DE102014104736A1

DE102014104736A1 - Verbesserte Echtzeit-Ammoniakschlupfdetektion

Info

Publication number: DE102014104736A1
Application number: DE102014104736.2A
Authority: DE
Inventors: Chris Riffle; Frank M. Korpics; Michiel J. Van Nieuwstadt; Devesh Upadhyay; David Robert Nader
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2013-04-09
Filing date: 2014-04-03
Publication date: 2014-10-09
Also published as: RU2014113946A; CN104100340A; US20140298778A1; CN104100340B; RU2627872C2; US9429059B2

Abstract

Es werden verschiedene Systeme und Verfahren zum Detektieren des Ammoniakschlupfs beschrieben. In einem Beispielverfahren verwendet ein Abgassystem mit zwei NOx-Sensoren die Einschwingverhalten der NOx-Sensoren, um die Ausgabe eines Auspuffrohr-NOx-Sensors den NOx- und NH3-Pegeln darin zuzuweisen. Ein Am moniakschlupf-Detektionszähler mit Verstärkungen ist enthalten, der die Wahrscheinlichkeit des NOx und des NH3 basierend auf den gemessenen Sensoraktivitäten bestimmt, die durch einen Controller weiter verarbeitet werden, um einen oder mehrere Parameter basierend auf der Zuweisung und den Änderungen der Sensorausgabe einzustellen.

Description

Gebiet
Die vorliegende Anmeldung bezieht sich im Allgemeinen auf die Ammoniakschlupfdetektion in einem Abgasbehandlungssystem, das in einem Abgassystem einer Brennkraftmaschine enthalten ist.
Hintergrund und Zusammenfassung
Dieselfahrzeuge können mit einem Abgasbehandlungssystem ausgerüstet sein, das z. B. ein auf Harnstoff basierendes selektives katalytisches Reduktionssystem (SCR-System) und einen oder mehrere Abgassensoren, wie z. B. Stickstoffoxidsensoren (NO_x-Sensoren), von denen wenigstens einer stromabwärts des SCR-Systems angeordnet sein kann, enthalten kann. Wenn das SCR-System bis zu einem Punkt der Sättigung, der sich mit der Temperatur ändert, mit Harnstoff beladen wird, kann in dem SCR-System Ammoniakschlupf (NH₃-Schlupf) beginnen. Der NH₃-Schlupf von dem SCR-System kann durch den Auspuffrohr-NO_x-Sensor als NO_x detektiert werden, was zu einer ungenauen NO_x-Ausgabe führt, die zu hoch ist. Als solcher kann der Wirkungsgrad des SCR-Systems tatsächlich höher als der basierend auf der ungenauen NO_x-Ausgabe bestimmte Wirkungsgrad sein.
US 2012/0085083 beschreibt ein Verfahren zum Schätzen der NOx-Umsetzung unter Verwendung eines Polynommodells, das es außerdem ermöglicht, dass die NH₃-Konzentration an dem stromabwärts gelegenen Auspuffrohr-NOx-Sensor geschätzt wird. Wie hier beschrieben ist, werden die zeitlichen Sensorsignaturen eines Speisegas-NOx-Sensors, der sich stromaufwärts des SCR befindet, und eines Auspuffrohr-NOx-Sensors, der sich stromabwärts des SCR befindet, unter Verwendung eines Polynommodells, das die Schätzung des NH₃-Schlupfs und des NOx-Umsetzungswirkungsgrads ermöglicht, quantifiziert und angepasst. Weil jedoch das Verfahren ein Segment jedes Sensorsignals für die Verarbeitung verwendet, ist zwischen der Erfassung jedes Ausgangssignals des NOx-Sensors und der Zuweisung einer Ausgabe des stromabwärtigen NOx-Sensors zu dem NOx und dem NH₃ eine Verzögerung vorhanden. Wenn die Verzögerung mit dem beschriebenen Polynomanpassungsalgorithmus kombiniert wird, der für lokalisierte Schätzfehler anfällig sein kann, würde die Verwirklichung eines Echtzeit-NH₃-Schlupfdetektionssystems durch die beschriebenen Verfahren schwierig zu implementieren sein.
Die Erfinder haben die Nachteile bei der obigen Herangehensweise erkannt und offenbaren hier Verfahren für die Echtzeit-Steuerung des Ammoniakschlupfs in einem Kraftmaschinen-Abgassystem. Die beschriebenen Verfahren verwenden das Einschwingverhalten eines NOx-Sensors, um die Änderungsraten eines NOx-Signals zu identifizieren. Dann verwendet ein Prozessor ferner die Änderungsraten, um basierend auf der Strömung stromaufwärts des SCR zu bestimmen, wie die Änderung des stromabwärts gelegenen Auspuffrohr-NOx-Sensors erwartet wird, was Zuweisung eines Auspuffrohr-NOx-Sensors auf die Weise, die im Folgenden beschrieben wird, ohne im Wesentlichen wahrnehmbare Verzögerungen bei der Verarbeitung ermöglicht.
In einem speziellen Beispiel enthält das Abgassystem zwei NOx-Sensoren, die die Abgasströmung stromaufwärts und stromabwärts einer SCR-Vorrichtung kontinuierlich überwachen. Dann, wenn die Eintrittsbedingungen des Kraftmaschinensystems erfüllt sind, z. B. wenn sich die SCR-Vorrichtung über einem Temperaturschwellenwert befindet, wird die Änderungsrate des stromaufwärts gelegenen Speisegas-NOx-Sensors mit einem aktuellen Auspuffrohr-Messwert kombiniert, um die erwartete Änderungsrate des Auspuffrohr-NOx-Sensors basierend auf dem Anstieg des Speisegassignals zu schätzen. Das erwartete Auspuffrohr-NOx-Signal wird dann mit dem tatsächlichen NOx-Signal verglichen, um die Ausgabe des NOx-Sensors dem NOx und dem NH₃ zuzuweisen.
In einem weiteren Beispiel wird ein Verfahren bereitgestellt, das das Zuweisen einer Ausgabe eines NOx-Sensors sowohl dem NH₃ als auch dem NOx basierend auf einer NOx-Änderungsrate stromaufwärts und einer NOx-Änderungsrate stromabwärts bezüglich einer SCR-Emissionsvorrichtung umfasst, was dadurch ermöglicht, dass die Menge des dem Kraftmaschinenabgas zugeführten Reduktionsmittels basierend auf den relativen Sensorsignalen eingestellt wird. Weil das Verfahren zusätzlich zu dem erwarteten NOx-Signal die Einschwingverhalten der stromaufwärts gelegenen und stromabwärts gelegenen NOx-Sensoren verwendet, ist es deshalb möglich, ein hohes Niveau der NH₃-Detektion zu erreichen. Auf diese Weise ist es möglich, eine verbesserte Zuweisung der Ausgabe des NOx-Sensors bereitzustellen, um die relativen NOx- und NH₃-Pegel in dem Abgassystem zu bestimmen.
Die vorliegende Beschreibung kann mehrere Vorteile bereitstellen. Insbesondere kann die Herangehensweise die Echtzeitdetektion des NH₃-Schlupfs mit einem hohen Niveau der Detektionsempfindlichkeit ohne hohe Speisegas-NOx-Interventionen ermöglichen. Folglich kann der NH₃-Schlupf detektiert werden, während sich ein Fahrzeug in Betrieb befindet, wobei korrigierende Maßnahmen basierend auf dem aktuellen Zustand des Abgassystems ergriffen werden können. Weil außerdem die Detektionsempfindlichkeit erhöht ist, sind hohe Pegel des NOx nicht erforderlich, um die Zuweisung der Ausgabe des Auspuffrohr-NOx-Sensors zu dem NOx und zu dem NH₃ zu bestimmen.
Die obigen Vorteile und weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Beschreibung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung leicht erkannt, wenn sie allein oder im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen genommen wird. Es sollte selbstverständlich sein, dass die obige Zusammenfassung bereitgestellt ist, um in vereinfachter Form eine Auswahl der Konzepte einzuführen, die in der ausführlichen Beschreibung weiter beschrieben werden. Sie ist nicht beabsichtigt, um Schlüssel- oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu identifizieren, dessen Schutzumfang eindeutig durch die Ansprüche definiert ist, die der ausführlichen Beschreibung folgen. Außerdem ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf die Implementierungen eingeschränkt, die alle oben oder in irgendeinem Teil dieser Offenbarung angegebenen Nachteile beseitigen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die hier beschriebenen Vorteile werden durch das Lesen eines Beispiels einer Ausführungsform, das hier als die ausführliche Beschreibung bezeichnet wird, vollständiger verstanden, wenn es allein oder unter Bezugnahme auf die Zeichnungen genommen wird, worin:
1 eine schematische graphische Darstellung einer Kraftmaschine zeigt, die ein Abgassystem mit einem Abgasbehandlungssystem enthält;
2A-D graphische Darstellungen zeigen, die einen Ammoniakschlupfzustand veranschaulichen;
3 einen Ablaufplan zeigt, der eine Routine zum Detektieren des Ammoniakschlupfs in einem Abgasbehandlungssystem veranschaulicht;
4 einen Ablaufplan zeigt, der eine Routine zum Steuern der Betriebsparameter veranschaulicht, wenn eine Ausgabe eines Abgassensors einem Stickstoffoxid zugewiesen wird;
5 einen Ablaufplan zeigt, der eine Routine zum Steuern der Betriebsparameter veranschaulicht, wenn eine Ausgabe eines Abgassensors dem Ammoniak zugewiesen wird.
