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GEBIET DER FINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft Fahrzeugabgassysteme und insbesondere ein Verfahren zum Diagnostizieren eines Abgassystems gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie der Art nach im Wesentlichen beispielsweise aus der
DE 10 2010 004 512 A1 bekannt.
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HINTERGRUND
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Während einer Verbrennung in einem Dieselmotor wird ein Luft/Kraftstoff-Gemisch durch ein Einlassventil Zylindern zugeführt und wird darin verdichtet und verbrannt. Nach der Verbrennung drücken Kolben das Abgas in den Zylindern in ein Abgassystem. Das Abgas kann Stickstoffoxide (NOx) und Kohlenmonoxid (CO) enthalten.
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Abgasbehandlungssysteme können Katalysatoren in einer oder mehreren Komponenten nutzen, die zum Verwirklichen eines Nachbehandlungsprozesses ausgelegt sind, wie etwa zum Reduzieren von Stickstoffoxiden (NOx), um tolerierbarere Stickstoff(N2)- und Wasser(H2O)-Bestandteile des Abgases zu erzeugen. Dem Abgasstrom kann stromaufwärts einer Nachbehandlungskomponente, wie etwa einer Komponente für selektive katalytische Reduktion (SCR) ein Reduktionsmittel zugegeben werden, und das Reduktionsmittel kann lediglich zum Beispiel wasserfreies Ammoniak (NH3), wässriges Ammoniak oder Harnstoff umfassen, wobei beliebige derselben oder alle als feiner Nebel in das Abgas eingespritzt werden können. Wenn das Ammoniak gemischt mit Abgasen die Nachbehandlungskomponente erreicht, werden die NOx-Emissionen aufgespalten. Ein Dieselpartikelfilter (DPF) kann dann Ruß aufnehmen, und dieser Ruß kann während Regenerationszyklen regelmäßig verbrannt werden. Wasserdampf, Stickstoff und reduzierte Emissionen treten aus dem Abgassystem aus.
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Um eine effiziente NOx-Reduktion in der Nachbehandlungskomponente zu wahren, kann eine Steuerung genutzt werden, um eine Sollmenge des Reduktionsmittels (d.h. Reduktionsmittelbeladung) in der Nachbehandlungskomponente beizubehalten. Wenn NOx-haltiges Abgas durch die Nachbehandlungskomponente tritt, wird das Reduktionsmittel verbraucht und die Beladung wird vermindert. Zum Nachverfolgen und/oder Prognostizieren, wie viel Reduktionsmittel in der Nachbehandlungskomponente geladen ist, und zum bedarfsweisen Einspritzen von zusätzlichem Reduktionsmittel, um eine geeignete Reduktionsmittelbeladung zum Erreichen einer erwünschten Wirkung beizubehalten, wie etwa Reduktion von NOx in dem Abgasstrom, kann von der Steuerung ein Modell genutzt werden.
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Es wurde festgestellt, dass Prognosen für Reduktionsmittelbeladungen an Nachbehandlungskomponenten, wie etwa SCR-Katalysatoren, nach einem Wartungsregenerationsvorgang ungenau sein können. Eine Wartungsregeneration eines DPF wird häufig bei erhöhten Werten der Abgastemperaturen durchgeführt. Aufgrund dieser erhöhten Temperaturen ist es häufig erforderlich, eine Reduktionsmittelströmung durch den Injektor/die Injektoren, Dosierventile oder andere Nachbehandlungshardware beizubehalten, um eine thermische Schädigung zu verhindern.
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Während das Reduktionsmittelbeladungsmodell die Menge an Reduktionsmittel, die eingespritzt wird, verfolgen kann, könnte das Modell bei der Ermittlung Schwierigkeiten haben, wie viel Reduktionsmittel sich tatsächlich an dem SCR-Katalysator sammelt. Bei den hohen Temperaturen, die einem Wartungsregenerationsvorgang zugeordnet sind, kann ein Reduktionsmittel mit dem Abgasstrom aus dem System befördert werden oder oxidiert werden. Demgemäß kann es schwierig sein zu prognostizieren, wie viel des während der Wartungsregeneration eingespritzten Reduktionsmittels oxidiert oder anderweitig in der Nachbehandlungskomponente verbraucht wird und wieviel überlebt und sich gesammelt haben kann, um zu dem Beladen der Nachbehandlungskomponente beizutragen.
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Folglich können Modellschätzungen einer Ammoniakbeladung ungenau sein und können somit unzuverlässig werden. Die Erfahrung hat insbesondere gezeigt, dass nach dem Auftreten bestimmter Vorgänge, wie etwa einem DPF-Wartungsregenerationsvorgang, die Beladungsschätzungen, die auf Modellen beruhen, wesentlich von festgestellten Werten einer NH3-Beladung an der Nachbehandlungskomponente abweichen können. Diagnoseprozesse, die auf Messung und Bewertung von NOx-Reduktionswirkungsgraden in der Nachbehandlungskomponente beruhen, können somit fehlerhafte Ergebnisse erzeugen, wie etwa wenn an der Nachbehandlungskomponente tatsächlich mehr Reduktionsmittel geladen ist, als das Diagnosesystem beruhend auf den Ungenauigkeiten in dem Modell annimmt. Solche Bedingungen können einen NH3-Schlupf bewirken, der dazu führen kann, dass manche querempfindliche Sensoren das Vorhandensein von NH3 als NOx interpretieren. Wenn analog eine tatsächliche NH3-Beladung wesentlich geringer als die Modellschätzung ist, kann die inkorrekte NH3-Beladung ergeben, dass von dem Diagnosesystem ein schlechterer NOx-Reduktionswirkungsgrad als erwartet festgestellt wird, was potentiell zu einer inkorrekten Diagnose und dem Einleiten von zu ergreifenden Abhilfemaßnahmen führt.
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Demgemäß ist es wünschenswert, während Zeiträumen, in denen die Genauigkeit von Reduktionsmittelbeladungsprognosen als unzuverlässig festgestellt werden, ein System und Verfahren zum selektiven Deaktivieren einer NOx-Reduktionswirkungsgraddiagnose vorzusehen, um ein unangebrachtes Einleiten von Abhilfemaßnahmen zu vermeiden, wenn solche Maßnahmen nicht angezeigt sind.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, unangebrachte Fehleranzeigen ihm Rahmen der Diagnose eines Abgassystems zu vermeiden.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 zum Diagnostizieren eines Abgassystems gelöst.
