DE102015103547A1 - Reduktionsmittelqualitätssystem mit einer bewertungsdiagnose - Google Patents
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Abstract
Ein Abgasbehandlungssystem weist ein Reduktionsmittelliefersystem auf, das derart konfiguriert ist, eine Reduktionsmittellösung in ein Abgas einzuführen, das durch das Abgasbehandlungssystem strömt. Eine Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion ist derart konfiguriert, chemisch mit der Reduktionsmittellösung zu reagieren, um eine NOx-Umwandlung zu bewirken, die ein Niveau von NOx in dem Abgas reduziert. Ein Reduktionsmittelqualitätssensor ist derart konfiguriert, ein elektrisches Signal zu erzeugen, das eine Qualität der Reduktionsmittellösung angibt. Das Abgasbehandlungssystem umfasst ferner ein Bewertungsdiagnosesteuermodul, das derart konfiguriert ist, den Reduktionsmittelqualitätssensor basierend auf einem Vergleich zwischen der Qualität der Reduktionsmittellösung und der NOx-Umwandlung zu bewerten.
Description
- GEBIET DER ERFINDUNG
- Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Abgasbehandlungssysteme und insbesondere auf ein Abgasbehandlungssystem, das ein Reduktionsmittelqualitätssystem aufweist.
- HINTERGRUND
- Das Abgas, das von einem Verbrennungsmotor (IC-Motor von engt.: ”internal combustion engine”) ausgestoßen wird, ist ein heterogenes Gemisch, das gasförmige Emissionen, wie Kohlenmonoxid (”CO”), nicht verbrannte Kohlenwasserstoffe (”KW”) und Stickoxide (”NOx”), wie auch Materialien in kondensierter Phase (Flüssigkeiten und Feststoffe) enthalten kann, die Partikelmaterial bilden. In einem Motorabgassystem sind Katalysatorzusammensetzungen, die typischerweise an Katalysatorträgern oder -substraten angeordnet sind, vorgesehen, um bestimmte oder alle dieser Abgasbestandteile in nicht regulierte Abgaskomponenten umzuwandeln.
- Abgasbehandlungssysteme weisen typischerweise eine oder mehrere Vorrichtungen für selektive katalytische Reduktion (SCR) und ein Reduktionsmittelliefersystem auf. Die SCR-Vorrichtungen weisen ein Substrat auf, das einen daran angeordneten Washcoat besitzt, der dazu dient, die Menge an NOx in dem Abgas zu mindern. Das Reduktionsmittelliefersystem spritzt eine Reduktionslösung, die ein aktives Reduktionsmittel, wie beispielsweise Ammoniak (NH3), Harnstoff (CO(NH2)2), etc., ein, das sich mit dem Abgas mischt. Wenn die richtige Menge von Reduktionsmittel an die SCR-Vorrichtung unter den richtigen Bedingungen zugeführt wird, reagiert das Reduktionsmittel mit dem NOx in der Anwesenheit des SCR-Washcoats, um NOx-Emissionen zu reduzieren. Die Qualität der Reduktionslösung kann die Effizienz, mit der die SCR-Vorrichtung die NOx-Emissionen effektiv reduziert, beeinflussen.
- ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
- Gemäß zumindest einer beispielhaften Ausführungsform weist ein Abgasbehandlungssystem ein Reduktionsmittelliefersystem auf, das derart konfiguriert ist, eine Reduktionsmittellösung an ein Abgas einzuführen, das durch das Abgasbehandlungssystem strömt. Eine Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion ist derart konfiguriert, chemisch mit der Reduktionsmittellösung zu reagieren, um eine NOx-Umwandlung zu bewirken, die ein Niveau von NOx in dem Abgas reduziert. Ein Reduktionsmittelqualitätssensor ist derart konfiguriert, ein elektrisches Signal zu erzeugen, das eine Qualität der Reduktionsmittellösung angibt. Das Abgasbehandlungssystem weist ferner ein Rationalitäts- bzw. Bewertungsdiagnosesteuermodul (von engl.: ”rationality diagnostic control module”) auf, das derart konfiguriert ist, den Reduktionsmittelqualitätssensor basierend auf einem Vergleich zwischen der Qualität der Reduktionsmittellösung und der NOx-Umwandlung zu bewerten (bzw. zu rationalisieren).
- Gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform umfasst ein Bewertungsdiagnosesteuermodul, um einen Reduktionsmittelqualitätssensor zu bewerten, der eine Qualität einer Reduktionsmittellösung, die von einem Abgasbehandlungssystem geliefert wird, ermittelt, eine Speichereinheit, die derart konfiguriert ist, eine Nachschlagetabelle zu speichern. Die Nachschlagetabelle speichert eine Mehrzahl von Qualitätsparametern, die einer Qualität einer Reduktionsmittellösung entsprechen, sowie einen NOx-Umwandlungsschwellenwert, der jedem Qualitätsparameter entspricht. Eine elektronische NOx-Umwandlungseinheit ist derart konfiguriert, einen NOx-Umwandlungsdifferenzwert basierend auf einem gemessenen NOx-Umwandlungsparameter und einem modellierten NOx-Umwandlungsparameter zu ermitteln. Eine elektronische Bewertungseinheit ist derart konfiguriert, die Qualität der Reduktionsmittellösung mit den Qualitätsparametern der Nachschlagetabelle zu vergleichen, um einen entsprechenden NOx-Umwandlungsschwellenwert zu ermitteln. Die elektronische Bewertungseinheit ist ferner derart konfiguriert, den Reduktionsmittelqualitätssensor basierend auf einem Vergleich des NOx-Umwandlungsdifferenzwertes und des ermittelten NOx-Umwandlungsschwellenwertes zu bewerten.
