DE102015103547B4 - Abgasbehandlungssystem und elektronisches steuermodul - Google Patents

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Abstract

Abgasbehandlungssystem (10), das in einem Fahrzeug enthalten ist, das einen Verbrennungsmotor (12) aufweist, umfassend:ein Reduktionsmittelliefersystem (24), das derart konfiguriert ist, eine Reduktionsmittellösung (25) in ein Abgas (16), das durch das Abgasbehandlungssystem (10) strömt, einzuführen;eine Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion (20), die derart konfiguriert ist, chemisch mit der Reduktionsmittellösung (25) zu reagieren, um eine NOx-Umwandlung zu bewirken, die ein Niveau von NOx in dem Abgas (16) reduziert;einen Reduktionsmittelqualitätssensor (34), der derart konfiguriert ist, ein elektrisches Signal zu erzeugen, das eine Qualität der Reduktionsmittellösung (25) angibt; undein Bewertungsdiagnosesteuermodul (36), das derart konfiguriert ist, den Reduktionsmittelqualitätssensor (34) basierend auf einem Vergleich zwischen der Qualität der Reduktionsmittellösung (25) und der NOx-Umwandlung zu bewerten;wobei das Bewertungsdiagnosesteuermodul (36) eine NOx-Umwandlungseffizienz der selektiven Katalysatorvorrichtung (20) basierend auf der NOx-Umwandlung ermittelt und eine NOx-Umwandlungsdifferenz basierend auf der NOx-Umwandlungseffizienz ermittelt;wobei die NOx-Umwandlungsdifferenz auf einer gemessenen NOx-Umwandlung und einer modellierten NOx-Umwandlung basiert;wobei die gemessene NOx-Umwandlung auf einem ersten NOx-Wert, der von einem ersten Sensor (40) ermittelt wird, der sich stromaufwärts von der selektiven Katalysatorvorrichtung (20) befindet, und einem zweiten NOx-Wert basiert, der von einem zweiten Sensor (42) ermittelt wird, der sich stromabwärts von der selektiven Katalysatorvorrichtung (20) befindet; wobei die modellierte NOx-Umwandlung auf einem gespeicherten NOx-Umwandlungsmodell, einem Niveau von Ammoniak (NH3), das an der selektiven Katalysatorvorrichtung (20) gespeichert ist, und einer Temperatur der selektiven Katalysatorvorrichtung (20) basiert; undwobei das Bewertungsdiagnosesteuermodul (36) eine NOx-Differenzschwelle basierend auf der Qualität der Reduktionsmittellösung (25) ermittelt und der Vergleich ferner ein Vergleichen der NOx-Differenz mit der NOx-Differenzschwelle umfasst:

Description

  • GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Abgasbehandlungssystem und ein elektronisches Steuermodul.
  • HINTERGRUND
  • Das Abgas, das von einem Verbrennungsmotor (IC-Motor von engl.: „internal combustion engine“) ausgestoßen wird, ist ein heterogenes Gemisch, das gasförmige Emissionen, wie Kohlenmonoxid („CO“), nicht verbrannte Kohlenwasserstoffe („KW“) und Stickoxide („NOx“), wie auch Materialien in kondensierter Phase (Flüssigkeiten und Feststoffe) enthalten kann, die Partikelmaterial bilden. In einem Motorabgassystem sind Katalysatorzusammensetzungen, die typischerweise an Katalysatorträgern oder -substraten angeordnet sind, vorgesehen, um bestimmte oder alle dieser Abgasbestandteile in nicht regulierte Abgaskomponenten umzuwandeln.
  • 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.
