DE102013210772B4

DE102013210772B4 - Nox-sensor-plausibilitätsüberwachungsgerät und -verfahren

Info

Publication number: DE102013210772B4
Application number: DE102013210772.2A
Authority: DE
Inventors: Raffaello Ardanese; Manoharan Thiagarajan; Justin Adam Shetney; Janean E. Kowalkowski
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2012-06-15
Filing date: 2013-06-10
Publication date: 2023-09-21
Anticipated expiration: 2033-06-11
Also published as: US9528462B2; CN103511047B; CN103511047A; DE102013210772A1; US20130338900A1

Abstract

Fahrzeug (10), umfassend:einen Verbrennungsmotor (12);eine Abgasanlage (13), die mit dem Motor (12) in Fluidverbindung steht und umfasst:eine Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion (SCR-Vorrichtung) (32); undeinen hinteren NOx-Sensor (142), der stromabwärts der SCR-Vorrichtung (32) positioniert und ausgelegt ist, um NOx-Niveaus stromabwärts der SCR-Vorrichtung (32) zu messen; undein Steuergerät (40), das mit dem hinteren NOx-Sensor (142) in Verbindung steht, wobei das Steuergerät (40) einen Prozessor (64) und einen konkreten, nicht flüchtigen Speicher (65) umfasst, auf dem Folgendes aufgezeichnet ist:mehrere Datenkennfelder (72), die jeweils nach einem anderen Paar von Abgasanlagenleistungswerten indiziert sind, wobei die Zellen jedes Datenkennfelds (72) durch geschätzte stromabwärts vorliegende NOx-Niveaus gefüllt sind; undmehrere binäre Kennfelder (74), die jeweils nach einem entsprechenden der Paare von Abgasanlagenleistungswerten indiziert sind, wobei jede Zelle jedes binären Kennfelds (74) durch einen binären Wert gefüllt ist;wobei der Prozessor (64) ausgelegt ist, um Informationen aus den Datenkennfeldern (72) und binäre Werte aus den binären Kennfeldern (74) zu extrahieren, um Messungen der stromabwärts vorliegenden NOx-Niveaus von dem hinteren NOx-Sensor (142) zu empfangen und die Plausibilität der empfangenen Messungen der stromabwärts vorliegenden NOx-Niveaus unter Verwenden der binären Werte und der extrahierten Informationen von den Datenkennfeldern (72) zu verifizieren;wobei der Prozessor (64) ausgelegt ist, um eine Steuermaßnahme bezüglich der Abgasanlage (13) unter Verwendung der empfangenen Messungen des hinteren NOx-Sensors (142), der Datenkennfelder (72) und der binären Kennfelder (74) auszuführen, umfassend, dass die Leistung des hinteren NOx-Sensors (142) diagnostiziert wird,wobei die NOx-Niveau-Messungen von dem hinteren NOx-Sensor (142) mittels des Steuergeräts (40) mit kalibrierten Schwellenwerten für mehrere unterschiedliche Fahrzeuggaspedalvorgänge verglichen werden, um dadurch die Plausibilität der empfangenen Messungen der stromabwärts vorliegenden NOx-Niveaus zu verifizieren; undwobei der Prozessor (64) ferner ausgelegt ist, um:die Abgasanlagenleistungswerte zu empfangen;jedes Paar der Abgasanlagenleistungswerte einem entsprechenden der Datenkennfelder (72) zuzuordnen;die jeweilige Zelle in jedem der Datenkennfelder (72) zu identifizieren, die dem zugeordneten Paar von Abgasanlagenleistungswerten für dieses jeweilige Datenkennfeld (72) entspricht;den binären Wert zu extrahieren, der jeder identifizierten Zelle von einem entsprechenden binären Kennfeld (74) zu extrahieren; unddie Plausibilität der Messungen der stromabwärts vorliegenden NOx-Niveaus nur zu verifizieren, wenn jeder der extrahierten binären Werte den gleichen Wert hat.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Gerät und ein Verfahren zum Überwachen der Plausibilität von ausgegebenen Messwerten von einem hinteren/stromabwärts befindlichen Stickstoffoxid(NOx)-Sensor der Art, wie sie in einer Motorabgasanlage verwendet wird.
HINTERGRUND
Dieselmotoren und in geringerem Maße andere Verbrennungsmotoren erzeugen Stickstoffoxid(NOx)-Gase als Nebenprodukte des Kraftstoffverbrennungsprozesses. In einem Abgasstrom können NOx-Gase in verschiedenen Formen vorhanden sein, einschließlich als Stickstoffmonoxid (NO), Stickstoffdioxid (NO₂) und Distickstoffoxid (N₂O). Eine Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion (SCR) wird typischerweise als Teil einer Fahrzeugabgasanlage verwendet, um NOx-Gase zu reduzieren, bevor das Abgas in die Atmosphäre abgelassen wird. Die katalytische Wirkung der SCR-Vorrichtung und eines zugeordneten Reduktionsmittels wie etwa Ammoniak oder Harnstoff wandelt schließlich NOx-Gase in inerte Nebenprodukte, d.h. Stickstoff und Wasser, um.
