DE102014118714A1

DE102014118714A1 - Verfahren zum Diagnostizieren eines SCR-Katalysators

Info

Publication number: DE102014118714A1
Application number: DE102014118714.8A
Authority: DE
Inventors: Jason Ronald Smith; John Paul Bogema; Peter Mitchell Lyon; John Anthony Mangion; Kevin R. Murphy; Darrin Blaine Luke
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2013-12-20
Filing date: 2014-12-16
Publication date: 2015-06-25
Also published as: MX350020B; CN104727915B; RU2662846C2; US9638122B2; RU2014151755A; US20150176512A1; CN104727915A; RU2014151755A3; MX2014015478A

Abstract

Es werden Verfahren und Systeme für eine Kraftmaschine mit einem SCR-System, das stromaufwärts und stromabwärts eines Katalysators NOx-Sensoren enthält, beschrieben. Ein Verfahren enthält das Überwachen der SCR-Leistung über das Berechnen des SCR-Umsetzungswirkungsgrades bei verschiedenen Katalysatortemperaturen. Ferner werden die NOx-Pegel des Speisegases künstlich erhöht, wenn die Temperatur der SCR-Vorrichtung über einem Schwellenwert liegt, um zuverlässigere Messwerte von den NOx-Sensoren zu erhalten.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Anmeldung bezieht sich auf das Diagnostizieren eines SCR-Katalysators, der in einem Auslasssystem einer Brennkraftmaschine enthalten ist.
Hintergrund und Zusammenfassung
Fahrzeuge können mit verschiedenen Abgasnachbehandlungsvorrichtungen ausgerüstet sein, um die Freisetzung von Abgasemissionen in die Atmosphäre zu verringern. Dreiwegekatalysatoren können z. B. die Niveaus verschiedener Emissionen, einschließlich Kohlenmonoxid und unverbrannter Kohlenwasserstoffe, verringern, während Systeme für die selektive katalytische Reduktion (SCR-Systeme) verwendet werden können, um die Pegel des NOx zu verringern. Um sicherzustellen, dass die Nachbehandlungsvorrichtungen optimal funktionieren, können verschiedene Sensoren stromaufwärts und/oder stromabwärts der Vorrichtungen installiert sein, wobei die Rückkopplung von den Sensoren verwendet werden kann, um den Katalysatorumsetzungswirkungsgrad und dadurch die Verschlechterung der SCR-Vorrichtungen zu bestimmen.
Eine beispielhafte diagnostische Herangehensweise ist durch Nilsson ( WO 2013/152780 A1 ) gezeigt, wobei die Messwerte des NOx-Sensors während verschiedener diagnostischer Abläufe erhalten werden, die ausgeführt werden, wenn das Fahrzeug stationär ist. Ein diagnostischer Ablauf enthält das Übergehen von einer hohen NOx- zu einer tiefen NOx-Ausgabe, gefolgt von einer Rückkehr zu einer hohen NOx-Ausgabe. Ein zweiter diagnostischer Ablauf enthält das Verwenden einer Kraftstoffabschaltung, um niedrige NOx-Pegel zu verursachen, während ein dritter diagnostischer Ablauf des Bestimmen des Katalysatorumsetzungswirkungsgrades durch das Zuführen einer hohen NOx-Ausgabe zu einem erwärmten Katalysator und das Variieren der Menge des eingespritzten Reduktionsmittels von null zu einem festen Betrag umfasst. Eine hohe NOx-Ausgabe wird durch das Bereitstellen einer ausgewählten Zeitsteuerung der Kraftstoffeinspritzung, einer hohen Kraftmaschinendrehzahl oder hohen angewendeten Kraftmaschinenlasten verursacht. In jedem Ablauf wird die Rückkopplung des NOx-Sensors mit vorgegebenen Schwellenwerten verglichen, um die Leistung des SCR-Katalysators und/oder -Sensors zu diagnostizieren.
Die Erfinder haben hier potentielle Probleme bei der obigen Herangehensweise identifiziert. Die verschiedenen Prozesse sind nicht nur etwas kompliziert, sondern das Vertrauen auf stationäres Testen kann nachteilig sein, wenn das Fahrzeug in einer stationären Position nicht ausreichend betrieben wird. Ferner können die verschiedenen Einstellungen an der Harnstoffdosierung, wie sie in '780 beschrieben sind, die Emissionen in einem sich bewegenden Fahrzeug negativ beeinflussen, wenn sie während längerer Zeiträume ausgeführt werden, die notwendig sind, um eine zufriedenstellende Anzahl von Messwerten zu erzeugen.
Die Erfinder haben hier das obige Problem erkannt und eine Herangehensweise identifiziert, um das Problem wenigstens teilweise zu behandeln. In einer beispielhaften Herangehensweise wird ein Verfahren zum Überwachen eines SCR-Katalysatorsystems, das an eine Kraftmaschine gekoppelt ist, in einem sich bewegenden Fahrzeug bereitgestellt. Das Verfahren umfasst das Überwachen des SCR-Umsetzungswirkungsgrades ohne irgendwelche Einstellungen am Kraftmaschinenbetrieb, wenn die Temperatur der SCR-Vorrichtung unter einem ersten Schwellenwert liegt, wobei, sobald die Temperatur der SCR-Vorrichtung über dem ersten Schwellenwert liegt, der SCR-Umsetzungswirkungsgrad nach dem künstlichen Verursachen einer Zunahme des Speisegas-NOx überwacht wird. Die Verschlechterung der SCR-Vorrichtung wird basierend auf den während beider Betriebsbedingungen erhaltenen Daten des Umsetzungswirkungsgrades angegeben.
Wenn die Temperatur der SCR-Vorrichtung z. B. unter einem Schwellenwert, aber über der Anspringtemperatur liegt, kann der Umsetzungswirkungsgrad basierend auf einer relativen Änderung der NOx-Pegel von einem Ort stromaufwärts des SCR-Katalysators zu jenen stromabwärts des SCR-Katalysators gemessen werden. Das System als solches kann zwei Sensoren umfassen, um die NOx-Pegel zu messen: einen, der stromaufwärts der SCR-Vorrichtung angeordnet ist, und den anderen, der stromabwärts der SCR-Vorrichtung angeordnet ist. Außerdem kann in diesem Modus irgendeine Abnahme des Umsetzungswirkungsgrades angegeben werden. Sobald die Temperatur der SCR-Vorrichtung über einem Schwellenwert und in einem Funktionsbereich mit einem höheren erwarteten Umsetzungswirkungsgrad liegt, kann das Speisegas-NOx vorübergehend und künstlich erhöht werden, z. B. durch das Verringern der AGR-Strömung (Abgasrückführungsströmung) oder durch das Verstellen der Zeitsteuerung der Kraftstoffeinspritzung nach früh, um den Umsetzungswirkungsgrad zu überwachen. Diese Zunahme des Speisegas-NOx kann den Rauschabstand der NOx-Sensoren verbessern und kann eine genauere Messung des Umsetzungswirkungsgrades bereitstellen. Außerdem kann die SCR-Verschlechterung bestätigt werden, falls der Umsetzungswirkungsgrad in einem oder beiden Betriebsmodi unter einem erwarteten Schwellenwert liegt.