  • Die EP 3 009 622 A1 offenbart eine Diagnose der Gültigkeit eines Ausgangs eines Qualitätssensors auf Basis eines NOx-Reinigungsverhältnisses. Hierbei wird zum einen eine durch den Qualitätssensor gemessene Konzentration der Harnstofflösung und zum anderen eine anhand von Betriebsparamtern geschätzte Konzentration der Harnstofflösung ermittelt. Die geschätzte Konzentration der Harnstofflösung wird dadurch bestimmt, dass aus einem Verhältnis des gemessenen NOx-Reinigungsverhältnisses und eines geschätzten NOx-Reinigungsverhältnisses ein Wert eines Beeinflussungsgrads des NOx-Reinigungsverhältnisses bestimmt wird, mit dem aus einem Kennfeld die geschätzte Konzentration der Harnstofflösung ermittelt wird. Anschließend erfolgt zur Bestimmung der Gültigkeit eines Ausgangs eines Qualitätssensors ein Vergleich der gemessenen Konzentration der Harnstofflösung mit der geschätzten Konzentration der Harnstofflösung und diagnostiziert daraus die Gültigkeit des Ausgangs des Qualitätssensors.
  • Die EP 3 012 426A1 beschreibt eine Diagnosevorrichtung für ein Harnstoffwasserliefersystem, das einen Sensor zur Detektion eines Konzentration von Harnstoffwasser aufweist. Die Diagnosevorrichtung diagnostiziert einen Tauglichkeitszustand des Sensors anhand zweier Bedingungen, wobei der Zustand des Sensors dann als unnormal gilt, solange immer nur eine der Bedingungen erfüllt ist. Dabei umfasst die erste Bedingung, dass ein berechneter Reinigungsgrad bei oder über einem Referenzreinigungsgrad liegt, und die zweite Bedingung umfasst, dass der vom Sensor erfasste Wert größer oder gleich einer Referenzkonzentration ist.
  • Ferner sind die US 2011/0 107 812 A1 , die US 2010/0 205 940 A1 und die JP 2010-106 671 A bekannt.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der es möglich ist, eine Bewertung eines Reduktionsmittelsensors auf einfache und dennoch genaue und zuverlässige Weise zu erreichen.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der Ansprüche 1 und 4 gelöst.
  • 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 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.
  • Ein Verfahren zum Bewerten eines in einem Abgasbehandlungssystem enthaltenen Reduktionsmittelqualitätssensors, das mit einem Abgasbehandlungssystem gemäß Anspruch 1 oder einem elektronischen Steuermodul gemäß Anspruch 4 ausführbar ist, kann ein Einführen einer Reduktionsmittellösung in ein Abgas, das durch das Abgasbehandlungssystem strömt, umfassen. Das Verfahren kann ferner ein Bewirken einer NOx-Umwandlung, die ein Niveau von NOx in dem Abgas in Ansprechen auf die Reduktionsmittellösung reduziert, umfassen. Das Verfahren kann 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 umfassen.
  • Die obigen Merkmale der erfindungsgemäßen Lehren werden leicht aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen offensichtlich.
  • Figurenliste
  • 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 Abgasbehandlungssystem 10 zur Reduktion von regulierten Abgasbestandteilen eines Verbrennungsmotors (IC-Motor, kurz von engl. „internal combustion engine“) 12 gerichtet. Das hier beschriebene Abgasbehandlungssystem 10 kann in verschiedenen Motorsystemen implementiert sein. Derartige Motorsysteme können beispielsweise umfassen, sind jedoch nicht darauf beschränkt, Dieselmotorsysteme, Benzinmotorsysteme mit Direkteinspritzung sowie Motorsysteme mit homogener Kompressionszündung.
  • Das Abgasbehandlungssystem 10 umfasst im Allgemeinen eine oder mehrere Abgasleitungen 14 und eine oder mehrere Abgasbehandlungsvorrichtungen. Die Abgasleitung 14, die mehrere Segmente umfassen kann, transportiert Abgas 16 von dem Motor 12 an die verschiedenen Abgasbehandlungsvorrichtungen des Abgasbehandlungssystems 10. 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 Abgasbehandlungssystem 10 der vorliegenden Offenbarung verschiedene Kombinationen aus einer oder mehreren der in 1 gezeigten Abgasbehandlungsvorrichtungen 18, 19 und 20 und/oder andere Abgasbehandlungsvorrichtungen (nicht gezeigt) aufweisen und ist nicht auf das vorliegende Beispiel beschränkt.