Bei Fahrzeugen mit einem Dieselmotor sind NOx-Sensoren typischerweise stromaufwärts und stromabwärts der SCR-Vorrichtung positioniert. Der stromaufwärts befindliche oder vordere NOx-Sensor misst von dem Motor ausgestoßene NOx-Niveaus, während der stromabwärts befindliche/hintere NOx-Sensor NOx-Niveaus misst, die in dem Abgasstrom nach der Behandlung durch die SCR-Vorrichtung zurückbleiben. Zusammen werden die Messungen des vorderen und des hinteren NOx-Sensors verwendet, um die Effizienz der gesamten NOx-Beseitigung zu berechnen. Da ein hohes Maß an Konfidenz bei den Niveaus von NOx-Gasen erforderlich ist, die von Fahrzeugen abgelassen werden, fordern bestimmte Regierungsbehörden die Berechnung und Aufzeichnung der Effizienz der NOx-Beseitigung. Ferner ist ein regelmäßiges Überwachen der Plausibilität von Messwerten von dem hinteren NOx-Sensor erforderlich, um die Gesamtfunktionssicherheit einer Dieselabgasanlage sicherzustellen.
Herkömmliche Diagnosegeräte und -verfahren für Abgassensoren sind aus den Druckschriften US 2011 / 0 000 290 A1 , DE 10 2007 061 468 A1 und JP H08- 334 014 A bekannt.
ZUSAMMENFASSUNG
Hierin wird ein Fahrzeug offenbart, das ein fahrzeugeigenes Steuergerät zum Überwachen der Plausibilität von Messwerten von einem stromabwärts befindlichen/hinteren Stickstoffoxid(NOx)-Sensor verwendet. Das Fahrzeug kann einen Verbrennungsmotor, etwa einen Dieselmotor, umfassen, ist aber nicht darauf beschränkt. Das Fahrzeug umfasst einen vorderen NOx-Sensor, den hinteren NOx-Sensor und ein Steuergerät. Das Steuergerät verwendet einen kalibrierten Satz von Kennfeldern, die jeweils nach einem Paar von Abgasanlagenleistungswerten indiziert sind, z.B. nach einer Temperatur einer Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion (SCR), einer modellierten SCR-Effizienz, einer Abweichung der NH3-Beladung und/oder einem SCR-Temperaturgradienten. Durch Verwenden dieser Kennfelder kann das Steuergerät Bereiche hoher Wahrscheinlichkeit eines NOx-Durchbruchs ausmachen, Bereiche, die ansonsten durch herkömmliche Sensorplausibilitätsstrategien umgangen werden könnten. Die kennfeldidentifizierten Bereiche werden dann als Eintrittsbedingungen für das Starten einer Diagnose der hinteren NOx-Leistung verwendet, wodurch die Robustheit solcher Berechnungen verbessert wird, während wie nachstehend erläutert auch gemeldete Fälle eines falschen Fehlers reduziert werden.
Insbesondere kann das Fahrzeug einen Verbrennungsmotor, eine Abgasanlage und ein Steuergerät mit einem Prozessor umfassen. Die Abgasanlage umfasst eine SCR-Vorrichtung sowie vordere und hintere NOx-Sensoren. Das Steuergerät, das mit den NOx-Sensoren in Verbindung steht, umfasst einen Prozessor und einen konkreten, nicht flüchtigen Speicher, auf dem mehrere Datenkennfelder und mehrere entsprechende binäre Kennfelder aufgezeichnet sind. Jedes Datenkennfeld ist nach einem unterschiedlichen Paar von Abgasanlagenleistungswerten indiziert, und jede Zelle jedes Datenkennfelds ist mit geschätzten stromabwärts vorhandenen NOx-Niveaus gefüllt. Die binären Kennfelder sind nach einem entsprechenden der Paare von Abgasanlagenleistungswerten indiziert. Der Prozessor verwendet die Datenkennfelder und die binären Kennfelder, um eine Steuermaßnahme bezüglich der Abgasanlage unter Verwenden von Messungen von dem hinteren NOx-Sensor und unter Verwenden der extrahierten Information auszuführen. Zum Beispiel kann das Steuergerät ermitteln, dass die Messwerte des hinteren NOx-Sensors nur plausibel sind, wenn alle binären Kennfelder den gleichen binären Wert liefern, z.B. 1, wie nachstehend näher dargelegt wird.
Hierin wird auch ein Verfahren zur Verwendung in einem Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor, einer Abgasanlage, die ein Paar von NOx-Sensoren und eine SCR-Vorrichtung umfasst, und einem Steuergerät offenbart. Das Verfahren umfasst das Aufzeichnen der Datenkennfelder und binären Kennfelder, die vorstehend erwähnt wurden, in einem Speicher des Steuergeräts, wobei jedes Kennfeld nach einem entsprechenden Paar von Abgasanlagenleistungswerten indiziert ist. Das Verfahren umfasst weiterhin das Empfangen der Abgasanlagenleistungswerte mittels des Steuergeräts und dann das Verwenden der Informationen von den NOx-Sensoren und von den Daten und binären Kennfeldern, um mittels des Prozessors eine Steuermaßnahme bezüglich der Abgasanlage auszuführen.
Die obigen Merkmale und Vorteile und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der besten Ausführungsarten der Erfindung, wenn diese in Verbindung mit den Begleitzeichnungen genommen wird, leicht deutlich.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 ist eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einem hinteren Stickstoffoxid(NOx)-Sensoren und einem Steuergerät mit einem aufgezeichneten Kennfeld, das das Steuergerät verwendet, um die Plausibilität der Messwerte von dem hinteren NOx-Sensor zu überwachen.