- Bei einer noch weiteren beispielhaften Ausführungsform umfasst ein Verfahren, um einen Reduktionsmittelqualitätssensor zu bewerten, der in einem Abgasbehandlungssystem enthalten ist, ein Einführen einer Reduktionsmittellösung in ein Abgas, das durch das Abgasbehandlungssystem strömt. Das Verfahren umfasst ferner ein Bewirken einer NOx-Umwandlung, die ein Niveau von NOx in dem Abgas in Ansprechen auf die Reduktionsmittellösung reduziert. Das Verfahren umfasst ferner ein Ermitteln einer Qualität der Reduktionsmittellösung und ein Bewerten des Reduktionsmittelqualitätssensors basierend auf einem Vergleich zwischen der Qualität des Reduktionsmittellösung und der NOx-Umwandlung.
- Die obigen Merkmale der erfindungsgemäßen Lehren werden leicht aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen offensichtlich.
- KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
- Andere Merkmale und Einzelheiten werden nur beispielhaft in der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung deutlich, wobei die detaillierte Beschreibung Bezug auf die Zeichnungen nimmt, in welchen:
-
1 eine schematische Darstellung eines Abgasbehandlungssystems ist, das ein Reduktionsmittellösungsqualitätssystem gemäß beispielhafter Ausführungsformen aufweist; -
2 ein elektronisches Steuermodul ist, das derart konfiguriert ist, einen Reduktionsmittelqualitätssensor, der eine Qualität einer durch ein Abgasbehandlungssystem gelieferten Reduktionsmittellösung ermittelt, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform zu bewerten; und -
3 ein Flussdiagramm ist, das ein Verfahren zur Bewertung eines Reduktionsmittelqualitätssensors, der in einem Abgasbehandlungssystem enthalten ist, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform darstellt. - BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
- Unter Bezugnahme nun auf
1 ist eine beispielhafte Ausführungsform auf ein Abgasbehandlungssystem10 zur Reduktion von regulierten Abgasbestandteilen eines Verbrennungsmotors (IC-Motor, kurz von engl. ”internal combustion engine”)12 gerichtet. Das hier beschriebene Abgasbehandlungssystem10 kann in verschiedenen Motorsystemen implementiert sein. Derartige Motorsysteme können beispielsweise umfassen, sind jedoch nicht darauf beschränkt, Dieselmotorsysteme, Benzinmotorsysteme mit Direkteinspritzung sowie Motorsysteme mit homogener Kompressionszündung. - Das Abgasbehandlungssystem
10 umfasst im Allgemeinen eine oder mehrere Abgasleitungen14 und eine oder mehrere Abgasbehandlungsvorrichtungen. Die Abgasleitung14 , die mehrere Segmente umfassen kann, transportiert Abgas16 von dem Motor12 an die verschiedenen Abgasbehandlungsvorrichtungen des Abgasbehandlungssystems10 . Die Abgasbehandlungsvorrichtungen umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf, eine Oxidationskatalysatorvorrichtung (”OC”)18 , einen Partikelfilter (”PF”)19 und eine Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion (”SCR”)20 . Wie angemerkt sei, kann das Abgasbehandlungssystem10 der vorliegenden Offenbarung verschiedene Kombinationen aus einer oder mehreren der in1 gezeigten Abgasbehandlungsvorrichtungen18 ,19 und20 und/oder andere Abgasbehandlungsvorrichtungen (nicht gezeigt) aufweisen und ist nicht auf das vorliegende Beispiel beschränkt. - In
1 kann, wie angemerkt sei, der OC18 eine von verschiedenen Durchström-Oxidationskatalysatorvorrichtungen, die in der Technik bekannt sind, sein. Bei verschiedenen Ausführungsformen kann der OC18 ein Durchströmsubstrat aus Metall- oder Keramik-Monolith aufweisen, das in eine intumeszente Matte oder einen anderen geeigneten Träger gewickelt ist, der sich bei Erwärmung ausdehnt, wobei das Substrat gesichert und isoliert wird. Das Substrat kann in eine Schale oder einen Kanister aus rostfreiem Stahl mit einem Einlass und einem Auslass in Fluidkommunikation mit der Abgasleitung14 gepackt sein. Das Substrat kann eine daran angeordnete Oxidationskatalysatorverbindung aufweisen. Die Oxidationskatalysatorverbindung kann als ein Washcoat aufgetragen werden und kann Platingruppenmetalle enthalten, wie Platin (Pt), Palladium (Pd), Rhodium (Rh) oder andere geeignete oxidierende Katalysatoren oder eine Kombination daraus. Die OC18 kann verbrannte gasförmige und nicht flüchtige KW und CO, die oxidiert werden, um Kohlendioxid und Wasser zu bilden, behandeln wie auch NO zu NO2 umwandeln, um die Fähigkeit der SCR-Vorrichtung20 zur Umwandlung von NOx zu verbessern. - Der PF