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In einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst ein System zur Abgasdiagnosesteuerung ein Testaktivierungsmodul, ein Abgastemperaturmanagementmodul, das mit dem Testaktivierungsmodul in Verbindung steht, und ein Komponentenmanagementmodul, das zum Ausführen eines Tests zum Ermitteln eines der Nachbehandlungskomponente zugeordneten Reduktionswirkungsgrads ausgelegt ist, wenn das Testaktivierungsmodul eine Zuverlässigkeit eines geschätzten Werts einer Reduktionsmittelbeladung an einer Nachbehandlungskomponente innerhalb eines Zulässigkeitsbereichs liegend einstuft. Das Testaktivierungsmodul ist zum Ausführen eines Prozesses zum Beurteilen einer Zuverlässigkeit eines geschätzten Werts einer Reduktionsmittelbeladung an einer Nachbehandlungskomponente und beruhend auf der Zuverlässigkeit zum selektiven Erleichtern einer Deaktivierung eines folgenden Tests zum Ermitteln eines Wirkungsgrads einer NOx-Reduktion in der Nachbehandlungskomponente ausgelegt. Das Abgastemperaturmanagementmodul ist zum selektiven Anpassen einer Temperatur der Nachbehandlungskomponente an einen vorbestimmten Temperaturbereich unter Verwenden eines intrusiven Abgastemperaturmanagements ausgelegt. Der Test zum Ermitteln eines Reduktionswirkungsgrads umfasst das Ermitteln eines NOx-Reduktionswirkungsgrads der Nachbehandlungskomponente.
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In einer anderen beispielhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Diagnostizieren eines Abgassystems das Ausführen eines Prozesses zum Beurteilen einer Zuverlässigkeit eines geschätzten Werts einer Reduktionsmittelbeladung an einer Nachbehandlungskomponente und beruhend auf der Zuverlässigkeit der geschätzten Werte der Reduktionsmittelbeladung an der Nachbehandlungskomponente das selektive Erleichtern einer Deaktivierung eines folgenden Tests zum Ermitteln eines Wirkungsgrads einer NOx-Reduktion in der Nachbehandlungskomponente. Der Prozess umfasst auch das selektive Anpassen einer Temperatur der Nachbehandlungskomponente an einen vorbestimmten Temperaturbereich unter Verwenden eines intrusiven Abgastemperaturmanagements. Wenn das Testaktivierungsmodul eine Zuverlässigkeit eines geschätzten Werts einer Reduktionsmittelbeladung an einer Nachbehandlungskomponente innerhalb eines Zulässigkeitsbereichs liegend einstuft, wird durch Ermitteln eines NOx-Reduktionswirkungsgrads der Nachbehandlungskomponente ein der Nachbehandlungskomponente zugeordneter Reduktionswirkungsgrad ermittelt.
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Die obigen Merkmale und Vorteile und andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der Erfindung, wenn diese in Verbindung mit den Begleitzeichnungen genommen wird, leicht deutlich.
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Figurenliste
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Andere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten kommen lediglich beispielhaft in der folgenden eingehenden Beschreibung der Ausführungsformen vor, wobei die eingehende Beschreibung auf die Zeichnungen Bezug nimmt, bei denen:
- 1 ein Funktionsblockdiagramm eines Motorsteuersystems ist, das ein Abgasdiagnosesteuersystem gemäß der vorliegenden Offenbarung umfasst, das bei Auftreten eines oder mehrerer auslösender Kriterien automatisch zurücksetzt:
- 2 ein Funktionsblockdiagramm einer beispielhaften Umsetzung eines Steuermoduls des Abgasdiagnosesteuersystems von 1 ist;
- 3 ein Verfahren zum Zurücksetzen eines Abgasdiagnosesteuersystems bei Auftreten eines oder mehrerer Kriterien gemäß der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht; und
- 4 ein Verfahren zum Steuern der Temperatur eines Katalysators einer Nachbehandlungskomponente veranschaulicht.
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BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Der Klarheit halber werden in den Zeichnungen die gleichen Bezugszeichen zur Bezeichnung ähnlicher Elemente verwendet. Der Ausdruck ,mindestens eines von A, B und C', wie er hierin verwendet wird, sollte so ausgelegt werden, dass er ein logisches (A oder B oder C) unter Verwendung eines nicht ausschließlichen logischen Oder bedeutet. Es versteht sich, dass Schritte in einem Verfahren in anderer Reihenfolge ausgeführt werden können, ohne die Grundsätze der vorliegenden Offenbarung zu ändern.
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Wie hierin verwendet bezieht sich der Begriff „Modul“ auf eine applikationsspezifische integrierte Schaltung (ASIC, kurz vom engl. Application Specific Integrated Circuit), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppe) und einen Speicher, die ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführen, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten, welche die beschriebene Funktionalität bereitstellen.
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Während die folgende Offenbarung Dieselmotoren betrifft, können andere Arten von Motoren, wie etwa Benzinmotoren, einschließlich Direkteinspritzmotoren, aus den vorliegenden Lehren Nutzen ziehen.
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Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung sieht die vorliegende Offenbarung ein System und Verfahren zum selektiven Deaktivieren einer NOx-Reduktionswirkungsgraddiagnose während Zeiträumen vor, bei denen die Genauigkeit von Reduktionsmittelbeladungsprognosen als unzuverlässig beurteilt wird, um ein unangebrachtes Einleiten von Abhilfemaßnahmen zu vermeiden, wenn solche Maßnahmen nicht angezeigt sind. Ein beispielhaftes System und Verfahren zum Diagnostizieren und Steuern eines Betriebs einer Nachbehandlungskomponente beurteilt die Zuverlässigkeit von Reduktionsmittelbeladungsschätzungen in hochriskanten Situationen und erleichtert bei Bedarf das Aussetzen von Abhilfemaßnahmen, die wahrscheinlich unangebracht wären, wenn das Diagnosesteuersystem und -verfahren in diesen Situationen Reduktionsmittelbeladungen zu prognostizieren und sich darauf zu verlassen hätten. Statt mit den Diagnosesteuermaßnahmen beruhend auf suspekten Beladungsschätzungen fortzufahren, wird es somit dem System ermöglicht, weiter zu arbeiten, so als ob es keine signifikanten Änderungen des NOx-Reduktionswirkungsgrads gäbe. Ein normaler Betrieb des Diagnosesteuersystem kann wieder aufgenommen werden, um aktualisierte Beurteilungen von NOx-Reduktionswirkungsgraden aufzunehmen, sobald den Beladungsschätzungen wieder Zuverlässigkeit zueigen ist.
