DE102014115630A1

DE102014115630A1 - System zur Ammoniakkompensation der Washcoatdicke eines Filters für selektive katalytische Reduktion

Info

Publication number: DE102014115630A1
Application number: DE201410115630
Authority: DE
Inventors: Thomas Larose Jr.; Christopher C. Swoish; Christopher Whitt; Justin Adam Shetney
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2013-10-30
Filing date: 2014-10-28
Publication date: 2015-04-30
Anticipated expiration: 2034-10-29
Also published as: US20150113951A1; US9133747B2; DE102014115630B4

Abstract

Ein Abgasbehandlungssystem weist eine Vorrichtung für einen Filter für selektive katalytische Reduktion (SCRF), ein Reduktionsmittelliefersystem und ein Reduktionsmittelspeichermodul auf. Die SCRF-Vorrichtung weist einen Filterabschnitt auf, der einen daran befindlichen Washcoat aufweist, der eine Washcoatdicke (WCT) definiert. Das Reduktionsmittelliefersystem ist derart konfiguriert, ein Reduktionsmittel einzuspritzen, das mit dem Washcoat reagiert. Das Reduktionsmittelspeichermodul steht in elektrischer Kommunikation mit dem Reduktionsmittelliefersystem, um einen Reduktionsmittelsollwert zu ermitteln, der die Menge an Reduktionsmittel, die von dem Reduktionsmittelliefersystem eingespritzt wird, steuert. Das Abgasbehandlungssystem weist ferner ein WCT-Kompensationsmodul auf, das derart konfiguriert ist, einen WCT-Kompensationswert elektrisch an das Reduktionsmittelspeichermodul zu kommunizieren. Das Reduktionsmittelspeichermodul stellt den Sollwert gemäß dem WCT-Kompensationswert ein, so dass die Menge an Ammoniak, die von der SCRF-Vorrichtung entweicht, im Vergleich zu dem ersten Sollwert reduziert ist.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG(EN)
Es wird Bezug auf die US-Anmeldung Seriennr. 14/066,877 mit dem Titel ”SCR FILTER WASHCOAT THICKNESS EFFICIENCY COMPENSATION SYSTEM” genommen, die am gleichen Datum hiermit eingereicht wurde, demselben Rechtsnachfolger wie diese Anmeldung zugeordnet ist und deren gesamte Offenbarung der oben beschriebenen Anmeldung hiermit durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen ist.
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft Abgasbehandlungssysteme und genauer ein System für selektive katalytische Reduktion und Reduktionsmittellieferung.
HINTERGRUND
Das Abgas, das von einem Verbrennungsmotor (IC-Motor von engl.: ”internal combustion engine”) ausgestoßen wird, ist ein heterogenes Gemisch, das gasförmige Emissionen, wie Kohlenmonoxid (”CO”), nicht verbrannte Kohlenwasserstoffe (”KW”) und Stickoxide (”NOx”), wie auch Materialien in kondensierter Phase (Flüssigkeiten und Feststoffe) enthalten kann, die Partikelmaterial bilden. In einem Motorabgassystem sind Katalysatorzusammensetzungen, die typischerweise an Katalysatorträgern oder -substraten angeordnet sind, vorgesehen, um bestimmte oder alle dieser Abgasbestandteile in nicht regulierte Abgaskomponenten umzuwandeln.
Abgasnachbehandlungssysteme enthalten typischerweise Vorrichtungen für selektive katalytische Reduktion (SCR). Die SCR-Vorrichtung weist ein Substrat auf, das einen daran angeordneten Washcoat besitzt, um die Menge an NOx in dem Abgas zu mindern. Das typische Abgasbehandlungssystem weist auch ein System zur Lieferung von Reduktionsmittel auf, das ein Reduktionsmittel einspritzt, wie beispielsweise Ammoniak (NH₃), Harnstoff (CO(NH₂)₂, etc. Die SCR-Vorrichtung macht Gebrauch von NH₃, um das NOx zu reduzieren. Wenn beispielsweise die richtige Menge von NH₃ an die SCR-Vorrichtung unter den richtigen Bedingungen zugeführt wird, reagiert das NH₃ mit dem NOx in der Anwesenheit eines SCR-Katalysators, um die NOx-Emissionen zu reduzieren. Wenn jedoch die Reduktionsreaktionsrate zu langsam ist oder wenn es überschüssige NH₃ in dem Abgas gibt, kann Ammoniak aus der SCR-Vorrichtung entweichen und an die Umgebung abgegeben werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Bei einer beispielhaften Ausführungsform der Offenbarung weist ein Abgasbehandlungssystem eine Vorrichtung mit einem Filter für selektive katalytische Reduktion (SCRF), ein Reduktionsmittelliefersystem und ein Reduktionsmittelspeichermodul auf. Die SCRF-Vorrichtung weist einen Filterabschnitt auf, der einen daran angeordneten katalysatorhaltigen Washcoat enthält, der eine Washcoatdicke (WCT von engl.: ”washcoat thickness”) definiert. Das Reduktionsmittelliefersystem ist derart konfiguriert, ein Reduktionsmittel einzuspritzen, das mit dem katalysatorhaltigen Washcoat reagiert. Das Reduktionsmittelspeichermodul steht in elektrischer Kommunikation mit dem Reduktionsmittelliefersystem, um einen Reduktionsmittelsollwert zu ermitteln, der die Menge an Reduktionsmittel, das von dem Reduktionsmittelliefersystem eingespritzt wird, steuert. Das Abgasbehandlungssystem weist ferner ein WCT-Kompensationsmodul auf, das derart konfiguriert ist, einen WCT-Kompensationswert elektrisch an das Reduktionsmittelspeichermodul zu kommunizieren. Das Reduktionsmittelspeichermodul stellt den Reduktionsmittelsollwert gemäß dem WCT-Kompensationswert ein, so dass die Menge an Reduktionsmittel, die aus der SCRF-Vorrichtung entweicht, im Vergleich zu dem anfänglichen Sollwert reduziert ist.