Auf diese Weise kann eine genauere Diagnose der Leistung des SCR-Katalysators basierend auf den Daten des Umsetzungswirkungsgrades ausgeführt werden, die über einen Bereich der Betriebstemperaturen der SCR-Vorrichtung und durch das künstliche Vergrößern der NOx-Pegel des Speisegases während einer hohen SCR-Leistung, um eine zuverlässigere Sensorrückkopplung zu ermöglichen, erhalten werden. Außerdem kann das Verwenden einer verringerten AGR-Strömung, um die NOx-Pegel des Speisegases zu erhöhen, stabilere Verbrennungsbedingungen bieten und dadurch das Fahrverhalten verbessern, während das Vergrößern des Speisegas-NOx durch das Verstellen der Zeitsteuerung der Kraftstoffeinspritzung nach früh die Kraftstoffwirtschaftlichkeit fördern kann. In einem Beispiel können durch das künstliche Erhöhen der Pegel des Speisegas-NOx nur dann, wenn erwartet wird, dass der SCR-Katalysator das NOx effizienter umsetzt, die Auspuffendrohr-Emissionen innerhalb annehmbarer Grenzen aufrechterhalten werden. Die NOx-Pegel des Speisegases können z. B. während der Fernstraßen-Fahrbedingungen vergrößert werden, wenn die SCR-Vorrichtung bereits in einem Spitzen-NOx-Umsetzungsbereich arbeitet. In einem weiteren Beispiel kann die AGR während der Bergauf-Fahrbedingungen gesperrt sein und kann die vergrößerte NOx-Ausgabe vorteilhaft verwendet werden, um die SCR-Leistung zu überwachen. Folglich kann die SCR-Leistung während des Fahrens des Fahrzeugs und unter verschiedenen Fahrsituationen bei einem minimalen Eingriff in das Fahrverhalten und die Emissionen diagnostiziert werden.
Es sollte selbstverständlich sein, dass die obige Zusammenfassung bereitgestellt ist, um eine Auswahl der Konzepte in vereinfachter Form einzuführen, die in der ausführlichen Beschreibung weiter beschrieben sind. Sie ist nicht beabsichtigt, Schlüssel- oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu identifizieren, dessen Umfang 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
1 stellt eine schematische graphische Darstellung einer Kraftmaschine mit einem SCR-Katalysatorsystem dar.
2 stellt einen Ablaufplan dar, der eine Routine zum Diagnostizieren einer SCR-Vorrichtung unter Verwendung verschiedener Modi basierend auf der Temperatur des SCR-Katalysators veranschaulicht.
3 zeigt einen Ablaufplan, der eine Routine für die Diagnose des SCR-Katalysators veranschaulicht, wenn die Temperatur des SCR-Katalysators unter einem Schwellenwert liegt.
4 stellt einen Ablaufplan dar, der eine Routine für die Diagnose des SCR-Katalysators demonstriert, wenn die Temperatur des SCR-Katalysators über einer Schwellentemperatur liegt.
5 zeigt eine graphische Darstellung des Umsetzungswirkungsgrades des SCR-Katalysators gegen die Einlassgastemperatur des SCR-Katalysators.
6 zeigt eine graphische Darstellung, die eine künstliche Zunahme darstellt, die basierend auf den anfänglichen NOx-Pegeln in den Abgasen, die aus der Kraftmaschine austreten, in dem Speisegas-NOx notwendig ist.
7 ist ein beispielhafter Betrieb der SCR-Diagnose unter verschiedenen Betriebsbedingungen gemäß dieser Offenbarung.
Ausführliche Beschreibung
Die folgende Beschreibung bezieht sich auf Verfahren und Systeme zum Detektieren der SCR-Verschlechterung in einem Auslasssystem einer Kraftmaschine, wie z. B. der, die in 1 gezeigt ist. Ein Controller der Kraftmaschine kann dafür ausgelegt sein, eine Routine, wie z. B. die beispielhafte Routine nach 2, auszuführen, um basierend auf einer Temperatur des Katalysators einen Modus der SCR-Diagnose auszuwählen. 3 und 4 zeigen zwei verschiedenen Modi und die Routinen, die ein Controller in jedem Modus basierend auf der Temperatur des SCR-Katalysators und den NOx-Pegeln des Speisegases im Abgas ausführen kann. Wenn der SCR-Katalysator innerhalb seines Spitzenumsetzungsbereichs arbeitet (5), können die NOx-Pegel in den Abgasen, die aus der Kraftmaschine austreten, künstlich erhöht werden, wobei die notwendige Zunahme von den ursprünglichen Pegeln des NOx in den Abgasen abhängen kann (6). Das künstliche Vergrößern der NOx-Pegel des Speisegases zu dem SCR-Katalysator kann das Verbessern der Genauigkeit der Messwerte des NOx-Sensors während ausgewählter Bedingungen unterstützen. Durch das Aufnehmen der Ergebnisse des Umsetzungswirkungsgrades, die über einen Bereich der SCR-Betriebstemperaturen erhalten werden, kann eine genauere Bestimmung der SCR-Verschlechterung ausgeführt werden (7).
In 1 zeigt eine schematische graphische Darstellung mit einem Zylinder einer Mehrzylinder-Kraftmaschine 10, die in einem Antriebssystem eines Fahrzeugs 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 sein. In diesem Beispiel enthält die Eingabevorrichtung 130 ein Fahrpedal und einen Pedalpositionssensor 134 zum Erzeugen eines proportionalen Pedalpositionssignals PP. Eine Verbrennungskammer (d. h., 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 (nicht gezeigtes) 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 direkt darin einzuspritzen. Es wird außerdem erkannt, dass der Zylinder 30 während eines Verbrennungszyklus Kraftstoff von mehreren Einspritzungen empfangen kann.
In einem Beispiel kann die Kraftmaschine 10 eine Diesel-Kraftmaschine sein, die Luft und Dieselkraftstoff durch Kompressionszündung verbrennt. In anderen nicht einschränkenden Ausführungsformen kann die Kraftmaschine 10 einen anderen Kraftstoff, einschließlich Benzin, Biodiesel oder eine Alkohol enthaltende Kraftstoffmischung (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 (AGR-System) einen Sollanteil des Abgases von dem Auslasskanal 48 über einen AGR-Kanal 140 zu dem Einlasskrümmer 44 leiten. Die Menge der bereitgestellten AGR kann durch einen Controller 12 über ein AGR-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 von NOx verringert wird. Wie dargestellt ist, enthält das AGR-System ferner einen AGR-Sensor 144, der innerhalb des AGR-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 AGR-System verwendet werden, um die Temperatur des Luft- und Kraftstoff-Gemischs innerhalb der Verbrennungskammer zu regeln und folglich ein Verfahren zum Steuern der Zeitsteuerung der Zündung während einiger Verbrennungsmodi bereitstellen. Ferner kann während einiger Bedingungen ein Anteil der Verbrennungsgase durch das Steuern der Auslassventil-Zeitsteuerung, 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 Abgassensor 126 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-Abgassauerstoff-), ein Zweizustands-Sauerstoffsensor oder EGO-, ein HEGO-(ein enwärmter 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 System für die selektive katalytische Reduktion (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 dosiert 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 Auspuffendrohr-Abgassensor 162, der stromabwärts des SCR-Katalysators 152 positioniert ist. In der dargestellten Ausführungsform kann der Abgassensor 162 z. B. ein NO_x-Sensor zum Messen einer Menge des NO_x nach der SCR sein. Das Abgasbehandlungssystem 150 kann ferner einen Speisegas-Abgassensor 158 enthalten, der stromaufwärts der Harnstoff-Einspritzvorrichtung 156 und des SCR-Katalysators 152 positioniert ist. In der dargestellten Ausführungsform kann der Speisegas-Abgassensor 158 ein NO_x-Sensor sein, z. B. zum Messen einer Menge des NO_x vor der SCR, die im Auslasskanal für die Behandlung an dem SCR-Katalysator empfangen wird.