  • In 1 kann, wie angemerkt sei, der OC 18 eine von verschiedenen Durchström-Oxidationskatalysatorvorrichtungen, die in der Technik bekannt sind, sein. Bei verschiedenen Ausführungsformen kann der OC 18 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 Abgasleitung 14 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 OC 18 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-Vorrichtung 20 zur Umwandlung von NOx zu verbessern.
  • Der PF 19 kann stromabwärts von dem OC 18 angeordnet sein und filtert das Abgas 16 von Kohlenstoff und anderem Partikelmaterial. Gemäß zumindest einer beispielhaften Ausführungsform kann der PF 19 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 Abgasleitung 14. Es sei angemerkt, dass das keramische Abgasfiltersubstrat aus Wandströmungsmonolith lediglich beispielhafter Natur ist, und dass der PF 19 andere Filtervorrichtungen aufweisen kann, wie beispielsweise gewickelte oder gepackte Faserfilter, offenzellige Schäume, gesinterte Metallfasern.
  • Das Abgas 16, das in den PF 19 eintritt, wird durch poröse, sich benachbart erstreckende Wände getrieben, die Kohlenstoff und anderes Partikelmaterial aus dem Abgas 16 abfangen. Dementsprechend wird das Abgas 16 gefiltert, bevor es aus dem Fahrzeugauspuffrohr ausgetragen wird. Wenn Abgas 16 durch das Abgasbehandlungssystem 10 strömt, wird ein Druck über den Einlass und den Auslass aufgebracht. Ein oder mehrere Drucksensoren 22 (beispielsweise ein Deltadruck-Sensor) können vorgesehen sein, um die Druckdifferenz (d.h. ΔP) über den PF 19 zu ermitteln. Ferner kann die Menge von Partikeln, die in dem PF 19 abgefangen sind, mit der Zeit zunehmen, wodurch der Abgasgegendruck, dem der Motor 12 ausgesetzt ist, zunimmt. Es kann ein Regenerationsbetrieb durchgeführt werden, der Kohlenstoff und Partikelmaterial, das in dem Filtersubstrat gesammelt ist, verbrennt und den PF 19 regeneriert, wie es dem Fachmann zu verstehen sei.
  • Die SCR-Vorrichtung 20 kann stromabwärts des PF 19 angeordnet sein. Die SCR-Vorrichtung 20 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 Abgas 16 in der Anwesenheit von NH3 in akzeptable Nebenprodukte (z.B. zweiatomigen Stickstoff (N2) und Wasser (H2O)) umzuwandeln. Die Effizienz, mit der die SCR-Vorrichtung 20 das NOx umwandelt, wird nachfolgend als „NOx-Umwandlungseffizienz“ bezeichnet.
  • Das Abgasbehandlungssystem 10, das in 1 gezeigt ist, weist ferner ein Reduktionsmittelliefersystem 24, ein Steuermodul 26 und ein Reduktionsmittelqualitätssystem 28 auf. Das Reduktionsmittelliefersystem 24 führt eine Reduktionsmittellösung 25 in das Abgas 16 ein. Das Reduktionsmittelliefersystem 24 weist eine Reduktionsmittellieferquelle 30 und eine Reduktionsmittel-Einspritzeinrichtung 32 auf. Die Reduktionsmittellieferquelle 30 speichert die Reduktionsmittellösung 25 und steht in Fluidverbindung mit der Reduktionsmitteleinspritzeinrichtung 32. Dementsprechend kann die Reduktionsmitteleinspritzeinrichtung 32 eine wählbare Menge der Reduktionsmittellösung 25 in die Abgasleitung 14 einspritzen, so dass die Reduktionsmittellösung 25 in das Abgas 16 an einer Stelle stromaufwärts von der SCR-Vorrichtung 20 eingeführt wird. Die Reduktionsmittellösung 25 kann ein aktives Reduktionsmittel umfassen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Harnstoff (CO(NH2)2) und Ammoniak (NH3). Die Reduktionsmittellösung 25 kann in Form eines Feststoffes, eines Gases, einer Flüssigkeit oder einer wässrigen Harnstofflösung vorliegen. Beispielsweise kann die Reduktionsmittellösung 25 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-Vorrichtung 20 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 Reduktionsmittellösung 25, 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 Reduktionsmittellösung 25, 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 Reduktionsmittellösung 25 beispielsweise ein zweites Lösungsverhältnis von 16,25% Harnstoff und 83,75% H2O aufweist. Eine Reduktionsmittellösung 25, 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 Reduktionsmittellösung 25 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-Vorrichtung 20 gespeichert ist, einer Motorbetriebszeit und/oder einer Temperatur der SCR-Vorrichtung 20 basieren.