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Bei einer Beurteilung, die nahelegt, dass die Zuverlässigkeit der Beladungsschätzung suspekt ist und dass daher ein hinreichend großes Risiko besteht, dass eine tatsächliche Reduktionsmittelbeladung in einer Nachbehandlungskomponente einer von einem Beladungsmodell prognostizierten Beladung nicht entspricht, werden weitere Beurteilungen eines NOx-Reduktionswirkungsgrads in der Nachbehandlungskomponente ausgesetzt (d.h. deaktiviert). Das Auslösen von Kriterien, die einem erhöhten Risiko unzuverlässiger Beladungsschätzungen zugeordnet werden, kann eine Ermittlung umfassen, dass die Beladung größer als ein Schwellengrenzwert, wie etwa ein Kalibrierungsgrenzwert, ist.
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In manchen Ausführungsformen kann durch Warten bis zum Neukalibrieren des Modells, das für das Erzeugen dieser Prognosen zuständig ist, den Beladungsschätzungen wieder Zuverlässigkeit verliehen werden. Eine solche Neukalibrierung wird durch Herstellen einer bekannten Reduktionsmittelbeladung in oder an der Nachbehandlungskomponente verwirklicht. Erfindungsgemäß wird dies unter Bedingungen, die einer hohen Beladungsmodellzuverlässigkeit und -genauigkeit entsprechen, durch zunächst Abbauen von Reduktionsmittel der Nachbehandlungskomponente und anschließend Neubeladen der Nachbehandlungskomponente mit Reduktionsmittel erreicht. Bedingungen erhöhter Beladungsmodellzuverlässigkeit und -genauigkeit sind typischerweise durch den Betrieb des Motorsystems unter normalen Betriebsbedingungen charakterisiert, so dass das Beladungsmodell mit empirischen Daten korreliert werden kann. Das Reduktionsmittel kann durch Betreiben des Motorsystems mit einer Reduktionsmitteldosierung, die bei relativ niedrigen Werten gehalten wird oder vollständig abgeschaltet ist, abgebaut werden. Das Ausführen eines Regenerationsvorgangs mit wenig oder keiner Dosierung kann ebenfalls effektiv sein, um die Reduktionsmittelbeladung in der Nachbehandlungsvorrichtung zuverlässig zu verbrauchen. Wenn zuverlässig angenommen werden kann, dass die Reduktionsmittelbeladung innerhalb einer zulässigen Toleranz eines bekannten Werts, z.B. null, liegt, wird die Reduktionsmittelbeladung daher wieder hergestellt und das Modell kann als neu kalibriert oder anderweitig zurückgestellt betrachtet werden, so dass seine Prognose für eine Reduktionsmittelbeladung zuverlässig ist.
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Der ausreichende Abbau des Reduktionsmittels kann durch Vergleichen von Informationssignalen, die von den stromaufwärts und stromabwärts befindlichen NOx-Sensoren erzeugt werden, bestätigt werden, um zu verifizieren, dass eine etwaige detektierbare Differenz zwischen deren Ausgängen innerhalb eines zulässigen Werts liegt. Zusätzlich oder alternativ kann ein auf empirischer Erfahrung beruhender Algorithmus verwendet werden, um das Ausmaß des Abbaus zu ermitteln. Zum Beispiel kann bei einem bestimmten System der Betrieb des Systems ausreichend charakterisiert worden sein, so dass Raten eines Reduktionsmittelverbrauchs für bestimmte Betriebsbedingungen verstanden werden können. Demgemäß bietet das Vorgehen die Sicherheit, dass die Reduktionsmittelbeladung bei einem bekannten Wert liegt. Nach dem Abbau der NH3-Beladung kann ein normales Dosieren aufgenommen werden, um eine bekannte (d.h. von dem NH3-Beladungnmodell zuverlässig prognostizierbare) NH3-Beladung an dem NOx-Katalysator wiederherzustellen.
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Mit dem neu kalibrierten Modell können normale Steuerfunktionen mit verbesserter Genauigkeit und Zuverlässigkeit ausgeführt werden. Bei einer Beurteilung, dass die Zuverlässigkeit der Beladungsschätzung wiederhergestellt ist und dass daher die Wahrscheinlichkeit, dass eine tatsächliche Reduktionsmittelbeladung in einer Nachbehandlungskomponente innerhalb einer zulässigen Toleranz einer von einem Beladungsmodell prognostizierten Beladung liegt, werden daher Beurteilungen des NOx-Reduktionswirkungsgrads in der Nachbehandlungskomponente wieder aufgenommen. Wenn anschließend von dem Diagnosesteuersystem Abhilfemaßnahmen als angebracht eingestuft werden, können sie mit verbessertem Vertrauen, dass sie angezeigt sind, ergriffen werden.
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Unter Bezugnahme nun auf 1 ist ein Dieselmotorsystem 10 schematisch veranschaulicht. Das Dieselmotorsystem 10 umfasst einen Dieselmotor 12 und ein Abgasbehandlungssystem 13. Die Abgasbehandlungssystem 13 umfasst weiterhin ein Abgassystem 14 und ein Dosiersystem 16. Der Dieselmotor 12 umfasst einen Zylinder 18, einen Ansaugkrümmer 20, einen Luftmengen(MAF)-Messer 22 und einen Motordrehzahlsensor 24. Luft strömt durch den Ansaugkrümmer 20 in den Dieselmotor 12 und wird von dem MAF-Messer 22 überwacht. Die Luft wird in den Zylinder 18 geleitet und wird mit Kraftstoff verbrannt, um (nicht gezeigte) Kolben anzutreiben. Auch wenn ein einzelner Zylinder 18 gezeigt ist, versteht sich, dass der Dieselmotor 12 zusätzliche Zylinder 18 umfassen kann. Zum Beispiel sind Dieselmotoren mit 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12 und 16 Zylinder vorstellbar.