2 ist ein Satz von beispielhaften Kurven, die einen Betrieb des in 1 gezeigten Fahrzeugs beschreiben, wobei die Zeit auf der horizontalen Achse angezeigt ist und die Amplitude auf der vertikalen Achse angezeigt ist.
3 ist eine schematische Darstellung eines beispielhaften Datenkennfelds, das bei der vorliegenden Diagnosestrategie verwendet werden kann.
3A ist eine schematische Darstellung eines beispielhaften binären Kennfelds, das dem in 3 gezeigten Datenkennfeld entspricht.
4 ist ein Flussdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren zum Überwachen der Plausibilität von Messwerten von einem hinteren NOx-Sensor in dem Fahrzeug von 1 beschreibt.

BESCHREIBUNG
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ist in 1 ein beispielhaftes Fahrzeug 10 mit einer Abgasanlage 13 gezeigt. Das Fahrzeug 10 umfasst ein Steuergerät 40, das ausgelegt ist, um Prozessbefehle, die ein Verfahren 100 verkörpern, auszuführen, wobei ein Beispiel hierfür nachstehend unter Bezugnahme auf 4 beschrieben ist. Das Ausführen des Verfahrens 100 lässt das Steuergerät 40 als Plausibilitätsüberwachungsgerät bezüglich eines hinteren Stickstoffoxid(NOx)-Sensors 142 dienen, der einer eines Paars von herkömmlichen NOx-Sensoren 42 und 142 ist, die an Bord des Fahrzeugs 10 verwendet werden. Beim Ausführen des Verfahrens 100 macht das Steuergerät 40 auch ideale Eintrittsbedingungen für das Diagnostizieren von Leistung des hinteren NOx-Sensors 142 in der Abgasanlage 13 aus.
Die NOx-Sensoren 42 und 142 können aus einem geeigneten Metalloxid, zum Beispiel yttria-stabilisiertem Zirkoniumoxid (YS), hergestellt sein. Wie aus dem Stand der Technik gut bekannt ist, kann ein NOx-Sensor, wie etwa die hierin beschriebenen NOx-Sensoren 42, 142, im Laufe der Zeit bei einem bestimmten Wert hängen bleiben oder die Reaktionszeit solcher Sensoren kann unannehmbar langsam werden. Eine solche Degradation kann aufgrund eines Verstopfens durch Ruß, Sensorrissbildung und/oder Kohlenwasserstoffvergiftung des Sensors auftreten.
NOx-Sensoren, die ordnungsgemäß arbeiten, können aber fälschlicherweise als defekt diagnostiziert werden. Dies kann auftreten, wenn ein Steuersystem unter nicht idealen Bedingungen eine Diagnose der NOx-Beseitigungseffizienz auslöst, oder vielleicht durch fehlendes Starten einer solchen Diagnose, wenn die Bedingungen anderweitig geeignet sind. Die vorliegende Strategie soll daher die Robustheit der Diagnose der NOx-Beseitigungseffizienz und die Plausibilitätsüberwachung des hinteren NOx-Sensors 142 in dem Fahrzeug 10 verbessern, wodurch falsche Defekte verhindert werden. Die vorliegende Strategie kann den zusätzlichen Vorteil des Reduzierens unnötiger Garantiereparaturkosten, die sich häufig aus einer inkorrekten Diagnose ergeben, haben.
Das Fahrzeug 10 umfasst einen Verbrennungsmotor 12 mit einem Lufteinlass 20, z.B. einen Dieselmotor oder einen beliebigen anderen Motor, der signifikante Mengen von Stickstoffoxid(NOx)-Gasen ausstößt. Während hierin nachstehend eine Dieselanwendung für veranschaulichende Einheitlichkeit beschrieben wird, wird der Durchschnittsfachmann erkennen, dass eine ähnliche Strategie bezüglich anderer Motorauslegungen ergriffen werden kann. An Bord des Fahrzeugs 10 erzeugt eine Verbrennung von Dieselkraftstoff 16, der aus einem Tank 18 gesaugt wird, den Abgasstrom (Pfeil 29), der dann durch die Abgasanlage 13 behandelt wird, bevor er letztlich aus einem Endrohr 27 in die umgebende Atmosphäre abgelassen wird. Durch die Verbrennung des Dieselkraftstoffs 16 freigesetzte Energie erzeugt an einem drehbaren Eingangselement 24 eines Getriebes 14 ein Drehmoment. Das Eingangsdrehmoment von dem Motor 12 wird durch die verschiedenen Zahnradsätze, Kupplungen, Bremsen und Verbindungselemente (nicht gezeigt) des Getriebes 14 auf ein drehbares Ausgangselement 26 übertragen. Das Ausgangsdrehmoment von dem Getriebe 14 wird somit zu einem Satz von Antriebsrädern 28 geliefert, von denen der einfachen Veranschaulichung halber in 1 nur eines gezeigt ist.