Ausführliche Beschreibung
Die folgende Beschreibung bezieht sich auf Verfahren und Systeme zum Detektieren des NH₃-Schlupfs von einem SCR-System basierend auf den darin detektierten Übergangs-NOx-Signalen. In einem Beispiel ist ein Verfahren, das das Verwenden der Informationen von zwei NOx-Sensoren, eines Speisegassensors, der sich stromaufwärts des SCR befindet, und eines Auspuffrohrsensors, der sich stromabwärts befindet, umfasst, um in Reaktion auf das Übergangs-Speisegas-NOx-Signal den Auspuffrohr-NOx-Anstieg vorherzusagen, beschrieben. Das Verfahren umfasst ferner das Erzeugen einer Enveloppe um das erwartete Auspuffrohr-NOx-Signal und das Zuweisen der Ausgabe von dem NOx-Sensor sowohl dem Ammoniak als auch dem Stickstoffoxid in unterschiedlichen Mengen in Abhängigkeit von den Änderungen der Sensorausgabe. Eine Übergangs-Auspuffrohr-Sensorausgabe, die außerhalb einer erwarteten Enveloppe liegt, gibt z. B. ein Abgassystem mit einem NH₃-Schlupf an, der durch das Steigen eines Zählers positiv zu einem oberen Pegel, der den NH₃-Schlupf angibt, weiter quantifiziert wird. Umgekehrt gibt eine Übergangs-Auspuffrohr-Sensorausgabe, die innerhalb der erwarteten Enveloppe liegt, einen NOx-Schlupf an, der durch das Fallen eines Zählers negativ zu einem unteren Pegel, der einen NOx-Schlupf angibt, weiter quantifiziert wird. Auf diese Weise kann der Abgassensor verwendet werden, um sowohl einen verringerten Wirkungsgrad des Abgasbehandlungssystems als auch einen Zustand des NH₃-Schlupfs anzugeben. Das Verfahren umfasst ferner das Einstellen eines oder mehrerer Betriebsparameter basierend auf der Zuweisung und der Änderung der Sensorausgabe.
In 1 ist eine schematische graphische Darstellung veranschaulicht, die einen Zylinder einer Mehrzylinder-Kraftmaschine 10 zeigt, die z. B. in einem Antriebssystem eines Kraftfahrzeugs enthalten sein kann. Die Kraftmaschine 10 kann wenigstens teilweise durch ein Steuersystem, das einen Controller 12 enthält, und durch eine Eingabe von einer Bedienungsperson 132 des Fahrzeugs über eine Eingabevorrichtung 130 gesteuert werden. In diesem Beispiel enthält die Eingabevorrichtung 130 ein Fahrpedal und einen Pedalpositionssensor 134 zum Erzeugen eines proportionalen Pedalpositionssignals PP. Eine Verbrennungskammer (oder ein Zylinder) 30 der Kraftmaschine 10 kann Verbrennungskammerwände 32 enthalten, in denen ein Kolben 36 positioniert ist. Der Kolben 36 kann an eine Kurbelwelle 40 gekoppelt sein, so dass eine Hin- und Herbewegung des Kolbens in eine Drehbewegung der Kurbelwelle umgesetzt wird. Die Kurbelwelle 40 kann über ein Zwischengetriebesystem an wenigstens ein Antriebsrad eines Fahrzeugs gekoppelt sein. Ferner kann ein Startermotor über ein Schwungrad an die Kurbelwelle 40 gekoppelt sein, um eine Startoperation der Kraftmaschine 10 zu ermöglichen.
Die Verbrennungskammer 30 kann die Einlassluft über einen Einlasskanal 42 von einem Einlasskrümmer 44 empfangen und kann die Verbrennungsgase über einen Auslasskanal 48 ablassen. Der Einlasskrümmer 44 und der Auslasskanal 48 können wahlweise über ein Einlassventil 52 bzw. ein Auslassventil 54 mit der Verbrennungskammer 30 in Verbindung stehen. In einigen Ausführungsformen kann die Verbrennungskammer 30 zwei oder mehr Einlassventile und/oder zwei oder mehr Auslassventile enthalten.
In dem in 1 dargestellten Beispiel können das Einlassventil 52 und das Auslassventil 54 über jeweilige Nockenbetätigungssysteme 51 und 53 durch Nockenbetätigung gesteuert sein. Jedes Nockenbetätigungssystem 51 und 53 kann einen oder mehrere Nocken enthalten und kann ein Nockenkurvenschaltsystem (CPS-System) und/oder ein System mit variabler Nockenzeitsteuerung (VCT-System) und/oder ein System mit variabler Ventilzeitsteuerung (VVT-System) und/oder ein System mit variablem Ventilhub (VVL-System) verwenden, die durch den Controller 12 betrieben werden können, um den Ventilbetrieb zu variieren. Die Positionen des Einlassventils 52 und des Auslassventils 54 können durch die Positionssensoren 55 bzw. 57 bestimmt werden. In alternativen Ausführungsformen können das Einlassventil 52 und/oder das Auslassventil 54 durch elektrische Ventilbetätigung gesteuert sein. Der Zylinder 30 kann z. B. alternativ ein über eine elektrische Ventilbetätigung gesteuertes Einlassventil und ein über eine Nockenbetätigung, die CPS- und/oder VCT-Systeme enthält, gesteuertes Auslassventil enthalten.
In einigen Ausführungsformen kann jeder Zylinder der Kraftmaschine 10 mit einer oder mehreren Kraftstoffeinspritzdüsen konfiguriert sein, um ihm Kraftstoff bereitzustellen. Als ein nicht einschränkendes Beispiel ist gezeigt, dass der Zylinder 30 eine Kraftstoffeinspritzdüse 66 enthält. Es ist gezeigt, dass die Kraftstoffeinspritzdüse 66 direkt an den Zylinder 30 gekoppelt ist, um den Kraftstoff proportional zu der Impulsbreite eines Signals FPW, das über einen elektronischen Treiber 68 von dem Controller 12 empfangen wird, direkt einzuspritzen. Auf diese Weise stellt die Kraftstoffeinspritzdüse 66 das bereit, was als Direkteinspritzung (die im Folgenden als ”DI” bezeichnet wird) des Kraftstoffs in den Verbrennungszylinder 30 bekannt ist.
Es wird erkannt, dass in einer alternativen Ausführungsform die Einspritzdüse 66 eine Kanaleinspritzdüse sein kann, die in der Einlassöffnung stromaufwärts des Zylinders 30 Kraftstoff bereitstellt. Es wird außerdem erkannt, dass der Zylinder 30 den Kraftstoff von mehreren Einspritzdüsen, wie z. B. mehreren Kanaleinspritzdüsen, mehreren Direkteinspritzdüsen oder einer Kombination daraus, empfangen kann.
In einem Beispiel ist die Kraftmaschine 10 eine Dieselkraftmaschine, die Luft und Dieselkraftstoff durch Kompressionszündung verbrennt. In anderen nicht einschränkenden Ausführungsformen kann die Kraftmaschine 10 einen anderen Kraftstoff, einschließlich Benzin, Biodiesel oder ein Alkohol enthaltendes Kraftstoffgemisch (z. B. Benzin und Ethanol oder Benzin und Methanol) durch Kompressionszündung und/oder Funkenzündung verbrennen.