Bei einer anderen beispielhaften Ausführungsform der Offenbarung umfasst ein Verfahren zum Steuern eines Abgasbehandlungssystems, dass ein Sollwert entsprechend einem Reduktionsmittelliefermodell ermittelt wird, der eine Menge an Reduktionsmittel, die von einem Reduktionsmittelliefersystem eingespritzt wird, steuert. Das Verfahren umfasst ferner, dass eine Dicke eines katalysatorhaltigen Washcoats (WCT) ermittelt wird, der an einer Vorrichtung mit einem Filter für selektive katalytische Reduktion (SCRF) angeordnet ist, die in dem Abgasbehandlungssystem enthalten ist. Das Verfahren umfasst ferner, dass der WCT mit einem Nenn-WCT-Wert, der in einer Speichervorrichtung gespeichert ist, verglichen wird. Das Verfahren umfasst ferner, dass der Reduktionsmittelsollwert gemäß dem WCT-Kompensationswert eingestellt wird, um einen neuen Sollwert zu erzeugen, der eine Menge an Reduktionsmittel, die von der SCRF-Vorrichtung entweicht, minimiert, und Reduktionsmittel von einem Reduktionsmittelliefersystem auf Grundlage des neuen Sollwerts eingespritzt wird.
Bei einer noch weiteren beispielhaften Ausführungsform der Offenbarung ist ein Steuermodul derart konfiguriert, eine Menge an Reduktionsmittel einzuspritzen, das mit einem katalysatorhaltigen Washcoat reagiert, der an einer Vorrichtung mit einem Filter für selektive katalytische Reduktion (SCRF) angeordnet ist. Das Steuermodul weist ein Reduktionsmittelsteuermodul und ein Reduktionsmittelspeichermodul auf. Das Reduktionsmittelsteuermodul ist derart konfiguriert, das Reduktionsmittel gemäß einem anfänglichen Sollwert einzuspritzen, der ein Zielspeicherniveau der SCRF-Vorrichtung angibt. Das Reduktionsmittelspeichermodul ist derart konfiguriert, den anfänglichen Sollwert basierend auf einem Reduktionsmittelspeichermodell zu ermitteln, das in einer Speichervorrichtung gespeichert ist. Das Steuermodul weist ferner ein Modul zur Kompensation einer Washcoatdicke (WCT) auf. Das WCT-Kompensationsmodul ist derart konfiguriert, eine Dicke des Washcoats mit einem Nenn-Washcoatdickenwert, der in der Speichervorrichtung gespeichert ist, zu vergleichen und einen WCT-Kompensationswert auf Grundlage des Vergleichs zu erzeugen. Das Reduktionsmittelspeichermodul steht in elektrischer Kommunikation mit dem WCT-Kompensationsmodul und stellt den gegenwärtigen Sollwert basierend auf dem WCT-Kompensationswert ein, um einen neuen Sollwert zu erzeugen, der von dem anfänglichen Sollwert verschieden ist.
Die obigen Merkmale und Vorteile wie auch weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden leicht aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen offensichtlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Andere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten werden nur beispielhaft in der folgenden detaillierten Beschreibung von Ausführungsformen deutlich, wobei die detaillierte Beschreibung Bezug auf die Zeichnungen nimmt, in welchen:
1 ein schematisches Diagramm eines Abgasbehandlungssystems mit einem Reduktionsmittelzufuhrsystem gemäß beispielhafter Ausführungsformen ist;
2 ein Blockdiagramm ist, das ein Steuermodul, das derart konfiguriert ist, um eine Washcoat-Kompensationswert zu ermitteln, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Offenbarung zeigt; und
3 ein Flussdiagramm ist, das ein Verfahren zum Einstellen eines Sollwerts entsprechend eines Reduktionsmittelliefermodells, um eine Washcoatdicke zu kompensieren, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung zeigt.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Unter Bezugnahme nun auf 1 ist eine beispielhafte Ausführungsform auf ein Abgasbehandlungssystem 10 zur Reduktion von regulierten Abgasbestandteilen eines Verbrennungsmotors (IC-Motor, kurz von engl. ”internal combustion engine”) 12 gerichtet. Das hier beschriebene Abgasbehandlungssystem kann in verschiedenen Motorsystemen implementiert sein. Derartige Motorsysteme können beispielsweise umfassen, sind jedoch nicht darauf beschränkt, Dieselmotorsysteme, Benzinmotorsysteme mit Direkteinspritzung sowie Motorsysteme mit homogener Kompressionszündung.
Das Abgasbehandlungssystem 10 umfasst im Allgemeinen eine oder mehrere Abgasleitungen 14 und eine oder mehrere Abgasbehandlungsvorrichtungen. Die Abgasbehandlungsvorrichtungen umfassen, sind aber nicht darauf beschränkt auf, eine Oxidationskatalysatorvorrichtung (”OC”) 18 und einen Filter 20 für selektive katalytische Reduktion (”SCRF”).
