DE102014222691B4 - Verfahren und system für die anzeige einer funktionsminderung der reduktionsmittel-einspritzdüse - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Steuerung einer Kraftmaschine (10) via eines elektronischen Controllers (12), umfassend: Abschalten der Kraftmaschine (10), sodass diese zum Stillstand kommt und nicht rotiert; Erzeugen einer Ausgabe von einem Feedgas-Abgas-NOx-Sensor (160, 220), der an einen Auslasskanal (48, 206) stromaufwärts eines Abgas-Reduktionskatalysators (152, 204) gekoppelt ist; und Anzeigen einer Funktionsminderung einer Abgasreduktionsmittel-Einspritzdüse (156, 208) auf der Grundlage der Ausgabe des Feedgas-Abgas-NOx-Sensors (160, 220).

Description

  • Die vorliegende Anmeldung betrifft Verfahren zum Diagnostizieren einer Reduktionsmittel-Einspritzdüse, die mit einem Abgasbehandlungssystem einer Brennkraftmaschine gekoppelt ist.
  • Fahrzeugsysteme können eine Kraftmaschine mit einem Abgasbehandlungssystem enthalten, das in einem Auslasskanal gekoppelt ist, um die Abgasregelung zu steuern. In einigen Beispielen kann das Abgasbehandlungssystem ein selektives katalytisches Reduktionssystem (SCR-System) enthalten, in welchem ein Reduktionsmittel wie z. B. Harnstoff oder Ammoniak dem Abgasstrom stromaufwärtseines Reduktionskatalysators zugesetzt wird, sodass NOx durch den Katalysator reduziert werden können. In solch einem Beispiel kann das Reduktionsmittel (z. B. Harnstoff) dem Auslasskanal über eine Reduktionsmittel-Einspritzdüse zugeführt werden, die mit dem Auslasskanal in Fluidverbindung steht. Reduktionsmittel-Einspritzdüsen sind jedoch für Leckage anfällig. Zusätzlich kann aufgrund einer schlechten Reduktionsmittel-Dosiersteuerung systematisch zu viel Reduktionsmittel (z. B. Ammoniak) eingespritzt werden, was zur Bildung von Ablagerungen im Auslasskanal und in der Einspritzdüse führt.
  • Die US 8 240 130 B2 und DE 10 2008 047 860 B3 offenbaren jeweils eine Diagnose, welche Undichtheiten einer Abgasreduktionsmittel-Einspritzdüse auf Grundlage des Ausgabesignals eines NOx Sensors anzeigt.
  • Ein Ansatz zur Verringerung der Ablagerung von Ammoniak in Harnstoff- oder Ammoniak-Einspritzsystemen wird von Yacoub et al. in US 2012 / 0 090 296 A1 vorgestellt. Darin wird eine Konzentration an NOx und Ammoniak im Fahrzeug-Abgassystem stromabwärts der Reduktionsmittel-Einspritzdüse geschätzt oder modelliert. Als Reaktion darauf, dass der erkannte Ammoniakwert höher ist als ein gewünschter Ammoniakwert, wird eine Ammoniakablagerung festgestellt und durch Erwärmen des Abgassystems behandelt, um das abgelagerte Ammoniak zu spülen. Abgase werden beispielsweise durch Zündzeitpunktverstellung nach spät und erhöhte Kraftmaschinendrosselung erwärmt.
  • Die vorliegenden Erfinder haben jedoch bei einem derartigen Ansatz potenzielle Probleme festgestellt. Obwohl der Kraftmaschinenerwärmungsansatz von Yacoub et al. die Ammoniakablagerung während des Kraftmaschinenbetriebs anspricht, können Ammoniakablagerungen verbleiben und lange nachdem das Fahrzeug ausgeschaltet wurde, weiterhin Ammoniak freisetzen. Das heißt, abhängig von sowohl der Schwere der Einspritzdüsen-Leckage als auch dem Grad des Dosierungsfehlers können sich Ammoniakablagerungen weiter bilden, selbst nachdem eine Kraftmaschine zum Stillstand abgeschaltet wurde und das Fahrzeug ausgeschaltet wurde. Das anhaltende Vorhandensein von Ammoniakablagerungen setzt durch natürliche Sublimation Ammoniakdämpfe aus den Ablagerungen frei. Diese Dämpfe können den Reduktionskatalysator verstopfen, wodurch der Wirkungsgrad des Katalysators während des nachfolgenden Kraftmaschinenbetriebs gesenkt wird. Zusätzlich können die Abgasemissionen verschlechtert werden.
  • In einem Beispiel können einige der obigen Probleme durch ein Verfahren zum Identifizieren einer Leckage der Reduktionsmittel-Einspritzdüse behandelt werden. Das Verfahren umfasst Anzeigen einer Funktionsminderung einer Abgasreduktionsmittel-Einspritzdüse auf der Grundlage einer Ausgabe eines Abgas-NOx-Sensors nach einer Kraftmaschinenabschaltung zum Stillstand. Dadurch kann der Zustand der Reduktionsmittel-Einspritzdüse mit dem anhaltenden Vorhandensein von Ammoniakablagerungen nach einem Fahrzeugkraftmaschinenausschalten korreliert werden.
  • Beispielsweise kann ein Kraftmaschinensystem mit einem SCR-Katalysator im Auslasskanal und einer stromaufwärts des SCR-Katalysators positionierten Harnstoff-Einspritzdüse ausgelegt sein. Ein Feedgas-NOx-Sensor kann stromaufwärts des SCR-Katalysators und stromabwärts der Harnstoff-Einspritzdüse mit dem Auslasskanal gekoppelt sein. Gegebenenfalls kann stromabwärts des SCR-Katalysators ein zusätzlicher Endrohr-NOx-Sensor mit dem Auslasskanal gekoppelt sein. Während einer Kraftmaschinenabschaltung zum Stillstand kann ein Controller eine Menge nicht in Reaktion getretenen Ammoniaks schätzen, die im Abgassystem zum Beispiel in einer Lache im Auslasskanal verbleibt und/oder im SCR-Katalysator gespeichert ist. Ferner kann der Controller auf der Grundlage der Umgebungstemperaturbedingungen und Abgastemperaturbedingungen ein (zwischen der Reduktionsmittel-Einspritzdüse und dem SCR-Katalysator) im Auslasskanal erwartetes Ammoniak-Profil bestimmen, das Ammoniakwerte einschließt, die über eine Zeitdauer seit der Kraftmaschinenabschaltung hinweg erwartet werden. Der Controller kann den Feedgas-Abgas-NOx-Sensor dann während der Kraftmaschinenabschaltung als Ammoniaksensor verwenden, um Abgasammoniakwerte in diesem Bereich des Auslasskanals zu überwachen. Wenn das erkannte Ammoniak-Profil mit dem erwarteten Profil übereinstimmt, können keine Reduktionsmittel-Einspritzdüsen-Probleme angezeigt werden. Doch wenn die Profile nicht übereinstimmen, zum Beispiel, wenn der geschätzte Ammoniakwert höher ist als der erwartete Wert, und/oder wenn die erhöhten Ammoniakwerte länger anhalten als erwartet, kann das Vorhandensein überschüssigen Ammoniaks (z. B. größerer Ammoniakablagerungen) bestätigt werden und eine Funktionsminderung der Einspritzdüse kann angezeigt werden.
  • Dadurch kann der Zustand eines Reduktionsmittel-Einspritzsystems besser diagnostiziert werden. Durch Verwenden eines Feedgas-NOx-Sensors können Einspritzdüsen-Leckage- und Reduktionsmittel-Ablagerungsprobleme, die während der Kraftmaschinenabschaltung anhalten, erkannt und dementsprechend behandelt werden. Das heißt, das anhaltende Vorliegen erhöhter Ammoniakwerte (stromaufwärts eines Abgaskatalysators und stromabwärts einer Reduktionsmittel-Einspritzdüse) in einem Auslasskanal nach einer Kraftmaschinenabschaltung kann mit dem Vorhandensein von Harnstoff-Einspritzdüsenlecks und Ammoniakablagerungen im Auslasskanal korreliert werden. Durch Verwenden des Feedgas-Abgas-NOx-Sensors während Kraftmaschine-ausgeschaltet-Bedingungen, um Reduktionsmittel zu erkennen, das aus Reduktionsmittelablagerungen im Auslasskanal sublimiert, können auch Vorteile hinsichtlich der Verringerung der Komponentenzahl erreicht werden. Insgesamt werden die Abgasemissionen verbessert.
  • Es versteht sich, dass die obige Kurzdarstellung gegeben wird, um eine Auswahl von Konzepten, die in der ausführlichen Beschreibung näher beschrieben werden, in vereinfachter Form darzustellen. Sie soll keine Haupt- oder wesentlichen Merkmale des beanspruchten Gegenstands aufzeigen, dessen Schutzumfang allein durch die Ansprüche definiert wird, die auf die ausführliche Beschreibung folgen. Zudem beschränkt sich der beanspruchte Gegenstand nicht auf Realisierungen, welche die oben oder in einem anderen Teil dieser Offenbarung genannten Nachteile lösen.
    • 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Kraftmaschine, die ein Abgassystem mit einem Abgasbehandlungssystem enthält.
    • 2 zeigt die Bildung einer Harnstoffablagerung in einem Auslasskanal.
    • 3 zeigt ein Flussdiagramm, das eine Routine zum Diagnostizieren eines Reduktionsmittel-Einspritzsystems auf der Grundlage von Abgas-NOx-Werten nach einer Kraftmaschinenabschaltung zum Stillstand veranschaulicht.
    • 4 zeigt ein Flussdiagramm, das eine Routine zum Anpassen der Reduktionsmittel-Dosiersteuerung während eines Kraftmaschinen-Neustarts als Reaktion auf eine Anzeige einer Leckage der Einspritzdüse veranschaulicht.
    • 5 zeigt ein Flussdiagramm, das eine Routine zum Diagnostizieren eines NOx-Sensors auf der Grundlage von Abgas-NOx-Werten nach einer Kraftmaschinenabschaltung zum Stillstand veranschaulicht.
    • 6 zeigt einen Graphen, der ein Beispiel der Erkennung einer Funktionsminderung einer Harnstoff-Einspritzdüse oder ein Beispiel der Erkennung einer Funktionsminderung eines NOx-Sensors veranschaulicht.
    • 7 zeigt einen Graphen, der ein Beispiel der Erkennung einer Funktionsminderung eines Feedgas-Abgas-NOx-Sensors veranschaulicht.
  • Die folgende Beschreibung betrifft Verfahren und Systeme zur Verwendung einer Abgas-NOx-Sensorausgabe, die nach einer Kraftmaschinenabschaltung zum Stillstand erzeugt wird, um Abgasnachbehandlungssystemkomponenten wie z. B. die im Kraftmaschinensystem von 1 enthaltenen zu diagnostizieren. Zum Beispiel ermöglicht das Verfahren die Erkennung von Harnstoffablagerungen im Kraftmaschinen-Auslasskanal, wie in 2 gezeigt. Ein Controller kann dazu ausgelegt sein, eine Steuerroutine wie z. B. die Routine von 3 durchzuführen, um auf der Grundlage des Ausgabeprofils eines Abgas-NOx-Sensors, das geschätzt wird, nachdem die Kraftmaschine zum Stillstand gekommen ist, im Verhältnis zu einem erwarteten Ausgabeprofil auf der Grundlage der Kraftmaschinenbedingungen eine Funktionsminderung der Reduktionsmittel-Einspritzdüse zu erkennen. Der Controller kann dann auf der Grundlage einer Anzeige der Einspritzdüsen-Leckage während eines nachfolgenden Kraftmaschinen-Starts die Reduktionsmittel-Dosiersteuerung anpassen, wie in 4 gezeigt. Der Controller kann auch dazu ausgelegt sein, eine Steuerroutine wie z. B. die Routine von 5 durchzuführen, um eine bekannte Reduktionsmittelmenge in den Auslasskanal einzuspritzen, nachdem die Kraftmaschine zum Stillstand gekommen ist, und auf der Grundlage des geschätzten Ausgabeprofils des Abgas-NOx-Sensors im Verhältnis zu einem erwarteten Ausgabeprofil auf der Grundlage des eingespritzten Reduktionsmittels die Funktionsminderung des NOx-Sensors zu identifizieren. Beispielhafte Diagnoseoperationen werden in 6-7 gezeigt. Auf diese Weise werden die Abgasemissionen verbessert.