19 kann stromabwärts von dem OC18 angeordnet sein und filtert das Abgas16 von Kohlenstoff und anderem Partikelmaterial. Gemäß zumindest einer beispielhaften Ausführungsform kann der PF19 unter Verwendung eines keramischen Abgasfiltersubstrats aus Wandströnungsmonolith aufgebaut sein, das in eine intumeszente oder nicht intumeszente Matte (nicht gezeigt) gewickelt ist, die sich bei Erwärmung ausdehnt, wobei das Filtersubstrat gesichert und isoliert wird, das in einer starren wärmebeständigen Schale oder einem starren wärmebeständigen Kanister eingebaut ist. Die Schale des Kanisters hat einen Einlass und einen Auslass in Fluidverbindung mit einer Abgasleitung14 . Es sei angemerkt, dass das keramische Abgasfiltersubstrat aus Wandströmungsmonolith lediglich beispielhafter Natur ist, und dass der PF19 andere Filtervorrichtungen aufweisen kann, wie beispielsweise gewickelte oder gepackte Faserfilter, offenzellige Schäume, gesinterte Metallfasern. - Das Abgas
16 , das in den PF19 eintritt, wird durch poröse, sich benachbart erstreckende Wände getrieben, die Kohlenstoff und anderes Partikelmaterial aus dem Abgas16 abfangen. Dementsprechend wird das Abgas16 gefiltert, bevor es aus dem Fahrzeugauspuffrohr ausgetragen wird. Wenn Abgas16 durch das Abgasbehandlungssystem10 strömt, wird ein Druck über den Einlass und den Auslass aufgebracht. Ein oder mehrere Drucksensoren22 (beispielsweise ein Deltadruck-Sensor) können vorgesehen sein, um die Druckdifferenz (d. h. ΔP) über den PF19 zu ermitteln. Ferner kann die Menge von Partikeln, die in dem PF19 abgefangen sind, mit der Zeit zunehmen, wodurch der Abgasgegendruck, dem der Motor12 ausgesetzt ist, zunimmt. Es kann ein Regenerationsbetrieb durchgeführt werden, der Kohlenstoff und Partikelmaterial, das in dem Filtersubstrat gesammelt ist, verbrennt und den PF19 regeneriert, wie es dem Fachmann zu verstehen sei. - Die SCR-Vorrichtung
20 kann stromabwärts des PF19 angeordnet sein. Die SCR-Vorrichtung20 weist einen Katalysator auf, der darauf angeordneten Washcoat aufweist. Der Katalysator, der Washcoat enthält, kann chemisch mit einer Reduktionsmittellösung reagieren, um NOx, das in dem Abgas enthalten ist, in N2 und H2O umzuwandeln, wie durch Fachmann bekannt ist. Der katalysatorhaltige Washcoat kann einen Zeolith sowie eine oder mehrere Basismetallkomponenten aufweisen, wie Eisen (Fe), Kobalt (Co), Kupfer (Cu) oder Vanadium (V), die effizient dazu dienen können, NOx-Bestandteile in dem Abgas16 in der Anwesenheit von NH3 in akzeptable Nebenprodukte (z. B. zweiatomigen Stickstoff (N2) und Wasser (H2O)) umzuwandeln. Die Effizienz, mit der die SCR-Vorrichtung20 das NOx umwandelt, wird nachfolgend als ”NOx-Umwandlungseffizienz” bezeichnet. - Das Abgasbehandlungssystem
10 , das in1 gezeigt ist, weist ferner ein Reduktionsmittelliefersystem24 , ein Steuermodul26 und ein Reduktionsmittelqualitätssystem28 auf. Das Reduktionsmittelliefersystem24 führt eine Reduktionsmittellösung25 in das Abgas16 ein. Das Reduktionsmittelliefersystem24 weist eine Reduktionsmittellieferquelle30 und eine Reduktionsmittel-Einspritzeinrichtung32 auf. Die Reduktionsmittellieferquelle30 speichert die Reduktionsmittellösung25 und steht in Fluidverbindung mit der Reduktionsmitteleinspritzeinrichtung32 . Dementsprechend kann die Reduktionsmitteleinspritzeinrichtung32 eine wählbare Menge der Reduktionsmittellösung25 in die Abgasleitung14 einspritzen, so dass die Reduktionsmittellösung25 in das Abgas16 an einer Stelle stromaufwärts von der SCR-Vorrichtung20 eingeführt wird. Die Reduktionsmittellösung25 kann ein aktives Reduktionsmittel umfassen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Harnstoff (CO(NH2)2) und Ammoniak (NH3). Die Reduktionsmittellösung25 kann in Form eines Feststoffes, eines Gases, einer Flüssigkeit oder einer wässrigen Harnstofflösung vorliegen. Beispielsweise kann die Reduktionsmittellösung25 eine wässrige Lösung aus NH3 und Wasser (H2O) umfassen. - Das Lösungsverhältnis kann die Qualität der Reduktionsmittellösung