In einigen Beispielen kann ein Wirkungsgrad des SCR-Systems z. B. basierend auf der Ausgabe des Auspuffendrohr-Abgassensors 162 und/oder des Speisegas-Abgassensors 158 bestimmt werden. Der Wirkungsgrad des SCR-Systems kann z. B. durch das Vergleichen der NO_x-Pegel stromaufwärts des SCR-Katalysators (über den Sensor 158) mit den NO_x-Pegeln stromabwärts des SCR-Katalysators (über den Sensor 162) bestimmt werden. In anderen Ausführungsformen, die keinen dedizierten NOx-Sensor 158 stromaufwärts des SCR-Katalysators 152 enthalten, kann der Umsetzungswirkungsgrad auf dem Abgassensor 126 (wenn der Sensor 126 z. B. NO_x misst), der stromaufwärts des SCR-Systems positioniert ist, basieren.
Das Auslasssystem 150 enthält ferner einen Temperatursensor 160, der gerade stromaufwärts des SCR-Katalysators 152 und dem SCR-Katalysator 152 benachbart angeordnet ist, um die Temperatur der in den Katalysator eintretenden Abgase zu messen. Der Controller 12 kann folglich eine Messung einer Temperatur des SCR-Katalysators 152 von einem Temperatursensor 160 empfangen. Alternativ kann der Sensor 160 so positioniert sein, dass er eine Angabe der Temperatur des Auslasskrümmers bereitstellt.
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 10 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 dem 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. Beispielhafte Verfahren sind hier unter Bezugnahme auf die 2–4 beschrieben.
Wie oben beschrieben worden ist, zeigt 1 nur einen Zylinder einer Mehrzylinderkraftmaschine, wobei jeder Zylinder ähnlich seinen eigenen Satz aus Einlass-/Auslassventilen, einer Kraftstoffeinspritzdüse, einer Zündkerze usw. enthalten kann.
In 2 ist eine beispielhafte Routine 200 zum Diagnostizieren der Verschlechterung in einem SCR-Katalysator gezeigt. Spezifisch wählt die Routine einen von zwei Modi basierend auf der Temperatur des SCR-Katalysators, wobei sie die SCR-Verschlechterung basierend auf den kumulativen Daten von beiden Modi angibt. Die Angabe der Verschlechterung kann eine Nachricht enthalten, die der Bedienungsperson des Fahrzeugs angezeigt wird, dass eine Verschlechterung der Kraftmaschine identifiziert worden ist, und kann ferner das Setzen eines im nichtflüchtigen Speicher gespeicherten Diagnosecodes enthalten, der der Verschlechterung des SCR-Katalysators entspricht und spezifisch den SCR-Katalysator als die Komponente identifiziert, die verschlechtert ist. Der Diagnosecode kann durch einen Schnittstellen-Anschluss an Bord des Fahrzeugs abrufbar sein.
Bei 202 enthält die Routine 200 das Bestimmen der Betriebsbedingungen der Kraftmaschine. Die Betriebsbedingungen können die Drehzahl und die Last der Kraftmaschine, die Kraftmaschinentemperatur, die NOx-Pegel der Kraftmaschinenausgabe, den Katalysatorwirkungsgrad (wie er z. B. basierend auf der Rückkopplung von den Abgassensoren bestimmt wird) und das Anspringen des SCR (z. B. ob der SCR seine Anspringtemperatur erreicht hat oder nicht) enthalten. Die Diagnose kann z. B. vor dem Weitergehen warten, bis der SCR-Katalysator sein Anspringen erreicht. Als ein weiteres Beispiel kann die Diagnose nur ausgeführt werden, wenn die Kraftmaschine arbeitet und dem Fahrzeug Antriebsleistung bereitstellt, um es in Bewegung zu halten. Bei 204 kann bestätigt werden, ob es ein geeigneter Zeitpunkt ist, um eine SCR-Diagnoseroutine auszuführen. Die SCR-Diagnoseroutine kann angebracht sein, falls ein Schwellenzeitraum vergangen ist, seit eine vorhergehende Routine ausgeführt worden ist. Falls die SCR-Diagnoseroutine nicht angebracht ist, kehrt die Routine 200 zum Anfang zurück.
Falls die seit einer vorhergehenden Diagnoseroutine vergangene Zeit größer als ein Schwellenwert ist, kann bei 206 bestimmt werden, ob die SCR-Temperatur über einem minimalen Schwellenwert liegt. Die SCR-Temperatur kann von der Temperatur der Abgase am Einlass in den SCR-Katalysator abgeleitet werden. Der minimale Temperaturschwellenwert kann z. B. der sein, über dem sich der SCR-Umsetzungswirkungsgrad auf einem Soll-Schwellenpegel befindet, der größer als der Anspringwirkungsgrad ist und bei oder unter dem Spitzenwirkungsgrad liegt. Als ein weiteres Beispiel kann die Routine bestimmen, ob die Temperatur so ist, dass der Wirkungsgrad innerhalb von 10% des Spitzenwirkungsgrades für einen nicht verschlechterten SCR-Katalysator liegt.
5 zeigt eine graphische Darstellung des Umsetzungswirkungsgrades des SCR-Katalysators gegen die Temperatur des Einlassgases (oder Speisegases) des SCR-Katalysators. Die Abbildung 500 repräsentiert einen beispielhaften NOx-Umsetzungswirkungsgrad für den SCR-Katalysator 152 nach 1. Die Y-Achse repräsentiert den NOx-Umsetzungswirkungsgrad in Prozent. Die X-Achse repräsentiert die Temperatur des SCR-Einlassgases in Grad C.