  • Nun auf 1 Bezug nehmend, zeigt eine schematische Darstellung einen Zylinder einer Mehrzylinderkraftmaschine 10, die in einem Antriebssystem eines Kraftfahrzeugs enthalten sein kann, wie veranschaulicht. Die Kraftmaschine 10 kann mindestens teilweise durch ein Steuersystem, das einen Controller 12 enthält, und durch eine Eingabe durch einen Fahrzeugbetreiber 132 über eine Eingabeeinrichtung 130 gesteuert werden. In diesem Beispiel umfasst die Eingabevorrichtung 130 ein Fahrpedal und einen Pedalpositionssensor 134 zum Erzeugen eines proportionalen Pedalpositionssignals PP. Eine Brennkammer (d.h. ein Zylinder) 30 der Kraftmaschine 10 kann Brennkammerwände 32 mit einem darin positionierten Kolben 36 enthalten. Der Kolben 36 kann an eine Kurbelwelle 40 gekoppelt sein, sodass eine Hin- und Herbewegung des Kolbens in eine Drehbewegung der Kurbelwelle umgesetzt wird. Die Kurbelwelle 40 kann über ein dazwischenliegendes Getriebesystem mit mindestens einem Antriebsrad eines Fahrzeugs gekoppelt sein. Weiterhin kann ein Anlassermotor über ein Schwungrad mit der Kurbelwelle 40 gekoppelt sein, um eine Anlassoperation der Kraftmaschine 10 zu ermöglichen.
  • Die Brennkammer 30 kann Einlassluft über einen Einlasskanal 42 von einem Einlasskrümmer 44 empfangen und Verbrennungsgase über einen Auslasskanal 48 ausstoßen. Der Einlasskrümmer 44 und der Auslasskanal 48 können über ein jeweiliges Einlassventil 52 und Auslassventil 54 selektiv mit der Brennkammer 30 kommunizieren. Bei einigen Ausführungsformen kann die Brennkammer 30 zwei oder mehr Einlassventile und/oder zwei oder mehr Auslassventile enthalten.
  • Im Beispiel, das in 1 gezeigt wird, können das Einlassventil 52 und das Auslassventil 54 über jeweilige Nockenbetätigungssysteme 51 und 53 durch Nockenbetätigung gesteuert werden. Die Nockenbetätigungssysteme 51 und 53 können jeweils einen oder mehrere Nocken enthalten und können ein oder mehrere der Systeme Nockenprofilumschaltung (CPS - Cam Profile Switching), variable Nockensteuerung (VCT - Variable Cam Timing), variable Ventilsteuerung (WT - Variable Valve Timing) und/oder variabler Ventilhub (WL - Variable Valve Lift) verwenden, die durch den Controller 12 betätigt werden können, um den Ventilbetrieb zu variieren. Die Position des Einlassventils 52 und des Auslassventils 54 können über Positionssensoren 55 bzw. 57 bestimmt werden. Bei alternativen Ausführungsformen können das Einlassventil 52 und/oder das Auslassventil 54 durch elektrische Ventilbetätigung gesteuert werden. Beispielsweise kann der Zylinder 30 alternativ ein über elektrische Ventilbetätigung gesteuertes Einlassventil und ein über Nockenbetätigung einschließlich CPS- und/oder VCT-Systeme gesteuertes Auslassventil enthalten.
  • Bei einigen Ausführungsformen kann jeder Zylinder der Kraftmaschine 10 mit einer oder mehreren Kraftstoffeinspritzdüsen ausgelegt sein, um Kraftstoff dorthin zu liefern. Als ein nicht-beschränkendes Beispiel weist der Zylinder 30 in der Darstellung eine Kraftstoffeinspritzdüse 66 auf. Die Kraftstoffeinspritzdüse 66 ist in der Darstellung direkt an den Zylinder 30 gekoppelt, um Kraftstoff proportional zu der Impulsbreite des von dem Controller 12 über einen elektronischen Treiber 68 empfangenen Signals FPW direkt dorthin einzuspritzen. Auf diese Weise liefert die Kraftstoffeinspritzdüse 66 das, was als Direkteinspritzung (im Folgenden auch als „DI“ bezeichnet) von Kraftstoff in den Brennzylinder 30 bekannt ist.
  • Es versteht sich, dass die Einspritzdüse 66 bei einer alternativen Ausführungsform eine Saugkanal-Einspritzdüse sein kann, die Kraftstoff in den Einlasskanal stromaufwärts des Zylinders 30 liefert. Es versteht sich auch, dass der Zylinder 30 Kraftstoff von mehreren Einspritzdüsen, wie etwa mehreren Saugkanal-Einspritzdüsen, mehreren Direkteinspritzdüsen oder einer Kombination davon, empfangen kann.
  • Bei einem Beispiel ist die Kraftmaschine 10 eine Dieselkraftmaschine, die Luft und Dieselkraftstoff durch Verdichtungszündung verbrennt. Bei anderen, nichtbeschränkenden Ausführungsformen kann die Kraftmaschine 10 einen anderen Kraftstoff, einschließlich Benzin, Biodiesel oder eine alkoholhaltige Kraftstoffmischung (z. B. Benzin und Ethanol oder Benzin und Methanol) durch Verdichtungszündung und/oder Fremdzündung verbrennen.
  • Der Einlasskanal 42 kann eine Drossel 62 mit einer Drosselplatte 64 enthalten. Bei diesem bestimmten Beispiel kann die Position der Drosselplatte 64 durch den Controller 12 über ein Signal variiert werden, das an einen Elektromotor oder einen Aktuator geliefert wird, der mit der Drossel 62 enthalten ist, eine Konfiguration, die gemeinhin als elektronische Drosselsteuerung (ETC - Electronic Throttle Control) bezeichnet wird. Auf diese Weise kann die Drossel 62 dahingehend betätigt werden, die an die Brennkammer 30 gelieferte Einlassluft zwischen den Zylindern der Kraftmaschine zu variieren. Die Position der Drosselplatte 64 kann durch ein Drosselpositionssignal TP an den Controller 12 geliefert werden. Der Einlasskanal 42 kann einen Luftmassenströmungssensor 120 und einen Krümmerluftdrucksensor 122 enthalten, um dem Controller 12 jeweilige Signale MAF und MAP bereitzustellen.
  • Weiterhin kann bei den offenbarten Ausführungsformen ein Abgasrückführungssystem (AGR-System) einen gewünschten Anteil von Abgas von dem Auslasskanal 48 zum Einlasskanal 42 über einen AGR-Kanal 140 leiten. Die an den Einlasskrümmer 44 gelieferte Menge an AGR kann durch einen Controller 12 über ein AGR-Ventil 142 variiert werden. Durch Einleiten von Abgas in die Kraftmaschine 10 wird die verfügbare Sauerstoffmenge zur Verbrennung verringert, wodurch Verbrennungsflammentemperaturen und zum Beispiel die Entstehung von NOx reduziert werden. Wie dargestellt, enthält das AGR-System weiterhin einen AGR-Sensor 144, der innerhalb des AGR-Kanals 140 angeordnet sein kann und eine Anzeige des Drucks, der Temperatur und/oder der Konzentration des Abgases bereitstellen kann. Unter einigen Bedingungen kann das AGR-System dazu verwendet werden, die Temperatur der Luft-Kraftstoff-Mischung innerhalb der Brennkammer zu regeln, wodurch ein Verfahren zum Steuern der Zündverstellung während einiger Verbrennungsmodi bereitgestellt wird. Zudem kann ein Anteil der Verbrennungsgase während einiger Bedingungen in der Brennkammer zurückgehalten oder eingefangen werden, indem die Auslassventilsteuerung, wie etwa durch Steuern eines Mechanismus zur variablen Ventilsteuerung, gesteuert wird.
  • Ein Abgassystem 128 enthält einen an den Auslasskanal 48 stromaufwärts eines Abgasbehandlungssystems 150 gekoppelten Abgassensor 126. Bei dem Sensor 126 kann es sich um einen beliebigen geeigneten Sensor zum Bereitstellen einer Anzeige des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses im Abgas handeln, wie etwa ein linearer Sauerstoffsensor oder UEGO(Universal or Wide-Range Exhaust Gas Oxygen)-, ein Zweizustands-Sauerstoffsensor oder ein EGO-, ein HEGO(Heated EGO)-, ein NOx-, ein HC- oder ein CO-Sensor. Das Abgasbehandlungssystem 150 ist entlang des Auslasskanals 48 stromabwärts des Abgassensors 126 angeordnet gezeigt.
  • In dem Beispiel, das in 1 gezeigt wird, ist das Abgasbehandlungssystem 150 ein selektives katalytisches Reduktionssystem (SCR-System) auf Harnstoffbasis. Das SCR-System enthält zum Beispiel mindestens einen Reduktionskatalysator (hier einen SCR-Katalysator 152), einen Reduktionsmittel-Speicherbehälter (hier einen Harnstoffspeicherbehälter 154) und eine Reduktionsmittel-Einspritzdüse (hier eine Harnstoff-Einspritzdüse 156). Bei anderen Ausführungsformen kann das Abgasbehandlungssystem 150 zusätzlich oder alternativ dazu andere Komponenten enthalten, wie etwa einen Partikelfilter, einen NOx-Speicherkatalysator, einen Dreiwegekatalysator, verschiedene andere Abgasreinigungseinrichtungen oder Kombinationen davon. Zum Beispiel kann die Harnstoff-Einspritzdüse 156 stromaufwärts des Reduktionskatalysators 152 und stromabwärts eines Oxidationskatalysators positioniert sein. Im dargestellten Beispiel führt die Harnstoff-Einspritzdüse 156 Harnstoff aus dem Harnstoffspeicherbehälter 154 zu. Es können jedoch verschiedene alternative Ansätze verwendet werden, wie etwa feste Harnstoffpellets, die einen Ammoniakdampf generieren, der dann in den SCR-Katalysator 152 eingespritzt oder dosiert wird. In einem weiteren Beispiel kann ein NOx-Speicherkatalysator stromaufwärts des SCR-Katalysators 152 positioniert sein, um je nach dem Fettheitsgrad des dem NOx-Speicherkatalysator zugeführten Luft-Kraftstoff-Verhältnisses NH3 für den SCR-Katalysator 152 zu erzeugen.
  • Das Abgasbehandlungssystem 150 enthält zudem einen stromabwärts des SCR-Katalysators 152 angeordneten Endrohr-Abgassensor 158. Bei der dargestellten Ausführungsform kann der Endrohr-Abgassensor 158 ein NOx-Sensor zum Beispiel zum Messen einer Menge an NOx nach dem SCR sein, die durch das Endrohr des Auslasskanals 48 abgegeben wird. Das Abgasbehandlungssystem 150 kann außerdem einen Feedgas-Abgassensor 160 enthalten, der stromaufwärts des SCR-Katalysators 152 und stromabwärts der Harnstoff-Einspritzdüse 156 positioniert ist. Bei der dargestellten Ausführungsform kann der Feedgas-Abgassensor 160 auch ein NOx-Sensor sein, zum Beispiel zur Messung einer Menge an NOx vor dem SCR, die zur Behandlung beim SCR-Katalysator im Auslasskanal empfangen wird.