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In dem Zylinder 18 wird infolge des Verbrennungsprozesses Abgas erzeugt Das Abgassystem 14 behandelt das Abgas, bevor das Abgas an die Atmosphäre freigesetzt wird. Das Abgassystem 14 umfasst einen Abgaskrümmer 26 und einen Dieseloxidationskatalysator (DOC) 28. Der Abgaskrümmer 26 leitet aus dem Zylinder austretendes Abgas durch den DOC 28. In dem DOC 28 wird das Abgas behandelt, um die Emissionen zu reduzieren. Das Abgassystem 14 umfasst weiterhin eine Nachbehandlungskomponente 30, einen Temperatursensor 31, einen Einlasstemperatursensor 32, einen Auslasstemperatursensor 34 und einen Partikelfilter (PF) 36. In einer beispielhaften Ausführungsform ist die Nachbehandlungskomponente 30 eine Komponente für selektive katalytische Reduktion (SCR).
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Der Temperatursensor 31 kann zwischen dem Motor und dem DOC 18 positioniert sein. Der Einlasstemperatursensor 32 befindet sich stromaufwärts der Nachbehandlungskomponente 30, um die Temperaturänderung an dem Einlass der Nachbehandlungskomponente 30 zu überwachen. Der Auslasstemperatursensor 34 befindet sich stromabwärts der Nachbehandlungskomponente 30, um die Temperaturänderung an dem Auslass der Nachbehandlungskomponente 30 zu überwachen. Auch wenn das Abgasbehandlungssystem 13 mit dem Einlass- und Auslasstemperatursensor 32, 34 außerhalb der Nachbehandlungskomponente 30 angeordnet gezeigt ist, können sich der Einlass- und der Auslasstemperatursensor 32, 34 in der Nachbehandlungskomponente 30 befinden, um die Temperaturänderung des Abgases an dem Einlass und Auslass der Nachbehandlungskomponente 30 zu überwachen. Der PF 36 reduziert weiterhin Emissionen durch Zurückhalten von Partikeln (d.h. Ruß) in dem Abgas.
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Das Dosiersystem 16 umfasst einen Dosierinjektor 40, der Reduktionsmittel von einer Reduktionsmittelversorgung 38 in das Abgas einspritzt. Das Reduktionsmittel mischt sich mit dem Abgas und reduziert die Emissionen weiter, wenn die Mischung der Nachbehandlungskomponente 30 ausgesetzt wird. Es kann eine Mischvorrichtung 41 verwendet werden, um das Reduktionsmittel mit dem Abgas stromaufwärts der Nachbehandlungskomponente 30 zu mischen. Ein Steuermodul 42 regelt und steuert den Betrieb des Motorsystems 10.
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Ein Abgasdurchsatzsensor 44 kann ein Signal erzeugen, das der Abgasströmung in dem Abgassystem entspricht. Auch wenn der Sensor zwischen der Nachbehandlung 30 und dem PF 36 gezeigt ist, können für die Messung verschiedene andere Stellen in dem Abgassystem verwendet werden, einschließlich stromabwärts des Abgaskrümmers und stromaufwärts der Nachbehandlungskomponente 30. Ein Temperatursensor 46 erzeugt eine Partikelfiltertemperatur, die einer gemessenen Partikelfiltertemperatur entspricht. Der Temperatursensor 46 kann an oder in dem PF 36 angeordnet sein. Der Temperatursensor 46 kann sich auch stromaufwärts oder stromabwärts des PF 36 befinden.
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Andere Sensoren in dem Abgassystem können einen stromaufwärts befindlichen NOx-Sensor 50 umfassen, der beruhend auf einer Konzentration von NOx, die in dem Abgassystem vorhanden ist, ein NOx-Signal erzeugt. Ein stromabwärts befindlicher NOx-Sensor 52 kann stromabwärts des PF 36 positioniert sein, um eine Konzentration von NOx, das aus dem PF 36 austritt, zu messen. Ferner erzeugt ein Ammoniak(NH3)-Sensor 54 ein Signal, das der Menge an Ammoniak in dem Abgas entspricht. Der NH3-Sensor 54 ist optional, kann aber verwendet werden, um das Steuersystem aufgrund der Fähigkeit, zwischen NOx und NH3 zu unterscheiden, zu vereinfachen. Alternativ und/oder zusätzlich können eine Kohlenwasserstoff(HC)-Versorgung 56 und ein HC-Injektor 58 vorgesehen werden, um HC in dem Abgas, das den DOC-Katalysator erreicht, zuzuführen.
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Unter Bezugnahme nun auf 2 kann das Steuermodul 42 ein Komponentenmanagementmodul 60 umfassen, das verwendet wird, um Leistung (z.B. Umwandlungswirkungsgrad von NOx) einer Nachbehandlungskomponente 30 zu überwachten und/oder um eine Steuerung des Betriebs der Nachbehandlungskomponente 30 zu erleichtern. Das Steuermodul 42 umfasst weiterhin ein Abgastemperaturmanagementmodul 62, das eine Temperatur der Nachbehandlungskomponente 30 intrusiv steuert.
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Das Komponentenmanagementmodul 60 umfasst ein Rücksetzmodul 70 und ein Testeinleitungsmodul 72. Wie hierin verwendet bedeutet der Begriff intrusiv, dass das Steuermodul 42 die Steuerung des Motors außerhalb der Betriebsbedingungen verändert, um das Erfolgen des Tests zuzulassen. Das Testeinleitungsmodul 72 leitet nach dem Eintreten eines Auslösungsvorgangs, wie etwa eines kürzlichen Fehlers eines vorherigen NOx-Reduktionswirkungsgradtests oder des Verstreichens eines vorbestimmten Zeitraums oder eines anderen Meilensteins, und/oder des Ergreifens einer anderen Abhilfemaßnahme einen intrusiven NOx-Reduktionswirkungsgradtest in der Nachbehandlungskomponente ein.
