 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化装置
AT518446B1 (de) * 2016-03-25 2018-02-15 Avl Ditest Gmbh Verfahren zur Überprüfung der NOx-Emissionen eines Fahrzeugs
WO2018005474A1 (en) 2016-06-28 2018-01-04 Cummins Emission Solutions Inc. Nh3 slip detection using nox sensor
US10690079B2 (en) * 2017-12-12 2020-06-23 GM Global Technology Operations LLC Method for diagnosing and controlling ammonia oxidation in selective catalytic reduction devices
US10323559B1 (en) * 2017-12-12 2019-06-18 GM Global Technology Operations LLC Methods for controlling selective catalytic reduction systems
DE102018106952A1 (de) * 2018-03-23 2019-09-26 Man Truck & Bus Ag Verfahren und Vorrichtung zum Überwachen einer SCR-Abgasnachbehandlungseinrichtung
CN108708797B (zh) * 2018-05-16 2021-01-19 潍柴动力股份有限公司 一种整车排放控制系统的控制方法、控制装置及控制系统
JP7071246B2 (ja) * 2018-09-07 2022-05-18 日本碍子株式会社 触媒劣化診断方法および触媒劣化診断システム
DE102018007421B4 (de) * 2018-09-20 2021-07-01 Deutz Ag Dynamische Ammoniak-Überschuss Detektion mittels eines Software-Algorithmus zur Eliminierung des Ammoniak-Sensors
US10954838B2 (en) * 2018-10-05 2021-03-23 GM Global Technology Operations LLC System and methods of integrated control of combustion and SCR systems
GB2589150B (en) * 2019-11-25 2022-02-23 Delphi Automotive Systems Lux Dual SCR system control method
US11255241B1 (en) * 2020-10-13 2022-02-22 GM Global Technology Operations LLC Systems and methods for selective catalytic reduction (SCR) failure detection
CN113339113B (zh) * 2021-07-15 2022-08-19 中国能源建设集团江苏省电力设计院有限公司 一种SCR系统NOx生成与氨需求预测方法、系统及存储介质
CN114753907B (zh) * 2022-05-07 2023-04-28 中国第一汽车股份有限公司 颗粒捕集器的控制方法、装置、存储介质和车辆

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6427439B1 (en) * 2000-07-13 2002-08-06 Ford Global Technologies, Inc. Method and system for NOx reduction
JP2004100700A (ja) * 2002-09-04 2004-04-02 Ford Global Technologies Llc 排気エミッション制御及びその診断
US20050282285A1 (en) * 2004-06-21 2005-12-22 Eaton Corporation Strategy for controlling NOx emissions and ammonia slip in an SCR system using a nonselective NOx/NH3
JP2006274986A (ja) * 2005-03-30 2006-10-12 Mitsubishi Fuso Truck & Bus Corp 排気後処理装置
US20090266142A1 (en) * 2008-04-25 2009-10-29 Delphi Technologies, Inc. Systems and Methods for Sensing an Ammonia Concentration in Exhaust Gases
DE102008040377A1 (de) * 2008-07-11 2010-01-14 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Dosieren eines Reagenzmittels und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
US20100050614A1 (en) * 2008-08-28 2010-03-04 Michael Parmentier System and method for selective catalytic reduction control
US20100107609A1 (en) * 2008-10-30 2010-05-06 Delphi Technologies, Inc. Method for controlling a scr catalyst
DE102009012092A1 (de) * 2009-03-06 2010-09-09 Man Nutzfahrzeuge Ag Verfahren zur Anpassung der Dosiermenge eines Reduktionsmittels zur selektiven katalytischen Reduktion
DE102009027184A1 (de) * 2009-06-25 2010-12-30 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Adaption eines SCR-Katalysatorsystems einer Brennkraftmaschine
DE102010026373A1 (de) * 2009-07-10 2011-03-03 GM Global Technology Operations, Inc., Detroit Identifikation von Ammoniakschlupfbedingungen in einer Anwendung für selektive katalytische Reduktion

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007051924A (ja) * 2005-08-18 2007-03-01 Hino Motors Ltd 排ガスのＮＨ３及びＮＯｘの計測装置
JP4297379B2 (ja) * 2007-02-02 2009-07-15 ボッシュ株式会社 Ｎｏｘセンサの故障診断装置及び故障診断方法
US9291079B2 (en) * 2008-04-05 2016-03-22 Mi Yan Engine aftertreatment system with exhaust lambda control
KR20110012287A (ko) * 2009-07-30 2011-02-09 에스케이이노베이션 주식회사 배기가스 유해물질 저감장치 및 이에 구비되는 버너의 연료분사량 제어 방법
WO2011033620A1 (ja) * 2009-09-16 2011-03-24 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の排気浄化装置及び排気浄化方法
JP5250589B2 (ja) * 2010-07-28 2013-07-31 本田技研工業株式会社 内燃機関の排ガス浄化装置
JP2012085045A (ja) 2010-10-08 2012-04-26 Nippon Dempa Kogyo Co Ltd 恒温槽付水晶発振器
US8701390B2 (en) * 2010-11-23 2014-04-22 International Engine Intellectual Property Company, Llc Adaptive control strategy
JP5351186B2 (ja) * 2011-01-25 2013-11-27 本田技研工業株式会社 内燃機関の排気浄化システム

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6427439B1 (en) * 2000-07-13 2002-08-06 Ford Global Technologies, Inc. Method and system for NOx reduction
JP2004100700A (ja) * 2002-09-04 2004-04-02 Ford Global Technologies Llc 排気エミッション制御及びその診断
US20050282285A1 (en) * 2004-06-21 2005-12-22 Eaton Corporation Strategy for controlling NOx emissions and ammonia slip in an SCR system using a nonselective NOx/NH3
JP2006274986A (ja) * 2005-03-30 2006-10-12 Mitsubishi Fuso Truck & Bus Corp 排気後処理装置
US20090266142A1 (en) * 2008-04-25 2009-10-29 Delphi Technologies, Inc. Systems and Methods for Sensing an Ammonia Concentration in Exhaust Gases
DE102008040377A1 (de) * 2008-07-11 2010-01-14 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Dosieren eines Reagenzmittels und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
US20100050614A1 (en) * 2008-08-28 2010-03-04 Michael Parmentier System and method for selective catalytic reduction control
US20100107609A1 (en) * 2008-10-30 2010-05-06 Delphi Technologies, Inc. Method for controlling a scr catalyst
DE102009012092A1 (de) * 2009-03-06 2010-09-09 Man Nutzfahrzeuge Ag Verfahren zur Anpassung der Dosiermenge eines Reduktionsmittels zur selektiven katalytischen Reduktion
DE102009027184A1 (de) * 2009-06-25 2010-12-30 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Adaption eines SCR-Katalysatorsystems einer Brennkraftmaschine
DE102010026373A1 (de) * 2009-07-10 2011-03-03 GM Global Technology Operations, Inc., Detroit Identifikation von Ammoniakschlupfbedingungen in einer Anwendung für selektive katalytische Reduktion

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