  • In einigen Beispielen kann ein Wirkungsgrad des SCR-Systems auf der Grundlage der Ausgabe eines Endrohr-Abgassensors 158 und/oder Feedgas-Abgassensors 160 bestimmt werden. Beispielsweise kann der Wirkungsgrad des SCR-Systems bestimmt werden, indem NOx-Werte stromaufwärts des SCR-Katalysators (durch den Sensor 160) mit NOx-Werten stromabwärts des SCR-Katalysators (durch den Sensor 158) verglichen werden. Der Wirkungsgrad kann außerdem auf dem Abgassensor 126 basieren, der stromaufwärts des SCR-Systems positioniert ist (wenn der Sensor 126 zum Beispiel NOx misst). In anderen Beispielen können Abgassensoren 158, 160 und 126 beliebige Sensoren sein, die zum Bestimmen einer Abgasbestandteilekonzentration geeignet sind, wie z. B. ein UEGO-, EGO-, HEGO-, HC-, CO-Sensor usw.
  • Der Controller 12 wird in 1 als ein Mikrocomputer gezeigt, der eine Mikroprozessoreinheit 102, Eingabe-/Ausgabe-Anschlüsse 104, ein elektronisches Speichermedium für ausführbare Programme und Kalibrierungswerte, das in diesem speziellen Beispiel als Festwertspeicherchip 106 gezeigt wird, einen Direktzugriffsspeicher 108, einen Haltespeicher 110 und einen Datenbus umfasst. Der Controller 12 kann mit an die Kraftmaschine 10 gekoppelten Sensoren in Kommunikation sein und deshalb von diesen verschiedene Signale empfangen, zusätzlich zu jenen bereits erörterten Signalen, einschließlich einer Messung der eingeleiteten Luftmasse (MAF - Mass Air Flow) vom Luftmassensensor 120, einer Kraftmaschinenkühlmitteltemperatur (ECT - Engine Coolant Temperature) von einem mit einer Kühlmuffe 114 gekoppelten Temperatursensor 112, einem Zündungsprofil-Aufnehmersignal (PIP - Profile Ignition Pickup) von einem Hall-Effekt-Sensor 118 (oder einem anderen Typ), der mit der Kurbelwelle 40 gekoppelt ist, einer Drosselposition (TP - Throttle Position) von einem Drosselpositionssensor, einem Krümmerabsolutdrucksignal MAP von dem Sensor 122 und einer Abgasbestandteilekonzentration von den Abgassensoren 126, 160 und 158. Ein Kraftmaschinendrehzahlsignal RPM kann vom Controller 12 aus dem Signal PIP erzeugt werden.
  • Das Speichermedium Festwertspeicher 106 kann mit nicht flüchtigen, computerlesbaren Daten programmiert sein, die Anweisungen darstellen, die durch den Prozessor 102 ausgeführt werden können, um die unten beschriebenen Verfahren sowie andere Varianten, die antizipiert werden, aber nicht spezifisch aufgeführt sind, durchzuführen. Beispielhafte Verfahren werden hier Bezug nehmend auf 3-5 beschrieben.
  • Wie oben beschrieben, zeigt 1 nur einen Zylinder einer Mehrzylinderkraftmaschine, und jeder Zylinder kann dementsprechend seinen eigenen Satz aus Einlass-/Auslassventilen, Kraftstoffeinspritzdüse, Zündkerze usw. aufweisen.
  • 2 zeigt eine detaillierte Ausführungsform eines Abgasnachbehandlungssystems 200 wie z. B. das Abgasbehandlungssystem 150, das oben Bezug nehmend auf 1 beschrieben wurde. Wie gezeigt, enthält das Abgasbehandlungssystem 200 einen ersten Katalysator 202, wie z. B. einen Diesel-Oxidationskatalysator, und einen zweiten Katalysator 204, wie z. B. einen SCR-Katalysator, die entlang eines Auslasskanals 206 angeordnet sind. Im Beispiel von 2 ist der zweite Katalysator (Reduktionskatalysator) 204 stromabwärts des ersten Katalysators (Oxidationskatalysators) 202 positioniert. Als Reaktion auf Signale, die von einem Controller 210 empfangen werden, spritzt die Abgasreduktionsmittel-Einspritzdüse 208 ein Reduktionsmittel wie z. B. Harnstoff oder Ammoniak zur Reaktion mit NOx im zweiten Katalysator 204 in den Abgasstrom ein.
  • In dem in 2 gezeigten Beispiel wird die Abgasreduktionsmittel-Einspritzdüse 208 mit Reduktionsmittel aus einem Reduktionsmittel-Speicherbehälter 212 versorgt. Der Reduktionsmittel-Speicherbehälter 212 kann zum Beispiel ein Behälter sein, der dazu geeignet ist, das Reduktionsmittel über einen Temperaturbereich hinweg aufzunehmen. Das Reduktionsmittel wird durch eine Pumpe 214 aus dem Reduktionsmittel-Speicherbehälter 212 gepumpt. Die Pumpe 214 pumpt Reduktionsmittel aus dem Reduktionsmittel-Speicherbehälter 212 und führt dem Auslasskanal 206 das Reduktionsmittel mit einem höheren Druck zu. Wie gezeigt, steht die Pumpe 214 durch einen Reduktionsmittelkanal 216 mit der Reduktionsmittel-Einspritzdüse 208 in Fluidverbindung. Bei manchen Ausführungsformen kann Reduktionsmittel, das in den Auslasskanal 206 eintritt, über einen Mischer 218 in den Abgasstrom gemischt werden.
  • Das Abgasbehandlungssystem 200 enthält außerdem einen Feedgas-NOx-Sensor 220, der stromabwärts des ersten Katalysators 202, stromabwärts der Reduktionsmittel-Einspritzdüse 208 und stromaufwärts des zweiten Katalysators 204 angeordnet ist. Der Feedgas-NOx-Sensor kann daher einer Schätzung von NOx-Werten im Abgas bereitstellen, das in den SCR-Katalysator eintritt. Das Abgasbehandlungssystem 200 enthält außerdem einen Endrohr-NOx-Sensor 222, der stromabwärts des zweiten Katalysators 204 angeordnet ist. Der Endrohr-Abgas-NOx-Sensor kann daher eine Schätzung von NOx-Werten im Abgas bereitstellen, das aus dem SCR-Katalysator austritt. Der Feedgas-NOx-Sensor 220 und der Endrohr-NOx-Sensor 222 können zum Beispiel dazu verwendet werden, eine Menge an NOx im Auslasskanal 206 zu bestimmen, sodass die Reduktionsmitteldosierung mindestens teilweise auf der Grundlage der NOx-Menge im Auslasskanal 206 gesteuert werden kann. Wie weiter unten auf 5 Bezug nehmend ausführlicher beschrieben, kann eine Funktionsminderung des Feedgas-NOx-Sensors 220 während Kraftmaschine-ausgeschaltet-Bedingungen auf der Grundlage einer Menge an Reduktionsmittel bestimmt werden, die in den Auslasskanal 206 eingespritzt wurde, nachdem die Kraftmaschine zum Stillstand abgeschaltet wurde. Zum Beispiel kann eine Istausgabe des Feedgas-NOx-Sensors 220 mit einer erwarteten Ausgabe des Feedgas-NOx-Sensors 220 verglichen werden, wobei die erwartete Ausgabe auf einer Menge an Reduktionsmittel basiert, die nach einer Abschaltung der Kraftmaschine zum Stillstand von der Reduktionsmittel-Einspritzdüse 208 in den Auslasskanal 206 eingespritzt wurde. Wenn eine Abweichung zwischen der erwarteten Ausgabe und der Istausgabe vorliegt, kann eine Funktionsminderung des NOx-Sensors bestimmt werden.
  • Wie auf 3 Bezug nehmend ausführlich beschrieben, kann der Feedgas-NOx-Sensor zudem verwendet werden, um eine Funktionsminderung der Reduktionsmittel-Einspritzdüse 208 zu bestimmen. Zum Beispiel kann die Reduktionsmittel-Einspritzdüse 208 mit der Zeit beginnen, zu lecken, sodass eine größere Menge an Reduktionsmittel in den Auslasskanal 206 eintritt als gewünscht. Als Ergebnis kann sich zum Beispiel eine Reduktionsmittelablagerung 224 im Auslasskanal 206 bilden. Abhängig von einer Umgebungstemperatur und einer Abgastemperatur, die zum Beispiel durch Temperatursensoren 226, 228 und 230 gemessen werden können, kann die Reduktionsmittelablagerung 224 sublimieren, sodass Reduktionsmitteldampf vom Feedgas-NOx-Sensor 220 erfasst werden kann, wenn kein NOx im Auslasskanal 206 vorhanden ist (z. B. während Kraftmaschine-ausgeschaltet-Bedingungen). Bei Kraftmaschine-abgeschaltet-Bedingungen kann der Feedgas-NOx-Sensor daher verwendet werden, um Reduktionsmittel-Werte (z. B. Ammoniak-Werte) im Auslasskanal stromabwärts der Reduktionsmittel-Einspritzdüse und stromaufwärts des SCR-Katalysators zu schätzen und abzuleiten, ob sich Reduktionsmittelablagerungen gebildet haben. Die Feedgas-NOx-Sensorausgabe kann auch verwendet werden, um eine Größe der Reduktionsmittelablagerung zu schätzen. Auf der Grundlage der Größe der Ablagerungen (z. B., wenn sie größer als eine Schwellengröße oder größer als eine erwartete Größe sind) kann eine Einspritzdüsen-Leckage identifiziert werden. Wie weiter unten Bezug nehmend auf 3 ausführlicher beschrieben, kann der Feedgas-NOx-Sensor 220 eine Anzeige einer Funktionsminderung der Reduktionsmittel-Einspritzdüse 208 bereitstellen. Zum Beispiel wird eine Istausgabe des Feedgas-NOx-Sensors 220 mit einer erwarteten Ausgabe des Feedgas-NOx-Sensors 220 verglichen, wobei die erwartete Ausgabe auf einer geschätzten Gesamtmenge nicht in Reaktion getretenen Reduktionsmittels, das während der Kraftmaschinenabschaltung im zweiten Katalysator 204 und im Auslasskanal 206 gespeichert ist, einer Umgebungstemperatur, Abgasströmungsbedingungen und einer Abgastemperatur bei der Kraftmaschinenabschaltung basiert. Daher enthält das Abgasbehandlungssystem 200 den Feedgas-NOx-Sensor 220, der verwendet werden kann, um eine Menge an NOx zu bestimmen, die bei Kraftmaschine-eingeschaltet-Bedingungen im Auslasskanal 206 vorhanden ist, und eine Menge an Reduktionsmittel, die bei Kraftmaschine-ausgeschaltet-Bedingungen im Auslasskanal 206 vorhanden ist. Wie weiter unten beschrieben, kann auf der Grundlage einer Ausgabe des Feedgas-NOx-Sensors 220 unter den verschiedenen Bedingungen eine Funktionsminderung des Feedgas-NOx-Sensors 220 sowie eine Funktionsminderung der Reduktionsmittel-Einspritzdüse 208 bestimmt werden.
  • Wie Bezug nehmend auf 3-5 ausgeführt, kann während Bedingungen, wenn die Kraftmaschine zum Stillstand abgeschaltet ist und das Fahrzeug ausgeschaltet ist (z. B. beim Ausschalten der Kraftmaschine und/oder des Fahrzeugs mit Schlüssel (Key-off) oder beim Ausstellen der Kraftmaschine in einem schlüssellosen System mit Stopp-/Start-Knopf), der Feedgas-Abgas-NOx-Sensor verwendet werden, um Reduktionsmittel-Werte im Abgasvolumen zwischen der Einspritzdüse und dem SCR-Katalysator zu schätzen. Die NOx-Sensorausgabe kann dann verwendet werden, um das anhaltende Vorhandensein von Reduktionsmittelablagerungen zu diagnostizieren, wie es beim Vorhandensein einer Einspritzdüsen-Leckage auftreten kann. Beispielsweise kann eine Leckage der Harnstoff-Einspritzdüse auf der Grundlage der Erkennung von überschüssigem Ammoniak im definierten Raum (zwischen der Reduktionsmittel-Einspritzdüse und dem SCR-Katalysator) diagnostiziert werden. Zusätzlich kann Harnstoff aktiv eingespritzt werden und eine Ausgabe des Feedgas-NOx-Sensors kann überwacht werden, um die dynamischen Eigenschaften des NOx-Sensors zu bestimmen. Auf diese Weise kann eine Ausgabe des Feedgas-NOx-Sensors, die nach einer Kraftmaschine-ausgeschaltet(Key-off)-Bedingung erzeugt wird, vorteilhaft verwendet werden, um sowohl eine Funktionsminderung der Einspritzdüse als auch eine Funktionsminderung des NOx-Sensors zu identifizieren.