Der Einlasskanal 42 kann eine Drosselklappe 62 enthalten, die eine Drosselklappen-Platte 64 aufweist. In diesem speziellen Beispiel kann die Position der Drosselklappen-Platte 64 über ein Signal, das einem Elektromotor oder einem Aktuator, der in der Drosselklappe 62 enthalten ist, bereitgestellt wird, durch den Controller 12 variiert werden, eine Konfiguration, die im Allgemeinen als elektronische Drosselklappensteuerung (ETC) bezeichnet wird. Auf diese Weise kann die Drosselklappe 62 betrieben werden, um die der Verbrennungskammer 30 unter den anderen Kraftmaschinenzylindern bereitgestellte Einlassluft zu variieren. Die Position der Drosselklappen-Platte 64 kann durch ein Drosselklappen-Positionssignal TP dem Controller 12 bereitgestellt werden. Der Einlasskanal 42 kann einen Luftmassendurchflusssensor 120 und einen Krümmer-Luftdrucksensor 122 enthalten, um die Signale MAF bzw. MAP dem Controller 12 bereitzustellen.
Ferner kann in den offenbarten Ausführungsformen ein Abgasrückführungssystem (EGR-System) einen Sollanteil des Abgases von dem Auslasskanal 48 über einen EGR-Kanal 140 zu dem Einlasskanal 42 leiten. Die Menge der dem Einlasskrümmer 44 bereitgestellten EGR kann durch einen Controller 12 über ein EGR-Ventil 142 variiert werden. Durch das Einleiten von Abgas in die Kraftmaschine wird die Menge des für die Verbrennung verfügbaren Sauerstoffs verringert, wobei dadurch z. B. die Flammentemperaturen der Verbrennung verringert werden und die Bildung des NO_x verringert wird. Wie dargestellt ist, enthält das EGR-System ferner einen EGR-Sensor 144, der innerhalb des EGR-Kanals 140 angeordnet sein kann und der eine Angabe des Drucks und/oder der Temperatur und/oder der Konzentration des Abgases bereitstellen kann. Unter einigen Bedingungen kann das EGR-System verwendet werden, um die Temperatur des Luft- und Kraftstoff-Gemischs innerhalb der Verbrennungskammer zu regeln und folglich ein Verfahren zum Steuern des Zeitpunkts der Zündung während einiger Verbrennungsmodi bereitstellen. Ferner kann während einiger Bedingungen ein Anteil der Verbrennungsgase durch das Steuern der Zeitsteuerung des Auslassventils, wie z. B. durch das Steuern eines Mechanismus für die variable Ventilzeitsteuerung, in der Verbrennungskammer behalten oder gefangen werden.
Ein Abgassystem 128 enthält einen Abgassensor 126, der stromaufwärts eines Abgasbehandlungssystems 150 an den Auslasskanal 48 gekoppelt ist. Der Sensor 128 kann irgendein geeigneter Sensor sein, um eine Angabe des Luft-/Kraftstoff-Verhältnisses der Abgase bereitzustellen, wie z. B. ein linearer Sauerstoffsensor oder UEGO (universeller oder Weitbereichs-Abgassauerstoffsensor), ein Zweizustands-Sauerstoffsensor oder EGO, ein HEGO (ein erwärmter EGO), ein NO_x-, HC- oder CO-Sensor. Es ist gezeigt, dass das Abgasbehandlungssystem 150 entlang dem Auslasskanal 48 stromabwärts des Abgassensors 126 angeordnet ist.
In dem in 1 gezeigten Beispiel ist das Abgasbehandlungssystem 150 ein auf Harnstoff basierendes selektives katalytisches Reduktionssystem (SCR-System). Das SCR-System enthält z. B. wenigstens einen SCR-Katalysator 152, einen Harnstoff-Lagerbehälter 154 und eine Harnstoff-Einspritzvorrichtung 156. In anderen Ausführungsformen kann das Abgasbehandlungssystem 150 zusätzlich oder alternativ andere Komponenten enthalten, wie z. B. einen Partikelfilter, eine Mager-NO_x-Falle, einen Dreiwegekatalysator, verschiedene andere Abgasreinigungsvorrichtungen oder Kombinationen daraus. In dem dargestellten Beispiel stellt die Harnstoff-Einspritzvorrichtung 156 Harnstoff von dem Harnstoff-Lagerbehälter 154 bereit. Es können jedoch verschiedene alternative Herangehensweisen verwendet werden, wie z. B. feste Harnstoffpellets, die einen Ammoniakdampf erzeugen, der dann in den SCR-Katalysator 152 eingespritzt oder abgegeben wird. In einem noch weiteren Beispiel kann eine Mager-NO_x-Falle stromaufwärts des SCR-Katalysators 152 positioniert sein, um in Abhängigkeit vom Grad der Fettheit des der Mager-NO_x-Falle zugeführten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses NH₃ für den SCR-Katalysator 152 zu erzeugen.
Das Abgasbehandlungssystem 150 enthält ferner einen Abgassensor 158, der stromabwärts des SCR-Katalysators 152 positioniert ist. In der dargestellten Ausführungsform kann der Abgassensor 158 z. B. ein NO_x-Sensor zum Messen einer Menge des Nach-SCR-NO_x sein. In einigen Beispielen kann ein Wirkungsgrad des SCR-Systems z. B. basierend auf dem Abgassensor 158 und ferner basierend auf dem Abgassensor 126 (wenn der Sensor 126 z. B. das NO_x misst), der stromaufwärts des SCR-Systems positioniert ist, bestimmt werden. In weiteren Beispielen kann der Abgassensor 158 irgendein geeigneter Sensor zum Bestimmen der Konzentration der Abgasbestandteile sein, wie z. B. ein UEGO-, EGO-, HEGO-, HC-, CO-Sensor usw.
Der Controller 12 ist in 1 als ein Mikrocomputer gezeigt, der eine Mikroprozessoreinheit 102, die Eingabe-/Ausgabeports 104, ein elektronisches Speichermedium für ausführbare Programme und Eichwerte, das in diesem speziellen Beispiel als ein Festwertspeicher-Chip 106 gezeigt ist, einen Schreib-Lese-Speicher 108, einen Haltespeicher 110 und einen Datenbus enthält. Der Controller 12 kann mit an die Kraftmaschine 10 gekoppelten Sensoren in Verbindung stehen und deshalb zusätzlich zu jenen Signalen, die vorher erörtert worden sind, verschiedene Signale von den an die Kraftmaschine gekoppelten Sensoren empfangen, einschließlich der Messung des eingeleiteten Luftmassendurchflusses (MAF) von dem Luftmassendurchflusssensor 120; der Kraftmaschinen-Kühlmitteltemperatur (ECT) von einem an eine Kühlhülse 114 gekoppelten Temperatursensor 112; eines Profil-Zündungs-Ansprechsignals (PIP) von einem Hall-Effekt-Sensor 118 (oder einem anderen Typ), der an die Kurbelwelle 40 gekoppelt ist; einer Drosselklappenposition (TP) von einem Drosselklappen-Positionssensor; eines Absolut-Krümmerdrucksignals, MAP, von einem Sensor 122; und einer Konzentration der Abgasbestandteile von den Abgassensoren 126 und 158. Ein Kraftmaschinen-Drehzahlsignal, RPM, kann durch den Controller 12 aus dem Signal PIP erzeugt werden.
Der Festwertspeicher 106 des Speichermediums kann mit nichtflüchtigen computerlesbaren Daten programmiert sein, die durch den Prozessor 102 ausführbare Anweisungen zum Ausführen sowohl der im Folgenden beschriebenen Verfahren als auch anderer Varianten, die vorausgesehen werden, aber nicht spezifisch aufgelistet sind, repräsentieren.
In einem Beispiel kann der Controller 12 den NH₃-Schlupf basierend auf der Ausgabe aus dem Abgassensor 158 detektieren, wie im Folgenden unter Bezugnahme auf 2 ausführlicher beschrieben wird. Wenn als ein Beispiel der Sensor 158 eine Schwellenzunahme der NO_x-Ausgabe detektiert, stellt der Controller 12 das EGR-Ventil 142 ein, um eine Menge der EGR zu verringern, so dass die NO_x-Emission von der Kraftmaschine 10 zunimmt. Basierend auf der Änderung der Sensorausgabe während des Zeitraums der verringerten EGR wird die Sensorausgabe dem NO_x oder dem NH₃ zugewiesen. Falls z. B. die Sensorausgabe zunimmt, wird die Ausgabe dem NO_x zugewiesen, da das vergrößerte NO_x von der Kraftmaschine durch das SCR-System nicht reduziert wird. Falls sich andererseits die Sensorausgabe nicht um mehr als einen Schwellenbetrag ändert, wird die Ausgabe dem NH₃ zugewiesen und wird ein NH₃-Schlupf angegeben. Basierend auf der Änderung der Ausgabe und der Zuweisung kann der Controller 12 einen oder mehrere Betriebsparameter der Kraftmaschine einstellen. Als nicht einschränkende Beispiele kann der Controller 12 die Menge der EGR und/oder die Zufuhr des Reduktionsmittels basierend auf der Änderung der Ausgabe und der Zuweisung einstellen.