25 bestimmen und kann die Effizienz beeinflussen, mit der die SCR-Vorrichtung20 das NOx effektiv reduziert (d. h. die NOx-Umwandlungseffizienz). Das Lösungsverhältnis kann auf einer Menge von NH3 in der Reduktionsmittellösung basieren. Beispielsweise kann bei Betrieb bei effektiven Betriebsbedingungen eine Reduktionsmittellösung25 , die eine ”Nennqualität” aufweist, eine erste NOx-Umwandlungseffizienz bereitstellen. Die ”Nennqualität” kann so bestimmt sein, dass sie eine Reduktionsmittellösung mit einem ersten Lösungsverhältnis von 32,5% Harnstoff und 67,5% H2O ist. Bei Betrieb bei den effektiven Betriebsbedingungen kann eine Reduktionsmittellösung25 , die eine ”reduzierte Qualität” aufweist, eine zweite NOx-Umwandlungseffizienz bereitstellen, die kleiner als die erste NOx-Umwandlungseffizienz ist. Die ”reduzierte Qualität” kann ermittelt werden, wenn die Reduktionsmittellösung25 beispielsweise ein zweites Lösungsverhältnis von 16,25% Harnstoff und 83,75% H2O aufweist. Eine Reduktionsmittellösung25 , die eine ”mangelhafte Qualität” aufweist, kann bei Betrieb bei den effektiven Betriebsbedingungen eine dritte NOx-Umwandlungseffizienz bereitstellen, die kleiner als die erste NOx-Umwandlungseffizienz und die zweite NOx-Umwandlungseffizienz ist. Die ”mangelhafte Qualität” kann ermittelt werden, wenn eine Reduktionsmittellösung25 beispielsweise ein drittes Lösungsverhältnis von 5% Harnstoff und 95% H2O besitzt. Die effektiven Betriebsbedingungen, die oben erwähnt sind, können auf einer Menge von NH3, die an der SCR-Vorrichtung20 gespeichert ist, einer Motorbetriebszeit und/oder einer Temperatur der SCR-Vorrichtung20 basieren. - Das Steuermodul
26 kann den Motor12 , den Regenerationsprozess, das Reduktionsmittelliefersystem24 und das Reduktionsmittelqualitätssystem28 basierend auf Daten, die von einem oder mehreren Sensoren bereitgestellt werden, und/oder modellierten Daten, die in dem Speicher gespeichert sind, steuern. Beispielsweise steuert das Steuermodul26 einen Betrieb der Reduktionsmitteleinspritzeinrichtung32 gemäß einem Reduktionsmittelspeichermodell. Bei verschiedenen Ausführungsformen kann das Steuermodul26 verschiedene Parameter (P1–PN) des Abgasbehandlungssystems10 basierend auf einem oder mehreren Temperatursensoren ermitteln. Zusätzlich zu dem Δp kann das Steuermodul26 eine Temperatur (TGAS) des Abgases16 , eine Temperatur (TPF) des PF19 , eine Menge an Ruß, die an dem PF19 geladen ist, eine Temperatur (TSCR) der SCR-Vorrichtung20 sowie die Menge an NH3, die an die SCR-Vorrichtung20 geladen ist, ermitteln. Ein oder mehrere Sensoren können Signale, die einen jeweiligen Parameter angeben, an das Steuermodul26 ausgeben. Beispielsweise kann ein erster Temperatursensor38 in Fluidkommunikation mit dem Abgas16 angeordnet sein, um ein Signal zu erzeugen, das TGAS angibt, und ein zweiter Temperatursensor39 kann mit der SCR-Vorrichtung20 gekoppelt sein, um TSCR zu ermitteln. - Das Steuermodul
26 ermittelt ferner die NOx-Umwandlungseffizienz. Die NOx-Umwandlungseffizienz kann gemessen werden, um eine tatsächliche NOx-Umwandlungseffizienz zu ermitteln; und/oder kann unter Verwendung eines Modells vorhergesagt werden, das in dem Speicher des Steuermoduls26 gespeichert ist. Die gemessene NOx-Umwandlungseffizienz kann beispielsweise auf einer Differenz zwischen einem NOx-Niveau, das von dem ersten NOx-Sensor, d. h. einem stromaufwärtigen NOx-Sensor40 , ermittelt ist, und einem NOx-Niveau, das von einem z weiten NOx-Sensor, d. h. einem stromabwärtigen NOx-Sensor42 ermittelt ist, basieren. - Die modellierte NOx-Umwandlungseffizienz kann eine erwartete NOx-Umwandlungseffizienz basierend auf einem oder mehreren Eingangsparametern vorhersagen oder ermitteln. Die Eingangsparameter können einen oder mehrere der Parameter P1–PN aufweisen, wie oben beschrieben ist. Das Steuermodul
26 kann dann das NOx-Umwandlungsmodell verwenden, um eine erwartete NOx-Umwandlungseffizienz als eine Funktion des einen oder der mehreren Parametereingangswerte vorherzusagen. - Das Reduktionsmittelqualitätssystem
28 weist einen Reduktionsmittelqualitätssensor34 und ein Bewertungsdiagnosesteuermodul36 auf. Der Reduktionsmittelqualitätssensor34 steht in elektrischer Kommunikation mit der Reduktionsmittellösung25 , die in der Reduktionsmittellieferquelle30 gespeichert ist. Demgemäß ermittelt der Reduktionsmittelqualitätssensor34 das Lösungsverhältnis der Reduktionsmittellösung25 und gibt ein Signal aus, das das Lösungsverhältnis an das Bewertungsdiagnosesteuermodul36 ausgibt. Basierend auf dem Lösungsmittel kann der Reduktionsmittelqualitätssensor34 die Qualität der Reduktionsmittellösung25 ermitteln, wie oben detailliert beschrieben ist. Beispielsweise kann der Reduktionsmittelqualitätssensor34 ermitteln, dass die Reduktionsmittellösung25 ein erstes Lösungsverhältnis (z. B. 32,5% Harnstoff und 67,5% H2O) aufweist. Basierend auf dem ersten Lösungsverhältnis kann der Reduktionsmittelqualitätssensor34 ermitteln, dass die Reduktionsmittellösung25 eine ”Nennqualität” besitzt. Wenn jedoch der Reduktionsmittelqualitätssensor34 ermittelt, dass die Reduktionsmittellösung25 ein zweites Lösungsverhältnis (z. B. 16,25% Harnstoff und 83,75% H2O) aufweist, kann dann der Reduktionsmittelqualitätssensor34 ermitteln, dass die Reduktionsmittellösung25 eine ”reduzierte Qualität” aufweist. Der Reduktionsmittelqualitätssensor34 kann auch eine Änderung der Menge an Reduktionsmittellösung25 ermitteln, die in der Reduktionsmittellieferquelle30 gespeichert ist. Es sei angemerkt, dass jedoch ein separater Sensor verwendet werden kann, um die Menge an Reduktionsmittellösung25 , die in der Reduktionsmittellieferquelle30 gespeichert ist, zu detektieren. - Das Bewertungsdiagnosesteuermodul