Die schematisch in 1 gezeigte Abgasanlage 13 steht mit einem Auslasskanal/Auslasskanälen 17 des Motors 12 in Fluidverbindung. Abhängig von der Ausführungsform kann die Abgasanlage 13 einen Oxidationskatalysator 30, eine Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion (SCR) 32 und einen Dieselpartikelfilter (DPF) 34, die in beliebiger erwünschter Reihenfolge angeordnet sind, umfassen. Die SCR-Vorrichtung 32 ist ausgelegt, um NOx-Gase in Wasser und Stickstoff als inerte Nebenprodukte der Verbrennung unter Verwenden einer Einspritzung von einem (nicht gezeigten) Tank eines geeigneten Reduktionsmittels, z.B. Ammoniak (NH3) oder Harnstoff, und eines aktiven Katalysators umzuwandeln. Zum Beispiel kann die SCR-Vorrichtung 32 als Keramik-Brick oder Keramikwabenstruktur, Plattenstruktur oder andere beliebige geeignete Konstruktion ausgelegt sein. Kollektiv sehen der Oxidationskatalysator 30, die SCR-Vorrichtung 32 und der DPF 34 die notwendige Aufbereitung des Abgasstroms (Pfeil 29) vor. Stromaufwärts und stromabwärts der SCR-Vorrichtung 32 können jeweils Temperatursensoren 22 und 122 positioniert sein, wobei jeweilige gemessene Temperaturen (Pfeile 23, 123) zu dem Steuergerät 40 übertragen werden.
Das Fahrzeug 10 kann auch eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung 36 umfassen, die mit dem Steuergerät 40 in elektronischer Verbindung steht und die mittels eines Satzes von Steuerbefehlen (Pfeil 15) von dem Steuergerät 40 gesteuert wird. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 36 steht mit dem Tank 18 in Fluidverbindung. Bei Signalisierung von dem Steuergerät 40 spritzt die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 36 selektiv einen Teil des Kraftstoffs 16 in den Abgasstrom (Pfeil 29) ein, z.B. stromaufwärts von dem oder direkt in den Oxidationskatalysator 30. Der eingespritzte Kraftstoff 16 wird dann in gesteuerter Weise in dem Oxidationskatalysator 30 verbrannt, um Wärme bei Werten zu erzeugen, die zum Regenerieren des Partikelfilters 34 ausreichen.
Der NOx-Sensor 42 ist bezüglich der SCR-Vorrichtung 32 stromaufwärts positioniert, wie etwa an dem Auslass des Motors 12. Daher wird der NOx-Sensor 42 hierin nachstehend als vorderer NOx-Sensor 42 bezeichnet. Der hintere NOx-Sensor 142 ist bezüglich der SCR-Vorrichtung 32 stromabwärts positioniert, zum Beispiel kurz vor dem DPF 34. Daher wird der NOx-Sensor 142 hierin nachstehend als hinterer NOx-Sensor 142 bezeichnet. Vom Aufbau und der Funktion her können die NOx-Sensoren 42 und 142 ansonsten identisch sein. NOx-Niveau-messungen (Pfeile 11, 111) von den jeweiligen stromaufwärts und stromabwärts befindlichen NOx-Sensoren 42 und 142 werden in das Steuergerät 40 eingespeist. Das Steuergerät 40 ermittelt dann mittels Ausführung des vorliegenden Verfahrens 100, ob entsprechende Eintrittsbedingungen für das Überwachen der Plausibilität der Messungen von dem hinteren NOx-Sensor 142 vorliegen.
Das Steuergerät 40 von 1 kann als digitaler Computer oder Mikrocomputer, der als Fahrzeugsteuermodul dient, und/oder als Proportional-Integral-Differential(PID)-Steuergerätvorrichtung, die einen Prozessor 64 und einen konkreten, nicht flüchtigen Speicher 65 wie etwa einen schreibgeschützten Speicher (ROM) oder einen Flash-Speicher aufweist, verkörpert sein. Das Steuergerät 40 kann auch einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM), einen elektrisch löschbaren programmierbaren schreibgeschützten Speicher (EEPROM), einen Hochgeschwindigkeitstaktgeber, eine Analog/Digital(A/D)- und/oder eine Digital/Analog-(D/A)-Schaltungsanordnung und eine beliebige erforderliche Eingangs-/Ausgangsschaltungsanordnung und zugehörige Vorrichtungen sowie eine beliebige erforderliche Signalaufbereitungs- und/oder Signalpufferschaltungsanordnung umfassen. Das Verfahren 100 und etwaige erforderliche Referenzkalibrierungen können in dem Steuergerät 40 gespeichert werden oder es kann mühelos von dem Steuergerät 40 auf diese zugegriffen werden, um die nachstehend beschriebenen Funktionen vorzusehen.
In einer bestimmten Ausführungsform kann das Steuergerät 40 wie gezeigt als Host-Computer oder als dezentrales System verkörpert sein und kann ein Motorsteuermodul (ECM) 50, ein Diagnosesteuermodul (DCM) 60 und einen aufgezeichneten Satz von Kennfeldern 70 umfassen. Wie nachstehend unter Bezugnahme auf 3 und 3A erläutert können die Kennfelder 70 ein kalibriertes Datenkennfeld 72 und ein entsprechendes binäres Kennfeld 74 umfassen, wobei ein vorgegebenes Kennfeldpaar (72 und 74 zusammen) für jedes von mehreren verschiedenen Paaren von Abgasanlagenleistungswerten verwendet wird. Einige dieser Werte können Motorleistungswerte (Pfeil 52) umfasse, die von dem ECM 50 erzeugt oder aufgezeichnet werden. Die Motorleistungswerte (Pfeil 52) können über einen seriellen RS232-Bus oder einen beliebigen anderen geeigneten Kommunikationskanal zu dem DCM 60 übertragen werden und von dem DCM 60 bei der Ausführung des vorliegenden Verfahrens 100 verwendet werden. Analog hat das DCM 60 Zugriff auf die in den Kennfeldern 70 aufgezeichneten Informationen, wobei die Informationen von den Kennfeldern 70 letztlich von dem Steuergerät 40 verwendet werden, um ein Diagnosesignal (Pfeil 54) zu erzeugen, das zum Anordnen der Ausführung verschiedener Steuermaßnahmen geeignet ist, wovon einige nachstehend unter Bezugnahme auf 4 erläutert werden.