In 1 transportiert die Abgasleitung 14, die mehrere Segmente umfassen kann, Abgas 16 von dem Motor 12 an die verschiedenen Abgasbehandlungsvorrichtungen 18, 20 des Abgasbehandlungssystems 10. Wie angemerkt sei, kann der OC 18 aus verschiedenen Durchström-Oxidationskatalysatorvorrichtungen, die in der Technik bekannt sind, bestehen. Bei verschiedenen Ausführungsformen kann der OC 18 ein Durchströmsubstrat 24 aus Metall- oder Keramik-Monolith aufweisen, das in eine intumeszente Matte oder einen anderen geeigneten Träger gewickelt ist, der sich bei Erwärmung ausdehnt, wobei das Substrat gesichert und isoliert wird. Das Substrat 24 kann in eine Schale oder einen Kanister aus rostfreiem Stahl mit einem Einlass und einem Auslass in Fluidkommunikation mit der Abgasleitung 14 gepackt sein. Das Substrat 24 kann eine daran angeordnete Oxidationskatalysatorverbindung aufweisen. Die Oxidationskatalysatorverbindung kann als ein Washcoat aufgetragen werden und kann Platingruppenmetalle enthalten, wie Platin (Pt), Palladium (Pd), Rhodium (Rh) oder andere geeignete oxidierende Katalysatoren oder eine Kombination daraus. Der OC 18 ist bei der Behandlung nicht verbrannter gasförmiger und nicht flüchtiger KW und CO verwendbar, die oxidiert werden, um Kohlendioxid und Wasser zu bilden.
Der SCRF 20 kann stromabwärts von dem OC 18 angeordnet sein. Der SCRF 20 weist einen Filterabschnitt 22 auf, der derart konfiguriert ist, um Kohlenstoff und anderes Partikelmaterial aus dem Abgas 16 zu entfernen. Bei mindestens einer beispielhaften Ausführungsform ist der Filterabschnitt 22 als ein Partikelfilter (PF), beispielsweise als ein Dieselpartikelfilter (DPF) ausgebildet. Der Filterabschnitt (d. h. der PF) kann beispielsweise unter Verwendung eines keramischen Abgasfiltersubstrats mit Wandströmungsmonolith aufgebaut sein, das in einer intumeszente oder nicht intumeszente Matte (nicht gezeigt) gewickelt ist. Das Filtersubstrat kann sich ausdehnen, wenn es erwärmt wird, um das Filtersubstrat zu sichern und zu isolieren, das in eine starre, wärmebeständige Schale oder einen starren, wärmebeständigen Kanister gepackt ist. Der Filterabschnitt 22 weist einen Einlass und einen Auslass in Fluidverbindung mit der Abgasleitung 14 auf und kann Partikelmaterial abfangen, wenn das Abgas 16 hindurchströmt. Es sei angemerkt, dass ein keramisches Filtersubstrat 22 aus Wandströmungsmonolith lediglich beispielhafter Natur ist, und dass der Filterabschnitt 22 andere Filtervorrichtungen aufweisen kann, wie gewickelte oder gepackte Faserfilter, offenzellige Schäume, gesinterte Metallfasern, etc. Das Abgasbehandlungssystem 10 kann auch einen Regenerationsprozess ausführen, der den Filterabschnitt 22 dadurch regeneriert, dass das Partikelmaterial, das in dem Filtersubstrat abgefangen ist, verbrannt wird, wie es dem Fachmann auf dem Gebiet bekannt ist.
Der katalysatorhaltige Washcoat, der auf dem Filterabschnitt 22 angeordnet ist, ist derart konfiguriert, um NOx-Bestandteile in dem Abgas 16 zu reduzieren. Der SCRF 20 kann ein Reduktionsmittel, wie Ammoniak (NH₃) nutzen, um das NOx zu reduzieren, wie es dem Fachmann verständlich ist. Der katalysatorhaltige Washcoat kann einen Zeolith sowie eine oder mehrere Basismetallkomponenten aufweisen, wie Eisen (Fe), Kobalt (Co), Kupfer (Cu) oder Vanadium, die effizient dazu dienen können, NOx-Bestandteile in dem Abgas 16 in der Anwesenheit von NH3 umzuwandeln. Das von dem SCRF 20 verwendete Reduktionsmittel kann in Form eines Feststoffes, eines Gases, einer Flüssigkeit oder einer wässrigen Harnstofflösung vorliegen und kann mit Luft vermischt sein, um die Dispersion eines eingespritzten Sprühnebels, der durch ein Reduktionsmittelliefersystem erzeugt wird, zu unterstützen, wie nachfolgend detaillierter beschrieben ist.
Das Abgasbehandlungssystem 10 kann ferner zumindest einen Drucksensor 30 (beispielsweise einen Deltadrucksensor) aufweisen, wie es in 1 gezeigt ist. Der Deltadrucksensor 30 kann die Druckdifferenz (d. h. ΔP) über den SCRF 20 ermitteln. Obwohl ein einzelner Deltadrucksensor 30 dargestellt ist, versteht es sich, dass eine Vielzahl von Drucksensoren verwendet werden kann, um die Druckdifferenz des SCRF 20 zu ermitteln. Zum Beispiel kann ein erster Drucksensor an dem Einlass des SCRF 20 angeordnet sein und ein zweiter Drucksensor kann an dem Auslass des SCRF 20 angeordnet sein. Dementsprechend kann die Differenz zwischen dem von dem zweiten Deltadrucksensor erfassten Druck und dem von dem ersten Deltadrucksensor erfassten Druck die Druckdifferenz des SCRF 20 angeben.