  • Nun auf 3 Bezug nehmend, wird eine beispielhafte Routine 300 zum Diagnostizieren eines Reduktionsmittel-Einspritzsystems auf der Grundlage von Abgas-NOx-Werten gezeigt, nachdem eine Kraftmaschine zum Stillstand abgeschaltet wurde. Das heißt, die Routine bestimmt einen erwarteten Abgasreduktionsmittel-Wert und einen Abgasreduktionsmittel-Istwert während einer Kraftmaschine-ausgeschaltet-Bedingung nach einer Kraftmaschinenabschaltung. Auf der Grundlage einer Differenz zwischen den erwarteten und Reduktionsmittel-Istwerten kann eine Funktionsminderung der Abgasreduktionsmittel-Einspritzdüse diagnostiziert werden. Wenn der Reduktionsmittel-Istwert zum Beispiel größer ist als der erwartete Wert, kann eine Funktionsminderung der Abgasreduktionsmittel-Einspritzdüse wie z. B. eine Leckage der Einspritzdüse angezeigt werden.
  • Bei 302 wird bestimmt, ob die Kraftmaschine ausgeschaltet ist und zum Stillstand gekommen ist, sodass die Kraftmaschine nicht rotiert und in keinem Zylinder der Kraftmaschine eine Verbrennung stattfindet. Beispielsweise kann bestimmt werden, dass die Kraftmaschine abgeschaltet ist, wenn der Zündschlüssel in der Kraftmaschine-ausgeschaltet-Stellung ist oder wenn in einem schlüssellosen System der Stopp-Knopf gedrückt wurde. Als weitere Beispiele kann bestimmt werden, dass die Kraftmaschine ausgeschaltet ist, wenn das Fahrzeug, in welchem die Kraftmaschine positioniert ist, in einem ausgeschalteten Zustand ist und/oder wenn ein Abgasdurchsatz unter einem Schwellenstrom liegt. Wenn bestimmt wird, dass die Kraftmaschine nicht ausgeschaltet ist, wird die Routine 300 beendet.
  • Wenn andererseits bestimmt wird, dass die Kraftmaschine ausgeschaltet ist, geht die Routine zu 304 über, wo eine SCR-Katalysatorleistung zwischengespeichert wird. Zum Beispiel kann das Steuersystem auf der Grundlage einer Ausgabe von den Abgas-NOx-Sensoren einen Zustand oder Status des SCR-Katalysators bestimmen. Der Katalysator-Wirkungsgrad kann als eine Referenz zur Bestimmung der Gültigkeit des Korrektursteuervorgangs verwendet werden, der beim nächsten Einschaltzyklus (Keyon-Zyklus) zu ergreifen ist (wie in 4 bei Schritt 408 ausgeführt).
  • Bei 306 werden Abgas-NOx-Sensoren intrusiv aktiviert gehalten. Zum Beispiel bleiben der (zwischen dem Oxidationskatalysator und dem SCR-Katalysator positionierte) Feedgas-NOx-Sensor und der (stromabwärts des SCR-Katalysators positionierte) Endrohr-NOx-Sensor aktiviert, nachdem die Kraftmaschine abgeschaltet wurde, sodass sie weiterhin Signale ausgeben, welche die NOx-Werte im Auslasskanal angeben. Daher wird der Feedgas-NOx-Sensor aktiviert gehalten, obwohl keine weiteren Abgas-NOx erwartet werden, nachdem die Kraftmaschine zum Stillstand abgeschaltet wurde.
  • Bei 308 wird bestimmt, ob der Endrohr-Abgas-NOx-Wert oder Endrohr-Abgasstrom sich stabilisiert hat. Zum Beispiel kann das System warten, bis das Signal vom Endrohr-NOx-Sensor sich stabilisiert oder ausgeglichen hat, bevor die Routine fortfährt. Alternativ dazu kann das System warten, bis die Endrohr-Abgaskonzentrationen sich stabilisiert haben und der Abgasdurchsatz unter einem Schwellendurchsatz liegt. Wenn bestimmt wird, dass der Endrohr-Abgas-NOx-Wert oder Abgasstrom sich nicht stabilisiert haben, geht die Routine 300 zu 324 über, wobei das System auf die Stabilisierung des Endrohr- NOx-Wert oder des Abgasstroms wartet.
  • Sobald der Endrohr-NOx-Wert/der Abgasstrom sich stabilisiert hat oder wenn bei 308 bestimmt wird, dass die Endrohr-NOx/der Strom stabil ist, geht die Routine 300 zu 310 über, wo bestimmt wird, ob die Menge oder der Wert (z. B. die Konzentration) der Feedgas-NOx größer ist als die Menge oder der Wert (z. B. die Konzentration) der Endrohr-NOx. Die Menge an Feedgas-NOx und die Menge an Endrohr-NOx können zum Beispiel auf der Grundlage von Signalen von den jeweiligen Sensoren bestimmt werden. Sobald sich der Endrohr-Abgasstrom nach der Kraftmaschinenabschaltung stabilisiert hat, ist daher zu erwarten, dass die Ausgabe des Feedgas-NOx-Sensors sich stabilisiert und an die Ausgabe des Endrohr-NOx-Sensors angleicht. Wenn nach der Kraftmaschinenabschaltung keine weiteren Feedgas-NOx erzeugt werden, kann der Feedgas-NOx-Sensor auch verdampftes Reduktionsmittel (z. B. Ammoniak) erfassen, das im Bereich zwischen der Einspritzdüse und dem SCR-Katalysator im Auslasskanal verbleibt. Deshalb kann eine Ausgabe des Feedgas-NOx-Sensors, die höher ist als die Ausgabe des Endrohr-NOx-Sensors, das Vorhandensein von Ammoniakablagerungen im Auslasskanal anzeigen, sobald der Abgasstrom sich unter Kraftmaschine-abgeschaltet-Bedingungen stabilisiert hat. Wenn die Feedgas-NOx-Menge kleiner ist als die Endrohr-NOx-Menge, geht die Routine zu 326 über und wartet auf die Stabilisierung des Feedgas-NOx-Sensorsignals. Sobald die Werte sich stabilisiert haben, kann die Routine zu 312 weitergehen, um die Funktionsminderung der Reduktionsmittel-Einspritzdüse anhand der Feedgas-NOx-Sensorausgabe zu prüfen. In anderen Beispielen kann der Controller anzeigen, dass das Reduktionsmittel-Einspritzsystem in gutem Zustand (nicht funktionsgemindert) ist, wenn das Feedgas-NOx-Sensorsignal nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitdauer immer noch keine Werte aufweist, die höher sind als das Endrohr-NOx-Sensorsignal, und kann direkt zu Schritt 328 der Routine 300 übergehen.
  • Wenn andererseits bestimmt wird, dass die Menge der Feedgas-NOx größer ist als die Menge der Endrohr-NOx, geht die Routine direkt zu 312 über, um die Reduktionsmittel-Einspritzdüse zu diagnostizieren. Das heißt, bei 312 wird der erwartete (z. B. restliche) Abgasreduktionsmittel-Wert bestimmt. In einigen Beispielen kann der erwartete Reduktionsmittel-Wert ein erwarteter Ammoniakwert sein. Zum Beispiel wird auf der Grundlage der Abgasströmungs- und -temperaturbedingungen, der Einspritzbedingungen, der Umgebungsbedingungen, der Katalysatorbedingungen und einer Menge nicht in Reaktion getretenen Reduktionsmittels, die im Abgasreduktionskatalysator gespeichert ist, eine erwartete Menge nicht in Reaktion getretenen Abgasreduktionsmittels, die nach der Kraftmaschinenabschaltung zwischen der Reduktionsmittel-Einspritzdüse und dem SCR-Katalysator im Auslasskanal zurückbleibt (oder verweilt), bestimmt. Dies beinhaltet das Bestimmen einer erwarteten Größe einer Reduktionsmittelablagerung im Auslasskanal, einer Reduktionsmittel-Sublimationsrate von der Ablagerung und einer entsprechenden Feedgas-NOx-Sensorausgabe. In einem Beispiel kann der Controller auf der Grundlage der erwarteten Größe der Ammoniakablagerung und einer natürlichen Sublimationsrate der Ammoniakablagerung (auf der Grundlage der Abgastemperatur im Auslasskanal und der Umgebungstemperatur bei der Kraftmaschinenabschaltung) ein erwartetes Feedgas-NOx-Sensor-Ausgabeprofil für eine Zeitdauer seit der Kraftmaschinenabschaltung bestimmen.
  • Sobald der erwartete Abgasreduktionsmittel-Wert bestimmt ist, geht die Routine 300 zu 314 über, wo auf der Grundlage von Feedgas-Abgas-NOx-Sensorausgabe und -profils ein Abgasreduktionsmittel-Istwert geschätzt wird. Der Abgasreduktionsmittel-Istwert wird zum Beispiel auf der Grundlage einer Signalausgabe vom Feedgas-Abgas-NOx-Sensor bestimmt. Wenn während Kraftmaschine-ausgeschaltet-Bedingungen der Abgasstrom im Wesentlichen null ist und kein NOx im Auslasskanal vorhanden ist, kann der NOx-Sensor daher als Reduktionsmittel-Sensor (z. B. Ammoniak-Sensor) wirken, da der NOx-Sensor Ammoniak in der Gasphase gegenüber, das aus Harnstoffablagerungen im Auslasskanal sublimiert, querempfindlich sein kann. In einem Beispiel kann der Abgasreduktionsmittel-Istwert über den Feedgas-NOx-Sensor für eine Zeitdauer seit der Fahrzeug-ausgeschaltet-Bedingung geschätzt werden, um eine Menge an Reduktionsmittel und eine Reduktionsmittel-Sublimationsrate zu bestimmen.
  • Bei 316 der Routine 300 wird bestimmt, ob der (bei 314 bestimmte) Abgasreduktionsmittel-Istwert größer ist als der (bei 312 bestimmte) erwartete Abgasreduktionsmittel-Wert. Wenn bestimmt wird, dass der Abgasreduktionsmittel-Istwert kleiner ist als der erwartete Abgasreduktionsmittel-Wert, geht die Routine zu 328 über, wo keine Leckage der Reduktionsmittel-Einspritzdüse angezeigt wird (z. B. wird keine Leckage der Reduktionsmittel-Einspritzdüse diagnostiziert).
  • Wenn andererseits bestimmt wird, dass der Abgasreduktionsmittel-Istwert größer ist als der erwartete Abgasreduktionsmittel-Wert, geht die Routine zu 318 weiter, wo eine Funktionsminderung der Reduktionsmittel-Einspritzdüse angezeigt wird und ein Diagnosecode gesetzt wird. Das heißt, da der Reduktionsmittel-Wert höher ist als erwartet, leitet der Controller daraus ab, dass aufgrund einer Leckage der Reduktionsmittel-Einspritzdüse im Auslasskanal zwischen der Reduktionsmittel-Einspritzdüse und dem SCR-Katalysator eine größere Reduktionsmittelablagerung vorhanden ist als erwartet. Beispielsweise kann die Anzeige einer Funktionsminderung der Reduktionsmittel-Einspritzdüse eine Anzeige einer Leckage der Reduktionsmittel-Einspritzdüse sein.