Wie oben beschrieben worden ist, zeigt 1 einen Zylinder einer Mehrzylinderkraftmaschine, wobei jeder Zylinder ähnlich seinen eigenen Satz aus Einlass-/Auslassventilen, einer Kraftstoffeinspritzdüse, einer Zündkerze usw. enthalten kann.
In den graphischen Darstellungen, die in den 2A–D gezeigt sind, ist ein beispielhaftes Übergangs-NO_x-Signal, das eine Ammoniakschlupfbedingung darstellt, für das Zwei-Sensor-System nach 1 gezeigt. Weil die NOx-Sensoren Ausgangssignale erzeugen, die sowohl auf das NOx als auch auf das NH₃ reagieren, kann ein Verfahren zum Detektieren des NH₃-Schlupfs nützlich sein, um die Ausgabe des Abgassystems und der Betriebsmittel darin zu managen. Falls z. B. ein SCR-System mit Harnstoff bis zu dem Punkt der Sättigung geladen wird, der sich mit der Temperatur ändert, kann es einen NH₃-Schlupf beginnen. Der NH₃-Schlupf am SCR vorbei kann durch den Auspuffrohr-NOx-Sensor als NO_x angezeigt werden, was das SCR-Steuerungs- und -überwachungssystem durcheinanderbringt, indem suggeriert wird, dass das System einen geringeren Wirkungsgrad aufweist als es tatsächlich aufweist, weil etwas das Signals tatsächlich auf das NH₃ zurückzuführen ist.
In den 2A–D sind vier zeitliche graphische Darstellungen gezeigt, die das Verfahren veranschaulichen. Die vier graphischen Darstellungen stehen in Beziehung und verwenden deshalb dieselbe Zeitachse, die für die Einfachheit entlang der untersten graphischen Darstellung gezeigt ist. Obwohl die Daten schematisch als eine Funktion der Zeit in Sekunden gezeigt sind, ist die Zeiteinheit außerdem nicht einschränkend, wobei andere Zeiteinheiten möglich sind. Von oben nach unten repräsentieren die vier graphischen Darstellungen: die NO_x-Signale, die durch die NO_x-Sensoren in dem Abgassystem gesammelt werden; graphische Darstellungen der Ableitungen der vorhergesagten und tatsächlichen Anstiege des Auspuffrohr-NOx-Sensors in Übereinstimmung mit dem Verfahren; eine graphische Darstellung, die den Unterschied zwischen dem vorhergesagten und dem tatsächlichen Anstieg des Auspuffrohr-NOx-Sensors zeigen; und einen Zähler mit einem Schwellenwert, um den NH₃-Schlupf anzugeben.
In 2A ist ein beispielhaftes Speisegassignal 202 gestrichelt gezeigt und ist ein beispielhaftes Auspuffrohrsignal 204 durchgezogen gezeigt. Wenn sich das Abgassystem 128 in einem Zustand des NOx-Schlupfs befindet, z. B. wenn der SCR nicht gesättigt ist und das NH₃ nicht in das Abgassystem abgelassen wird, kann das Auspuffrohrsignal im Allgemeinen zum Speisegassignal proportional sein. Als solche können das Speisegas-NOx-Signal und das Auspuffrohr-NOx-Signal phasengleich sein und einander genau folgen. Wenn außerdem der NOx-Umsetzungswirkungsgrad im Wesentlichen null ist, können das Auspuffrohrsignal 204 und das Speisegassignal 202 im Wesentlichen völlig gleich sein. Umgekehrt kann für höhere NOx-Umsetzungswirkungsgrade die Form des Auspuffrohrsignals 204 der Form des Speisegassignals 202 ähneln, aber eine verkleinerte Version des Speisegassignals sein. Wenn sich alternativ das Abgassystem 128 in einem Zustand des NH₃-Schlupfs befindet, kann das Auspuffrohrsignal 204 ein etwas abgeflachtes Aussehen aufweisen oder sich bei einer geringeren Frequenz als das Speisegassignal 202 wellen. Infolgedessen gibt es während des NH₃-Schlupfs normalerweise einen Zeitraum, während dessen die zwei Signale phasenverschoben sind. Obwohl das Auspuffrohrsignal das Speisegassignal übersteigen kann, insbesondere nach einer Zunahme der Temperatur, geschieht dies im Allgemeinen während Übergangs- oder sich ändernder Bedingungen, was es ermöglicht, dass der NH₃-Schlupf durch das hier beschriebene Verfahren aus den zwei Signalen identifiziert wird.
Das Verfahren stützt sich auf ein Einschwingverhalten der NOx-Sensoren, um das Signal dem NH₃ oder dem NOx zuzuweisen. Deshalb ist die Änderungsrate des NOx-Signals als eine Funktion der Zeit oder d(NOx)/dt ein zentrales Merkmal des Verfahrens. 2B zeigt eine graphische Darstellung der Ableitung, wobei der Anstieg oder die Änderungsrate des Auspuffrohrsignals 204 nach 2A gegen die Zeit graphisch dargestellt ist. Die Übergangs-NH₃-Detektion ist um einen Vergleich des detektierten tatsächlichen Auspuffrohr-NOx-Anstiegs mit dem erwarteten vorhergesagten Auspuffrohr-NOx-Anstieg aufgebaut. Als solche enthält 2B den tatsächlichen Anstieg 210, der die Änderungsrate des Auspuffrohrsignals 204 nach 2A repräsentiert. Der tatsächliche Anstieg 210 ist in vier Teilen gezeigt, die aus Gründen, die im Folgenden ausführlicher beschrieben werden, mit a–d beschriftet sind. Das Verfahren enthält ferner das Vorhersagen eines Auspuffrohr-NOx-Anstiegs unter Verwendung des Anstiegs des Speisegas-NOx (von dem Speisegassignal 202 in 2A) und des aktuellen Auspuffrohr-NOx-Signals oder eines momentanen Messwerts vom Auspuffrohrsensor. Der vorhergesagte Anstieg 212 für den Auspuffrohr-NOx-Sensor, z. B. den Sensor 158 in 1, kann unter Verwendung einer bekannten Beziehung erzeugt werden. Hier wird der Auspuffrohr-NOx-Anstieg unter Verwendung von: (dTP_NOx/dt)_exp = (TP/FG)·(dFG_NOx/dt)_act, vorhergesagt, wobei (dTP_NOx/dt)_exp die erwartete oder vorhergesagte Änderungsrate des Auspuffrohrsignals ist, TP ein momentaner Auspuffrohrmesswert ist, FG ein momentaner Speisegasmesswert ist und (dFG_NOx/dt)_act die tatsächliche Änderungsrate des Speisegassignals ist. Unter Verwendung dieses Verfahren ermöglicht ein Vergleich der zwei Anstiegssignale basierend auf den Einschwingverhalten der NOx-Sensoren ein hohes Niveau der NH₃-Detektionsempfindlichkeit. In einigen Ausführungsformen kann das Übergangsdetektionsverfahren z. B. NH₃-Pegel detektieren, die so gering wie 25 ppm sind.
Um zu messen, wie dicht sich der tatsächliche Anstieg 210 während des Betriebs beim vorhergesagten Anstieg 212 befindet, mit anderen Worten, wie die detektierte Änderung des NOx-Signals der von den Speisegassignalen und den Systemwirkungsgraden erwarteten Änderung entspricht, enthält das beschriebene Ammoniakschlupf-Detektionsverfahren (ASD-Verfahren) das Erzeugen einer Enveloppe um die Kurve des vorhergesagten Anstiegs. Die Enveloppe definiert einen Bereich um die vorhergesagte Änderungsrate, in den das NOx-Ausgangssignal wahrscheinlich fällt, wenn das System einen NOx-Schlupf aufweist. Deshalb zeigt 2B zwei strichpunktierte Linien, die einen positiven Versatz der Enveloppe 214 von dem vorhergesagten Anstieg in der positiven Richtung und einen negativen Versatz der Enveloppe 216 von dem vorhergesagten Anstieg in der negativen Richtung repräsentieren. Wenn sowohl die positive als auch die negative Enveloppe zusammen genommen werden, definieren sie einen Bereich um die Kurve der vorhergesagten Änderungsrate, der eine Signalunterscheidung und eine Beurteilung der NOx- und NH₃-Pegel in dem Abgassystem ermöglicht.