Das Abgasbehandlungssystem 10, das in 1 gezeigt ist, weist ferner ein Reduktionsmittelliefersystem 32 auf, das ein Reduktionsmittel in das Abgas 16 zuführt. Das Reduktionsmittelliefersystem 32 weist eine Reduktionsmittellieferung 34, eine Einspritzeinrichtung 36 und ein Steuermodul 38 auf. Die Reduktionsmittellieferung 34 speichert ein Reduktionsmittel 35 und steht in Fluidverbindung mit der Einspritzvorrichtung 36. Das Reduktionsmittel 35 kann, ist aber nicht beschränkt auf, NH₃ umfassen. Dementsprechend kann die Einspritzeinrichtung 36 eine wählbaren Menge des Reduktionsmittels 35 in die Abgasleitung 14 einspritzen, so dass das Reduktionsmittel 35 in das Abgas 16 an einer Stelle stromaufwärts von dem SCRF 20 eingespritzt wird.
Das Steuermodul 38 kann den Motor 12, das Reduktionsmittelliefersystem 32 und den Regenerationsprozess basierend auf erfassten Daten, die von dem Sensor bereitgestellt werden, und/oder in einem Speicher gespeicherten modellierten Daten steuern. Bei verschiedenen Ausführungsformen diagnostiziert das Steuermodul 38 weiterhin ein oder mehrere Teilsysteme und/oder -Vorrichtungen des Abgasbehandlungssystems 10 basierend auf einem oder mehreren erfassten und/oder modellierten Eingängen auf der Basis der Diagnoseverfahren und -Systeme der vorliegenden Offenbarung. Bei einem Beispiel steht das Steuermodul 38 in elektrischer Kommunikation mit einer Vielzahl von Temperatursensoren 40–44. Ein erster Temperatursensor 40 ist an dem Auslass des OC 18 angeordnet, ein zweiter Temperatursensor 42 ist stromaufwärts von dem SCRF 20 angeordnet und ein dritter Temperatursensor 44 ist stromabwärts von dem SCRF 20 angeordnet.
Der erste Temperatursensor 40 erfasst eine Temperatur des Abgases 16 an dem Auslass des OC 18 und erzeugt basierend darauf ein Temperatursignal. Der zweite Temperatursensor 42 erfasst eine Temperatur des Abgases 16 an dem Einlass der SCRF 20 und erzeugt basierend darauf ein zweites Temperatursignal. Der dritte Temperatursensor 44 erfasst eine Temperatur des Abgases 16 an dem Auslass des SCRF 20 und erzeugt darauf basierend ein drittes Temperatursignal. Obwohl die in 1 dargestellte Ausführungsform drei Sensoren beschreibt, ist es klar, dass weniger oder mehr Sensoren enthalten sein können. Zusätzlich ist die Erfindung nicht auf die Sensororte beschränkt, die oben beschrieben sind Das Steuermodul 38 kann eine Absoluttemperatur des SCRF 20 (d. h. die SCRF-Temperatur) ermitteln. Die SCRF-Temperatur kann gemäß verschiedener Messungen, Algorithmen und/oder Modelle, die dem Fachmann bekannt sind, ermittelt werden. Der Temperaturgradient ist andererseits die Änderungsrate der SCRF-Temperatur. Dies bedeutet, der Gradient der SCRF-Temperatur ist die Änderung der SCRF-Temperatur über die Zeit. Die SCRF-Temperatur kann in Einheiten von Kelvin (K) pro Sekunde (s) (d. h. K/s) gemessen werden.
Allgemein gesagt empfängt das Steuermodul 38 ein oder mehrere Temperatursignale von einem oder mehreren der Temperatursensoren 40, 42, 44. Das Steuermodul 38 kann auch eine oder mehrere Temperaturen des Abgasbehandlungssystems 10 unter Verwendung eines oder mehrerer Temperaturmodelle ermitteln, wie dem Fachmann bekannt ist. Die Temperatursensoren 40, 42, 44 und/oder die Temperaturmodelle können ein oder mehrere Temperatursignale erzeugen, die eine ermittelte Temperatur einer jeweiligen Komponente und/oder eines thermischen Bereiches angeben. Beispielsweise können die Temperatursensoren 40, 42, 44 und/oder ein Temperaturmodell ein Temperatursignal ausgeben, das eine SCRF-Temperatur des SCRF 20 angibt.
Das Steuermodul 38 steuert einen Betrieb der Einspritzeinrichtung 36 gemäß einem Reduktionsmittelspeichermodell. Das Reduktionsmittelspeichermodul kann dazu verwendet werden, eine Menge an Reduktionsmittel 35 zur Speicherung an dem SCRF 20 zu ermitteln, wie dem Fachmann bekannt ist. Das Steuermodul 38 kann einen Korrekturkoeffizienten entsprechend dem Reduktionsmittelspeichermodell basierend auf dem Temperaturgradienten des SCRF 20 ermitteln und kann die Menge an eingespritzten Reduktionsmittel, die von der Einspritzeinrichtung 36 bereitgestellt wird, präziser steuern, wie nachfolgend detaillierter beschrieben ist. Demgemäß kann die Lieferung von Reduktionsmittel 35 effizienter verwendet werden.
Nun Bezug nehmend auf 2 zeigt ein Blockdiagramm ein Steuermodul 38, das einen Kompensationswert für die Washcoatdicke (WCT) ermittelt. Das Steuermodul 38 kann dann einen WCT-Kompensationswert an das Reduktionsmittelspeichermodell anlegen, um einen aktualisierten Speichersollwert zu erzeugen, der in Bezug auf den WCT des SCRF 20 kalibriert ist. Verschiedene Ausführungsformen des Abgasbehandlungssystems 10 von 1 gemäß der vorliegenden Offenbarung können eine beliebige Anzahl von Submodulen aufweisen, die in das Steuermodul eingebettet sind. Wie angemerkt sei, können die in 2 gezeigten Submodule genauso kombiniert oder weiter partitioniert sein. Eingänge in das Steuermodul 38 können von dem Abgasbehandlungssystem 10 erfasst, von anderen Steuermodulen empfangen oder durch andere Submodule ermittelt werden.