  • In einem Beispiel kann der erwartete Abgasreduktionsmittel-Wert zum Beispiel ein Schwellenwert sein. Die Anzeige einer Funktionsminderung der Abgasreduktionsmittel-Einspritzdüse kann als Reaktion darauf, dass eine Ausgabe des Feedgas-Abgas-NOx-Sensors höher als der Schwellenwert ist, erfolgen. Ferner kann die Anzeige einer Funktionsminderung der Abgasreduktionsmittel-Einspritzdüse als Reaktion darauf, dass die Ausgabe des Feedgas-Abgas-NOx-Sensors länger als eine Schwellenzeitdauer lang höher als der Schwellenwert ist, erfolgen, wobei der Schwellenwert und die Schwellenzeitdauer jeweils auf der Gesamtmenge nicht in Reaktion getretenen Reduktionsmittels (z. B. Ammoniak-Ladung des SCR-Katalysators bei der Kraftmaschinenabschaltung), der Umgebungstemperatur und der Abgastemperatur bei der Kraftmaschinenabschaltung basieren, wie oben beschrieben. Wenn mehr Reduktionsmittel im Auslasskanal vorhanden ist, als durch den Feedgas-NOx-Sensor erfasst, und/oder wenn das Reduktionsmittel länger als eine erwartete Zeitdauer lang im Auslasskanal verweilt, kann der Controller daher bestimmen, dass sich aufgrund einer Leckage der Reduktionsmittel-Einspritzdüse eine Ammoniakablagerung im Auslasskanal gebildet hat, die größer ist als erwartet.
  • Bei 320 wird eine Größe der Reduktionsmittelablagerung auf der Grundlage der Feedgas-NOx-Sensorausgabe geschätzt. Da die Ausgabe des Feedgas-NOx-Sensors einer Reduktionsmittelmenge im Auslasskanal entspricht, während keine NOx im Auslasskanal vorhanden sind (z. B. während Kraftmaschine-ausgeschaltet-Bedingungen), kann die Größe einer Reduktionsmittelablagerung im Auslasskanal auf der Grundlage eines Reduktionsmittel-Werts, der während Kraftmaschine-ausgeschaltet-Bedingungen vom Feedgas-NOx-Sensor ausgegeben wird, bestimmt werden.
  • Bei 322 wird die Reduktionsmittel-Dosiersteuerung während der nächsten Kraftmaschine-eingeschaltet-Bedingung auf der Grundlage einer Anzeige einer Funktionsminderung angepasst, die unten Bezug nehmend auf 4 im Detail beschrieben wird. Als Reaktion auf die Anzeige einer Funktionsminderung kann die Reduktionsmittel-Dosierung zum Beispiel während eines nachfolgenden Neustarts der Kraftmaschine aus dem Kraftmaschinenstillstand reduziert werden.
  • Der Feedgas-NOx-Sensor, der im Auslasskanal stromaufwärts des SCR-Katalysators angeordnet ist, kann daher verwendet werden, um eine Funktionsminderung der Abgasreduktionsmittel-Einspritzdüse zu erkennen. Unter Bedingungen, in welchen die Kraftmaschine abgeschaltet ist und ein NOx-Wert im Auslasskanal im Wesentlichen null ist, kann der Feedgas-NOx-Sensor verwendet werden, um einen Wert des Reduktionsmittels (z. B. Ammoniak aus Harnstoffablagerungen) im Auslasskanal zu messen. Auf der Grundlage des vom Feedgas-NOx-Sensor ausgegebenen Signals kann eine Funktionsminderung der Reduktionsmittel-Einspritzdüse angezeigt werden und kann die Reduktionsmitteldosierung während eines nachfolgenden Neustarts der Kraftmaschine aus dem Stillstand angepasst werden, wie unten Bezug nehmend auf 4 beschrieben.
  • 4 zeigt ein Flussdiagramm, das eine beispielhafte Routine 400 zum Anpassen der Reduktionsmittel-Dosiersteuerung während eines Neustarts der Kraftmaschine als Reaktion auf eine Anzeige einer Leckage der Einspritzdüse veranschaulicht. Das heißt, die Routine passt eine in ein SCR-System eingespritzte Reduktionsmittelmenge auf der Grundlage einer Anzeige einer Leckage der Abgasreduktionsmittel-Einspritzdüse an, die durch die oben auf 3 Bezug nehmend beschriebene Routine bestimmt wird. Die Reduktionsmittel-Einspritzdüse kann zum Beispiel dahingehend gesteuert werden, weniger Reduktionsmittel in das SCR-System einzuspritzen, wenn eine Leckage der Reduktionsmittel-Einspritzdüse angezeigt wird.
  • Bei 402 der Routine 400 wird bestimmt, ob die Kraftmaschine eingeschaltet ist, sodass die Kraftmaschine rotiert und in einem oder allen Zylindern der Kraftmaschine eine Verbrennung stattfinden kann. Zum Beispiel kann bestätigt werden, dass die Kraftmaschine aus dem Stillstand gestartet wurde. Als ein weiteres Beispiel kann bestimmt werden, dass die Kraftmaschine eingeschaltet ist, wenn der Schlüssel in der Kraftmaschine-eingeschaltet-Stellung ist oder wenn in einem schlüssellosen System der Start-Knopf gedrückt wurde. Als ein weiteres Beispiel kann bestimmt werden, dass die Kraftmaschine eingeschaltet ist, wenn ein Abgasdurchsatz über einem Schwellendurchsatz liegt. Wenn bestimmt wird, dass die Kraftmaschine ausgeschaltet ist, wird die Routine 400 beendet.
  • Wenn andererseits bestimmt wird, dass die Kraftmaschine eingeschaltet ist, geht die Routine 400 weiter zu 404 über, wo bestimmt wird, ob ein Flag „Funktionsminderung der Reduktionsmittel-Einspritzdüse“ gesetzt wurde. Beispielsweise kann das Flag „Funktionsminderung der Reduktionsmittel-Einspritzdüse“ gesetzt sein, wenn der Diagnosecode bei 318 der Routine 300 gesetzt wurde. Das Flag „Funktionsminderung der Reduktionsmittel-Einspritzdüse“ stellt eine Anzeige bereit, dass zum Beispiel eine Funktionsminderung der Reduktionsmittel-Einspritzdüse vorliegt und die Reduktionsmitteldosierung entsprechend angepasst werden sollte.
  • Wenn bestimmt wird, dass das Flag „Funktionsminderung der Reduktionsmittel-Einspritzdüse“ nicht gesetzt worden ist, geht die Routine zu 420 über, wo eine Reduktionsmittel(z. B. Harnstoff)-Dosiersteuerung auf der Grundlage von Kraftmaschinenbetriebsbedingungen angepasst wird. Das Reduktionsmittel kann zum Beispiel auf der Grundlage eines aktuellen Abgas-NOx-Werts, einer Umgebungstemperatur, Abgastemperatur und/oder dergleichen in das SCR-System eingespritzt werden. In einem Beispiel basiert die in den Auslasskanal eingespritzte Reduktionsmittelmenge auf einem geschätzten Abgas-NOx-Wert im Verhältnis zu einem Abgas-NOx-Sollwert, der auf Kraftmaschinenbetriebsbedingungen basiert.
  • Wenn andererseits bestimmt wird, dass das Flag „Funktionsminderung der Reduktionsmittel-Einspritzdüse“ gesetzt worden ist, geht die Routine 400 zu 406 über, wo die Reduktionsmittel(z. B. Harnstoff)-Dosiersteuerung auf der Grundlage der Leckage-Anzeige zur reduzierten Einspritzung angepasst wird. Um eine Größe von Reduktionsmittelablagerungen im Auslasskanal zu reduzieren, kann die in das SCR-System eingespritzte Reduktionsmittelmenge zum Beispiel um eine Menge reduziert werden, die der geschätzten Größe der Reduktionsmittelablagerung entspricht, die bei 320 von Routine 300 bestimmt wird. Da eine leckende Einspritzdüse erkannt wurde, kann auch die Harnstoffmenge, die während des normalen Kraftmaschinenbetriebs angefordert wird, zur Berücksichtigung der leckenden Einspritzdüse adaptiv reduziert werden. Hier gleicht die Dosiersteuerung das Vorhandensein zusätzlichen Reduktionsmittels, das in Form von Reduktionsmittelablagerungen im Auslasskanal verweilt, aus. Auf diese Weise kann zum Beispiel der Abgas-NOx-Sollwert aufrechterhalten werden, indem die Reduktionsmittel-Dosiersteuerung auf der Grundlage der Anzeige einer Leckage der Reduktionsmittel-Einspritzdüse angepasst wird.
  • Bei 408 wird bestimmt, ob ein Abfall der SCR-Katalysatorleistung vorliegt. Ein Abfall der SCR-Katalysatorleistung kann auf der Grundlage einer Zunahme der Abgas-NOx-Werte, wie vom Endrohr-NOx-Sensor gemessen, und/oder einer Änderung in einem anderen Parameter, der bei 304 der Routine 300 bestimmt wird, angezeigt werden.
  • Wenn bestimmt wird, dass kein Abfall der SCR-Katalysatorleistung vorliegt, geht die Routine 400 zu 410 über, wo die Leckanpassung der Reduktionsmittel-Dosiersteuerung aufrechterhalten wird. In einem anderen Beispiel geht die Routine zu 410 über, wenn bestimmt wird, dass im Vergleich zum zwischengespeicherten Wert, der früher (d.h., bei Schritt 304 von Routine 300) erkannt wurde, eine Verbesserung der SCR-Katalysatorleistung vorliegt. Die Reduktionsmittel-Dosierung wird zum Beispiel aufgrund der Anzeige einer Leckage der Abgasreduktionsmittel-Einspritzdüse weiter modifiziert (z. B. verringert), wie bei 406 beschrieben. Als Nächstes wird bei 412 bestimmt, ob die Kraftmaschine ausgeschaltet ist (d.h., ob die Kraftmaschine nicht rotiert und in keinem Zylinder der Kraftmaschine eine Verbrennung stattfindet). Wie oben beschrieben, kann bestimmt werden, dass die Kraftmaschine ausgeschaltet ist, wenn der Schlüssel in der Kraftmaschine-ausgeschaltet-Stellung ist, oder wenn in einem schlüssellosen System die Stopp-Taste gedrückt wurde. Wenn die Kraftmaschine noch eingeschaltet ist, kehrt die Routine 400 zu 410 zurück, und die Leckanpassung der Reduktionsmittel-Dosiersteuerung wird aufrechterhalten. Die Leckanpassung der Reduktionsmittel-Dosiersteuerung wird demnach bei laufender Kraftmaschine aufrechterhalten, wenn weiterhin kein Abfall der SCR-Katalysatorleistung vorliegt.
  • Mit erneutem Bezug auf 408, geht die Routine, wenn bestimmt wird, dass ein Abfall der SCR-Katalysatorleistung vorliegt, zu 422 über, wo die Reduktionsmittel-Dosiersteuerung ohne Leckanpassung fortgesetzt wird. Der Abfall der SCR-Katalysatorleistung kann zum Beispiel auf eine ungenügende Reduktionsmittelmenge zurückzuführen sein, was zu einer am Endrohr-NOx-Sensor erkannten Zunahme von Abgas-NOx führt. Daher kann die Reduktionsmitteldosierung auf eine Menge zurückgeführt werden, die einer Abgas-NOx-Sollkonzentration ohne jegliche Anpassung für eine Leckage der Reduktionsmittel-Einspritzdüse entspricht. Als Nächstes wird bei 424 bestimmt, ob die Kraftmaschine ausgeschaltet ist, wie oben in Bezug auf 412 beschrieben. Wenn die Kraftmaschine noch eingeschaltet ist, kehrt die Routine 400 zu 412 zurück, und die Reduktionsmittel-Dosiersteuerung ohne Leckanpassung wird aufrechterhalten.
  • Wenn bei 412 oder 424 bestimmt wird, dass die Kraftmaschine eingeschaltet ist (d.h., die Kraftmaschine rotiert und in einem oder mehreren Zylindern der Kraftmaschine eine Verbrennung stattfindet), geht die Routine 400 zu 414 über, wo die oben auf 3 Bezug nehmend beschriebene Routine 300 zur Erkennung eines Reduktionsmittel-Einspritzdüsenlecks erneut durchgeführt wird.