Der tatsächliche Anstieg 210 ist in vier Teilen gezeigt, die mit a–d beschriftet sind. Die unterschiedlichen Bereiche der Kurve bedeuten die Zeiträume, wenn die Eintrittsbedingungen erfüllt sind, so dass erwartet werden kann, dass ein Vergleich zwischen den zwei Anstiegskurven genaue Bestimmungen der NOx- und NH₃-Pegel in dem Abgassystem bereitstellt. Die Sensoren 126 und 158 innerhalb des Abgassystems 128 sind z. B. an den Controller 12 gekoppelt, der nichtflüchtige, computerlesbare Daten enthalten kann, die durch den Prozessor 102 ausführbare Anweisungen repräsentieren, um das Verfahren basierend auf den Betriebsbedingungen der Kraftmaschine freizugeben oder zu sperren. Deshalb sind die Kurven 210a und 210c als nicht fettgedruckte gestrichelte Liniensegmente gezeigt, um beispielhafte Zeiträume darzustellen, wenn die Eintrittsbedingungen nicht erfüllt sind und das Verfahren gesperrt ist. Umgekehrt sind die Kurven 210b und 210d als fettgedruckte, gestrichelte Liniensegmente gezeigt, um beispielhafte Zeiträume darzustellen, wenn die Eintrittsbedingungen erfüllt sind und das Verfahren freigegeben ist. Wenn ein Controller eingeschaltet ist, verarbeitet er die Daten durch das Vergleichen des tatsächlichen Anstiegs 210 mit dem vorhergesagten Anstieg 212 und der umgebenden Enveloppe. Wenn der tatsächliche Anstieg 210 grundsätzlich innerhalb der Enveloppe liegt, fällt ein Fensterzähler negativ und wird zu null dekrementiert, um anzugeben, dass das Abgassystem NOx umfasst, wohingegen, wenn der tatsächliche Anstieg 210 außerhalb der Enveloppe liegt, der Fensterzähler positiv steigt und zu einem oberen Niveau entfernt von null inkrementiert wird, um das Vorhandensein eines NH₃-Schlupfs im Abgassystem anzugeben.
In einigen Ausführungsformen kann während der Bedingungen des NH₃-Schlupfs das Abgassystem ein Signal des Auspuffrohr-NOx-Sensors enthalten, das bezüglich des Speisegassignals einen Inhalt mit geringerer Frequenz umfasst. Infolgedessen kann ein oberes Niveau der Auspuffrohrfrequenz den NH₃-Schlupf angeben. Wenn der tatsächliche Anstieg 210 größer als ein Frequenzschwellenwert ist, kann deshalb der Hochfrequenzinhalt angegeben werden, der als ein NOx-Signal interpretiert wird. In Reaktion kann der Fensterzähler ungeachtet dessen, ob der Anstieg innerhalb oder außerhalb der Enveloppe liegt, zu null dekrementiert werden, um den NOx-Schlupf anzugeben. In einigen Ausführungsformen kann z. B. eine Änderungsrate, (dTP_NOx/dt)_actual (der tatsächliche Anstieg 210 in 2B), die größer als eine maximale zulässige Rate ist, als eine NOx-Reaktion durch das System behandelt werden.
In 2C ist eine graphische Darstellung 220 des Unterschieds gezeigt, die den relativen Unterschied zwischen dem tatsächlichen Anstieg 210 und dem vorhergesagten Anstieg 212 nach 2B widerspiegelt. Für die Deutlichkeit ist außerdem eine horizontale Linie bei y = 0, die keinen Unterschied angibt, gezeigt. Darin können die Fluktuationen des tatsächlichen Anstiegs bezüglich des vorhergesagten Anstiegs deutlicher beobachtet werden. Zu frühen Zeitpunkten auf der linken Seite wird z. B. eine negative Spitze beobachtet, die einen geringeren tatsächlichen Anstieg widerspiegelt, als durch das Verfahren vorhergesagt worden ist, (der tatsächliche Anstieg 210 ist z. B. kleiner als der vorhergesagte Anstieg 212). Deshalb fluktuiert der tatsächliche Anstieg, der der Kontur der graphischen Darstellung des Unterschieds folgt, basierend auf den Bedingungen in dem Abgassystem um den vorhergesagten Anstieg. In einigen Ausführungsformen können außerdem andere horizontale Schwellenwertlinien enthalten sein, um ferner die Orte anzugeben, an denen die Unterschiede zwischen den zwei graphischen Darstellungen beträchtlich groß sind, obwohl dies nicht gezeigt ist.
In 2D ist eine graphische Darstellung des Fensterzählers, der verwendet wird, um den NH₃-Schlupf anzugeben, gezeigt. Wie oben kurz beschrieben worden ist, wird der Fensterzähler zu einem oberen Niveau inkrementiert, das den NH₃-Schlupf angibt, wenn der tatsächliche Anstieg 210 außerhalb der Enveloppe liegt, und zu einem unteren Niveau dekrementiert, das den NOx-Schlupf angibt, wenn der tatsächliche Anstieg 210 innerhalb der Enveloppe liegt, wenn das ASD-System durch den Controller 12 freigegeben ist. Deshalb ist gezeigt, dass der Fensterzähler 230 zunimmt, wenn der tatsächliche Anstieg 210b außerhalb der Enveloppe liegt. In 2D sind zwei Schwellenwerte gezeigt. Der erste Schwellenwert 236 gibt den NH₃-Schlupf im Abgassystem an. Wenn der Fensterzähler als solcher den ersten Schwellenwert 236 übersteigt, wird ein NH₃-Merker gesetzt, um den NH₃-Schlupf aus dem SCR anzugeben. Für die Einfachheit ist in diesem Beispielverfahren der NH₃-Merker ein binärer Merker. Wenn der Fensterzähler 230 größer als der erste Schwellenwert 236 ist, wird deshalb ein NH₃-Merker auf 1 gesetzt. Wenn alternativ der Fensterzähler 230 unter den ersten Schwellenwert 236 fällt, wird der NH₃-Merker auf 0 zurückgesetzt. In der gezeigten beispielhaften Signalverarbeitungsanwendung ist das Detektionssystem in den zwei Bereichen, die als 210b und 210d identifiziert sind, freigegeben. Während dieser Zeiträume ist der Zähler aktiv und verwendet der Controller den Zustand des Systems, um zu identifizieren, ob ein NH₃-Schlupf auftritt oder nicht. In einigen Ausführungsformen kann die relative Größe des Fensterzählers 230 im Vergleich zu dem ersten Schwellenwert 236 verwendet werden, um anzugeben, wann ein NH₃-Schlupf des Abgassystems 128 auftritt, während in anderen Ausführungsformen der momentane Ort des Fensterzählers 230 bezüglich eines oberen Niveaus (das NH₃ angibt) und eines unteren Niveaus (z. B. 0, das NOx angibt) verwendet werden kann, um eine Wahrscheinlichkeit oder einen Grad des NH₃-Schlupfes in dem Abgassystem anzugeben. In noch weiteren Ausführungsformen kann ein zweiter Schwellenwert 234 enthalten sein, der niedriger als der erste Schwellenwert 236 ist. Wenn der zweite Schwellenwert 234 vorhanden ist, kann der NH₃-Merker auf 0 zurückgesetzt werden, wenn der Fensterzähler 230 anstelle unter den ersten Schwellenwert 236 unter den zweiten Schwellenwert 234 fällt, wie oben beschrieben worden ist. Die unterschiedlichen Schwellenwerte erlauben eine Hysterese in dem System, so dass der NH₃-Merker nicht zurückgesetzt wird, um NOx anzugeben, falls der Fensterzähler 230 kurz unter den ersten Schwellenwert 236 fällt. Stattdessen wird das NOx angegeben, wenn der Fensterzähler 230 unter den unteren Schwellenwert fällt, der festgelegt ist, um einen höheren Grad des NOx-Schlupfes in dem Abgassystem anzugeben.