Das Steuermodul 38 gemäß zumindest einer Ausführungsform, wie in der 2 gezeigt ist, weist einen Speicher 102, ein Eintrittsbedingungsmodul 104, ein Reduktionsmittelspeichermodul 106, ein Steuermodul 108 für die Einspritzeinrichtung, ein WCT-Modul 110 und ein WCT-Kompensationsmodul 112 auf. Jedes der Module 104 bis 112 bildet mit dem Speicher 102 Schnittstellen und kommuniziert elektrisch mit diesem, um nach Bedarf gespeicherte Werte abzurufen und zu aktualisieren.
Bei einer Ausführungsform speichert der Speicher 102 des Steuermoduls 38 einen oder mehrere Schwellenwerte, Zeitperioden, über die die Temperaturen gemessen wurden, eine Anzahl konfigurierbarer Grenzen, Kennfelder, Datenwerte, Variablen, Temperaturmodelle und Systemmodelle, die dazu verwendet werden, das Reduktionsmittelliefersystem 32 zu steuern. Bei zumindest einer beispielhaften Ausführungsform speichert der Speicher 102 das Reduktionsmittelspeichermodell, das dazu verwendet werden kann, eine Menge an Reduktionsmittel 35 zur Speicherung an dem SCRF 20 zu ermitteln, wie oben detailliert beschrieben ist. Das Reduktionsmittelspeichermodell verwendet verschiedene Betriebsparameter, die von zumindest einem Modell und/oder Fahrzeugsensoren bereitgestellt werden, um das gespeicherte Reduktionsmittel 35 zu ermitteln, einschließlich, jedoch nicht darauf beschränkt, Abgasdurchfluss und Reduktionsmitteleinspritzrate.
Der Speicher 102 kann auch eine oder mehrere Temperaturschwellen und/oder Temperaturschwellenbereiche speichern, die einer jeweiligen Rußverbrennungstemperatur entsprechen. Zusätzlich kann der Speicher 102 ein oder mehrere SCRF-Temperaturmodelle zur Ermittlung der SCRF-Temperatur speichern. Bei zumindest einer Ausführungsform wird die SCRF-Temperatur gemäß Temperatursignalen, die von einem oder mehreren der Temperatursensoren 40, 42, 44 erzeugt werden, und einem oder mehreren Temperaturmodellen, die in dem Speicher 102 gespeichert sind, modelliert.
Das Reduktionsmittelspeichermodul 106 empfängt ein oder mehrere Motorbetriebssignale 202, einschließlich Temperatursignalen, die die SCRF-Temperatur angeben. Die Temperatursignale können von einem oder mehreren der Temperatursensoren 40–44 und/oder einem oder mehreren Temperaturmodellen, die in dem Speicher 102 gespeichert sind, bereitgestellt werden. Das Reduktionsmittelspeichermodul 106 ermittelt einen Reduktionsmittelspeichersollwert basierend auf dem Reduktionsmittelspeichermodell und der SCRF-Temperatur. Das Reduktionsmittelspeichermodell kann in dem Speicher 102 gespeichert und nach Bedarf über Signal 200 an das Reduktionsmittelspeichermodul 106 ausgegeben werden.
Bei zumindest einer Ausführungsform kann das Reduktionsmittelspeichermodell 200 verwendet werden, um die Menge an Reduktionsmittel (z. B. die Masse an Reduktionsmittel), die an dem SCRF 20 gespeichert ist, zu schätzen. Das Reduktionsmittelspeichermodell 200 kann eine oder mehrere beispielhafte Trajektorien der tatsächlichen Reduktionsmittelspeicherung (d. h. modellierte Kurven) definieren. Eine Reduktionsmittelspeichertrajektorie kann einen Betriebszustand angeben, der einen schnellen Änderung der Einlasstemperatur des SCRF 20 gekoppelt mit einer geringen Motor-NOx-Erzeugungsrate 204 zugeordnet ist, die beispielsweise während eines Motorbeschleunigungsereignisses auftreten kann. Die NOx-Erzeugungsrate kann durch ein NOx-Modell, das in dem Speicher 102 gespeichert ist, und/oder einen oder mehrere Sensoren ermittelt werden, wie einem NOx-Sensor, der dem Fachmann bekannt ist.
Die beispielhafte Trajektorie der tatsächlichen Reduktionsmittelspeicherung entspricht einer vorliegenden NOx-Erzeugungsrate, die von dem Motor 12 erzeugt wird, der SCRF-Temperatur und dem Abgasmassendurchfluss. Beispielsweise kann das Reduktionsmittelspeichermodul 106 ein oder mehrere Motorbetriebssignale 202 empfangen, die die NOx-Rate und die SCRF-Temperatur von einem oder mehreren Sensoren und/oder Modellen angeben, wie oben detailliert diskutiert ist. Der Abgasmassendurchfluss basiert auf der Ansaugluftmasse (m_AIR) des Motors 12 und dem Kraftstoffmassenstrom (m_FUEL) des Motors 12. Der Sensor für den Ansaugluftmassenstrom kann ein m_AIR-Signal 205 ausgeben, das die m_AIR angibt, wie dem Fachmann bekannt ist. m_FUEL kann dadurch berechnet werden, dass die Gesamtmenge an Kraftstoff, die in den Motor 12 über eine gegebene Zeitperiode eingespritzt wird, ermittelt wird, wie dem Fachmann bekannt ist. Der Abgasmassendurchfluss kann daher durch Addieren von m_FUEL mit m_AIR berechnet werden. Der Abgasmassendurchfluss kann in Einheiten von Gramm (g) pro Sekunde (s) (d. h. g/s) gemessen werden.