36 kann den Betrieb und den Ausgang des Reduktionsmittelqualitätssensors34 bewerten. Gemäß zumindest einer beispielhaften Ausführungsform kann das Bewertungsdiagnosesteuermodul36 elektrisch mit dem Steuermodul26 kommunizieren, um eine NOx-Umwandlungsdifferenz (ΔNOX) basierend auf der gemessenen NOx-Umwandlung und der modellierten NOx-Umwandlung zu ermitteln. Das ΔNOX kann als die Differenz zwischen der gemessenen (d. h. tatsächlichen) NOx-Umwandlungseffizienz und der modellierten (d. h. vorhergesagten) NOx-Umwandlungseffizienz berechnet werden. - Das Bewertungsdiagnosesteuermodul
36 kann auch in dem Speicher eine Nachschlagetabelle (LUT) speichern, die eine Mehrzahl von Qualitätsparametern mit einem erwarteten ΔNOX-Wert und einem erwarteten ΔNOX-Schwellenwert in Bezug bringt. Der erwartete ΔNOX-Wert ist ein Wert, der das erwartete ΔNOX nach Einspritzen einer Reduktionsmittellösung, die ein bestimmtes Lösungsverhältnis aufweist, angibt. Die Mehrzahl von Qualitätsparametern kann beispielsweise Reduktionsmittellösungsverhältniswerte aufweisen. Das Bewertungsdiagnosesteuermodul36 kann den Reduktionsmittelqualitätssensor34 basierend auf einem Vergleich zwischen dem erfassten Reduktionsmittellösungsverhältnis und dem ΔNOX bewerten. Genauer kann das Bewertungsdiagnosesteuermodul36 das Reduktionsmittellösungsverhältnis, das von dem Reduktionsmittelqualitätssensor34 erfasst ist, empfangen und kann einen jeweiligen erwarteten ΔNOX-Wert ermitteln. Der Reduktionsmittelqualitätssensor34 kann den tatsächlichen ΔNOX-Wert basierend auf gemessenen und modellierten NOx-Werten berechnen, die von dem Steuermodul26 empfangen werden, und kann dann den tatsächlichen ΔNOX-Wert mit dem erwarteten ΔNOX-Wert vergleichen, der durch die LUT angegeben ist. Wenn beispielsweise der tatsächliche ΔNOX-Wert unterhalb der jeweiligen ΔNOX-Schwelle liegt, die von der LUT angegeben ist, kann dann das Bewertungsdiagnosesteuermodul36 ermitteln, dass der Reduktionsmittelqualitätssensor34 nicht zufriedenstellend oder mangelhaft ist. Auf diese Weise kann das Bewertungsdiagnosesteuermodul36 ermitteln, dass der Reduktionsmittelqualitätssensor34 das Lösungsverhältnis der Reduktionsmittellösung25 (d. h. die Qualität der Reduktionsmittellösung) nicht korrekt detektiert. - Gemäß einer anderen Ausführungsform kann, wenn beispielsweise der tatsächliche ΔNOX-Wert gleich oder größer als die jeweilige ΔNOX-Schwelle, wie beispielsweise durch die LUT angegeben ist, ist, dann das Bewertungsdiagnosesteuermodul
36 ermitteln, dass der Reduktionsmittelqualitätssensor34 zufriedenstellend oder ausreichend ist. Das Bewertungsdiagnosesteuermodul36 kann dann ein oder mehrere Reduktionsmittelqualitätssignale an das Steuermodul26 ausgeben, die die Bewertung des Reduktionsmittelqualitätssensors34 angeben. Basierend auf den Reduktionsmittelqualitätssignalen kann das Steuermodul26 ein oder mehrere Korrekturaktionen unternehmen, um die NOx-Umwandlung aktiv zu verbessern, wenn sich das Lösungsverhältnis der Reduktionsmittellösung25 (d. h. die Qualität der Reduktionsmittellösung) dynamisch ändert. Gemäß zumindest einer beispielhaften Ausführungsform kann eine Korrekturwirkung ein Einstellen einer Menge an Reduktionsmittellösung25 , die in das Abgas16 eingespritzt wird, umfassen, um Änderungen in dem Lösungsverhältnis dynamisch zu kompensieren. Diesbezüglich kann eine erhöhte Menge an Reduktionsmittellösung25 eingespritzt werden, um ein Reduktionsmittel zu kompensieren, wenn die Qualität der Reduktionsmittellösung25 abnimmt. Jedoch kann eine verminderte Menge an Reduktionsmittellösung25 eingespritzt werden, wenn die Qualität der Reduktionsmittellösung25 zunimmt. - Nun Bezug nehmend auf