Weil das Ammoniakschlupf-Detektionssystem unter der Steuerung des Controllers 12 steht, können Anweisungen zum Sperren des Detektionssystems in der durch das Steuersystem gespeicherten programmierbaren Software enthalten sein. Obwohl das Detektionssystem basierend auf vielen denkbaren Betriebsbedingungen gesperrt werden kann und viele Kombinationen der Variable möglich sind, können in einer Ausführungsform die programmierbaren Anweisungen die folgenden Bedingungen implementieren, um das Detektionssystem zu sperren: eine niedrige SCR-Temperatur, hohe Speisegas-NOx-Pegel, die eine gesättigte Ausgabe des Speisegassensors angeben, hohe Auspuffrohr-NOx-Pegel, die eine gesättigte Ausgabe des Auspuffrohrsensors angeben, geringe Speisegas- oder Auspuffrohr-NOx-Pegel unter einem Detektionsschwellenwert, hohe oder niedrige Änderungsraten des NOx-Umsetzungswirkungsgrads, eine geringe Drehmomentausgabe durch das Kraftmaschinensystem, geringe Einspritzimpulse des Harnstoffs aus einem Lagerbehälter, eine eichbare Verzögerung, nachdem der Speisegassensor oder der Auspuffrohrsensor aktiv wird, eine hohe Änderungsrate der Raumgeschwindigkeit, eine geringe Abgasströmung, ein minimaler/maximaler tatsächlicher oder vorhergesagter Anstieg, der einen Totbereich in dem detektierten Signal angibt, und eine geringe Änderungsrate des Speisegas-NOx, die die Wendepunkte des Speisegases identifiziert. In Reaktion auf die Detektion einer oder mehrerer dieser Bedingungen durch den Controller 12 kann das ASD-Verfahren gesperrt werden, so dass keine Verarbeitung des Signals auf die hier beschriebene Weise stattfindet. Der tatsächliche Anstieg 210c bezieht sich z. B. auf ein Anstiegssignal, das während eines Zeitraums erfasst wird, wenn das Detektionssystem gesperrt ist. Als ein weiteres Beispiel ist die Linie 232 eine binäre Linie, die den Sperrzustand des Systems angibt. Wenn sich die Linie 232 im Wesentlichen auf der x-Achse befindet, ist das ASD-System deshalb freigegeben und kann der Controller 12 die Abgasbedingungen auf die bereits beschriebene Weise überwachen. Wenn sich umgekehrt die Linie 232 über der x-Achse befindet, kann das ASD-System gesperrt sein, so dass keine Signalverarbeitung stattfindet. Als solche ist die weitere Verarbeitung des Auspuffrohr-NOx-Signals im Wesentlichen verhindert, weil die erhaltenen Informationen die NOx- und NH₃-Pegel innerhalb des Abgassystems nicht zuverlässig ausdrücken können. Während der Zeiträume, wenn das Detektionssystem gesperrt ist, kann das Steuersystem dennoch die Bedingungen innerhalb des Abgassystems überwachen und ferner die Flexibilität aufweisen, um das Detektionssystem zu aktivieren, was in einigen Fällen beinhalten kann, die Sperrsoftware oder die Sperrbedingungen, die darin identifiziert sind, außer Kraft zu setzen.
Für das Verfahren zum Verarbeiten der NOx-Signale durch das Steuersystem ist in 3 ein Ablaufplan, der ein Beispielverfahren 300 für die Detektion des Ammoniakschlupfs in einem Abgasbehandlungssystem veranschaulicht, gezeigt. Darin ist der Satz der programmierbaren Entscheidungen, die ein Controller verwenden kann, wenn er ein NOx-Sensorsignal entweder dem NOx oder dem NH₃ oder einer Kombination daraus zuweist, beschrieben.
Bei 302 enthält das Verfahren 300 das Bestimmen der Betriebsbedingungen der Kraftmaschine. Die Betriebsbedingungen können sowohl die Betriebsbedingungen der Kraftmaschine (z. B. die Kraftmaschinendrehzahl, die Kraftmaschinenlast, die Menge der EGR, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis usw.) als auch die Bedingungen des Abgasbehandlungssystems (z. B. die Abgastemperatur, die SCR-Katalysatortemperatur, die Menge der Harnstoffeinspritzung usw.) enthalten.
Bei 304 enthält das Verfahren 300 das Bestimmen einer vorhergesagten Änderungsrate des Auspuffrohr-NOx-Sensors und das Erzeugen einer Enveloppe basierend auf dem erwarteten Anstieg. Wie oben beschrieben worden ist, kann die Änderungsrate des Auspuffrohr-NOx-Sensors unter Verwendung der Signalausgabe des Speisegas-NOx-Sensors und einer aktuellen Messung der Signalausgabe des Auspuffrohr-NOx-Sensors vorhergesagt werden. Dann kann basierend auf der vorhergesagten Änderungsrate des Auspuffrohr-NOx-Sensors das Verfahren ferner eine Enveloppe erzeugen, um einen Bereich zu definieren, für den erwartet werden kann, dass das Signal in ihm liegt, wenn das Abgassystem unter Bedingungen eines NOx-Schlupfs arbeitet. Obwohl viele Verfahren entworfen werden können, um eine Enveloppe zu erzeugen, ist in einigen Ausführungsformen die Enveloppe einfach ein Prozentsatz des vorhergesagten Anstiegs, der von dem vorhergesagten Anstieg in der positiven und in der negativen Richtung versetzt ist. Ein Controller, der z. B. einen Bereich innerhalb 5% eines vorhergesagten Anstiegs von 10,0 definiert, kann eine positive Enveloppe mit einem Wert von 10,5 und eine negative Enveloppe mit einem Wert von 9,5 erzeugen. Falls alternativ der vorhergesagte Anstieg kleiner ist, z. B. 1,0, kann die positive Enveloppe einen Wert von 1,05 aufweisen und kann die negative Enveloppe einen Wert von 0,95 aufweisen. Auf diese Weise definiert die Enveloppe einen Bereich, der die vorhergesagte Kurve umgibt, der innerhalb von 5% der Kurve liegt. In der Enveloppe nach 2B weicht die Größe des Bereichs, der durch die Enveloppe definiert ist, deutlich ab, wie die Größe des Anstiegs der vorhergesagten Kurve um null fluktuiert. Bei 306 enthält das Verfahren 300 das Bestimmen der tatsächlichen Änderungsrate des Auspuffrohr-NOx-Sensors.
Obwohl das Verfahren 300 die NOx-Sensoren häufig oder sogar kontinuierlich überwachen kann, kann der Controller 12 außerdem das System auf die Weise, die bereits bezüglich 2B beschrieben worden ist, freigeben oder sperren. Als solches enthält das Verfahren 300 bei 308 das Bestimmen, ob die Eintrittsbedingungen erfüllt worden sind. Wenn der Controller 12 bestimmt, dass die Eintrittsbedingungen ermöglichen, dass durch das Detektionssystem genaue Messungen ausgeführt werden, weil z. B. die Temperatur des SCR über einem Schwellenwert liegt, dann kann das ASD-System aktiviert werden. Deshalb enthält bei 310 das aktivierte System das Freigeben des Fensterzählers, um den tatsächlichen Anstieg mit dem vorhergesagten Anstieg zu vergleichen, wie bei 312 angegeben ist. Falls alternativ der Controller 12 basierend auf den in dem Kraftmaschinensystem detektierten Bedingungen bestimmt, dass eine genaue Messung durch das NOx-System nicht möglich ist, kann das Steuersystem bei 314 den Zähler sperren, so dass keine weitere Signalverarbeitung nach der Signalerfassung stattfindet. In einigen Ausführungsformen kann der Zähler, wenn das ASD-System gesperrt ist, durch das negative Fallen des Zählers zurückgesetzt werden, um den NOx-Schlupf durch das System anzugeben. In anderen Ausführungsformen kann der Zähler nicht auf die oben beschriebene Weise fallen bzw. steigen, sondern einfach einen Wert halten, bis das Detektionssystem reaktiviert wird.
Wenn bei 312 der Controller 12 bestimmt hat, dass die Eintrittsbedingungen erfüllt worden sind und das Detektionssystem aktiviert ist, um die Einstellung eines Zählers basierend auf einem Vergleich zwischen der tatsächlichen und der vorhergesagten NOx-Rate zu ermöglichen, kann der Controller, sobald der Vergleich ausgeführt worden ist, bei 318 programmiert sein, um zu bestimmen, ob der tatsächliche Anstieg innerhalb der Enveloppe liegt. Dann kann basierend auf einem Ort des tatsächlichen Anstiegs bezüglich der Enveloppe eine positive oder eine negative Punktzahl basierend auf den relativen Unterschieden zugewiesen werden. Wie oben bezüglich 2D ausführlicher beschrieben worden ist, steigt bei 320 der Zähler positiv zu einem oberen Niveau, das den NH₃-Schlupf angibt, wenn der tatsächliche Anstieg außerhalb der Enveloppe liegt, wohingegen bei 316 der Zähler negativ zu einem unteren Niveau (z. B. null) fällt, das einen NOx-Schlupf angibt, wenn die gemessene Rate innerhalb der Enveloppe liegt.