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Das Modul 72 zur Einleitung eines intrusiven Tests sendet ein Signal zu dem Abgastemperaturmanagementmodul 62, um eine intrusive Temperatursteuerung der Nachbehandlungskomponente vor einem NOx-Reduktionswirkungsgradtest in der Nachbehandlungskomponente einzuleiten. Das Testaktivierungsmodul 74 stellt sicher, dass vor dem Einleiten von Test- oder Steuerfunktionen Aktivierungsbedingungen erfüllt sind.
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Das Abgastemperaturmanagementmodul 62 umfasst ein Nachbehandlungskomponenten-Temperaturberechnungsmodul 76, das eine Temperatur der Nachbehandlungskomponente berechnet. Das Temperaturberechnungsmodul 76 kann die Temperatur der Nachbehandlungskomponente beruhend auf dem Einlasstemperatursensor 32, dem Auslasstemperatursensor 34, einem Modell oder einem beliebigen anderen geeigneten Verfahren berechnen. Lediglich zum Beispiel kann das Temperaturberechnungsmodul 76 die Temperatur der Nachbehandlungskomponente beruhend auf Werten von sowohl dem Einlass- als auch dem Auslasstemperatursensor 32, 34 berechnen. Lediglich zum Beispiel kann das Temperaturberechnungsmodul 76 die Temperatur beruhend auf einem Mittel oder einem gewichteten Mittel des Einlass- und Auslasstemperatursensors 32, 34 berechnen.
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Das Steuermodul 42, das Komponentenmanagementmodul 60 und/oder das Abgastemperaturmanagementmodul 62 können ein Betriebsparameteranpassmodul 78 umfassen, das vor dem intrusiven NOx-Reduktionswirkungsgradtest andere Betriebsparameter anpasst. Zum Beispiel können auch andere Betriebsparameter, wie etwa Dosierung, Reduktionsmittelbeladung, AGR und/oder andere Bedingungen, vor dem intrusiven NOx-Reduktionswirkungsgradtest ebenfalls innerhalb entsprechender Fenster angepasst werden.
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Das Steuermodul 42 umfasst ein Fahrzeuggeschwindigkeitsbeschränkungsmodul 80, das die Fahrzeuggeschwindigkeit beschränkt, nachdem der NOx-Reduktionswirkungsgrad unter einen vorbestimmten Schwellenwert fällt. Das Steuermodul 42 umfasst ferner ein Kraftstoffzufuhrsteuermodul 82, das Kraftstoffmenge, Kraftstoffeinspritzzeiten, Nacheinspritzung, etc. bestimmt. Bei Vorliegen des intrusiven NOx-Reduktionswirkungsgradtestmodus passt das Abgastemperaturmanagementmodul 62 die Kraftstoffzufuhr an. Die Kraftstoffzufuhranpassung erhöht die Temperatur der Nachbehandlungskomponente. Alternativ spritzt ein Kohlenwasserstoffeinspritzmodul 84 Kraftstoff in das Abgas stromaufwärts des DOC-Katalysators 28 ein, um ein Exotherm zu erzeugen, um die Temperatur in der Nachbehandlungskomponente zu erhöhen.
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In einer beispielhaften Ausführungsform umfasst ein Abgasdiagnosesteuersystem 68 somit ein Testaktivierungsmodul 74, ein Abgastemperaturmanagementmodul 62 und ein Abgasdiagnosesteuersystem 68. Das Testaktivierungsmodul 74 ist zum Ausführen eines Prozesses für das Beurteilen von Zuverlässigkeit und/oder Genauigkeit von Reduktionsmittelbeladungsprognosen ausgelegt. In einer beispielhaften Ausführungsform ist das Testaktivierungsmodul 74 zum Beurteilen der Zuverlässigkeit und/oder Genauigkeit von Reduktionsmittelbeladungsprognosen in hochriskanten Situationen ausgelegt, wie etwa wenn ein hinreichend großes Risiko besteht, dass eine tatsächliche Reduktionsmittelbeladung in einer Nachbehandlungskomponente nicht einer von einem Beladungsmodell prognostizierten Beladung entsprechen würde.
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Zum Beispiel kann das Vorhandensein eines erhöhten Risikos von unzuverlässigen Beladungsschätzungen auf einem Vergleich der prognostizierten Beladung mit einem Schwellengrenzwert, wie etwa einem kalibrierten Grenzwert, und einer Ermittlung, dass die Beladung größer als der Grenzwert ist, beruhen. Andere Indikatoren, können die Detektion eines der Nachbehandlungskomponente 30 zugeordneten zu niedrigen oder hohen NOx-Reduktionswirkungsgrads, das kürzliche Eintreten eines Falls eines Wartungsregenerationsvorgangs oder eine erfasste Abweichung zwischen der erfassten NOx-Konzentration in dem Abgasstrom und der prognostizierten NOx-Konzentration in dem Abgasstrom umfassen.
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Eine Beurteilung eines solchen Risikos kann auch auf Motor- oder Systembetriebsbedingungen beruhen. Zum Beispiel kann zwischen Betriebsbedingungen und dem Risiko von ungenauen Beladungsprognosen eine datenbasierte oder modellbasierte Korrelation entwickelt werden. Um eine solche Korrelation zu erleichtern, können Bedingungen, die einem erhöhten Risiko unzuverlässiger Beladungsschätzungen zugeordnet sind, entwickelt und beruhend auf Erfahrung charakterisiert werden. Zum Beispiel kann ein Risiko nach Zeitintervallen, in denen das Motorsystem unter anomalen oder unüblichen Betriebsbedingungen betrieben wird, so dass keine zuverlässigen Daten (z.B. empirische Daten, theoretische Daten) vorliegen, anhand derer das Beladungsmodell zu kalibrieren ist, als unangemessen hoch charakterisiert werden.
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Das Abgastemperaturmanagementmodul 62 ist zum selektiven Anpassen einer Temperatur der Nachbehandlungskomponente 30 an einen vorbestimmten Temperaturbereich unter Verwenden von intrusivem Abgastemperaturmanagement ausgelegt. Demgemäß ist das Abgastemperaturmanagementmodul 62 zum Wiederherstellen der Zuverlässigkeit und/oder Genauigkeit der Modellbeladungsschätzungen ausgelegt. Das Abgastemperaturmanagementmodul 62 führt hierzu einen Prozess zum zuverlässigen Abbauen einer Reduktionsmittelbeladung auf einen Wert unter einem vorbestimmten Schwellenwert und zum anschließenden Herstellen einer bekannten Konzentration eines Reduktionsmittels an der Nachbehandlungskomponente 30 aus. Der Prozess zum Abbauen einer Reduktionsmittelbeladung kann das Ausführen eines Regenerationsvorgangs umfassen. Der Prozess zum Abbauen einer Reduktionsmittelbeladung kann auch das Anordnen einer Dosierungsabschaltung, bis die Beladung eines Reduktionsmittel von der Nachbehandlungskomponente 30 auf einen Wert unter einem vorbestimmten Schwellenwert abgebaut ist, umfassen.