Unter Bezugnahme auf 2 in Verbindung mit der Struktur des in 1 gezeigten beispielhaften Fahrzeugs 10 veranschaulicht ein Satz von Kurven 80 die grundlegende Strategie des vorliegenden Verfahrens 100. Der Satz von Kurven 80 umfasst die Kurven 82, 84 und 86, die jeweils eine Amplitude A aufweisen, die an der vertikalen Achse aufgetragen ist. Die Zeit (t) ist an der horizontalen Achse aufgetragen.
Die Kurve 82 stellt den sich ändernden Abgasstrom (Pfeil 29) von 1 dar. Bei t₀ ist ein solcher Strom minimal. Beginnend bei t₁, z.B. wenn ein Fahrer des Fahrzeugs 10 von 1 ein Gaspedal tritt, um von dem Motor 12 ein Ausgangsdrehmoment zu fordern, nimmt die Strömung zu. Zwischen t₁ und t₃, an welchem Punkt die durch die Kurve 82 angedeutete Abgasströmung nachlässt, eventuell als Reaktion auf ein Freigeben des Gaspedals durch den Fahrer, nimmt die Abgasströmung zu.
Die Kurve 84 stellt das sich ändernde NOx-Niveau gemessen von dem vorderen NOx-Sensor 42 von 1 dar. Nahezu unmittelbar nachdem der Fahrer von dem Motor 12 bei t₁ mehr Ausgangsdrehmoment fordert, beginnt der vordere NOx-Sensor 42 zunehmende NOx-Niveaus zu lesen. Bei etwa t₂ beginnen sich diese Niveaus zu stabilisieren, wonach sie mehr oder weniger konstant bleiben.
Die Kurve 86 von 2 stellt das sich ändernde NOx-Niveau gemessen von dem hinteren NOx-Sensor 142 von 1 dar. Aufgrund des Abstands zwischen dem Motor 12 und dem hinteren NOx-Sensor 142 sowie dem Dazwischensetzen der SCR-Vorrichtung 32, die einen Teil des NOx aus dem Abgasstrom entfernt, beginnt die Kurve 86 erst zu steigen, nachdem der vordere NOx-Sensor 42 anspricht. Diese Verzögerung ist in dem Intervall zwischen t₁ und t₂ ersichtlich. Nach t₂ steigt die Ausgabe des hinteren NOx-Sensors 142, beharrt auf ihrem Wert und fällt schließlich bei t₃, wenn der Fahrer die Drehmomentforderung an den Motor 12 reduziert.
Die gesamte NOx-Beseitigungseffizienz kann von dem Steuergerät 40 unter Verwenden der folgenden Grundgleichung berechnet werden: $\frac{N o x_{E I N} - N O x_{A U S}}{N O x_{E I N}}$
wobei NOx_EIN die Menge an NOx-Gasen, die von dem vorderen NOx-Sensor 42 gemessen wird, oder die Kurve 84 von 2 ist, und NOx_AUS die Menge an NOx-Gasen, die von dem hinteren NOx-Sensor 142 gemessen wird, oder die Kurve 86 von 2 ist. Es können Diagnosecodes festgelegt werden, die die Notwendigkeit anzeigen, den vorderen oder hinteren NOx-Sensor 42, 142 auszutauschen, wenn bei geeigneteren Zeiten durchgeführtes Testen aufdecken würden, dass der Sensor ordnungsgemäß funktioniert. Das vorliegende Verfahren 100 verbessert die Robustheit der gesamten Diagnosestrategie für den hinteren NOx-Sensor 142 durch enges Überwachen von Eintrittsbedingungen zum Starten der Plausibilitätsüberwachung und der Leistungsdiagnose für den hinteren NOx-Sensor 142.
Unter Bezugnahme auf 3 verwendet das Steuergerät 40 von 1 kennfeldbasierte Freigabebedingungen, die eine Interaktion zwischen verschiedenen Fahrzeugleistungswerten betreffen. In einer bestimmten Ausführungsform umfassen diese Werte SCR-Temperatur, geschätzte SCR-Effizienz, NH3-Beladungsabweichung und Abgasströmung. Entsprechende NOx-Werte, z.B. geschätzte oder vorberechnete stromabwärts vorliegende NOx-Niveaus, werden in einem entsprechenden Datenkennfeld 72 aufgezeichnet, das wie gezeigt mindestens neun Zellen V₃ aufweisen kann.