Während des Motorbetriebs können Betriebsbedingungen des SCRF 20 (z. B. die SCRF-Temperatur, der Temperaturgradient des SCRF 20, etc.) bewirken, dass der SCRF 20 eine unzureichende Menge an Reduktionsmittel (z. B. NH₃) speichern kann. Beispielsweise kann NH₃ von dem SCRF 20 entweichen, wenn die SCRF-Temperatur zunimmt. Um die Möglichkeit eines NH₃-Schlupfes zu reduzieren, erzeugt das Reduktionsmittelspeichermodul 106 ein Sollwertsignal 206, das einen Reduktionsmittelsollwert angibt. Der Reduktionsmittelsollwert gibt ein Zielspeicherniveau des SCRF 20 für eine oder mehrere Betriebsbedingungen (z. B. eine Temperatur des SCRF 20) an. Beispielsweise kann der Reduktionsmittelsollwert eine Menge an NH₃, die typischerweise an dem SCRF 20 gespeichert ist, mit Bezug auf eine ermittelte SCRF-Temperatur angeben. Auf Grundlage des Sollwertes gibt das Steuermodul 108 für die Einspritzeinrichtung ein Einspritzeinrichtungssteuersignal 208 an die Einspritzeinrichtung 36 aus und steuert die Menge an Reduktionsmittel 35, die in das Abgas 16 eingespritzt wird. Demgemäß kann das Reduktionsmittelspeicherniveau des SCRF 20 eingestellt werden, um den Sollwert zu erreichen. Zusätzlich kann das Reduktionsmittelspeichermodul 106 das Speicherniveau anheben oder absenken, um einen neu ermittelten Sollwert zu erreichen. Zusätzlich kann das Steuermodul 108 für die Einspritzeinrichtung das Speicherniveau erhöhen oder verringern, um einen Sollwert beizubehalten, wenn der Sollwert erreicht ist.
Das Reduktionsmittelspeichermodul 106 kann auch das Alter des SCRF 20 verwenden, um den Reduktionsmittelspeichersollwert weiter zu kalibrieren. Beispielsweise nimmt, wenn das Alter (z. B. der Gebrauchsumfang über die Zeit) des SCRF 20 zunimmt, die Fähigkeit zur Beibehaltung der Speicherung des Reduktionsmittels ab. Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann ein Alterungsfaktor, der einem neuen SCRF 20 entspricht, anfänglich in dem Speicher 102 gespeichert werden. Mit der Zeit kann der Alterungsfaktor auf Grundlage einer Temperatur aktualisiert werden, der der SCRF 20 während eines Regenerationsprozesses ausgesetzt ist. Der Alterungsfaktor kann an das Reduktionsmittelspeichermodul 106 über ein Alterungsfaktorsignal 210 geliefert werden. Demgemäß kann das Reduktionsmittelspeichermodul 106 den Alterungsfaktor auf den kalibrierten Reduktionsmittelspeicherfaktor anwenden, um den Speicherungssollwert genauer zu kalibrieren.
Das Steuermodul 108 für die Einspritzeinrichtung steht in elektrischer Kommunikation mit dem Reduktionsmittelspeichermodul 106 und dem Reduktionsmittelliefersystem 32. Wie oben erwähnt ist, empfängt das Steuermodul 108 für die Einspritzeinrichtung das Sollwertsignal 206, das eine Zielmenge an Reduktionsmittel zur Speicherung an dem SCRF 20 bei einer bestimmten Betriebsbedingung (z. B. einer Betriebsbedingung des Motors und/oder des SCRF 20) angibt. Demgemäß gibt das Steuermodul 108 für die Einspritzeinrichtung das Einspritzeinrichtungssteuersignal 208 aus, das die Einspritzeinrichtung 36 steuert, um Reduktionsmittel 35 gemäß dem Sollwert einzuspritzen.
Das WCT-Modul 110 ermittelt eine Dicke des Washcoats (d. h. eine tatsächliche WCT), der an dem SCRF 20 angeordnet ist. Das WCT-Modul 110 kann ein WCT-Modell 212 verwenden, das in dem Speicher 102 gespeichert ist, um die tatsächliche WCT zu ermitteln. Bei zumindest einer beispielhaften Ausführungsform basiert das WCT-Modell 212 auf dem Δp des SCRF 20. Das Δp wird beispielsweise gemäß einem Drucksignal 214 ermittelt, das von dem Drucksensor 30 ausgegeben wird. Bei zumindest einer Ausführungsform kann das WCT-Modul 110 die WCT in Ansprechen auf das Auftreten einer oder mehrerer Eintrittsbedingungen 216 ermitteln, einschließlich, jedoch nicht darauf beschränkt, Abgastemperatur, SCRF-Temperatur und Motorbetriebszeit. Die Eintrittsbedingungen 216 können von dem Eintrittsbedingungsmodul 104 von einem oder mehreren Sensoren empfangen und entsprechend an das WCT-Modul 110 und/oder den Speicher 102 ausgegeben werden.