Hier zeigt die graphische Darstellung 510 des SCR-Wirkungsgrades, dass ein SCR-Katalysator bei Temperaturen unter 150°C einen niedrigen NOx-Umsetzungswirkungsgrad besitzen kann. Der NOx-Umsetzungswirkungsgrad bei 150°C beträgt etwa 40 Prozent und ist für niedrigere Einlassgastemperaturen niedriger. Der NOx-Umsetzungswirkungsgrad nimmt schnell zu und erreicht bei etwa 185°C etwa 90 Prozent, wie durch die vertikale Markierung 513 angegeben ist. Der NOx-Umsetzungswirkungsgrad des SCR-Katalysators nimmt bei Temperaturen über 185°C langsam zu und nähert sich einem Wirkungsgrad von 100 Prozent. In der Nähe von 390°C ist der NOx-Umsetzungswirkungsgrad zurück auf etwa 90 Prozent verringert, wie durch die vertikale Markierung 515 angegeben ist. Über die vertikale Markierung 515 hinaus nimmt der NOx-Umsetzungswirkungsgrad weiterhin ab, wenn die SCR-Einlasstemperatur weiterhin zunimmt. In diesem Beispiel kann der Bereich zwischen den vertikalen Markierungen 513 und 515 ein vorgegebener Betriebsbereich des SCR-Katalysators für einen Soll-NOx-Umsetzungswirkungsgrad sein, wie bezüglich 206 beschrieben worden ist.
Zurück in der Routine 200 nach 2 wird nun ein erster Diagnosemodus (A) bei 208 gewählt, falls bestimmt wird, dass die SCR-Temperatur unter der minimalen Temperatur für den Sollbetrieb (z. B. der vertikalen Markierung 513 in 5) liegt. Falls bestimmt wird, dass die SCR-Temperatur über dem minimalen Temperaturschwellenwert (z. B. der vertikalen Markierung 513 in 5) liegt, wird ein zweiter Diagnosemodus (B) gewählt. Die Modi A und B sind in den 4 bzw. 5 weiter ausgearbeitet.
Jeder Modus der SCR-Diagnose kann Daten des Umsetzungswirkungsgrades berechnen und sie mit dem Vorhandensein oder dem Fehlen einer SCR-Verschlechterung in Beziehung bringen. Ein Zähler der Verschlechterungsmesswerte kann z. B. um eins inkrementiert werden, falls der berechnete SCR-Umsetzungswirkungsgrad niedriger als ein erwarteter Umsetzungswirkungsgrad ist. Falls gleichermaßen der berechnete Wirkungsgrad mit dem erwarteten Umsetzungswirkungsgrad vergleichbar oder höher als der erwartete Umsetzungswirkungsgrad ist, wird der Zähler nicht inkrementiert. Folglich kann bei 212 bestimmt werden, ob die aus den Modi A und B erhaltenen kumulativen Messwerte der SCR-Verschlechterung höher als ein minimaler Schwellenwert sind. Der Controller kann z. B. beträchtliche Daten von dem Modus A der SCR-Diagnose empfangen, falls das Fahrzeug hauptsächlich für kurze Entfernungen oder den Stadtverkehr verwendet wird, wobei in diesen Situationen die Temperatur des SCR-Katalysators das für die Spitzen-NOx-Umsetzung erforderliche Minimum nicht erreicht. Deshalb kann in Abhängigkeit von der erhaltenen Probengröße der Messwerte der Controller wählen, eine Verschlechterung zu signalisieren (falls sie angegeben wird) oder auf Messwerte zu warten, die aus dem Modus B der SCR-Diagnose erlangt werden. Falls z. B. eine beträchtliche Anzahl der Verschlechterungsmesswerte nur während des Modus A erlangt wird, kann der Controller eine Verschlechterung signalisieren. Falls in einem weiteren Beispiel die bei dem Modus A erhaltenen Diagnoseergebnisse unterschiedlicher Art sind, kann der Controller warten, um vom Modus B der SCR-Diagnose weitere Daten zu erlangen. Als solche geben die Daten unterschiedlicher Art eine Mischung aus ”Bestanden”- oder ”Verschlechtert”-Messwerten an.
Falls festgestellt wird, dass die kumulativen Verschlechterungsmesswerte höher als der Schwellenwert sind, gibt die Routine 200 bei 214 eine SCR-Verschlechterung an, wobei sie eine Fehlfunktions-Indikatorlampe (MIL) an der Instrumententafel einschalten kann. Falls bestimmt wird, dass die Anzahl der Verschlechterungsmesswerte niedriger als ein Schwellenwert ist, kehrt die Routine 200 zum Anfang zurück und führt die Diagnoseroutinen weiterhin aus, wenn die Betriebsbedingungen erfüllt sind.
3 beschreibt eine beispielhafte Routine 300, die einen Modus A der SCR-Diagnose demonstriert, der durch den Controller ausgeführt wird, wenn bestimmt wird, dass die SCR-Temperatur niedriger als ein minimaler Schwellenwert, aber höher als die Anspringtemperaturen ist. Spezifisch berechnet die Routine 300 den SCR-Umsetzungswirkungsgrad basierend auf einem Unterschied der Messwerte des NOx-Pegels vor und nach dem SCR-Katalysator, wobei sie den berechneten Umsetzungswirkungsgrad mit einem erwarteten Wirkungsgrad vergleicht. Es können mehrere Messwerte erhalten werden, um eine höhere Zuverlässigkeit sicherzustellen.
Bei 302 kann die NOx-Konzentration in den in den SCR-Katalysator eintretenden Abgasen (NOx_IN) von einem stromaufwärts des SCR-Katalysators angeordneten NOx-Sensor bestimmt werden. Bei 304 kann die NOx-Konzentration in den aus dem SCR-Katalysator austretenden Abgasen (NOx_OUT) von einem stromabwärts des Katalysators angeordneten NOx-Sensor bestimmt werden. Bei 306 kann ein NOx-Umsetzungswirkungsgrad basierend auf der prozentualen relativen Änderung zwischen der NOx_IN und der NOx_OUT geschätzt werden. Wenn z. B. die NOx-Pegel des Speisegases (NOx_IN) 70 ppm betragen und die NOx-Pegel in den aus dem SCR austretenden Gasen (NOx_OUT) 35 ppm betragen, kann der Umsetzungswirkungsgrad als 50% berechnet werden.
Als Nächstes kann bei 308 der berechnete Umsetzungswirkungsgrad mit einem bei dieser Temperatur erwarteten Umsetzungswirkungsgrad verglichen werden. Falls bestimmt wird, dass der berechnete Wirkungsgrad niedriger als der erwartete Wirkungsgrad ist, inkrementiert der Controller bei 310 einen Zähler der Verschlechterungsmesswerte um eins, wobei er zum Anfang zurückkehrt. Falls andererseits bestimmt wird, dass der berechnete Wirkungsgrad mit einem erwarteten Umsetzungswirkungsgrad vergleichbar ist, kehrt die Routine zum Anfang zurück und wartet, die Diagnose abermals auszuführen, wenn die notwendigen Bedingungen erfüllt sind.
4 zeigt eine beispielhafte Routine 400 einschließlich des Modus B der SCR-Diagnose, der durch den Controller ausgeführt werden kann, wenn die SCR-Temperatur über einem minimalen Schwellenwert liegt. Spezifisch werden die NOx-Pegel des Speisegases künstlich und vorübergehend erhöht, um die Genauigkeit der Messwerte des NOx-Sensors zu verbessern, wobei der SCR-Umsetzungswirkungsgrad unter den Bedingungen eines höheren Speisegas-NOx berechnet wird.