Nach dem Steigen oder Fallen des Zählers basierend auf dem relativen Ort des tatsächlichen Anstiegs im Vergleich zu der Enveloppe, die die vorhergesagte Änderungsrate umgibt, vergleicht bei 322 das Verfahren 300 ferner den Zähler mit einem Schwellenwert, um zu bestimmen, ob der Auspuffrohr-NOx-Sensor dem NOx oder dem NH₃ zuzuweisen ist. In einer Ausführungsform enthält die Sensorzuweisung das Zuweisen eines ersten Anteils der Ausgabe des NOx-Sensors zu dem NOx und eines zweiten, verbleibenden Anteils der Ausgabe des NOx-Sensors zu dem Ammoniak. Dann wird basierend auf der Zuweisung das Reduktionsmittel dem Kraftmaschinenabgas basierend sowohl auf dem ersten als auch auf dem zweiten Anteil zugeführt. Das Reduktionsmittel kann z. B. in Reaktion auf ein erhöhtes NOx erhöht werden, aber in Reaktion auf ein erhöhtes NH₃ verringert werden. Deshalb hängt die Menge des eingespritzten Reduktionsmittels im Allgemeinen von den relativen Mengen ab, die durch den ersten und den zweiten Anteil angegeben werden.
Falls sich der Zähler über dem ersten Schwellenwert befindet, z. B. dem ersten Schwellenwert 236 in 2D, kann der Controller 12 bei 324 wenigstens etwas des Auspuffrohr-Ausgangssignals dem NH₃-Schlupf zuweisen und bei 326 einen Merker setzen, um dieses anzugeben. Falls alternativ der Controller 12 bestimmt, dass der Zähler unter den ersten Schwellenwert fällt, kann er bei 328 wenigstens etwas des Auspuffrohr-Ausgangssignals dem NOx-Schlupf zuweisen und bei 330 einen Merker setzen, um dieses anzugeben. In einigen Ausführungsformen kann der aktuelle Zustand der Sensorzuweisung einer Wahrscheinlichkeit des NH₃-Schlupfs entsprechen, während in anderen Ausführungsformen der NH₃-Schlupf durch einen binären Merker angegeben werden kann. Auf diese Weise kann der Controller 12 den Ammoniakschlupf innerhalb des Abgassystems detektieren und die Ausgabe des NOx-Sensors dem NOx und/oder dem NH₃ zuweisen, während er den aktuellen Status zu einem Treiber überträgt und basierend auf der Sensorausgabe einen oder mehrere Betriebsparameter einstellt.
In 4 ist eine Routine zum Einstellen des Systembetriebs basierend auf der Zuweisung der Sensorausgabe zum NO_x gezeigt. Spezifisch bestimmt die Routine eine Abgas-NO_x-Konzentration stromabwärts des SCR-Katalysators, wobei sie basierend auf der Sensorausgabe einen oder mehrere Betriebsparameter einstellt.
Bei 402 werden die Betriebsbedingungen bestimmt. Wie oben beschrieben worden ist, können die Betriebsbedingungen die Betriebsbedingungen der Kraftmaschine (z. B. die Kraftmaschinendrehzahl, die Kraftmaschinenlast, die Menge der EGR, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis usw.) und die Bedingungen des Abgasbehandlungssystems (z. B. die Abgastemperatur, die SCR-Katalysatortemperatur, die Menge der Harnstoffeinspritzung usw.) enthalten.
Sobald die Betriebsbedingungen bestimmt worden sind, geht die Routine zu 404 weiter, wobei die Abgas-NOx-Konzentration stromabwärts des SCR-Katalysators basierend auf der Abgassensorausgabe bestimmt wird.
Bei 406 werden ein oder mehr Betriebsparameter basierend auf der NOx-Konzentration eingestellt. Als nicht einschränkende Beispiele können die Betriebsparameter die Menge der EGR und die Menge der Harnstoffeinspritzung oder das Harnstoff-Dosierungsniveau enthalten, wobei das Harnstoff-Dosierungsniveau eingestellt werden kann, bis ein tatsächlicher NOx-Wirkungsgrad einem vorhergesagten NOx-Wirkungsgrad entspricht. Die Menge der EGR kann z. B. um eine Menge vergrößert werden, die der Änderung der NOx-Menge über der Schwellenmenge entspricht. Durch das Vergrößern der Menge der EGR kann durch die Kraftmaschine weniger NO_x emittiert werden, was zu einer verringerten Menge des NO_x führt, die durch den SCR-Katalysator hindurchgeht. Als ein weiteres Beispiel kann die Menge der Harnstoffeinspritzung um eine Menge vergrößert werden, die der Änderung der NO_x-Menge über der Schwellenmenge und einer Temperatur des SCR-Katalysators entspricht. Die Menge der Harnstoffeinspritzung kann z. B. durch das Ändern der Impulsbreite oder der Dauer der Harnstoffeinspritzung vergrößert werden. Durch das Vergrößern der in den SCR-Katalysator eingespritzten Harnstoffmenge kann durch den Katalysator eine größere Menge des NO_x reduziert werden, wobei dadurch die Menge des NO_x verringert wird, die durch den Katalysator hindurchgeht. In weiteren Beispielen kann eine Kombination aus einer Menge der EGR und einer Menge der Harnstoffeinspritzung eingestellt werden.
In 5 ist eine Routine zum Einstellen des Systembetriebs basierend auf der Zuweisung der Sensorausgabe zum NH₃ gezeigt. Spezifisch bestimmt die Routine die Abgas-NH₃-Konzentration stromabwärts des SCR-Katalysators, wobei sie ein oder mehrere Betriebsparameter basierend auf der Sensorausgabe einstellt.
Bei 502 werden die Betriebsbedingungen bestimmt. Wie oben beschrieben worden ist, können die Betriebsbedingungen die Betriebsbedingungen der Kraftmaschine (z. B. die Kraftmaschinendrehzahl, die Kraftmaschinenlast, die Menge der EGR, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis usw.) und die Bedingungen des Abgasbehandlungssystems (z. B. die Abgastemperatur, die SCR-Katalysatortemperatur, die Menge der Harnstoffeinspritzung usw.) enthalten.
Sobald die Betriebsparameter bestimmt worden sind, geht die Routine zu 504 weiter, wobei die Abgas-NH₃-Konzentration stromabwärts des SCR-Katalysators basierend auf der Abgassensorausgabe bestimmt wird.
Bei 506 werden basierend auf der NH₃-Konzentration ein oder mehrere Betriebsparameter eingestellt. Als nicht einschränkende Beispiele können die Betriebsparameter die Menge der Harnstoffeinspritzung und die Menge der EGR enthalten. Die Menge der Harnstoffeinspritzung kann z. B. verringert werden, so dass eine Menge des NH₃-Schlupfs des überschüssigen NH₃ aus dem SCR-Katalysator verringert wird. Wie oben beschrieben worden ist, kann die Menge der Harnstoffeinspritzung durch das Ändern der Impulsbreite oder der Dauer der Harnstoffeinspritzung vergrößert werden. Als ein weiteres Beispiel kann die Menge der EGR verringert werden. Durch das Verringern der Menge der EGR kann z. B. eine größere Menge des NO_x aus der Kraftmaschine emittiert werden. Das vergrößerte NO_x kann durch das überschüssige NH₃ in dem SCR-Katalysator reduziert werden, wobei dadurch die Menge des NO_x verringert wird, die durch den SCR-Katalysator hindurchgeht.
Bezüglich der Harnstoffdosierung kann in einer Ausführungsform das Abgassystem ein adaptives SCR-System sein, das einen passenden adaptiven Wert durch das Einstellen des Harnstoff-Dosierungsniveaus erreicht, bis der tatsächliche NOx-Wirkungsgrad dem vorhergesagten NOx-Wirkungsgrad entspricht. Wie die Auspuffrohr-NOx-Pegel zunehmen, nimmt der berechnete NOx-Wirkungsgrad ab. Falls der Wirkungsgrad zu tief fällt, reagiert das adaptive System durch Vergrößerung der Harnstoffdosierung, um den vorhergesagten NOx-Wirkungsgrad zu erreichen. Wie umgekehrt die NH₃-Pegel zunehmen, nimmt der berechnete Wirkungsgrad außerdem ab, weil das NH₃ für einen NOx-Sensor wie NOx aussieht. Als solches reagiert das adaptive System durch das Verringern der Harnstoffdosierung, um den vorhergesagten Wirkungsgrad zu erreichen. Weil die adaptive Korrektur für den NOx- gegen den NH₃-Schlupf unterschiedlich ist, kann das Steuersystem von der Zuweisung einer NOx-Sensorausgabe zu dem NOx oder dem NH₃ durch die hier beschriebenen Verfahren abhängen.
Der Betrag, um den die Betriebsparameter eingestellt werden, kann ferner auf einer Temperatur des SCR-Katalysators basieren, da sich der Punkt der Harnstoffsättigung des Katalysators mit der Temperatur ändert. Wenn die Temperatur des Katalysators z. B. eine relativ höhere Temperatur ist, kann die Menge der EGR weniger verringert werden und/oder kann die Menge der Harnstoffeinspritzung um einen kleineren Betrag verringert werden. Wenn im Gegensatz die Temperatur des Katalysators eine relativ tiefere Temperatur ist, kann die Menge der EGR mehr erhöht werden und/oder kann die Menge der Harnstoffeinspritzung um einen größeren Betrag verringert werden.