Das WCT-Kompensationsmodul 112 steht in elektrischer Kommunikation mit dem Reduktionsmittelspeichermodul 106 und dem WCT-Modul 110. Das WCT-Kompensationsmodul 112 kann einen WCT-Kompensationswert ermitteln, der den Washcoat, der an dem SCRF 20 angeordnet ist, kompensiert. Genauer empfängt das WCT-Kompensationsmodul 112 ein WCT-Signal 218 von dem WCT-Modul 110, das die tatsächliche WCT des SCRF 20 angibt, und vergleicht die tatsächliche WCT mit einem Nenn-WCT-Wert 220, der in dem Speicher 102 gespeichert ist. Auf Grundlage des Vergleichs ermittelt das WCT-Kompensationsmodul 112 eine WCT-Differenz zwischen der tatsächlichen WCT und dem Nenn-WCT-Wert 220. Basierend auf der WCT-Differenz ermittelt das WCT-Kompensationsmodul 112 einen WCT-Kompensationswert, der dazu verwendet werden kann, die tatsächliche WCT, die sich an dem SCRF 20 befindet, zu kompensieren. Bei zumindest einer Ausführungsform kann das WCT-Modul 112 den Nenn-WCT-Wert so setzen, dass er eine etwa 100% effiziente Reduktionsmittelspeicherung von dem SCRF 20 zur Folge hat. Das WCT-Kompensationsmodul 112 kann den WCT-Kompensationswert als einen Prozentwert in Bezug auf den Nenn-WCT-Wert ermitteln.
Das Reduktionsmittelspeichermodell 106 empfängt ein Kompensationssignal 222 von dem WCT-Modul 112, das den WCT-Kompensationswert angibt, und legt den WCT-Kompensationswert an das Reduktionsmittelspeichermodell 200 an, um den Sollwert einzustellen. Das Sollwertsignal 206 wird dann ausgegeben, um den eingestellten Sollwert anzugeben. Der Sollwert kann daher von einem ersten Sollwert (z. B. einem anfänglichen Sollwert) eingestellt werden, um einen zweiten Sollwert (z. B. einen neuen Sollwert) zu erzeugen, der sich von dem ersten Sollwert unterscheidet. Der zweite Sollwert reduziert die Menge an Reduktionsmittel, die von dem SCRF 20 entweicht, im Vergleich zudem ersten Sollwert. Bei zumindest einer beispielhaften Ausführungsform minimiert der zweite Sollwert die Menge an Reduktionsmittel, die von dem SCRF 20 entweicht. Der WCT-Kompensationswert kann in einer Vielzahl von Wegen angewendet werden, einschließlich, jedoch nicht darauf beschränkt, Addition/Subtraktion des WCT-Kompensationswertes zu/von dem Sollwert und Multiplikation des WCT-Kompensationswertes mit dem Sollwert. Demgemäß kann der Sollwert eingestellt werden, um die tatsächliche WCT zu kompensieren, so dass die Speichereffizienz des SCRF 20 verbessert werden kann.
Nun Bezug nehmend auf 3 zeigt ein Flussdiagramm ein Verfahren zum Einstellen eines Sollwertes entsprechend einem Reduktionsmittelliefermodell, um eine WCT zu kompensieren, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Offenbarung. Das Verfahren beginnt bei Schritt 300 und bei Schritt 302 wird ein Sollwert, der einem Reduktionsmittelliefermodell entspricht, dass eine Menge an Reduktionsmittel, die von dem Reduktionsmittelliefersystem eingespritzt wird, steuert, ermittelt. Das Reduktionsmittel kann beispielsweise NH₃ sein. Bei Schritt 304 wird eine Druckdifferenz (Δp) ermittelt, die beispielsweise einem SCRF entspricht. Die Δp kann beispielsweise gemäß einer Differenz zwischen einem Druck, der an dem Auslass des SCRF existiert, und einem Druck, der an dem Einlass des SCRF existiert, ermittelt werden. Es können verschiedene Verfahren zum Ermitteln der Druckdifferenz über den SCRF verwendet werden, wie dem Fachmann bekannt ist. Bei Schritt 306 wird eine tatsächliche WCT, die sich an dem SCRF befindet, beispielsweise basierend auf dem Δp ermittelt. Bei Schritt 308 wird die tatsächliche WCT mit einem Nenn-WCT-Wert verglichen, um einen WCT-Kompensationswert zu ermitteln. Bei Schritt 310 wird der Sollwert gemäß dem WCT-Kompensationswert eingestellt, um einen neuen Sollwert zu erzeugen, der eine Menge an Reduktionsmittel minimiert, die von dem SCRF entweicht. Bei Schritt 312 wird das Reduktionsmittel von dem Reduktionsmittelliefersystem basierend auf dem neuen Sollwert eingespritzt, und das Verfahren endet bei Schritt 314.
Wie hier verwendet ist, betrifft der Begriff Modul ein Hardwaremodul, einschließlich einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC), einer elektronischen Schaltung, einem Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppe) und Speicher, der ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführt, einer kombinatorischen Logikschaltung und/oder anderer geeigneter Komponenten, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen.
Während die Erfindung in Bezug auf beispielhafte Ausführungsformen beschrieben worden ist, sei dem Fachmann angemerkt, dass verschiedene Änderungen durchgeführt und Äquivalente gegen Elemente davon ersetzt werden können, ohne von dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Zusätzlich können viele Modifikationen durchgeführt werden, um eine bestimmte Situation oder ein bestimmtes Material an die Lehren der Erfindung anzupassen, ohne von dem wesentlichen Schutzumfang davon abzuweichen. Daher ist beabsichtigt, dass die Erfindung nicht auf die bestimmten Ausführungsformen, die offenbart sind, beschränkt ist, sondern dass die Erfindung alle Ausführungsformen umschließt, die in den Schutzumfang der Anmeldung fallen.