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Das Komponentenmanagementmodul 60 ist bei Erteilen eines entsprechenden Befehls zum Ausführen eines NOx-Reduktionswirkungsgradtests ausgelegt. Der NOx-Reduktionswirkungsgradtest umfasst das Ermitteln eines der Nachbehandlungskomponente 30 zugeordneten NOx-Reduktionswirkungsgrads. Das Komponentenmanagementmodul 60 erleichtert auch das Aussetzen oder Deaktivieren des NOx-Reduktionswirkungsgradtests, wenn eine solche Deaktivierung oder Aussetzung von dem Testaktivierungsmodul 74 für angebracht gehalten wird. In einer beispielhaften Ausführungsform führt das Testaktivierungsmodul 74 einen Prozess zum Erleichtern des Aussetzens des NOx-Reduktionswirkungsgradtests durch, sobald bestimmte Kriterien, die in Verbindung mit der Beurteilung eines erhöhten Risikos von unzuverlässigen Beladungsschätzungen stehen, vorliegen. Demgemäß quantifiziert das Testaktivierungsmodul 74 in Verbindung mit der Beurteilung des Risikos das Risiko und vergleicht es mit einem Schwellengrenzwert. Wenn der Grenzwert überschritten wird, signalisiert das Testaktivierungsmodul 74 entweder dem Komponentenmanagementmodul 60, das Ausführen des NOx-Reduktionswirkungsgradtests auf Befehl auszusetzen, oder unterlässt ein Signalisieren zu dem Komponentenmanagementmodul 60, um den NOx-Reduktionswirkungsgradtest auszuführen. Wenn der Grenzwert nicht überschritten wird, signalisiert das Testaktivierungsmodul 74 entweder dem Komponentenmanagementmodul 60, die Ausführung des NOx-Reduktionswirkungsgradtests fortzusetzen oder wiederaufzunehmen, oder unterlässt ein Signalisieren zu dem Komponentenmanagementmodul 60, um den NOx-Reduktionswirkungsgradtest auszusetzen.
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Das Testeinleitungsmodul 72 ist zum Ausführen eines Prozesses zum Bewerten des Ausmaßes, in dem NOx in der Nachbehandlungskomponente 30 reduziert wird, ausgelegt. Das Testeinleitungsmodul 72 ist zum Ausführen eines Prozesses zum Bewerten des Ausmaßes, in dem Reduktionsmittel von der Nachbehandlungskomponente 30 abgebaut wurde, oder zum Ausführen eines Prozesses zum Vergleichen eines Informationssignals, das eine NOx-Konzentration stromaufwärts der Nachbehandlungskomponente 30 wiedergibt, mit einer NOx-Konzentration stromabwärts der Nachbehandlungskomponente 30 und zum Ermitteln, ob die Differenz zwischen der NOx-Konzentration stromaufwärts der Nachbehandlungskomponente 30 und der NOx-Konzentration stromabwärts der Nachbehandlungskomponente 30 kleiner oder gleich einem vorbestimmten Grenzwert ist, ausgelegt.
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Unter Bezugnahme nun auf 3 setzt die Steuerung bei 100 ein, wo ermittelt wird, ob ein intrusiver NOx-Reduktionswirkungsgradtest oder ein anderer Komponentendiagnosetest beruhend auf Erfüllen einer oder mehrerer vorbestimmter Bedingungen ausgeführt werden muss. Lediglich zum Beispiel kann der intrusive Nachbehandlungskomponentendiagnosetest (der auch verwendet werden kann, um die Reduktionsmittelqualität abzuleiten) ausgeführt werden, nachdem das Fahrzeug in einen geschwindigkeitsbeschränkten Modus versetzt wurde und/oder nach einem fehlenden Bestehen eines vorherigen NOx-Reduktionswirkungsgradtests eine andere Abhilfemaßnahme ergriffen wurde.
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Wenn 100 falsch ist, läuft die Steuerung bei 102 in einem normalen Modus ab. Wenn 100 wahr ist, fährt die Steuerung bei 104 fort und ermittelt, ob ein erster Satz von Bedingungen zulässig ist, um den Test laufen zu lassen. Lediglich zum Beispiel kann der erste Satz von Bedingungen das Sicherstellen umfassen, dass eine Regeneration des PF 36 nicht durchgeführt wird. Die PF-Regeneration wird typischerweise durchgeführt, wenn sich in dem PF 36 Ruß aufbaut. Zusätzlich kann der erste Satz an Bedingungen das Sicherstellen umfassen, dass keine Anpassung durchgeführt wird. Die Anpassung erfolgt, wenn es bei der Nachbehandlungskomponente ein Problem gibt, so dass eine Differenz zwischen einer stromabwärtigen NOx-Sensor-Messung und einem erwarteten NOx-Wert beruhend auf einem Modell einen vorbestimmten Toleranzwert übersteigt. Weiterhin umfasst der Satz an Bedingungen eine Beurteilung der Zuverlässigkeit der Beladungsmodellprognosen, die der Nachbehandlungskomponente zugeordnet sind. In dem ersten Satz von Bedingungen können statt oder zusätzlich zu diesen Bedingungen andere Bedingungen verwendet werden.