Bei 402 kann bestimmt werden, ob sich der SCR-Katalysator in einem stationären aufgewärmten Zustand befindet. Dies kann als solches angeben, dass die SCR-Vorrichtung das Anspringen erreicht hat und das NOx in den Abgasen verringern kann. Falls bestimmt wird, dass der SCR-Katalysator das Anspringen nicht erreicht hat, sperrt die Routine die Diagnose bei 404, wobei sie zum Anfang in der Routine 200 zurückkehrt. Falls bestätigt wird, dass der SCR-Katalysator das Anspringen erreicht hat, kann bei 406 bestätigt werden, ob der Umsetzungswirkungsgrad des SCR-Katalysators höher als ein minimaler Schwellenwert ist. Es kann z. B. bestimmt werden, ob der Katalysator innerhalb des Soll-Wirkungsgradbereichs arbeitet, wie früher unter Bezugnahme auf 5 beschrieben worden ist. Die Routine 400 kann z. B. nur mit der SCR-Diagnose im Modus B fortfahren, wenn gemessen wird, dass der SCR-Umsetzungswirkungsgrad 90% oder mehr beträgt. Falls bestimmt wird, dass der SCR-Umsetzungswirkungsgrad niedriger als der minimale Schwellenwert ist, wird bei 404 die Diagnose abgebrochen, wobei sie zum Anfang der Routine 200 zurückkehrt, um zu warten, bis die Betriebsbedingungen erfüllt sind.
Falls bestimmt wird, dass der SCR-Umsetzungswirkungsgrad höher als ein minimaler Schwellenwert ist, kann bei 408 bestätigt werden, ob die NOx-Pegel des Speisegases niedriger als ein minimaler Schwellenwert sind. Dies unterstützt das Bestimmen des Betrags der künstlichen Zunahme des NOx, der geplant werden kann, um eine höhere Genauigkeit der Bestimmungen des Umsetzungswirkungsgrades bereitzustellen. In einem Beispiel können die NOx-Pegel in den Abgasen durch eine vergrößerte AGR-Strömung zum Einlass unter den minimalen Anforderungen gehalten werden, wenn sich das Fahrzeug bei Fernstraßengeschwindigkeiten mit minimalen Lasten bewegt. In einem weiteren Beispiel können die NOx-Pegel des Speisegases aufgrund der erhöhten Kraftmaschinen lasten während Bergauf-Fahrbedingungen höher als ein Schwellenwert sein.
Die Abbildung 600 nach 6 veranschaulicht eine Beziehung zwischen den NOx-Pegeln in den aus der Kraftmaschine austretenden Abgasen und den notwendigen künstlichen Erhöhungen der NOx-Pegel des Speisegases. Die Y-Achse repräsentiert die künstlichen Erhöhungen der NOx-Pegel, während die X-Achse die Temperatur an einem SCR-Einlass repräsentiert.
Die graphische Darstellung 610 stellt die Variation der geplanten künstlichen Erhöhungen der NOx-Pegel im Speisegas mit der Temperatur dar, wenn die Kraftmaschinenausgabe von NOx höher ist. Die graphische Darstellung 612 zeigt die Variation der geplanten künstlichen Erhöhungen der NOx-Pegel, wenn die Kraftmaschinenausgabe von NOx niedriger ist, während die graphische Darstellung 614 die Variation demonstriert, wenn die Kraftmaschinenausgabe von NOx am niedrigsten ist. Die vertikalen Markierungen 613 und 615 stellen den Bereich des Spitzen-Umsetzungswirkungsgrades des SCR-Katalysators dar.
Es kann aus der Abbildung 600 festgestellt werden, dass, wenn die NOx-Pegel in den Abgasen, die aus der Kraftmaschine austreten, abnehmen, eine größere künstliche Erhöhung der NOx-Pegel geplant wird, um die NOx-Pegel des Speisegases in den in den SCR-Katalysator eintretenden Gasen zu erhöhen. Falls z. B. die in den SCR-Katalysator eintretenden NOx-Pegel 50 ppm betragen und der Controller bestimmt, die NOx-Pegel für eine SCR-Diagnose im Modus B auf 200 ppm zu erhöhen, wird eine Erhöhung von 150 ppm ausgewählt. Falls die NOx-Pegel in den Abgasen, die aus der Kraftmaschine austreten, etwa 100 ppm betragen, erhöht der Controller die NOx-Pegel des Speisegases um 100 ppm, um die notwendigen NOx-Pegel von 200 ppm für die Diagnose im Modus B zu erreichen.
In einem Beispiel können die NOx-Pegel des Speisegases künstlich erhöht werden, indem die AGR-Strömung zum Einlasskrümmer verringert wird. Das Verringern der AGR unter bestimmten Bedingungen kann die Kraftstoffwirtschaftlichkeit verbessern. In einem weiteren Beispiel können die natürlich erhöhten NOx-Pegel während der Bergauf-Fahrbedingungen opportunistisch verwendet werden, um eine SCR-Diagnose des Typs des Modus B auszuführen, wobei folglich weniger künstliche Erhöhungen des NOx der Kraftmaschinenausgabe ermöglicht werden. In einem noch weiteren Beispiel kann die Zeitsteuerung der Kraftstoffeinspritzung nach früh verstellt werden, um höhere NOx-Pegel zu erzeugen.
Falls bestimmt wird, dass die NOx-Pegel in den aus der Kraftmaschine austretenden Abgasen über einem minimalen Schwellenwert liegen, kann bei 410 eine kleinere künstliche Erhöhung der NOx-Pegel des Speisegases erzeugt werden. Die AGR-Strömung kann z. B. um 5% verringert werden, um die Pegel des NOx zu erhöhen. Falls jedoch bestimmt wird, dass die NOx-Pegel im Abgas niedriger als der minimale Schwellenwert sind, kann bei 412 eine größere künstliche Erhöhung des Speisegas-NOx erzeugt werden. Die AGR kann z. B. um 15% verringert werden. Als solches sind die Verringerung der AGR und die folgende künstliche Erhöhung der NOx-Pegel von den anfänglichen NOx-Pegeln in den Abgasen abhängig.
Sobald die NOx-Pegel des Speisegases künstlich erhöht worden sind, kann die NOx-Konzentration in den in den SCR-Katalysator eintretenden Abgasen (NOx_IN_B) bei 414 von einem stromaufwärts des SCR-Katalysators angeordneten NOx-Sensor bestimmt werden. Bei 416 kann die NOx-Konzentration in den aus dem SCR-Katalysator austretenden Abgasen (NOx_OUT_B) von einem stromabwärts des Katalysators angeordneten NOx-Sensor bestimmt werden. Bei 418 kann ein NOx-Umsetzungswirkungsgrad basierend auf der relativen Änderung zwischen der NOx_IN_B und der NOx_OUT_B geschätzt werden. Die vorübergehende künstliche Erhöhung der NOx-Pegel des Speisegases kann das Verbessern des Rauschabstands der Rückkopplung des NOx-Sensors unterstützen und kann eine genauere Bestimmung des Umsetzungswirkungsgrades bereitstellen, wenn sich die Temperatur der SCR-Vorrichtung in dem Spitzen-Umsetzungsbereich befindet.