Claims

Abgasbehandlungssystem, umfassend: eine Vorrichtung für einen Filter für selektive katalytische Reduktion (SCRF), wobei die SCRF-Vorrichtung einen Filterabschnitt aufweist, der einen daran angeordneten Washcoat besitzt, der eine Washcoatdicke (WCT) definiert; ein Reduktionsmittelliefersystem, das derart konfiguriert ist, ein Reduktionsmittel einzuspritzen, das mit dem Washcoat reagiert; ein Reduktionsmittelspeichermodul in elektrischer Kommunikation mit dem Reduktionsmittelliefersystem, wobei das Reduktionsmittelspeichermodul derart konfiguriert ist, einen Reduktionsmittelsollwert zu ermitteln, der die Menge an Reduktionsmittel, die von dem Reduktionsmittelliefersystem eingespritzt wird, steuert; und ein WCT-Kompensationsmodul in elektrischer Kommunikation mit dem Reduktionsmittelspeichermodul, wobei das WCT-Kompensationsmodul derart konfiguriert ist, einen WCT-Kompensationswert basierend auf der WCT zu ermitteln und einen WCT-Kompensationswert elektrisch an das Reduktionsmittelspeichermodul zu kommunizieren.
Abgasbehandlungssystem nach Anspruch 1, ferner mit einem WCT-Modul, das die WCT basierend auf einer Druckdifferenz über den SCRF ermittelt, wobei das Reduktionsmittelspeichermodul den Reduktionsmittelsollwert gemäß dem WCT-Kompensationswert einstellt.
Abgasbehandlungssystem nach Anspruch 2, wobei das WCT-Kompensationsmodul den WCT-Kompensationswert basierend auf einem Vergleich zwischen der WCT und einem Nenn-WCT-Wert, der in einer Speichervorrichtung gespeichert ist, ermittelt.
Abgasbehandlungssystem nach Anspruch 3, wobei der Reduktionsmittelsollwert auf einem Reduktionsmittelspeichermodell, das in der Speichervorrichtung gespeichert ist, basiert und ein Zielspeicherniveau der SCRF-Vorrichtung angibt.
Abgasbehandlungssystem nach Anspruch 4, wobei das Reduktionsmittelspeichermodell auf einer Temperatur der SCRF-Vorrichtung und einem Abgasmassendurchfluss des Abgases, das durch das Abgasbehandlungssystem strömt, basiert.
Abgasbehandlungssystem nach Anspruch 5, wobei das Reduktionsmittelspeichermodul ferner den Reduktionsmittelsollwert basierend auf einem Alter der SCRF-Vorrichtung einstellt.
Abgasbehandlungssystem nach Anspruch 6, wobei der Reduktionsmittelsollwert von einem ersten Sollwert auf einen zweiten Sollwert, der sich von dem ersten Sollwert unterscheidet, eingestellt wird, wobei der zweite Sollwert die Menge an Reduktionsmittel, die von der SCRF-Vorrichtung entweicht, in Bezug auf den ersten Sollwert minimiert.
Steuermodul, das derart konfiguriert ist, eine Einspritzeinrichtung zu steuern, um ein Reduktionsmittel einzuspritzen, das mit einem Washcoat, der sich an einer SCRF-Vorrichtung befindet, reagiert, wobei das Steuermodul umfasst: ein Reduktionsmittelsteuermodul, das derart konfiguriert ist, ein Reduktionsmittel gemäß einem anfänglichen Sollwert einzuspritzen, der ein Zielspeicherniveau der SCRF-Vorrichtung angibt; ein Reduktionsmittelspeichermodul, das derart konfiguriert ist, den anfänglichen Sollwert basierend auf einem Reduktionsmittelspeichermodell, das in einer Speichervorrichtung gespeichert ist, zu ermitteln; und ein Modul zur Kombination der Washcoatdicke (WCT), das derart konfiguriert ist, eine Dicke des Washcoats, der sich an der SCRF-Vorrichtung befindet, mit einem Nenn-Washcoatdickenwert, der in der Speichervorrichtung gespeichert ist, zu vergleichen und einen WCT-Kompensationswert auf Grundlage des Vergleichs zu erzeugen, wobei das Reduktionsmittelspeichermodul in elektrischer Kommunikation mit dem WCT-Kompensationsmodul steht und den anfänglichen Sollwert basierend auf dem WCT-Kompensationswert einstellt, um einen neuen Sollwert zu erzeugen, der sich von dem anfänglichen Sollwert unterscheidet.
Steuermodul nach Anspruch 8, wobei der neue Sollwert die Reduktionsmittelmenge, die von der SCRF-Vorrichtung entweicht, in Bezug auf den anfänglichen Sollwert reduziert.
Verfahren zum Steuern eines Abgasbehandlungssystems, wobei das Verfahren umfasst, dass: ein Sollwert ermittelt wird, der einem Reduktionsmittelliefermodell entspricht, das eine Menge an Reduktionsmittel, die von einem Reduktionsmittelliefersystem eingespritzt wird, steuert; eine Dicke eines Washcoats ermittelt wird, der sich an einer SCRF-Vorrichtung befindet, die in dem Abgasbehandlungssystem enthalten ist; die Dicke des Washcoats mit einem Nenn-WCT-Wert, der in einer Speichervorrichtung gespeichert ist, verglichen wird; der Sollwert gemäß dem WCT-Kompensationswert eingestellt wird, um einen neuen Sollwert zu erzeugen, der eine Menge an Ammoniak, die von der SCRF-Vorrichtung entweicht, minimiert; und das Reduktionsmittel von dem Reduktionsmittelliefersystem basierend auf dem neuen Sollwert eingespritzt wird.