In 3 ist ein beispielhaftes Datenkennfeld 72 gezeigt, das mit Musterdaten gefüllt ist. Ein vorgegebenes Datenkennfeld 72 kann nach erwünschten Datenpaaren V₁ und V₂, z.B. SCR-Temperatur (°C) bzw. Abgasmassendurchsatz (kg/Std.), indiziert werden. Zum Beispiel kann die SCR-Temperatur beispielhafte Werte von 0 bis 200°C, 200 bis 300°C und 300 bis 400 °C haben, die an Ort und Stelle in dem Fahrzeug 10 von 1 unter Verwenden der Temperatursensoren 22 gemessen werden können. Es können andere Werte verwendet werden und/oder zusätzliche Zellen V₃ hinzugefügt werden, um höhere Temperaturen abzudecken. Analog kann der Massendurchsatz, hier in Stufen von 50 kg/Std. gezeigt, gemessen oder offline berechnet werden, zum Beispiel unter Verwenden des Luft/- Kraftstoff-Verhältnisses und der Kraftstoffverbrauchdaten oder unter Verwenden einer beliebigen anderen geeigneten Strategie. Die Zellen V₃ dieses bestimmten Datenkennfelds 72 können mit kalibrierten Werten von sich ändernden tatsächlichen oder relativen NOx-Niveaus gefüllt werden, ob sie nun experimentell ermittelt oder geschätzt werden.
Unter Bezugnahme auf 3A ist eine beispielhafte binäre Tabelle 74 gezeigt, die der Datentabelle 72 von 3 entspricht. Somit kann jede binäre Tabelle 74 die gleiche Anzahl an Zellen V₃ wie ihre entsprechende Datentabelle 72 aufweisen. Jede der Zellen V₃ ist mit einem entsprechenden binären Wert gefüllt. Die Ermittlung, ob eine bestimmte Zelle V₃ eine 0 oder eine 1 benötigt, kann offline erfolgen, zum Beispiel während Kalibration. Die Zellen, die wie in 3 gezeigt zum Beispiel 1 aufweisen, können relativ hohen Niveaus eines stromabwärts vorhandenen NOx entsprechen, während eine 0 in eine Zelle mit einem relativ niedrigen stromabwärts vorhandenen NOx-Niveau gesetzt werden kann. Andere Daten können die Datenkennfelder 72 füllen, und daher sind NOx-Niveaus lediglich ein nicht einschränkendes Beispiel.
Das Datenkennfeld 72 von 3 kann nach Füllen und Aufzeichnen im Speicher des Steuergeräts 40 von 1 mit dem binären Kennfeld 74 von 3A überlagert werden. Wiederum können andere Daten und binäre Kennfelder 72 und 74 anders indiziert werden, wie etwa nach SCR-Temperatur und geschätzter SCR-Effizienz, SCR-Temperatur und NH3-Beladung in der SCR-Vorrichtung 32 von 1, Abgasdurchsatz und stromaufwärts vorhandenen NOx-Niveaus (d.h. von dem vorderen NOx-Sensor 42 von 1 gemessenes NOx), SCR-Temperatur und SCR-Temperaturgradienten, etc. Während in der einfachsten Ausführungsform eine einzige Daten- und binäre Kennfeldpaarung verwendet werden kann, können mehrere Kennfeldpaarungen dazu dienen, die Robustheit des gesamten Verfahrens 100 zu verbessern. Sobald alle binären Kennfelder 74 erzeugt wurden, kann das Steuergerät 40 von 1 NOx-Effizienzberechnungen als Funktion der binären Werte in den verschiedenen binären Kennfeldern 74 ermöglichen.
Unter Bezugnahme auf 4 ist ein beispielhaftes Verfahren 100 zum Überwachen der Plausibilität von Messwerten gezeigt, die durch den hinteren NOx-Sensor 142 zu dem Steuergerät 40 von 1 ausgegeben werden. Beginnend mit Schritt 102 kann das Steuergerät 40 von 1 das Überwachen verschiedener Fahrzeugleistungswerte wie etwa Motordrehzahl, Abgastemperatur und Abgasdurchsatz aufnehmen. Als Teil von Schritt 102 kann das Steuergerät 40 Werte wie etwa modellierte oder geschätzte Ammoniak(NH3)-Beladung und NOx-Beseitigungseffizienz der SCR-Vorrichtung 32 (siehe 1) berechnen und kann unter Verwenden des jeweiligen vorderen und hinteren NOx-Sensors 42 und 142 die stromaufwärts und stromabwärts vorliegenden NOx-Niveaus messen. Alle Werte können in dem Speicher des Steuergeräts 40 aufgezeichnet werden. Dann rückt das Verfahren 100 zu Schritt 104 vor.
Bei Schritt 104 kann das Steuergerät 40 die Werte von Schritt 102 einem entsprechenden der Datenkennfelder 72 zuordnen (siehe 3). Schritt 104 kann mehrere solche Vergleiche umfassen. Wenn zum Beispiel vier unterschiedliche Datenkennfelder 72 verwendet werden, wobei jedes eine unterschiedliche Paarung von Fahrzeugwerten aufweist, z.B. SCR-Temperatur und Abgasmassendurchsatz in einem und SCR-Temperatur und NH3-Beladungsabweichung in einem anderen, dann würde Schritt 104 die gemessenen/berechneten Datenpaare einem vorgegebenen Datenkennfeld 72 zuordnen. Ein Teil von Schritt 104 kann das Identifizieren der jeweiligen Zelle V3 (siehe 3), die dem Paar entspricht, einschließen.