In einem Beispiel, wenn erwartet wird, dass der Umsetzungswirkungsgrad der SCR-Vorrichtung in seinem Spitzenbereich liegt, kann ein Speisegas-NOx-Sensor die NOx_IN_B als 50 ppm mit einem Fehler von ±20% bestimmen, während ein NOx-Sensor des Auspuffendrohrs die NOx_OUT_B als 10 ppm mit einem Fehler von ±10 ppm messen kann. Deshalb kann der Normalwert des Umsetzungswirkungsgrades als 80% geschätzt werden, aber infolge der Sensorfehler mit einer Varianz von 50% bis 100% Wirkungsgrad. Bei einer breiteren Varianz in den berechneten Umsetzungswirkungsgraden kann die Bestimmung einer Verschlechterung der SCR-Vorrichtung ungenau sein. Eine SCR-Vorrichtung mit einem berechneten Wirkungsgrad von 60% kann z. B. nicht als verschlechtert signalisiert werden, weil ein Wirkungsgrad von 60% in den Bereich von 50%–100% fällt. Falls nun die NOx-Pegel des Speisegases so vergrößert werden können, dass der Speisegas-NOx-Sensor die NOx_IN_B als 200 ppm mit einem Fehler von ±20% misst, und ein NOx-Sensor des Auspuffendrohrs die NOx_OUT_B als 80 ppm ± 10 ppm misst, kann der Normalwert des Umsetzungswirkungsgrades als 60% geschätzt werden, aber mit einer schmaleren Varianz von 44% bis 70%. Falls jedoch der erwartete Umsetzungswirkungsgrad wenigstens 80% beträgt, ist ein durchschnittlicher berechneter Wert des Umsetzungswirkungsgrades von 60% signifikant niedriger als die erwarteten 80%, wobei die SCR-Vorrichtung genauer als verschlechtert diagnostiziert werden kann. Folglich kann das Vergrößern der Speisegas-NOx-Ausgabe das Verbessern des Rauschabstands in der Rückkopplung des NOx-Sensors verbessern und dadurch die Zuverlässigkeit der SCR-Überwachung erhöhen. Ferner wird durch das Einstellen der Menge der vorübergehenden NOx-Erhöhung der Kraftmaschinenausgabe in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen nur soviel Überschuss-NOx verwendet, wie notwendig ist, um die Bestimmung des Umsetzungswirkungsgrades zu verbessern, wobei folglich der Gesamtbetrieb verbessert und die Störungen für den Kraftmaschinenbetrieb verringert werden. Je näher die Temperatur z. B. bei einem Spitzenumsetzungswirkungsgrad liegt, desto größer ist die künstliche Erhöhung des NOx und vice versa. Je niedriger die NOx-Pegel der Kraftmaschinenausgabe während der Überwachung des Wirkungsgrades sind, desto größer ist außerdem die künstliche Erhöhung des NOx und vice versa.
Bei 420 kann der berechnete Umsetzungswirkungsgrad mit einem bei dieser Temperatur erwarteten Umsetzungswirkungsgrad verglichen werden. Falls bestimmt wird, dass der berechnete Wirkungsgrad niedriger als ein erwarteter Wirkungsgrad ist, inkrementiert der Controller bei 422 einen Zähler der Verschlechterungsmesswerte um eins, wobei er zum Anfang zurückkehrt. Falls andererseits bestimmt wird, dass der berechnete Wirkungsgrad mit einem erwarteten Umsetzungswirkungsgrad vergleichbar ist, kehrt die Routine zum Anfang zurück und wartet, die Diagnose abermals auszuführen, wenn die notwendigen Bedingungen erfüllt sind.
Es wird erkannt, dass höhere Pegel des NOx nur erzeugt werden, wenn der SCR-Katalysator in einem Bereich mit hohem Wirkungsgrad arbeitet. Dies stellt sicher, dass ein großer Anteil des in den Katalysator eintretenden NOx reduziert wird und die Auspuffendrohr-Emissionen des NOx innerhalb annehmbarer Grenzen aufrechterhalten werden, während der Modus B der SCR-Diagnose ausgeführt wird. Folglich kann der Modus B der SCR-Diagnose gesperrt werden, falls die SCR-Vorrichtung nicht in ihrem Spitzenleistungsbereich arbeitet.
Es wird ferner erkannt, dass das Verringern der AGR-Strömung, um die NOx-Pegel des Speisegases künstlich zu erhöhen, zu stabilen Verbrennungsbedingungen und einem verringerten Kraftstoffverbrauch führen kann. In einem weiteren Beispiel kann das Speisegas-NOx durch das Verstellen der Zeitsteuerung der Kraftstoffeinspritzung nach früh erhöht werden, was außerdem die Kraftstoffwirtschaftlichkeit fördern kann. Deshalb kann eine Bewertung der SCR-Vorrichtung während des kontinuierlichen Kraftmaschinenbetriebs und der kontinuierlichen Fahrzeugbewegung ausgeführt werden, was die Kraftstoffwirtschaftlichkeit positiv ohne signifikante negative Wirkungen auf das Fahrverhalten des Fahrzeugs beeinflussen kann. Ferner kann durch das Überwachen und Sammeln der SCR-Leistungsergebnisse über einen Bereich der SCR-Betriebstemperaturen eine genauere Diagnose der SCR-Verschlechterung ausgeführt werden.
Eine beispielhafte SCR-Diagnose, die die beiden Modi veranschaulicht, wird unter Bezugnahme auf 7 beschrieben. Die Abbildung 700 nach 7 stellt die Bedingungen dar, unter denen eine künstliche Erhöhung des NOx erzeugt werden kann. Die Abbildung 700 stellt die Ergebnisse der SCR-Diagnose in der graphischen Darstellung 702, die AGR-Strömung in der graphischen Darstellung 704, den erwarteten SCR-Umsetzungswirkungsgrad in der graphischen Darstellung 706, den berechneten SCR-Umsetzungswirkungsgrad bei 708, die SCR-Temperatur in der graphischen Darstellung 710, die gemessene NOx-Ausgabe von der Kraftmaschine in der graphischen Darstellung 712 und die Fahrzeuggeschwindigkeit (Vs) in der graphischen Darstellung 714 dar. Alle graphischen Darstellungen sind über der Zeit dargestellt, die entlang der x-Achse graphisch dargestellt ist. Außerdem repräsentiert die Linie 707 eine minimale Schwellengrenze für den SCR-Umsetzungswirkungsgrad, repräsentieren die Linien 713 und 715 die minimale bzw. die maximale Schwellengrenze für die SCR-Temperatur und entspricht die Linie 717 einem minimalen Schwellenwert der NOx-Pegel in den Abgasen.