2 ist ein elektronisches Bewertungsdiagnosesteuermodul36 gemäß zumindest einer beispielhaften Ausführungsform gezeigt. Das Bewertungsdiagnosesteuermodul36 weist eine Speichereinheit100 , eine elektronische NOx-Umwandlungseinheit102 und eine elektronische Bewertungseinheit104 auf. Die Speichereinheit100 kann einen oder mehrere Parameterwerte, Schwellenwerte und/oder eine oder mehrere Nachschlagetabellen (LUTs) speichern. Beispielsweise kann die Speichereinheit100 eine LUT200 speichern, die eine Mehrzahl von Reduktionsmittellösungsverhältniswerten mit einem jeweiligen erwarteten ΔNOX-Schwellenwert in Bezug bringt. - Die elektronische NOx-Umwandlungseinheit
102 kann einen tatsächlichen ΔNOX-Wert202 basierend auf einem gemessenen NOx-Umwandlungsparameter204 , der eine tatsächliche NOx-Umwandlung angibt, die von der SCR-Vorrichtung20 ausgeführt wird, wie auch einem modellierten NOx-Umwandlungsparameter206 , der eine erwartete NOx-Umwandlung angibt, die von der SCR-Vorrichtung20 ausgeführt wird, berechnen. Jeder des gemessenen NOx-Umwandlungsparameters204 und des modellierten NOx-Umwandlungsparameters206 können von dem Steuermodul26 empfangen werden. - Die elektronische Bewertungseinheit
104 kann ein erfasstes Lösungsverhältnis208 der Reduktionsmittellösung25 von dem Reduktionsmittelqualitätssensor34 empfangen und das erfasste Lösungsverhältnis208 mit den gespeicherten Lösungsverhältnissen201 der LUT200 vergleichen, um einen entsprechenden ΔNOX-Schwellenwert zu ermitteln. Die elektronische Bewertungseinheit104 kann dann den tatsächlichen ΔNOX-Wert202 mit dem ermittelten ΔNOX-Schwellenwert vergleichen, um den Reduktionsmittelqualitätssensor34 zu bewerten. Wenn beispielsweise der tatsächliche ΔNOX-Wert202 unterhalb des ΔNOX-Schwellenwerts liegt, kann dann die elektronische Bewertungseinheit104 ermitteln, dass der Reduktionsmittelqualitätssensor34 mangelhaft ist. Wenn jedoch der tatsächliche ΔNOX-Wert202 gleich oder größer als der ΔNOX-Schwellenwert ist, kann dann die elektronische Bewertungseinheit104 ermitteln, dass der Reduktionsmittelqualitätssensor34 ausreichend ist. Demgemäß kann die elektronische Bewertungseinheit104 ein Bewertungssignal210 ausgeben, das die ermittelte Bewertung des Reduktionsmittelqualitätssensors34 angibt. Gemäß zumindest einer beispielhaften Ausführungsform kann das Bewertungssignal210 von dem Steuermodul26 empfangen werden. Basierend auf dem Bewertungssignal210 kann das Steuermodul26 eine oder mehrere Korrekturaktionen unternehmen, um die NOx-Umwandlungseffizienz der SCR-Vorrichtung20 aktiv zu verbessern, da sich das Lösungsverhältnis der Reduktionsmittellösung25 (d. h. die Qualität der Reduktionsmittellösung) dynamisch ändert. - Bezug nehmend auf
3 ist ein Verfahren zum Bewerten eines Reduktionsmittelqualitätssensors gemäß einer beispielhaften Ausführungsform gezeigt. Das Verfahren beginnt bei Betriebsschritt300 und bei Betriebsschritt302 wird eine Ermittlung ausgeführt, ob eine oder mehrere Eintrittsbedingungen erfüllt sind. Wenn die Eintrittsbedingungen nicht erfüllt sind, kehrt das Verfahren zu Betriebsschritt302 zurück, um eine Überwachung der Eintrittsbedingungen fortzusetzen. Wenn eine oder mehrere Eintrittsbedingungen erfüllt sind, fährt das Verfahren mit Betriebsschritt304 fort. Die eine oder die mehreren Eintrittsbedingungen können umfassen, ob eine Menge an NH3, die an der SCR-Vorrichtung gespeichert ist, verbraucht ist, und ob die Abgastemperatur eine Schwellentemperatur erreicht hat. Beispielsweise kann eine Menge an NH3, die vorher an der SCR-Vorrichtung gespeichert wurde, bei eingeschalteter Zündung (z. B. bei Motorstart ermittelt werden). Basierend auf der Temperatur des Abgases und der Betriebszeit des Motors kann eine Menge an vorher gespeichertem NH3, das von der SCR-Vorrichtung nach einem Motorstart verbraucht wird, gemäß beispielsweise einem Modell, das in dem Speicher gespeichert ist, ermittelt werden. Die ermittelte Menge an verbrauchtem NH3 kann mit einem Schwellenwert verglichen werden, und wenn der Schwellenwert erfüllt ist, kann das Verfahren fortfahren, den Reduktionsmittelqualitätssensor zu bewerten, wie beispielsweise nachfolgend beschrieben ist. - Bei Betriebsschritt