Bei Schritt 106 extrahiert das Steuergerät 40 von 1 als Nächstes die zugeordnete binäre Zahl aus dem entsprechenden binären Kennfeld 74 (siehe 3A). Die extrahierte binäre Zahl für jede Paarung wird im Speicher des Steuergeräts 40 als Teil dieses Schritts aufgezeichnet.
Bei Schritt 108 ermittelt das Steuergerät 40, ob einer der binären Werte von Schritt 106 0 ist. Wenn ja, rückt das Verfahren 100 zu Schritt 112 vor. Wenn andernfalls alle extrahierten binären Werte bei Schritt 106 gleich 1 sind, rückt das Verfahren 100 zu Schritt 110 vor.
Bei Schritt 110 kann das Steuergerät 40 die Leistung des hinteren NOx-Sensors 142 diagnostizieren. Als Teil von Schritt 110 kann der NOx-Sensor142 von 1 sein gemessenes NOx-Niveau (Pfeile 111) zu dem Steuergerät 40 übermitteln. Das Steuergerät 40 kann dann das NOx-Niveau, das von dem hinteren NOx-Sensor 142 zu verschiedenen Zeitpunkten, z.B. t₁, t₂, etc., gelesen wird, berechnen. Dann kann das Steuergerät 40 diese Messwerte, die jeweils unterschiedlichen Fahrzeuggaspedalvorgängen, wie etwa starkem Gasgeben, leichtem Gasgeben, etc., entsprechen können, mit kalibrierten Schwellenwerten vergleichen. Die kalibrierten Schwellenwerte können im Speicher als Satz erwarteter Werte voraufgezeichnet werden, ob diese nun unter Verwendung von Kalibrierungsfahrzeugen offline validiert, unter Verwendung von theoretischen Werten oder unter Verwenden anderer geeigneter Mittel berechnet wurden. Steuermaßnahmen, die als Teil von Schritt 110 oder eines folgenden Schritts ergriffen werden können, umfassen das Aufzeichnen eines Diagnosecodes, der anzeigt, ob das erwartete Ergebnis eintrat.
Bei Schritt 112 kann das Steuergerät 40 einen Diagnosecode aufzeichnen, der eine Entscheidung bestätigt, vor dem Wiederholen von Schritt 102 nicht mit der Diagnose des hinteren NOx-Sensors 142 fortzufahren. In einer möglichen Ausführungsform kann das Steuergerät 40 regelmäßig die Anzahl aufgezeichneter „Nichtfortfahren“-Entscheidungen prüfen, um die Genauigkeit der Daten zu verifizieren, die in den Datenkennfeldern 72 und/oder den binären Kennfeldern 74 der jeweiligen 3 und 3A aufgezeichnet sind. Da alle Daten in den Kennfeldern 72 und 74 kalibriert und aufgezeichnet werden können, kann eine regelmäßige Verifizierung und Aktualisierung erwünscht sein, um die stetige Genauigkeit der vorliegenden Strategie sicherzustellen.

Claims

Fahrzeug (10), umfassend: einen Verbrennungsmotor (12); eine Abgasanlage (13), die mit dem Motor (12) in Fluidverbindung steht und umfasst: eine Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion (SCR-Vorrichtung) (32); und einen hinteren NOx-Sensor (142), der stromabwärts der SCR-Vorrichtung (32) positioniert und ausgelegt ist, um NOx-Niveaus stromabwärts der SCR-Vorrichtung (32) zu messen; und ein Steuergerät (40), das mit dem hinteren NOx-Sensor (142) in Verbindung steht, wobei das Steuergerät (40) einen Prozessor (64) und einen konkreten, nicht flüchtigen Speicher (65) umfasst, auf dem Folgendes aufgezeichnet ist: mehrere Datenkennfelder (72), die jeweils nach einem anderen Paar von Abgasanlagenleistungswerten indiziert sind, wobei die Zellen jedes Datenkennfelds (72) durch geschätzte stromabwärts vorliegende NOx-Niveaus gefüllt sind; und mehrere binäre Kennfelder (74), die jeweils nach einem entsprechenden der Paare von Abgasanlagenleistungswerten indiziert sind, wobei jede Zelle jedes binären Kennfelds (74) durch einen binären Wert gefüllt ist; wobei der Prozessor (64) ausgelegt ist, um Informationen aus den Datenkennfeldern (72) und binäre Werte aus den binären Kennfeldern (74) zu extrahieren, um Messungen der stromabwärts vorliegenden NOx-Niveaus von dem hinteren NOx-Sensor (142) zu empfangen und die Plausibilität der empfangenen Messungen der stromabwärts vorliegenden NOx-Niveaus unter Verwenden der binären Werte und der extrahierten Informationen von den Datenkennfeldern (72) zu verifizieren; wobei der Prozessor (64) ausgelegt ist, um eine Steuermaßnahme bezüglich der Abgasanlage (13) unter Verwendung der empfangenen Messungen des hinteren NOx-Sensors (142), der Datenkennfelder (72) und der binären Kennfelder (74) auszuführen, umfassend, dass die Leistung des hinteren NOx-Sensors (142) diagnostiziert wird, wobei die NOx-Niveau-Messungen von dem hinteren NOx-Sensor (142) mittels des Steuergeräts (40) mit kalibrierten Schwellenwerten für mehrere unterschiedliche Fahrzeuggaspedalvorgänge verglichen werden, um dadurch die Plausibilität der empfangenen Messungen der stromabwärts vorliegenden NOx-Niveaus zu verifizieren; und wobei der Prozessor (64) ferner ausgelegt ist, um: die Abgasanlagenleistungswerte zu empfangen; jedes Paar der Abgasanlagenleistungswerte einem entsprechenden der Datenkennfelder (72) zuzuordnen; die jeweilige Zelle in jedem der Datenkennfelder (72) zu identifizieren, die dem zugeordneten Paar von Abgasanlagenleistungswerten für dieses jeweilige Datenkennfeld (72) entspricht; den binären Wert zu extrahieren, der jeder identifizierten Zelle von einem entsprechenden binären Kennfeld (74) zu extrahieren; und die Plausibilität der Messungen der stromabwärts vorliegenden NOx-Niveaus nur zu verifizieren, wenn jeder der extrahierten binären Werte den gleichen Wert hat.