Vor t1 nimmt die Fahrzeuggeschwindigkeit (Vs) aus einem stationären Zustand schnell zu. Die AGR-Strömung kann während der Zeiträume einer hohen Kraftmaschinendrehzahl und der Bedingungen einer weit offenen Drosselklappe verringert oder gesperrt sein. Vor t1 steigen die NOx-Pegel stetig an, liegt die SCR-Temperatur unter einem minimalen Schwellenwert (die Linie 713), aber über der Anspringtemperatur, und ist der SCR-Umsetzungswirkungsgrad niedriger als ein Minimum (die Linie 707). Unter diesen Betriebsbedingungen kann ein Modus A der SCR-Diagnose ausgeführt werden, um den SCR-Umsetzungswirkungsgrad zu berechnen. Bei t1 erreicht die SCR-Temperatur den minimalen Schwellenwert, nimmt der SCR-Umsetzungswirkungsgrad über den minimalen Schwellenwert für die Spitzen-NOx-Umsetzung zu und stabilisiert sich die Vs bei einer hohen Geschwindigkeit. Das Fahrzeug kann sich z. B. bei Reisegeschwindigkeiten auf einer Fernstraße befinden, wobei eine höhere AGR-Strömung ermöglicht werden kann, um die NOx-Pegel (die graphische Darstellung 712) unter einen minimalen Schwellenwert 717 zu verringern.
Zwischen t1 und t2 sind alle Bedingungen zum Ausführen des Modus B der SCR-Diagnose erfüllt: der SCR hat das Anspringen erreicht, der Umsetzungswirkungsgrad liegt über einem Schwellenwert 707 und die NOx-Pegel in den Abgasen liegen unter einem minimalen Schwellenwert 717.
Deshalb wird bei t2 die AGR-Strömung signifikant verringert, was zu erhöhten NOx-Pegeln im Kraftmaschinenabgas führt, was eine genauere Messung des Umsetzungswirkungsgrades (die graphische Darstellung 708) ermöglicht. Es können mehrere Ergebnisse des Umsetzungswirkungsgrades hier erhalten werden, um die Zuverlässigkeit der Verschlechterungsdiagnose zu verbessern. Sobald eine beträchtliche Anzahl von Ergebnissen erhalten worden ist, wird die AGR-Strömung bei t3 erhöht, um die NOx-Pegel zu verringern. Folglich werden die NOx-Pegel vorübergehend während kurzer Intervalle erhöht, um jede negative Auswirkung auf die Emissionen zu minimieren.
Bei t4 kann eine weitere Diagnose im Modus B ausgeführt werden, weil der SCR-Umsetzungswirkungsgrad im Spitzenbereich bleibt. Da die NOx-Pegel nun über dem minimalen Schwellenwert liegen, ist die Verringerung der AGR-Strömung niedriger, als bei t2 erforderlich ist (wie früher unter Bezugnahme auf 6 ausgearbeitet worden ist).
Bei einer Verringerung der AGR steigen die NOx-Pegel an, wobei der SCR-Umsetzungswirkungsgrad abermals berechnet wird. Es kann bestimmt werden, dass der berechnete Wirkungsgrad überall in dem getesteten Bereich der Temperaturen mit den erwarteten Zahlen des Wirkungsgrades vergleichbar ist, wobei die SCR-Diagnose ein ”Bestanden”-Ergebnis angibt (die graphische Darstellung 702). Bei t5 endet die Diagnose und wird die AGR-Strömung erhöht. Über t5 hinaus nimmt Vs ab, wobei das Fahrzeug schließlich zu einem letztendlichen Stopp bei t6 verlangsamen kann.
Zwischen t6 und t7 ist ein ausgedehntes Zeitintervall angegeben, während dessen das Fahrzeug konsistent verwendet werden kann. Als solche sind die graphischen Darstellungen nach t7 ein Beispiel der SCR-Diagnose, wenn der SCR-Katalysator verschlechtert ist.
Bei t7 nimmt die Fahrzeuggeschwindigkeit (Vs) schnell zu, wobei zwischen t7 und t12 die gleichen drei Diagnoseschritte darauf basierend, dass die notwendigen Bedingungen erfüllt sind, mit den beiden Modi ausgeführt werden können. Folglich wird zwischen t7 und t8 ein Modus A der SCR-Diagnose ausgeführt, weil die SCR-Temperatur unter einem minimalen Schwellenwert liegt. Zwischen t8 und t9 sind die Betriebsbedingungen für den Modus B der SCR-Diagnose erfüllt, wobei von t9 bis t10 und von t11 bis t12 eine Diagnose im Modus B ausgeführt wird. Der berechnete Umsetzungswirkungsgrad (die graphische Darstellung 708) ist während aller Diagnoseschritte über einen Bereich der SCR-Temperaturen signifikant niedriger als der erwartete Umsetzungswirkungsgrad (die graphische Darstellung 706). Deshalb gibt der Controller basierend auf den kumulativen Ergebnissen von beiden Diagnosemodi die Verschlechterung an, wie in der graphischen Darstellung 702 zwischen t7 und t12 gezeigt ist.
Es wird angegeben, dass, selbst wenn der Umsetzungswirkungsgrad zwischen t1 und t2, t3 und t4, t8 und t9 und t10 und t11 weiterhin berechnet wird, die Daten weniger zuverlässig als jene Ergebnisse sein können, die erhalten werden, wenn die Typen des Modus A und des Modus B der SCR-Diagnose ausgeführt werden.
Auf diese Weise kann ein SCR-Katalysator über einen Bereich der SCR-Temperaturen durch das Auswählen verschiedener Diagnosemodi überwacht werden, die eine gemeinsame und genauere Bewertung einer möglichen Katalysatorverschlechterung ermöglichen. Die Analyse der SCR-Verschlechterung kann während längerer Zeiträume in einem Fahrzeug in Bewegung ausgeführt werden, um eine zufriedenstellende Anzahl von Ergebnissen zu erreichen, die eine zuverlässigere Analyse ermöglichen. Durch das Vergrößern der NOx-Pegel des Speisegases, wenn ein SCR-Katalysator bei höheren Umsetzungswirkungsgraden arbeitet, können die Fehler in den Messwerten der NOx-Sensoren verringert werden, um eine genauere Rückkopplung bereitzustellen, während die Auspuffendrohr-Emissionen unter den minimalen Anforderungen gehalten werden. Ferner kann die Verwendung einer verringerten AGR-Strömung oder einer nach früh verstellten Zeitsteuerung der Kraftstoffeinspritzung, um die NOx-Pegel in den Abgasen künstlich zu erhöhen, eine stabile Verbrennung liefern bzw. die Kraftstoffwirtschaftlichkeit fördern. Folglich kann die SCR-Verschlechterung in einem sich bewegenden Fahrzeug mit minimalen negativen Wirkungen auf das Fahrverhalten und die Emissionen bewertet werden.
Es wird angegeben, dass die hier enthaltenen beispielhaften Steuer- und Schätzroutinen mit verschiedenen Konfigurationen des Kraftmaschinen- und/oder Fahrzeugsystems verwendet werden können. Die hier offenbarten Steuerverfahren und -routinen können als ausführbare Anweisungen in einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert sein. 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 solche können die veranschaulichten verschiedenen Handlungen, Operationen und/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 beispielhaften Ausführungsformen zu erreichen, sondern sie ist für die Leichtigkeit der Veranschaulichung und Beschreibung bereitgestellt. Eine oder mehrere der veranschaulichten Handlungen, Operationen und/oder Funktionen können in Abhängigkeit von der verwendeten besonderen Strategie wiederholt ausgeführt werden. Ferner können die beschriebenen Handlungen, Operationen und/oder Funktionen Code graphisch darstellen, der in den nichtflüchtigen Speicher des computerlesbaren Speichermediums in dem Kraftmaschinen-Steuersystem zu programmieren ist.