  • Bei 416 wird bestimmt, ob ein Leck erkannt wurde. Das heißt, es wird bestimmt, ob bei der zweiten Iteration der Reduktionsmittel-Einspritzdüsenleckerkennung ein Leck identifiziert wurde. Zum Beispiel kann, wie oben beschrieben, bestimmt werden, dass die Reduktionsmittel-Einspritzdüse leckt, wenn ein Abgas-NOx-Istwert größer ist als ein Schwellenwert, der auf einem erwarteten NOx-Wert während Kraftmaschine-abgeschaltet-Bedingungen nach 412 basiert. Wenn ein Reduktionsmittel-Einspritzdüsenleck bei einer ersten Iteration der Leckerkennungsroutine erkannt wurde (bei 300, und wie durch das Flag bei 404 angezeigt), und wenn bei der (zweiten) Iteration der Leckerkennungsroutine (die bei 414 durchgeführt wird) kein Leck erkannt wird, geht die Routine zu 426 über, wo das System die SCR-Katalysatorüberwachung initiiert oder darauf wartet. In einem Beispiel kann dies eine Katalysatorleistungsüberwachungsroutine sein, die innerhalb des Nachbehandlungsmanagement- und On-Board-Diagnosesystems unabhängig durchgeführt wird. Hier kann bestimmt werden, dass die bei 404 angezeigte Einspritzdüsen-Leckage und Ablagerungsbildung vorübergehend war. Zusätzlich kann bestimmt werden, dass die Einspritzdüsen-Leckage und Reduktionsmittelablagerungsbildung möglicherweise auf stark schwankende Betriebsbedingungen und/oder auf andere vorübergehende Störfaktoren zurückzuführen war, die eine übermäßige Harnstoffeinspritzung zur Folge gehabt haben konnten, was bei oder ungefähr bei Key-off zu Ablagerungen im Abgassystem geführt hat.
  • Wenn andererseits bei jeweils der ersten und nachfolgenden Iteration der Einspritzdüsenleck-Diagnoseroutine ein Leck erkannt wird, geht die Routine 400 zu 418 über, wo andere Leckageerkennungsüberwachungen initiiert werden, falls verfügbar. Die anderen Leckageerkennungsüberwachungen können durch ein anderes Verfahren als das auf 3 Bezug nehmend beschriebene Verfahren bestimmen, ob eine Reduktionsmittel-Leckage auftritt. Wenn keine anderen Leckageerkennungsüberwachungen initiiert werden, kann ein Leckage-Diagnosecode gesetzt werden. Zum Beispiel kann die unter den Routinen 300-400 durchgeführte Leckage-Bestimmung in Abwesenheit anderer, unabhängiger Routinen zur Überwachung der Einspritzdüsen-Leckageerkennung als ausreichend gelten, um ein Leckage-Flag zu setzen.
  • Die Reduktionsmittel-Dosiersteuerung kann daher auf der Grundlage der Anzeige einer Leckage der Abgasreduktionsmittel-Einspritzdüse angepasst werden. Durch Anpassen der in den Auslasskanal eingespritzten Reduktionsmittelmenge zum Ausgleich einer Leckage der Reduktionsmittel-Einspritzdüse kann der Auslasskanal eine Reduktionsmittelmenge empfangen, die näher an einer gewünschten Menge des gewünschten Reduktionsmittels liegt. Daher kann der NOx-Sollwert im Auslasskanal aufrechterhalten werden, und die Bildung von Reduktionsmittelablagerungen kann reduziert werden.
  • In einem Beispiel ist das Kraftmaschinensystem dazu ausgelegt, in zwei unterschiedlichen Modi betrieben zu werden. Während eines ersten Modus, in welchem die Kraftmaschine läuft und der Abgasstrom über einem Schwellenstrom liegt, kann ein NOx-Wert in der Auslassleitung (z. B. Abgas-NOx) auf der Grundlage der Ausgabe des Feedgas-NOx-Sensors und/oder des Endrohr-NOx-Sensors geschätzt werden. Während eines zweiten Modus, in welchem die Kraftmaschine ausgeschaltet ist und der Abgasstrom unter dem Schwellenstrom liegt, kann eine Menge an Abgas-Ammoniak auf der Grundlage der Ausgabe des Feedgas-NOx-Sensors geschätzt werden. Ferner kann während des ersten Modus eine Menge an Harnstoff, die in den Auslasskanal eingespritzt wird, auf der Grundlage des geschätzten Abgas-NOx-Werts im Verhältnis zu einem NOx-Sollwert angepasst werden. Während des zweiten Modus kann eine Funktionsminderung der Harnstoff-Einspritzdüse auf der Grundlage des geschätzten Abgas-Ammoniakwerts im Verhältnis zu einem erwarteten Ammoniakwert angezeigt werden.
  • Nun auf 5 Bezug nehmend, wird ein Flussdiagramm gezeigt, das eine Routine 500 zum Diagnostizieren eines NOx-Sensors auf der Grundlage von Abgas-NOx-Werten nach einer Kraftmaschinenabschaltung zum Stillstand veranschaulicht. Das heißt, die Routine steuert die Einspritzung von Reduktionsmittel in einen Auslasskanal, sobald sich der Abgasstrom durch den Auslasskanal nach der Kraftmaschinenabschaltung stabilisiert hat. Auf der Grundlage einer Istausgabe von einem Feedgas-Abgas-NOx-Sensor im Vergleich zu einer erwarteten Ausgabe vom Feedgas-NOx-Sensor kann eine Funktionsminderung des Feedgas-NOx-Sensors angezeigt werden.
  • Bei 502 wird bestimmt, ob die Kraftmaschine ausgeschaltet ist. Wie oben beschrieben, rotiert die Kraftmaschine nicht, und in den Zylindern der Kraftmaschine findet keine Verbrennung statt, wenn die Kraftmaschine ausgeschaltet ist. Als ein Beispiel kann bestimmt werden, dass die Kraftmaschine ausgeschaltet ist, wenn der Schlüssel in der Kraftmaschine-ausgeschaltet-Stellung ist oder wenn in einem schlüssellosen System der Stopp-Knopf gedrückt wurde. Als weitere Beispiele kann bestimmt werden, dass die Kraftmaschine nach einer Fahrzeug-Abschaltung, nach einer Kraftmaschinenabschaltung zum Stillstand und/oder, wenn ein Abgasdurchsatz unter einem Schwellenstrom liegt, ausgeschaltet ist. Wenn bestimmt wird, dass die Kraftmaschine eingeschaltet ist (d.h. rotiert, verbrennt und nicht ausgeschaltet ist), endet die Routine 500.
  • Wenn andererseits bestimmt wird, dass die Kraftmaschine ausgeschaltet ist, geht die Routine zu 504 über, wo Abgas-NOx-Sensoren intrusiv aktiviert gehalten werden. Zum Beispiel bleiben der Feedgas-NOx-Sensor und der Endrohr-NOx-Sensor eingeschaltet und geben weiterhin Abgas-NOx-Werte aus, nachdem die Kraftmaschine ausgeschaltet wurde.
  • Bei 506 wird bestimmt, ob der Endrohr-NOx-Wert oder Endrohr-Abgas-Strom sich stabilisiert hat. Zum Beispiel kann das System warten, bis das Signal vom Endrohr-NOx-Sensor sich ausgeglichen hat oder unter einen Schwellenwert abfällt, bevor die Routine fortfährt. Wenn bestimmt wird, dass die Endrohr-NOx oder der Abgasstrom sich nicht stabilisiert haben/hat, geht die Routine 500 zu 526 über, wo das System auf die Stabilisierung der Endrohr-NOx oder des Abgasstroms wartet.
  • Sobald die Endrohr-NOx/der Strom sich stabilisiert haben/hat, oder wenn bei 506 bestimmt wird, dass sich die Endrohr-NOx/der Strom stabilisiert haben/hat, geht die Routine zu 508 über, wo Reduktionsmittel in den Auslasskanal eingespritzt wird. Das heißt, da der NOx-Sensor in Abwesenheit von NOx Ammoniak messen kann (z. B. während Kraftmaschine-ausgeschaltet-Bedingungen), kann Reduktionsmittel in den Auslasskanal eingespritzt werden, sodass der Feedgas-NOx-Sensor eine entsprechende Menge eingespritzten Reduktionsmittels messen und eine entsprechende Sensorausgabe ausgeben kann. Auf der Grundlage der Ausgabe des Sensors kann eine Funktionsminderung des Feedgas-NOx-Sensors bestimmt werden. Ferner kann eine in den Auslasskanal eingespritzte Reduktionsmittelmenge auf sowohl Umgebungstemperatur als auch Abgastemperatur basieren. Zum Beispiel kann die Menge des eingespritzten Reduktionsmittels mit zunehmender Umgebungstemperatur und/oder zunehmender Abgastemperatur erhöht werden. Die Menge des eingespritzten Reduktionsmittels kann zudem auf einer Reduktionsmittelladung eines Abgasreduktionskatalysators (z. B. SCR-Katalysators) bei der Fahrzeug-ausgeschaltet-Bedingung basieren.
  • In einigen Beispielen kann Reduktionsmittel bei 510 als eine aktive Einzeleinspritzung einer vordefinierten Menge (basierend auf den verschiedenen Faktoren, die oben beschrieben wurden) eingespritzt werden. In anderen Beispielen kann das Reduktionsmittel bei 512 über eine Einspritzimpulsfolge mit vordefinierten Eigenschaften eingespritzt werden. Beispielsweise kann die Einspritzimpulsfolge Impulsfolge-Merkmale wie Amplitude und Frequenz aufweisen, konzipiert, um eine ähnliche Gesamtmenge an Reduktionsmittel (z. B. Harnstoff) wie bei der aktiven Einzeleinspritzmenge einzuspritzen, die als eine Funktion der Abgastemperatur angepasst wird (bei 510). Die Impulsfolge-Merkmale können außerdem auf der Ansprechzeit des Feedgas-Abgas-NOx-Sensors und der Abgastemperatur (zum Zeitpunkt der Routine) abhängig sein. Beispielsweise kann die Frequenz (oder Periode) des Impulses gewählt werden, um eine erwartete 10-90 %-Anstiegszeit eines NOx-Sensors in gutem Zustand zuzüglich der Harnstoff-Ammoniak-Verdampfungszeit des eingespritzten Reduktionsmittels bei der gegebenen Abgastemperatur zu reflektieren. In weiteren Beispielen kann die Reduktionsmittel-Einspritzung bei 514 eine vorhandene Reduktionsmittelablagerung sein. In einigen Beispielen kann die Reduktionsmittel-Einspritzung zudem eine Kombination aus einer Einzeleinspritzung, einer Einspritzimpulsfolge und/oder einer vorhandenen Reduktionsmittelablagerung sein.
  • Bei 516 wird ein erwartetes Abgas-NOx-Sensor-Ausgabeprofil auf der Grundlage der Kraftmaschinenabgasbedingungen bestimmt. In einem Beispiel kann das erwartete NOx-Sensor-Ausgabeprofil auf der Reduktionsmitteldosierung durch die Abgasreduktionsmittel-Einspritzdüse vor der Kraftmaschinenabschaltung basieren. In einem anderen Beispiel kann das erwartete NOx-Sensor-Ausgabeprofil auf einer Menge an Reduktionsmittel basieren, die nach der Kraftmaschinenabschaltung zum Stillstand von der Abgasreduktionsmittel-Einspritzdüse aktiv in den Auslasskanal eingespritzt wird (bei 508). Das erwartete NOx-Sensor-Profil kann eine erwartete NOx-Sensor-Ausgabe im Verlauf der Zeit, eine Spitzenausgabe, eine erwartete Spitzenbreite usw. einschließen.
  • Sobald das erwartete Abgas-NOx-Sensor-Ausgabeprofil bestimmt ist, geht die Routine 500 zu 518 über, wo das Abgas-NOx-Sensor-Ausgabeistprofil auf der Grundlage der Feedgas-Abgas-NOx-Sensor-Ausgabe geschätzt wird. Das Abgas-NOx-Sensor-Ausgabeistprofil wird zum Beispiel auf der Grundlage einer Signalausgabe vom Feedgas-Abgas-NOx-Sensor bestimmt und entspricht einem Reduktionsmittel-Wert im Auslasskanal. Wenn während Kraftmaschine-ausgeschaltet-Bedingungen der Abgasstrom im Wesentlichen null ist und keine NOx im Auslasskanal vorhanden sind, kann der NOx-Sensor als Reduktionsmittel-Sensor wirken, da der NOx-Sensor dem in den Auslasskanal eingespritzten Reduktionsmittel gegenüber querempfindlich sein kann.