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Wenn 104 falsch ist, kehrt die Steuerung zu 100 zurück. Wenn 104 wahr ist, fährt die Steuerung bei 106 fort und deaktiviert optional die Abgasrückführung (AGR). Optional kann die Steuerung einen Prozess zum Wiederherstellen der Zuverlässigkeit der Beladungsmodellschätzungen ausführen. Erfindungsgemäß wird die Zuverlässigkeit durch Abbauen und Erneuern der Beladung wiederhergestellt. Demgemäß aktiviert die Steuerung bei 107 einen Prozess zum Abbauen einer Reduktionsmittelbeladung, um an der Nachbehandlungskomponente eine zuverlässige Reduktionsmittelbeladung herzustellen. Der Prozess zum Abbauen einer Reduktionsmittelbeladung umfasst das Befehlen einer Dosierung bei einem reduzierten Wert (z.B. abgeschaltet), bis die Reduktionsmittelbeladung von der Nachbehandlungskomponente ausreichend abgebaut wurde (d.h. der Algorithmus ermittelt, dass die Reduktionsmittelbeladung an der Nachbehandlungskomponente auf einen Wert, der kleiner als ein vorbestimmter Schwellenwert ist, abgebaut wurde). Optional kann ein Regenerationstest eingeleitet werden, um die Reduktionsmittelbeladung schneller abzubauen. Der ausreichende Abbau des Reduktionsmittels kann durch Vergleichen von Informationssignalen, die von den stromaufwärts und stromabwärts befindlichen NOx-Sensoren erzeugt werden, bestätigt werden, um zu verifizieren, dass eine etwaige detektierbare Differenz zwischen deren Ausgängen innerhalb eines zulässigen Werts liegt. Ferner kann das Beladungsmodell beobachtet werden, um sicherzustellen, dass es anzeigt, dass die Nachbehandlungskomponente entladen wird. In einer beispielhaften Ausführungsform kann ein Entladen bis zu 30 Minuten dauern. Nach dem Abbau der Reduktionsmittelbeladung und/oder nach der Prognose oder Bestätigung des Abbaus kann ein Dosieren erneut begonnen werden, um eine bekannte (d.h. durch das Reduktionsmittelbeladungsmodell zuverlässig prognostizierbare) Beladung an der Nachbehandlungskomponente neu herzustellen. Danach kann ein normales Dosieren wieder aufgenommen werden.
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Solange ein zulässiger Wert der Genauigkeit und/oder Zuverlässigkeit bezüglich der Beladungsprognosen festgestellt wird, aktiviert die Steuerung bei 108 einen intrusiven NOx-Reduktionswirkungsgradtest, um einen vorbestimmten Temperaturbereich für die Nachbehandlungskomponente zu erreichen. Die Steuerung schaltet bei 108 auch das Dosieren ein. Bei 112 ermittelt die Steuerung, ob an der Nachbehandlungskomponente (d.h. dem Katalysator) 30 eine ausreichende Reduktionsmittelbeladung vorhanden ist und ob die Beladungsschätzung zuverlässig ist. Es kann eine Zeitverzögerung verwendet werden, um sicherzustellen, dass die ausreichende Reduktionsmittelbeladung zuverlässig wieder hergestellt wurde, um zuverlässig einen prognostizierbaren und zulässigen Wert der NOx-Umwandlung vorzusehen.
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Wenn 112 falsch ist, wartet die Steuerung, bis eine ausreichende und zuverlässige Schätzung einer Reduktionsmittelbeladung an der Nachbehandlungskomponente vorliegt. Bei 114 ermittelt die Steuerung, ob ein zweiter Satz an Aktivierungsbedingungen erfüllt ist. Lediglich zum Beispiel kann der zweite Satz an Aktivierungsbedingungen eine oder mehrere der folgenden Bedingungen umfassen: Abgasstrom in einem vorbestimmten Bereich; stromaufwärtiger NOx-Massenstrom in einem vorbestimmten Bereich; stromaufwärtige NOx-Konzentration in einem vorbestimmten Bereich und/oder NOx-Sensoren bereit und zulässiger Zuverlässigkeitswert für die Beladungsmodellprognosen. In dem zweiten Satz an Aktivierungsbedingungen können noch andere Bedingungen enthalten sein.
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Bei 118 misst die Steuerung einen Wirkungsgrad des NOx-Umwandlungs-/NOx-Reduktionsprozesses in der Nachbehandlungskomponente. Bei 120 erzeugt die Steuerung einen Wirkungsgrad des NOx-Reduktionsprozesses (d.h. des NOx-Umwandlungsprozesses) als Funktion von stromaufwärts und stromabwärts kumulierten Massen. Bei 124 erzeugt die Steuerung einen Wirkungsgradschwellenwert als Funktion von stromaufwärts befindlichem NOx, Abgasmassendurchsatz und Nachbehandlungskomponententemperatur. Der Wirkungsgradschwellenwert kann als Prozentsatz ausgedrückt werden.
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Bei 128 ermittelt die Steuerung, ob der Wirkungsgrad des NOx-Umwandlungsprozesses größer oder gleich dem Wirkungsgradschwellenwert ist. Wenn 128 wahr ist, stellt die Steuerung bei 130 einen Genehmigungsstatus fest (der als Signalisieren einer zulässigen Reduktionsmittelqualität und/oder eines auf einem zulässigen NOx-Reduktionswirkungsgrad beruhenden Nachbehandlungskomponentenbetriebs interpretiert werden kann). Wenn 128 falsch ist, stellt die Steuerung bei 132 eine unzulässige Bedingung (die als unzulässige Reduktionsmittelqualität und/oder unzulässiger Nachbehandlungskomponentenbetrieb, der auf einem unzulässigen NOx-Reduktionswirkungsgrad beruht, interpretiert werden kann) fest. Im Fall eines Feststellens einer unzulässigen Bedingung können Abhilfemaßnahmen ergriffen werden, wie etwa das Aufleuchten einer Warnleuchte oder das Einleiten von Abänderungen der Art und Weise, in der die Nachbehandlungskomponente und/oder der Motor und/oder das Fahrzeug betrieben wird. Bei Feststellen eines Genehmigungsstatus fährt die Steuerung von 130 bei 134 fort und deaktiviert jeglichen Fehlermodus, der das Einleiten des intrusiven Tests hervorgerufen haben kann. Zum Beispiel werden der Fahrzeuggeschwindigkeitsbeschränkungsmodus und/oder andere Abhilfemaßnahmen beendet. Von 132 und 140 fährt die Steuerung bei 140 fort, wo die Steuerung das intrusive Abgastemperaturmanagement beendet und die AGR aktiviert (falls zuvor deaktiviert).