Es ist klar, dass die hier offenbarten Konfigurationen und Routinen beispielhafter Art sind und dass diese spezifischen Ausführungsformen nicht in einem einschränkenden Sinn zu betrachten sind, weil zahlreiche Variationen möglich sind. Die obige Technik kann z. B. auf V-6-, I-4-, I-6-, V-12-, Boxer-4- und andere Kraftmaschinentypen angewendet werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthält alle neuartigen und nicht offensichtlichen Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen und anderen Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften, die hier offenbart sind.
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

WO 2013/152780 A1 [0003, 0004]

Claims

Verfahren für eine Kraftmaschine, die einen SCR-Katalysator enthält, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: für ein Fahrzeug in Bewegung: wenn die SCR-Temperatur unter einem ersten Schwellenwert liegt: Überwachen des SCR-Umsetzungswirkungsgrades ohne das Einstellen des Kraftmaschinenbetriebs, um das Speisegas-NOx künstlich zu erhöhen; und wenn die SCR-Temperatur über dem ersten Schwellenwert liegt, Überwachen der SCR-Umsetzungsleistung durch das Einstellen des Kraftmaschinenbetriebs, um das Speisegas-NOx künstlich zu erhöhen; und Angeben der SCR-Verschlechterung basierend auf dem überwachten Umsetzungswirkungsgrad.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die NOx-Sensoren unmittelbar stromaufwärts und stromabwärts des SCR-Katalysators positioniert sind, wobei, wenn die SCR-Temperatur über dem ersten Schwellenwert liegt, die NOx-Pegel des Speisegases durch das Verringern der AGR erhöht werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei, wenn die SCR-Temperatur über dem ersten Schwellenwert liegt, die NOx-Pegel des Speisegases durch das Verstellen der Zeitsteuerung der Kraftstoffeinspritzung nach früh erhöht werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine SCR-Verschlechterung basierend auf dem überwachten Umsetzungswirkungsgrad mit und ohne die künstliche NOx-Vergrößerung angegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei während der Fahrzeugbewegung und der Überwachung des SCR-Umsetzungswirkungsgrades die Kraftmaschine betrieben wird und in Betrieb aufrechterhalten wird, um alle Antriebsleistung dem Fahrzeug bereitzustellen, um die Fahrzeugbewegung aufrechtzuerhalten.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der SCR-Katalysator unter stationären erwärmten Bedingungen arbeitet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die NOx-Pegel des Speisegases nur künstlich erhöht werden, wenn der Umsetzungswirkungsgrad des SCR-Katalysators über einem minimalen Schwellenwert liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die NOx-Pegel des Speisegases nur künstlich erhöht werden, wenn der Pegel des NOx im Speisegas unter einem Schwellenwert liegt.
Verfahren zum Überwachen der Leistung eines SCR-Katalysators in einer Kraftmaschine mit NOx-Sensoren, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Betreiben der Kraftmaschine in einem ersten Modus, wenn die SCR-Temperatur unter einem ersten Schwellenwert liegt, und Überwachen des SCR-Umsetzungswirkungsgrades; Betreiben der Kraftmaschine in einem zweiten Modus mit einer künstlichen Erhöhung des Speisegas-NOx, wenn die SCR-Temperatur über dem ersten Schwellenwert liegt, und Fortsetzen der Überwachung des SCR-Umsetzungswirkungsgrades; und Angeben der SCR-Verschlechterung basierend auf dem kumulativen überwachten Wirkungsgrad der beiden Modi.
Verfahren nach Anspruch 9, das ferner das Überwachen der SCR-Leistung umfasst, wenn sich das Fahrzeug in Bewegung befindet und eine Kraftmaschine in Betrieb aufrechterhalten wird, um dem Fahrzeug Antriebsleistung bereitzustellen.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei während des zweiten Modus des Kraftmaschinenbetriebs die NOx-Pegel des Speisegases erhöht werden, wenn der SCR-Umsetzungswirkungsgrad über einem minimalen Schwellenwert liegt und wenn die NOx-Pegel des Speisegases niedriger als ein NOx-Schwellenwert sind.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die NOx-Pegel des Speisegases durch das Verringern der AGR-Strömung oder das Verstellen der Zeitsteuerung der Kraftstoffeinspritzung nach früh künstlich vergrößert werden.
System für eine Kraftmaschine in einem Fahrzeug, wobei das System Folgendes umfasst: einen SCR-Katalysator; und einen oder mehrere NOx-Sensoren; und einen Controller mit computerlesbaren Anweisungen, die in einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert sind, zum: wenn sich das Fahrzeug bewegt: während einer ersten Bedingung, wenn die Temperatur des SCR-Katalysators unter einem ersten Schwellenwert liegt; Auswerten des SCR-Umsetzungswirkungsgrades; und während einer zweiten Bedingung, wenn die Temperatur des SCR-Katalysators über dem ersten Schwellenwert liegt; künstlichen Erhöhen der NOx-Pegel des Speisegases; und Überwachen des SCR-Umsetzungswirkungsgrades.
System nach Anspruch 13, das ferner eine Angabe der SCR-Verschlechterung basierend auf dem während beider Bedingungen überwachten Umsetzungswirkungsgrad umfasst.
System nach Anspruch 13, wobei während der Überwachung des SCR-Umsetzungswirkungsgrades die Kraftmaschine betrieben wird und in Betrieb aufrechterhalten wird, um alle Antriebsleistung dem Fahrzeug bereitzustellen, um die Fahrzeugbewegung aufrechtzuerhalten.
System nach Anspruch 13, wobei während der zweiten Bedingung das Speisegas-NOx durch das Verringern der AGR vorübergehend erhöht wird.
System nach Anspruch 13, wobei während der zweiten Bedingung das Speisegas-NOx durch das Verstellen der Zeitsteuerung der Kraftstoffeinspritzung nach früh vorübergehend erhöht wird.
System nach Anspruch 13, wobei das Speisegas-NOx nur erhöht wird, wenn die NOx-Pegel in den in die SCR-Vorrichtung eintretenden Abgasen unter einen minimalen Schwellenwert abnehmen.
System nach Anspruch 13, wobei die NOx-Pegel in den Abgasen nur erhöht werden, wenn der SCR-Umsetzungswirkungsgrad über einem minimalen Schwellenwert liegt.
System nach Anspruch 13, das ferner Anweisungen umfasst, um während einer dritten Bedingung, wenn die Temperatur des SCR-Katalysators höher als ein erster Schwellenwert ist und die NOx-Pegel des Speisegases höher als ein minimaler Schwellenwert sind: das Speisegas-NOx in einem kleineren Grad zu erhöhen; den SCR-Umsetzungswirkungsgrad zu überwachen; und basierend auf den unter allen drei Bedingungen ausgeführten Messungen eine SCR-Verschlechterung anzugeben.