  • Bei 520 werden dynamische Eigenschaften des Feedgas-Abgas-NOx-Sensors auf der Grundlage des geschätzten Profils aktualisiert. Bei 522 wird bestimmt, ob das (bei 518 bestimmte) Abgas-NOx-Sensor-Ausgabeistprofil anders ist als das (bei 516 bestimmte) erwartete Abgas-NOx-Sensor-Ausgabeprofil. In einem Beispiel kann bestimmt werden, ob eine Differenz zwischen dem NOx-Sensor-Ausgabeistprofil und dem erwarteten NOx-Sensor-Ausgabeprofil höher ist als ein Schwellenwert. Wenn bestimmt wird, dass das Istprofil im Wesentlichen dem erwarteten Profil ähnelt, geht die Routine 500 zu 528 über, wo keine Funktionsminderung des NOx-Sensors angezeigt wird, und die Routine endet.
  • Wenn andererseits bestimmt wird, dass das Istprofil vom erwarteten Profil abweicht (z. B. um mehr als eine Schwellendifferenz größer ist als das erwartete Profil oder um mehr als eine Schwellendifferenz kleiner ist als das erwartete Profil), geht die Routine 500 zu 524 über, wo eine Funktionsminderung des NOx-Sensors angezeigt wird und ein Diagnosecode gesetzt wird. Dadurch kann das System zum Beispiel informiert werden, dass der NOx-Sensor während nachfolgender Kraftmaschinenbetriebsbedingungen keine korrekte Angabe der Abgas-NOx ausgibt. Zusätzlich kann das gelernte NOx-Sensor-Ausgabeprofil als Eingabe für eine andere dedizierte NOx-Sensor-Diagnoseroutine verwendet werden.
  • Bei einigen Ausführungsformen kann auf der Grundlage einer Differenz zwischen der erwarteten NOx-Sensorausgabe und der geschätzten Ausgabe auch eine Beschaffenheit der Funktionsminderung angezeigt werden. Zum Beispiel kann der Controller einen blockierten Zustand des Feedgas-Abgas-NOx-Sensors anzeigen, wenn der Feedgas-Abgas-NOx-Sensor als Reaktion auf intrusive Harnstoff-Einspritzverfahren keinen Anstieg im Ausgabesignal aufzeigt.
  • Als weiteres Beispiel kann die dynamische Ansprechzeit des Feedgas-Abgas-NOx-Sensors (wie z. B. eine 10-90 %-Anstiegszeit oder die s3 %-Anstiegszeit) während der Anstiegsphase des Signals festgestellt werden. Wenn das Signal während der Anstiegsphase gesättigt ist, kann die Ansprechzeit während der Abfallzeit ermittelt werden. Alternativ dazu kann die Reduktionsmittel(z. B. Harnstoff)-Einspritzimpulsfolge verwendet werden, um die gleichen Informationen anhand des Frequenzgangs des NOx-Sensorsignals als Reaktion auf den Harnstoffimpuls zu bestimmen.
  • Daher kann eine Funktionsminderung des Abgas-NOx-Sensors während Kraftmaschine-ausgeschaltet-Bedingungen bestimmt werden. Durch Einspritzen einer bekannten Reduktionsmittelmenge in den Auslasskanal stromaufwärts des SCR-Katalysators kann eine erwartete Ausgabe des Feedgas-NOx-Sensors bestimmt werden. Wenn die Istausgabe des Feedgas-NOx-Sensors um mehr als eine Schwellenmenge von der erwarteten Ausgabe abweicht, wird eine Funktionsminderung des Feedgas-NOx-Sensors angezeigt, und NOx-Sensoreigenschaften können dynamisch gelernt und aktualisiert werden. Dadurch kann die Zuverlässigkeit einer Feedgas-Abgas-NOx-Sensorausgabe verbessert werden.
  • In einem Ausführungsbeispiel kann das Kraftmaschinensystem derart betrieben werden, dass eine Funktionsminderung der Abgasreduktionsmittel-Einspritzdüse und eine Funktionsminderung des Feedgas-NOx-Sensors angezeigt werden können. Zum Beispiel kann das System während einer ersten Kraftmaschinenabschaltung zum Stillstand in einem ersten Modus betrieben werden, um auf der Grundlage einer Ausgabe des NOx-Sensors eine Funktionsminderung der Reduktionsmittel-Einspritzdüse anzuzeigen. Während einer zweiten Kraftmaschinenabschaltung zum Stillstand kann das System in einem zweiten Modus betrieben werden, um auf der Grundlage der Ausgabe des NOx-Sensors eine Funktionsminderung des Feedgas-NOx-Sensors anzuzeigen. Ferner kann das System während der ersten Kraftmaschinenabschaltung zum Stillstand dahingehend betrieben werden, auf der Grundlage einer Ausgabe des NOx-Sensors eine Funktionsminderung der Reduktionsmittel-Einspritzdüse anzuzeigen, als Reaktion darauf, dass die Ausgabe höher ist als ein erster Schwellenwert. Der erste Schwellenwert kann zum Beispiel auf dem Abgasstrom während der ersten Kraftmaschinenabschaltung zum Stillstand basieren. Während der zweiten Kraftmaschinenabschaltung zum Stillstand kann das System dahingehend betrieben werden, auf der Grundlage einer Ausgabe des NOx-Sensors eine Funktionsminderung des Feedgas-NOx-Sensors anzuzeigen, als Reaktion darauf, dass die Ausgabe niedriger ist als ein zweiter Schwellenwert. Der zweite Schwellenwert kann zum Beispiel auf der in den Auslasskanal eingespritzten Reduktionsmittelmenge basieren.
  • 6 zeigt einen Graphen, der ein Beispiel der Erkennung einer Funktionsminderung der Harnstoff-Einspritzdüse veranschaulicht. Die Abbildung 600 stellt bei Kurve 602 (durchgezogene Linie) die Ausgabe eines Feedgas-NOx-Sensors und bei Kurve 604 (gestrichelte Linie) die Ausgabe eines Endrohr-NOx-Sensors dar. Die Kurve 602 zeigt, dass das Feedgas-NOx-Signal für eine Zeitdauer (z. B. etwa 20 Sekunden im Beispiel von 6), nachdem die Kraftmaschine ausgeschaltet wurde, weiter hochrampt, während das durch die Kurve 604 angezeigte Endrohr-NOx-Signal im Wesentlichen null und stabil bleibt. Da die Kraftmaschine ausgeschaltet ist und es keinen Abgasstrom durch den Auslasskanal gibt (z. B. kein NOx im Auslasskanal vorhanden ist), kann die Anzeige der erhöhten Feedgas-NOx zum Beispiel auf eine Quelle überschüssigen Reduktionsmittels zurückzuführen sein, die vom Feedgas-NOx-Sensor erkannt wurde, der zwischen dem Oxidationskatalysator und dem SCR-Katalysator positioniert ist. Beispielsweise kann die Reduktionsmittel-Einspritzdüse während des Kraftmaschinenbetriebs lecken oder zu viel Reduktionsmittel in den Auslasskanal einspritzen, und das erhöhte Feedgas-NOx7-Signal kann eine Anzeige einer Funktionsminderung der Reduktionsmittel-Einspritzdüse sein. Wenn die Reduktionsmittel-Einspritzdüse leckt, kann das erhöhte Feedgas-NOx-Signal zum Beispiel auf eine Sublimation von Reduktionsmittelablagerungen zurückzuführen sein, die aus überschüssigem Reduktionsmittel im Auslasskanal zwischen dem Oxidationskatalysator und dem SCR-Katalysator resultieren. Das erhöhte Feedgas-NOx-Signal nach der Kraftmaschinenabschaltung zeigt daher eine Funktionsminderung der Reduktionsmittel-Einspritzdüse an.
  • 7 zeigt ein Beispiel der Erkennung einer Funktionsminderung des NOx-Sensors. Die Abbildungen 700 und 710 stellen bei Kurven 702 und 706 (durchgezogene Linien) die Reduktionsmitteldosierung und bei Kurven 704 und 708 (gestrichelte Linien) entsprechende Feedgas-NOx-Sensor-Ausgaben dar. Im dargestellten Beispiel kann das erhöhte Feedgas-NOx7-Signal auf eine absichtlich erzeugte Reduktionsmittelablagerung zurückzuführen sein, die aus einer Reduktionsmittel-Einspritzung nach dem Ausschalten der Kraftmaschine gebildet wird. In solch einem Beispiel kann eine Funktionsminderung des Feedgas-NOx-Sensors angezeigt werden, wenn das Feedgas-NOx7-Signal nicht einem erwarteten Feedgas-NOx-Signal entspricht, das der in den Auslasskanal eingespritzten Reduktionsmittelmenge entspricht. Wie oben auf 5 Bezug nehmend beschrieben, kann das Reduktionsmittel durch eine Einzeleinspritzung einer vordefinierten Menge oder durch eine Einspritzimpulsfolge eingespritzt werden. In Abbildungen 700 zeigt Kurve 702 eine Einzeleinspritzung von Reduktionsmittel, während Kurve 704 das entsprechende Feedgas-NOx-Signal zeigt. Hier entspricht das Feedgas-NOx-Signal einer Menge, die kleiner als die eingespritzte Menge ist, und eine Funktionsminderung des NOx-Sensors kann angezeigt werden. In Abbildungen 710 zeigt Kurve 706 eine Reduktionsmittel-Einspritzimpulsfolge, während Kurve 708 die entsprechende Feedgas-NOx-Signalausgabe als Reaktion auf die Reduktionsmittel-Einspritzimpulsfolge zeigt. Wie dargestellt, entspricht das NOx-Signal einer höheren Reduktionsmittelmenge als der, die in den Auslasskanal eingespritzt wurde. Daher kann eine Funktionsminderung des Feedgas-NOx-Sensors angezeigt werden.
  • Der Feedgas-NOx-Sensor, der im Auslasskanal zwischen dem Oxidationskatalysator und dem SCR-Katalysator positioniert ist, kann demnach dazu verwendet werden, nach der Kraftmaschinenabschaltung eine Funktionsminderung der Reduktionsmittel-Einspritzdüse anzuzeigen (6), oder der Feedgas-NOx-Sensor kann nach der Kraftmaschinenabschaltung auf der Grundlage der Reduktionsmittel-Einspritzung diagnostiziert werden (7).
  • Dadurch kann die Ausgabe eines Feedgas-Abgas-NOx-Sensors vorteilhaft während Kraftmaschine-ausgeschaltet-Bedingungen verwendet werden, um eine im Auslasskanal vorhandene Menge an Abgasreduktionsmittel zu schätzen. Auf Grundlage des geschätzten Abgasreduktionsmittel-Werts können die Reduktionsmittel-Einspritzdüse und der Feedgas-Abgas-NOx-Sensor jeweils diagnostiziert werden. Durch Korrelieren der Erkennung erhöhter Reduktionsmittel-Werte durch den Feedgas-Abgas-NOx-Sensor während Kraftmaschine-ausgeschaltet-Bedingungen mit einer Leckage der Reduktionsmittel-Einspritzdüse kann der Zustand des Reduktionsmittel-Einspritzsystems unter Verwendung vorhandener Kraftmaschinenkomponenten diagnostiziert werden. Dementsprechend können durch Korrelieren von Abweichungen zwischen der Ausgabe des Feedgas-Abgas-NOx-Sensors und einer bekannten Menge der Reduktionsmittel-Einspritzung der Zustand und die dynamischen Eigenschaften des Feedgas-NOx-Sensors zuverlässig beurteilt werden. Durch Verwenden der natürlichen Sublimation von Ammoniak in einem Auslasskanal nach einer Kraftmaschinenabschaltung, um den Abgas-NOx-Sensor und die Reduktionsmittel-Einspritzdüse zu diagnostizieren, kann die Diagnose unter Verwendung von weniger Komponenten durchgeführt werden. Insgesamt werden die Abgasemissionen verbessert.