In anderen Beispielen kann nur die Menge der EGR verringert werden oder kann nur die Menge des in den SCR-Katalysator eingespritzten Harnstoffs vergrößert werden. In noch weiteren Beispielen können ein oder mehr andere Betriebsparameter zusätzlich oder alternativ eingestellt werden. Als solche können ein oder mehre Betriebsparameter eingestellt werden, um den NH₃-Schlupf zu verringern.
Es wird angegeben, dass die hier enthaltenen beispielhaften Steuer- und Schätzverfahren mit verschiedenen Konfigurationen des Kraftmaschinen- und/oder Fahrzeugsystems verwendet werden können. Die hier beschriebenen spezifischen Routinen können eine oder mehrere aus irgendeiner Anzahl von Verarbeitungsstrategien, wie z. B. ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen, repräsentieren. Als solches können die veranschaulichten verschiedenen Handlungen, Operationen oder Funktionen in der veranschaulichten Reihenfolge ausgeführt werden, parallel ausgeführt werden oder in einigen Fällen weggelassen werden. Gleichermaßen ist die Reihenfolge der Verarbeitung nicht notwendigerweise erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hier beschriebenen Beispielausführungsformen zu erreichen, sondern sie ist für die Leichtigkeit der Veranschaulichung und Beschreibung bereitgestellt. Eine oder mehrere der veranschaulichten Handlungen oder Funktionen können in Abhängigkeit von der verwendeten besonderen Strategie wiederholt ausgeführt werden. Ferner können die beschriebenen Handlungen Code graphisch darstellen, der in das computerlesbare Speichermedium in dem Kraftmaschinen-Steuersystem zu programmieren ist.
Dies beschließt die Beschreibung. Den Fachleuten auf dem Gebiet würden beim Lesen der Beschreibung viele Änderungen und Modifikationen klar werden, ohne vom Erfindungsgedanken und Schutzumfang der Beschreibung abzuweichen. Die vorliegende Beschreibung könnten z. B. I3-, I4-, I5-, V6-, V8-, V10- und V12-Kraftmaschinen, die mit Erdgas, Benzin, Diesel oder alternativen Kraftstoffkonfigurationen arbeiten, vorteilhaft verwenden.
Die folgenden Ansprüche legen bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen besonders dar, die als neuartig und nicht offensichtlich betrachtet werden. Diese Ansprüche können sich auf ”ein” Element oder ”ein erstes” Element oder dessen Äquivalent beziehen. Derartige Ansprüche sollten so verstanden werden, dass sie die Einbeziehung eines oder mehrerer derartiger Elemente enthalten und zwei oder mehr derartige Elemente weder erfordern noch ausschließen. Weitere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Abänderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Darstellung neuer Ansprüche in dieser oder einer in Beziehung stehenden Anmeldung beansprucht werden.
Derartige Ansprüche, ob ihr Umfang umfassender als der, enger als der oder gleich dem Umfang der ursprünglichen Ansprüche ist oder vom Umfang der ursprünglichen Ansprüche verschieden ist, werden außerdem als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthalten betrachtet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 2012/0085083 [0003]

Claims

Verfahren, das Folgendes umfasst: Zuweisen einer Ausgabe eines NOx-Sensors basierend auf einer NOx-Änderungsrate stromaufwärts und einer NOx-Änderungsrate stromabwärts bezüglich einer SCR-Emissionsvorrichtung sowohl dem NH₃ als auch dem NOx; und Einstellen eines Reduktionsmittels für das Kraftmaschinenabgas basierend auf der Zuweisung.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Zuweisung mehr der Ausgabe des NOx-Sensors dem NOx als dem Ammoniak zuweist, wenn die NOx-Änderungsrate stromabwärts innerhalb einer erwarteten Enveloppe basierend auf der stromaufwärtigen NOx-Änderungsrate liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Zuweisung das Zuweisen eines ersten Anteils der Ausgabe des NOx-Sensors zum NOx und eines zweiten, verbleibenden Anteils der Ausgabe des NOx-Sensors zum Ammoniak enthält, wobei die Zufuhr des Reduktionsmittels sowohl auf dem ersten als auch auf dem zweiten Anteil bei unterschiedlichen Einstellungen für den ersten Anteil im Vergleich zu dem zweiten Anteil basiert.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Zuweisung auf einer erwarteten und gemessenen stromabwärtigen NOx-Änderungsrate basiert.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Zuweisung ferner auf einem Vergleich der erwarteten stromabwärtigen NOx-Änderungsrate und der gemessenen stromabwärtigen NOx-Änderungsrate basiert.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die erwartete stromabwärtige NOx-Änderungsrate auf einer stromaufwärtigen NOx-Änderungsrate basiert.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die stromaufwärtige NOx-Änderungsrate durch einen Sensor und/oder ein Modell bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Zuweisung ferner auf einem Vergleich der gemessenen stromabwärtigen NOx-Änderungsrate und einer Enveloppe, die die erwartete stromabwärtige NOx-Änderungsrate umgibt, basiert.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Zuweisung einen Zähler enthält, der den Vergleich der gemessenen stromabwärtigen NOx-Änderungsrate und der Enveloppe quantifiziert.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Zähler negativ zu einem niedrigeren Niveau fällt, das den NOx-Schlupf angibt, wenn die gemessene stromabwärtige NOx-Änderungsrate innerhalb der Enveloppe liegt, und positiv zu einem oberen Niveau steigt, das den NH₃-Schlupf angibt, wenn die gemessene stromabwärtige NOx-Änderungsrate außerhalb der Enveloppe liegt.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Zuweisung auf dem Zähler bezüglich des unteren Niveaus und des oberen Niveaus basiert.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei basierend auf der Zuweisung ein oder mehrere Betriebsparameter eingestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei ein Controller nichtflüchtige Anweisungen zum Ausführen des Verfahrens enthält.
Verfahren, das Folgendes umfasst: Echtzeit-Steuerung des Ammoniakschlupfs in einem Kraftmaschinen-Abgassystem basierend auf dem Zuweisen der Ausgabe eines NOx-Sensors sowohl zu dem NH₃ als auch zu dem NOx basierend auf einer Änderungsrate des NOx stromaufwärts einer SCR-Emissionsvorrichtung und einer Änderungsrate des NOx stromabwärts der SCR-Emissionsvorrichtung; und Einstellen der Zufuhr eines Reduktionsmittels zum Kraftmaschinenabgas basierend auf der Zuweisung.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Zuweisung auf einem Vergleich einer erwarteten stromabwärtigen NOx-Änderungsrate und einer gemessenen stromabwärtigen NOx-Änderungsrate basiert.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei der Vergleich der erwarteten stromabwärtigen NOx-Änderungsrate und der gemessenen stromabwärtigen NOx-Änderungsrate auf einer Enveloppe um die erwartete stromabwärtige NOx-Änderungsrate basiert.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei die Zuweisung auf einem Zähler basiert, um den Vergleich der gemessenen stromabwärtigen NOx-Änderungsrate und der Enveloppe zu quantifizieren.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei die erwartete stromabwärtige NOx-Änderungsrate auf einer stromaufwärtigen NOx-Änderungsrate basiert.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei basierend auf der Zuweisung ein oder mehrere Betriebsparameter eingestellt werden.
System, das Folgendes umfasst: eine Kraftmaschine mit einem Abgassystem; ein Abgasbehandlungssystem, das in dem Abgassystem angeordnet ist und eine SCR-Emissionsvorrichtung, eine Harnstoff-Einspritzvorrichtung, die stromaufwärts der SCR-Emissionsvorrichtung angeordnet ist, und einen Abgassensor, der stromabwärts der SCR-Emissionsvorrichtung angeordnet ist, enthält; und ein Steuersystem, das mit dem Abgassensor in Verbindung steht, wobei das Steuersystem nichtflüchtige Anweisungen für die Detektion des NH₃-Schlupfs basierend auf einem Übergangs-NOx-Signal enthält, wobei die Detektion des NH₃-Schlupfs das Zuweisen einer Sensorausgabe sowohl zu dem NH₃ als auch dem NOx und das Einstellen eines oder mehrerer Betriebsparameter basierend auf einer Zuweisung enthält, wobei die Zuweisung ferner auf einem Vergleich einer erwarteten Änderungsrate des NOx und einer gemessenen Änderungsrate des NOx stromabwärts der SCR-Emissionsvorrichtung und einem NOx-Pegel stromaufwärts der SCR-Emissionsvorrichtung basiert.