304 wird eine Reduktionsmittellösungsqualität von einem Reduktionsmittelqualitätssensor gemessen. Die Reduktionsmittellösungsqualität kann beispielsweise auf einem Lösungsverhältnis einer Reduktionsmittellösung basieren. Die Reduktionsmittellösung kann beispielsweise ein erstes Lösungsverhältnis von 32,5% Harnstoff und 67,5% H2O aufweisen, was angibt, dass die Reduktionsmittellösung eine ”Nennqualität” besitzt. Die Reduktionsmittellösung kann beispielsweise ein anderes Lösungsverhältnis von 16,25% Harnstoff und 83,75% H2O aufweisen, was angibt, dass die Reduktionsmittellösung eine ”reduzierte Qualität” aufweist. Die Reduktionsmittellösung kann beispielsweise ein noch weiteres Lösungsverhältnis von 5% Harnstoff und 95% H2O aufweisen, was angibt, dass die Reduktionsmittellösung eine ”mangelhafte Qualität” aufweist. Bei Betriebsschritt306 wird ein ΔNOX-Schwellenwert, der der gemessenen Reduktionsmittellösungsqualität entspricht, ermittelt. Beispielsweise kann ein ΔNOX-Schwellenwert von –0,06 (z. B. –6%) eines erwarteten ΔNOX-Umwandlungswerts ermittelt werden, wenn das Lösungsverhältnis, das von dem Reduktionsmittelqualitätssensor gemessen ist, 32,5% Harnstoff und 67,5% H2O ist. Jedoch kann ein ΔNOX-Schwellenwert von –0,25 (z. B. –25%) eines erwarteten ΔNOX-Umwandlungswertes ermittelt werden, wenn das Lösungsverhältnis, das von dem Reduktionsmittelqualitätssensor gemessen ist, 16,25% Harnstoff und 83,75% H2O ist. Der ΔNOX-Schwellenwert und der entsprechende erwartete ΔNOX-Umwandlungswert können in einer LUT200 organisiert sein, die in einer Speichereinheit gespeichert ist, wie oben detailliert beschrieben ist. - Bei Betriebsschritt
308 wird eine vorhergesagte NOx-Umwandlung ermittelt. Die vorhergesagte NOx-Umwandlung kann gemäß einem NOx-Umwandlungsmodell als eine Funktion eines von Parametern P1–PN ermittelt werden. Die Parameter P1–PN können von einem oder mehreren Sensoren gemessen und/oder durch ein elektronisches Steuermodul berechnet werden. Bei Betriebsschritt310 wird eine tatsächliche NOx-Umwandlung ermittelt. Die tatsächliche NOx-Umwandlung kann gemäß einem ersten NOx-Sensor, der das NOx-Niveau misst, das sich stromaufwärts von einer SCR-Vorrichtung befindet, und einem zweiten NOx-Sensor ermittelt werden, der das NOx-Niveau misst, das sich stromabwärts von der SCR-Vorrichtung befindet. Eine NOx-Umwandlungsdifferenz (ΔNOX) basierend auf der vorhergesagten NOx-Umwandlung und der tatsächlichen NOx-Umwandlung wird bei Betriebsschritt312 ermittelt. Bei Betriebsschritt314 wird das ΔNOX mit dem ermittelten ANOX-Schwellenwert verglichen. Wenn das ΔNOX den ΔNOX-Schwellenwert überschreitet, wird der Reduktionsmittelqualitätssensor bei Betriebsschritt316 als ausreichend ermittelt, und das Verfahren endet bei Betriebsschritt318 . Wenn sich jedoch das ΔNOX unterhalb des ΔNOX-Schwellenwertes befindet, wird der Reduktionsmittelqualitätssensor bei Betriebsschritt320 als mangelhaft ermittelt. Abhängig von der Reduktionsmittelqualität, die von dem Reduktionsmittelqualitätssensor ermittelt ist, kann der Vergleich mit dem ΔNOX-Schwellenwert verschieden sein. Beispielsweise kann in dem Fall einer Reduktionsmittellösung mit einer Nennqualität (z. B. 32,5% Harnstoff und 67,5% H2O) ein mangelhafter Reduktionsmittelqualitätssensor ermittelt werden, wenn ΔNOX kleiner als der ΔNOX-Schwellenwert ist. In einem anderen Fall einer Reduktionsmittellösung mit einer mangelhaften Qualität (z. B. 5% Harnstoff und 95% H2O) kann ein mangelhafter Reduktionsmittelqualitätssensor ermittelt werden, wenn das ΔNOX den ΔNOX-Schwellenwert überschreitet. Bei Betriebsschritt322 wird die Reduktionsmittellösungsqualität kompensiert, und das Verfahren endet bei Betriebsschritt318 . Die Reduktionsmittellösungsqualität kann auf verschiedene Weise kompensiert werden, einschließlich, jedoch nicht darauf beschränkt, Einstellen einer Menge an Reduktionsmittellösung, die in das Abgas eingespritzt wird, um Änderungen in dem Lösungsverhältnis dynamisch zu kompensieren. - Wie hier verwendet ist, betrifft der Begriff Modul ein Hardwaremodul, einschließlich einer anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC), einer elektronischen Schaltung, einem Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppe) und Speicher, der ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführt, einer kombinatorischen Logikschaltung und/oder anderer geeigneter Komponenten, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen.
- Während die Erfindung in Bezug auf beispielhafte Ausführungsformen beschrieben worden ist, sei dem Fachmann angemerkt, dass verschiedene Änderungen durchgeführt und Äquivalente gegen Elemente davon ersetzt werden können, ohne von dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Zusätzlich können viele Modifikationen durchgeführt werden, um eine bestimmte Situation oder ein bestimmtes Material an die Lehren der Erfindung anzupassen, ohne von dem wesentlichen Schutzumfang davon abzuweichen. Daher soll die Erfindung nicht auf die offenbarten bestimmten Ausführungsformen beschränkt sein, sondern die Erfindung umfasst alle in den Schutzumfang der Anmeldung fallenden Ausführungsformen.