Fahrzeug (10) nach Anspruch 1, wobei der Prozessor (64) so ausgelegt ist, dass der Prozessor (64) die Abgasanlagenleistungswerte und zugeordneten Paare der empfangenen Abgasanlagenleistungswerte mit einem entsprechenden der Datenkennfelder (72) empfängt.
Fahrzeug (10) nach Anspruch 1, wobei die Abgasanlage (13) einen Temperatursensor (22, 122) umfasst, der zum Messen einer Temperatur der SCR-Vorrichtung (32) dient, und wobei mindestens eine der Datentabellen (72) nach der gemessenen SCR-Temperatur indiziert ist.
Fahrzeug (10) nach Anspruch 3, wobei alle Datentabellen (72), die nach der SCR-Temperatur indiziert sind, auch nach einem von: Abgasdurchsatz, geschätzter SCR-Effizienz, Beladung der SCR-Vorrichtung, Temperaturgradienten der SCR-Vorrichtung (32) und NOx-Niveaus, die von einem stromaufwärts der SCR-Vorrichtung (32) positionierten vorderen NOx-Sensor (42) gemessen werden, indiziert sind.
Verfahren zur Verwendung in einem Fahrzeug (10), das ein Steuergerät (40), einen Verbrennungsmotor (12) und eine Abgasanlage (13) mit einer Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion (SCR) und einem hinteren NOx-Sensor (142), der stromabwärts der SCR-Vorrichtung positioniert ist, aufweist, wobei das Verfahren umfasst: Aufzeichnen von mehreren Datenkennfeldern (72) im Speicher des Steuergeräts (40), wobei jedes der Datenkennfelder (72) nach einem anderen Paar von Abgasanlagenleistungswerten indiziert wird und wobei die Zellen jedes Datenkennfelds (72) durch geschätzte stromabwärts vorliegende NOx-Niveaus gefüllt werden; Aufzeichnen von mehreren binären Kennfeldern (74), die jeweils mindestens neun Zellen aufweisen, wobei jedes binäre Kennfeld (74) nach einem entsprechenden der Paare von Abgasanlagenleistungswerten indiziert wird und jede der mindestens neun Zellen mit einer 1 oder einer 0 gefüllt wird; Empfangen mittels des Steuergeräts (40) der Abgasanlagenleistungswerte, einschließlich von Messungen von stromabwärts vorliegenden NOx-Niveaus von dem hinteren NOx-Sensor (142); Extrahieren von Informationen von den Datenkennfeldern (72) und den binären Kennfeldern (74); Zuordnen jedes Paar der Abgasanlagenleistungswerte einem entsprechenden der Datenkennfelder (72); Identifizieren der Zelle in jedem der Datenkennfelder (72), die dem zugeordneten Paar von Abgasanlagenleistungswerten für dieses jeweilige Datenkennfeld (72) entspricht; Extrahieren des binären Werts, der jeder identifizierten Zelle entspricht, aus einem entsprechenden binären Kennfeld (74); und Verifizieren der Plausibilität der Messungen von stromabwärts vorliegenden NOx-Niveaus von dem hinteren NOx-Sensor unter Verwenden der extrahierten Informationen mittels des Steuergeräts (40) nur dann, wenn jeder der extrahierten binären Werte den gleichen binären Wert aufweist, umfassend: Verwenden der empfangenen Messungen des hinteren NOx-Sensors, der Datenkennfelder (72) und der binären Kennfelder (74), um eine Steuermaßnahme bezüglich der Abgasanlage (13) auszuführen, umfassend, dass die Leistung des hinteren NOx-Sensors (142) diagnostiziert wird, wobei die Messungen der stromabwärts vorliegenden NOx-Niveaus mittels des Steuergeräts (40) mit kalibrierten Schwellenwerten für mehrere unterschiedliche Fahrzeuggaspedalvorgänge verglichen werden, um dadurch die Plausibilität der Messungen von stromabwärts vorliegenden NOx-Niveaus zu verifizieren.
Verfahren nach Anspruch 5, weiterhin umfassend: Verwenden des Steuergeräts (40), um Paare der empfangenen Abgasanlagenleistungswerte einem entsprechenden der Datenkennfelder (72) zuzuordnen.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Abgasanlage (13) einen Temperatursensor (22, 122) umfasst, der zum Messen einer Temperatur der SCR-Vorrichtung (32) dient, und wobei das Aufzeichnen von mehreren Datenkennfeldern (72) das Indizieren mindestens eines der Datenkennfelder (72) nach der gemessenen SCR-Temperatur umfasst.