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Unter Bezugnahme nun auf 4 ist ein intrusives Abgastemperaturmanagementverfahren gezeigt. Bei 146 ermittelt die Steuerung, ob der intrusive NOx-Reduktionswirkungsgradtest läuft. Wenn 146 falsch ist, kehrt die Steuerung zu 146 zurück. Wenn 146 wahr ist, fährt die Steuerung bei 148 fort, wo die Steuerung ermittelt, ob die Temperatur der Nachbehandlungskomponente innerhalb eines vorbestimmten Temperaturbereichs liegt (z.B. zwischen einer Mindesttemperatur TLo und einer Höchsttemperatur THi).
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Wenn 148 wahr ist, kehrt die Steuerung zu 146 zurück. Wenn 148 falsch ist, ermittelt die Steuerung bei 152, ob die Temperatur der Nachbehandlungskomponente größer als die Mindesttemperatur TLo ist. Wenn 152 falsch ist, hebt die Steuerung die Abgastemperatur in geeigneter Weise an. Zum Beispiel kann die Abgastemperatur bei 154 durch Ändern der Kraftstoffzufuhr (Kraftstoffmenge, Kraftstoffeinspritzzeiten, Nacheinspritzung, etc.), Luftstrom (Einlassdrossel, AGR-Ventil und/oder Turbolader-Schaufelradstellung) und/oder durch Starten oder Steigern der HC-Einspritzung angehoben werden. Die Steuerung kehrt zu 146 zurück.
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Wenn 152 wahr ist, ermittelt die Steuerung bei 156, ob die Temperatur der Nachbehandlungskomponente kleiner als die Höchsttemperatur THi ist. Wenn 156 falsch ist, senkt die Steuerung die Abgastemperatur in geeigneter Weise. Zum Beispiel kann die Abgastemperatur bei 158 durch Ändern der Kraftstoffzufuhr (Kraftstoffmenge, Kraftstoffeinspritzzeiten, Nacheinspritzung, etc.), Luftstrom (Einlassdrossel, AGR-Ventil und/oder Turbolader-Schaufelradstellung) und/oder durch Stoppen oder Verringern der HC-Einspritzung gesenkt werden. Die Steuerung kehrt zu 146 zurück. Wenn 156 wahr ist, kehrt die Steuerung zu 146 zurück.
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Somit umfasst ein Verfahren zum Diagnostizieren eines Abgassystems das Beurteilen einer Zuverlässigkeit eines geschätzten Werts einer Reduktionsmittelbeladung an einer Nachbehandlungskomponente (Schritt 107). Das Verfahren umfasst auch das Erleichtern des Aussetzens und/oder Wiederaufnehmens eines NOx-Reduktionswirkungsgrads beruhend auf der Beurteilung der Zuverlässigkeit der Beladungsprognose. Des Weiteren umfasst das Verfahren das selektive Anpassen einer Temperatur der Nachbehandlungskomponente an einen vorbestimmten Temperaturbereich unter Verwenden eines intrusiven Abgastemperaturmanagements (Schritt 108) und Ausführen eines NOx-Reduktionswirkungsgradtests, der das Ermitteln eines einer Nachbehandlungskomponente zugeordneten NOx-Reduktionswirkungsgrads umfasst (Schritt 118). Die Abgastemperatur kann zum Beispiel durch Anpassen von Kraftstoffwerten in dem Abgas gesteuert werden. Der Prozess zum Beurteilen der Zuverlässigkeit der Reduktionsmittelbeladung (Schritt 107) kann einen Prozess zum Wiederherstellen der Zuverlässigkeit von Schätzungen, etwa durch Ausführen eines Regenerationsvorgangs, umfassen. Der Prozess zum Wiederherstellen der Zuverlässigkeit kann auch das Befehlen einer Dosierungsabschaltung, bis die Beladung eines Reduktionsmittels von der Nachbehandlungskomponente auf einen Wert unter einen vorbestimmten Schwellenwert abgebaut wurde, umfassen.
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Das Verfahren kann auch das Bewerten des Ausmaßes, in dem NOx in der Nachbehandlungskomponente reduziert wird, und/oder das Bewerten des Ausmaßes, in dem Reduktionsmittel von der Nachbehandlungskomponente abgebaut wurde, umfassen (Schritt 118). Das Verfahren kann auch das Vergleichen eines Informationssignals, das eine NOx-Konzentration stromaufwärts der Nachbehandlungskomponente wiedergibt, mit einer NOx-Konzentration stromabwärts der Nachbehandlungskomponente und das Ermitteln, ob die Differenz zwischen der NOx-Konzentration stromaufwärts der Nachbehandlungskomponente und der NOx-Konzentration stromabwärts der Nachbehandlungskomponente kleiner oder gleich einem vorbestimmten Grenzwert ist, umfassen.
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Durch Beurteilen der Zuverlässigkeit der Prognose für die NH3-Beladung der Nachbehandlungskomponente und Deaktivieren des NOx-Reduktionswirkungsgradtests, sobald die Zuverlässigkeit der Beladungsschätzungen suspekt sind, und weiterhin durch Vorsehen der Fähigkeiten, die Zuverlässigkeit der Beladungsmodellschätzungen wiederherzustellen und anschließend das NOx-Wirkungsgradtesten wieder aufzunehmen, kann die Steuerung zuverlässig sicherstellen, dass die NH3-Beladungsschätzung präzis ist, und kann sicherstellen, dass Nachbehandlungsdiagnosetests zu Zeiten und unter Bedingungen durchgeführt werden, die eine zuverlässige Kenntnis der NH3-Beladung, die an dem Nachbehandlungskatalysator vorhanden ist, erleichtern. Dies verbessert die Robustheit der Nachbehandlungswirkungsgraddiagnose und vermeidet das unangebrachte Einleiten von unnötigen Abhilfemaßnahmen, wie etwa fälschliches Aufleuchten einer Warnleuchte oder übereifrige DEF-Qualitätsdurchsetzung an Fahrzeugen, nachdem eine DPF-Wartungsregen durchgeführt wurde. Dadurch kann eine bessere Steuerung von Emissionskomponenten, Motorsystemen und Fahrzeugen ermöglicht und die Kundenzufriedenheit verbessert werden, Gewährleistungskosten können reduziert und Verwechslung reduziert werden.