Claims (10)
- Abgasbehandlungssystem, das in einem Fahrzeug enthalten ist, das einen Verbrennungsmotor aufweist, umfassend: ein Reduktionsmittelliefersystem, das derart konfiguriert ist, eine Reduktionsmittellösung in ein Abgas, das durch das Abgasbehandlungssystem strömt, einzuführen; eine Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion, die derart konfiguriert ist, chemisch mit der Reduktionsmittellösung zu reagieren, um eine NOx-Umwandlung zu bewirken, die ein Niveau von NOx in dem Abgas. reduziert; einen Reduktionsmittelqualitätssensor, der derart konfiguriert ist, ein elektrisches Signal zu erzeugen, das eine Qualität der Reduktionsmittellösung angibt; und ein Bewertungsdiagnosesteuermodul, das derart konfiguriert ist, den Reduktionsmittelqualitätssensor basierend auf einem Vergleich zwischen der Qualität der Reduktionsmittellösung und der NOx-Umwandlung zu bewerten.
- Abgasbehandlungssystem nach Anspruch 1, wobei das Bewertungsdiagnosesteuermodul eine NOx-Umwandlungseffizienz der selektiven Katalysatorvorrichtung basierend auf der NOx-Umwandlung ermittelt und eine NOx-Umwandlungsdifferenz basierend auf der NOx-Umwandlungseffizienz ermittelt.
- Abgasbehandlungssystem nach Anspruch 2, wobei die NOx-Umwandlungsdifferenz auf einer gemessenen NOx-Umwandlung und einer modellierten NOx-Umwandlung basiert.
- Abgasbehandlungssystem nach Anspruch 3, wobei die gemessene NOx-Umwandlung auf einem ersten NOx-Wert, der von einem ersten Sensor ermittelt wird, der sich stromabwärts von der selektiven Katalysatorvorrichtung befindet, und einem zweiten NOx-Wert basiert, der von einem zweiten Sensor ermittelt wird, der sich stromabwärts von der selektiven Katalysatorvorrichtung befindet.
- Abgasbehandlungssystem nach Anspruch 4, wobei die modellierte NOx-Umwandlung auf einem gespeicherten NOx-Umwandlungsmodell, einem Niveau von Ammoniak (NH3), das an der selektiven Katalysatorvorrichtung gespeichert ist, und einer Temperatur der selektiven Katalysatorvorrichtung basiert.
- Abgasbehandlungssystem nach Anspruch 5, wobei das Bewertungsdiagnosesteuermodul eine NOx-Differenzschwelle basierend auf der Qualität der Reduktionsmittellösung ermittelt und der Vergleich ferner ein Vergleichen der NOx-Differenz mit der NOx-Differenzschwelle umfasst.
- Abgasbehandlungssystem nach Anspruch 6, wobei das Bewertungsdiagnosesteuermodul in Ansprechen darauf, dass die NOx-Differenz unter der NOx-Differenzschwelle liegt, ermittelt, dass der Reduktionsmittelqualitätssensor mangelhaft ist.
- Abgasbehandlungssystem nach Anspruch 7, wobei eine Korrekturwirkung in Ansprechen darauf, dass ermittelt wird, dass der Reduktionsmittelqualitätssensor mangelhaft ist, ausgeführt wird, um die Reduktionsmittellösung zu kompensieren.
- Elektronisches Steuermodul, das derart konfiguriert ist, einen Reduktionsmittelqualitätssensor zu bewerten, der eine Qualität einer Reduktionsmittellösung, die an ein Abgasbehandlungssystem geliefert wird, ermittelt, umfassend: eine Speichereinheit, die derart konfiguriert ist, eine Nachschlagetabelle zu speichern, die eine Mehrzahl von Qualitätsparametern, die einer Qualität einer Reduktionsmittellösung entsprechen, und einen NOx-Umwandlungsschwellenwert, der jedem Qualitätsparameter entspricht, indexiert; eine elektronische NOx-Umwandlungseinheit, die derart konfiguriert ist, einen NOx-Umwandlungsdifferenzwert basierend auf einem gemessenen NOx-Umwandlungsparameter und einem modellierten Nox-Umwandlungsparameter zu ermitteln; und eine elektronische Bewertungseinheit, die derart konfiguriert ist, die Qualität der Reduktionsmittellösung mit den Qualitätsparametern der Nachschlagetabelle zu vergleichen, um einen entsprechenden NOx-Umwandlungsschwellenwert zu ermitteln, und um den Reduktionsmittelqualitätssensor basierend auf einem Vergleich des NOx-Umwandlungsdifferenzwertes und des ermittelten NOx-Umwandlungsschwellenwertes zu bewerten.
- Verfahren zum Bewerten eines Reduktionsmittelqualitätssensors, der in einem Abgasbehandlungssystem eines Fahrzeugs enthalten ist, das einen Verbrennungsmotor aufweist, wobei das Verfahren umfasst: Einführen einer Reduktionsmittellösung in ein Abgas, das durch das Abgasbehandlungssystem strömt; Bewirken einer NOx-Umwandlung, die ein Niveau von NOx in dem Abgas in Ansprechen auf die Reduktionsmittellösung reduziert; Ermitteln einer Qualität der Reduktionsmittellösung; und Bewerten des Reduktionsmittelqualitätssensors basierend auf einem Vergleich zwischen der Qualität der Reduktionsmittellösung und der NOx-Umwandlung.
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