  • Es ist anzumerken, dass die hier enthaltenen beispielhaften Steuer- und Schätzroutinen mit verschiedenen Kraftmaschinen- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendbar sind. Die hier offenbarten Steuerverfahren und -routinen können als ausführbare Anweisungen in nichtflüchtigem Speicher gespeichert sein. Die spezifischen Routinen, die hier beschrieben werden, können eine oder mehrere von einer beliebigen Zahl von Verarbeitungsstrategien wie z. B. ereignisgesteuert, interruptgesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen darstellen. Daher können verschiedene dargestellte Vorgänge, Operationen und/oder Funktionen in der dargestellten Abfolge oder parallel durchgeführt werden oder in einigen Fällen auch entfallen. Dementsprechend ist die Verarbeitungsreihenfolge nicht unbedingt erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hier beschriebenen Ausführungsbeispiele zu erreichen, sondern dient lediglich der Erleichterung der Darstellung und Beschreibung. Eine oder mehrere der dargestellten Vorgänge, Operationen und/oder Funktionen können abhängig von der jeweils verwendeten Strategie wiederholt durchgeführt werden. Ferner können die beschriebenen Vorgänge, Operationen und/oder Funktionen grafisch einen Code darstellen, der in einen nichtflüchtigen Speicher des computerlesbaren Speichermediums im Kraftmaschinensteuerungssystem zu programmieren ist.
  • Es versteht sich, dass die hier offenbarten Konfigurationen und Routinen beispielhafter Natur sind, und dass diese spezifischen Ausführungsformen nicht in einem einschränkenden Sinne aufzufassen sind, da zahlreiche Varianten möglich sind. Die obige Technologie ist zum Beispiel auf V6-, 14-, 16-, V12-, 4-Zylinder-Boxer- und andere Kraftmaschinentypen anwendbar. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung umfasst alle neuartigen und nicht offensichtlichen Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen und andere Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften, die hier offenbart werden.
  • Die folgenden Ansprüche heben bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen, die als neuartig und nicht offensichtlich betrachtet werden, besonders hervor. Diese Ansprüche beziehen sich möglicherweise auf „ein“ Element oder „ein erstes“ Element oder das Äquivalent davon. Solche Ansprüche sind so zu verstehen, dass sie den Einschluss eines oder mehrerer dieser Elemente einschließen, wobei sie zwei oder mehr von diesen Elementen weder erfordern noch ausschließen. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Änderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Vorlage neuer Ansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Solche Ansprüche werden, ob ihr Schutzbereich weiter, enger, gleich oder anders in Bezug auf die ursprünglichen Ansprüche ist, auch als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthalten betrachtet.

Claims (20)

  1. Verfahren zur Steuerung einer Kraftmaschine (10) via eines elektronischen Controllers (12), umfassend: Abschalten der Kraftmaschine (10), sodass diese zum Stillstand kommt und nicht rotiert; Erzeugen einer Ausgabe von einem Feedgas-Abgas-NOx-Sensor (160, 220), der an einen Auslasskanal (48, 206) stromaufwärts eines Abgas-Reduktionskatalysators (152, 204) gekoppelt ist; und Anzeigen einer Funktionsminderung einer Abgasreduktionsmittel-Einspritzdüse (156, 208) auf der Grundlage der Ausgabe des Feedgas-Abgas-NOx-Sensors (160, 220).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Anzeigen einer Funktionsminderung einer Abgasreduktionsmittel-Einspritzdüse (156, 208) Anzeigen einer Leckage der Abgasreduktionsmittel-Einspritzdüse (156, 208) umfasst.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Abgas-NOx-Sensor (160, 220) und die Reduktionsmittel-Einspritzdüse (156, 208) jeweils stromabwärts eines Oxidationskatalysators (202) und stromaufwärts eines Reduktionskatalysators (152, 204) mit einem Kraftmaschinen-Auslasskanal (48, 206) gekoppelt sind, wobei die Reduktionsmittel-Einspritzdüse (156, 208) stromaufwärts des NOx-Sensors (160, 220) gekoppelt ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Reduktionskatalysator (152, 204) einen SCR-Katalysator enthält, und wobei ein Reduktionsmittel, das von der Einspritzdüse (156, 208) eingespritzt wird, Harnstoff oder Ammoniak enthält.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Anzeigen nach der Kraftmaschinenabschaltung zum Stillstand Anzeigen nach einer Fahrzeug-ausgeschaltet-Bedingung umfasst, und während ein Abgasdurchsatz unterhalb eines Schwellenstroms liegt.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, außerdem umfassend Schätzen einer Gesamtmenge nicht in Reaktion getretenen Reduktionsmittels, das während der Kraftmaschinenabschaltung auf dem SCR-Katalysator und im Auslasskanal (48, 206) gespeichert wird, auf der Grundlage einer Umgebungstemperatur und einer Abgastemperatur bei der Kraftmaschinenabschaltung.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Anzeigen auf der Grundlage der Ausgabe Anzeigen einer Funktionsminderung der Einspritzdüse (156, 208) umfasst, als Reaktion darauf, dass eine Ausgabe des NOx-Sensors (160, 220) höher ist als ein Schwellenwert, wobei der Schwellenwert auf der Gesamtmenge nicht in Reaktion getretenen Reduktionsmittels basiert.
  8. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Anzeigen auf der Grundlage der Ausgabe Anzeigen einer Funktionsminderung der Einspritzdüse (156, 208) umfasst, als Reaktion darauf, dass eine Ausgabe des NOx-Sensors (160, 220) länger als eine Schwellenzeitdauer lang höher ist als ein Schwellenwert, wobei der Schwellenwert und die Schwellenzeitdauer jeweils auf der Gesamtmenge nicht in Reaktion getretenen Reduktionsmittels, der Umgebungstemperatur und der Abgastemperatur bei der Kraftmaschinenabschaltung basieren.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Anzeigen einer Funktionsminderung Setzen eines Diagnosecodes umfasst.
  10. Verfahren nach Anspruch 1, außerdem umfassend, als Reaktion auf die Anzeige der Funktionsminderung, Reduzieren einer Reduktionsmitteldosierung während eines nachfolgenden Neustarts der Kraftmaschine (10).
  11. Kraftmaschinen-Verfahren ausgeführt via eines elektronischen Controllers (12), umfassend: Abschalten einer Kraftmaschine (10); während einer Fahrzeug-ausgeschaltet-Bedingung, wenn die Kraftmaschine (10) im Stillstand ist und nicht rotiert, Erzeugen einer Ausgabe von einem Feedgas-Abgas-NOx-Sensor (160, 220), der an einen Auslasskanal (48, 206) stromaufwärts eines Abgas-Reduktionskatalysators (152, 204) gekoppelt ist, Schätzen eines Abgasreduktionsmittel-Werts via der Ausgabe des Feedgas-Abgas-NOx-Sensors (160, 220); und Anzeigen einer Leckage der Reduktionsmittel-Einspritzdüse (156, 208), als Reaktion darauf, dass der geschätzte Reduktionsmittel-Wert höher als ein erwarteter Reduktionsmittel-Wert ist.
  12. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der erwartete Reduktionsmittel-Wert sowohl auf einer Umgebungstemperatur, einer Abgastemperatur als auch einer in einem Abgasreduktionskatalysator (152, 204) gespeicherten Menge an Reduktionsmittel basiert.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Abgas-NOx-Sensor (160, 220) und die Reduktionsmittel-Einspritzdüse (156, 208) jeweils stromaufwärts des Reduktionskatalysators (152, 204) mit einem Kraftmaschinen-Auslasskanal (48, 206) gekoppelt sind, wobei die Reduktionsmittel-Einspritzdüse (156, 208) stromabwärts des NOx-Sensors (160, 220) positioniert ist.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei der Reduktionskatalysator (152, 204) ein SCR-Katalysator ist, wobei die Reduktionsmittel-Einspritzdüse (156, 208) eine Harnstoff-Einspritzdüse ist, und wobei der geschätzte Reduktionsmittel-Wert einen geschätzten Ammoniakwert einschließt.
  15. Verfahren nach Anspruch 14, außerdem umfassend kein Diagnostizieren einer Leckage der Reduktionsmittel-Einspritzdüse (156, 208), als Reaktion darauf, dass der erwartete Reduktionsmittel-Wert niedriger als ein Schwellenwert ist.
  16. Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Schätzen Schätzen des Abgasreduktionsmittel-Werts über den Abgas-NOx-Sensor (160, 220) für eine Zeitdauer seit der Fahrzeug-ausgeschaltet-Bedingung umfasst, und wobei das Anzeigen Anzeigen einer Leckage der Reduktionsmittel-Einspritzdüse (156, 208) umfasst, als Reaktion darauf, dass der geschätzte Reduktionsmittel-Wert höher ist als der für die Zeitdauer erwartete Reduktionsmittel-Wert.
  17. Kraftmaschinensystem, umfassend: eine Kraftmaschine (10); eine Harnstoff-Einspritzdüse (156, 208), die dazu ausgelegt ist, stromaufwärts eines SCR-Katalysators (152, 204) Harnstoff in einen Auslasskanal (48, 206) einzuspritzen; einen NOx-Sensor, der stromaufwärts der Harnstoff-Einspritzdüse (156, 208) und stromaufwärts des SCR-Katalysators (160, 220) mit dem Auslasskanal (48, 206) gekoppelt ist; und einen Controller (12), mit computerlesbaren Anweisungen zum: Betrieb in einem ersten Modus während einer Fahrzeug-läuft-Bedingung, wobei der Abgasstrom über einem Schwellenwert liegt, um auf der Grundlage einer Ausgabe des NOx-Sensors Abgas-NOx zu schätzen; und Betrieb in einem zweiten Modus während einer Fahrzeug-abgeschaltet-Bedingung, wobei der Abgasstrom unter dem Schwellenwert liegt und die Kraftmaschine (10) im Stillstand ist und nicht rotiert, um auf der Grundlage der Ausgabe des NOx-Sensors Abgas-Ammoniak zu schätzen.
  18. System nach Anspruch 17, außerdem umfassend, während des ersten Modus, Anpassen einer in den Auslasskanal (48, 206) eingespritzten Harnstoffmenge auf der Grundlage des geschätzten Abgas-NOx-Werts im Verhältnis zu einem NOx-Sollwert, und während des zweiten Modus, Anzeigen einer Funktionsminderung des Harnstoff-Einspritzventils auf der Grundlage des geschätzten Abgas-Ammoniakwerts im Verhältnis zu einem erwarteten Ammoniakwert.
  19. System nach Anspruch 18, wobei der Controller (12) außerdem Anweisungen zum Berechnen des erwarteten Ammoniakwerts während des zweiten Modus auf der Grundlage der Umgebungstemperatur, der Abgastemperatur und der Ammoniak-Ladung des SCR-Katalysators (152, 204) bei Fahrzeugabschaltung und zum Berechnen des NOx-Sollwerts während des ersten Modus auf der Grundlage der Kraftmaschinenbetriebsbedingungen enthält.
  20. System nach Anspruch 19, wobei der Controller (12) außerdem Anweisungen zum: Setzen eines Diagnosecodes, um eine Funktionsminderung der Harnstoff-Einspritzdüse (156, 208) anzuzeigen; Schätzen einer Größe der Harnstoffablagerung im Auslasskanal (48, 206) auf der Grundlage der Ausgabe des NOx-Sensors; und während eines nachfolgenden Kraftmaschinen-Neustarts aus dem Stillstand, Reduzieren der Harnstoffdosierung stromaufwärts des SCR-Katalysators (152, 204) auf der Grundlage der geschätzten Größe der Harnstoffablagerung enthält.
DE102014222691.0A 2013-11-13 2014-11-06 Verfahren und system für die anzeige einer funktionsminderung der reduktionsmittel-einspritzdüse Active DE102014222691B4 (de)

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