  • Das Steuermodul 26 kann den Motor 12, den Regenerationsprozess, das Reduktionsmittelliefersystem 24 und das Reduktionsmittelqualitätssystem 28 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 Steuermodul 26 einen Betrieb der Reduktionsmitteleinspritzeinrichtung 32 gemäß einem Reduktionsmittelspeichermodell. Bei verschiedenen Ausführungsformen kann das Steuermodul 26 verschiedene Parameter (P1-PN) des Abgasbehandlungssystems 10 basierend auf einem oder mehreren Temperatursensoren ermitteln. Zusätzlich zu dem Δp kann das Steuermodul 26 eine Temperatur (TGAS) des Abgases 16, eine Temperatur (TPF) des PF 19, eine Menge an Ruß, die an dem PF 19 geladen ist, eine Temperatur (TSCR) der SCR-Vorrichtung 20 sowie die Menge an NH3, die an die SCR-Vorrichtung 20 geladen ist, ermitteln. Ein oder mehrere Sensoren können Signale, die einen jeweiligen Parameter angeben, an das Steuermodul 26 ausgeben. Beispielsweise kann ein erster Temperatursensor 38 in Fluidkommunikation mit dem Abgas 16 angeordnet sein, um ein Signal zu erzeugen, das TGAS angibt, und ein zweiter Temperatursensor 39 kann mit der SCR-Vorrichtung 20 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 Steuermoduls 26 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-Sensor 40, ermittelt ist, und einem NOx-Niveau, das von einem z weiten NOx-Sensor, d.h. einem stromabwärtigen NOx-Sensor 42 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 Reduktionsmittelqualitätssensor 34 und ein Bewertungsdiagnosesteuermodul 36 auf. Der Reduktionsmittelqualitätssensor 34 steht in elektrischer Kommunikation mit der Reduktionsmittellösung 25, die in der Reduktionsmittellieferquelle 30 gespeichert ist. Demgemäß ermittelt der Reduktionsmittelqualitätssensor 34 das Lösungsverhältnis der Reduktionsmittellösung 25 und gibt ein Signal aus, das das Lösungsverhältnis an das Bewertungsdiagnosesteuermodul 36 ausgibt. Basierend auf dem Lösungsmittel kann der Reduktionsmittelqualitätssensor 34 die Qualität der Reduktionsmittellösung 25 ermitteln, wie oben detailliert beschrieben ist. Beispielsweise kann der Reduktionsmittelqualitätssensor 34 ermitteln, dass die Reduktionsmittellösung 25 ein erstes Lösungsverhältnis (z.B. 32,5% Harnstoff und 67,5% H2O) aufweist. Basierend auf dem ersten Lösungsverhältnis kann der Reduktionsmittelqualitätssensor 34 ermitteln, dass die Reduktionsmittellösung 25 eine „Nennqualität“ besitzt. Wenn jedoch der Reduktionsmittelqualitätssensor 34 ermittelt, dass die Reduktionsmittellösung 25 ein zweites Lösungsverhältnis (z.B. 16,25% Harnstoff und 83,75% H2O) aufweist, kann dann der Reduktionsmittelqualitätssensor 34 ermitteln, dass die Reduktionsmittellösung 25 eine „reduzierte Qualität“ aufweist. Der Reduktionsmittelqualitätssensor 34 kann auch eine Änderung der Menge an Reduktionsmittellösung 25 ermitteln, die in der Reduktionsmittellieferquelle 30 gespeichert ist. Es sei angemerkt, dass jedoch ein separater Sensor verwendet werden kann, um die Menge an Reduktionsmittellösung 25, die in der Reduktionsmittellieferquelle 30 gespeichert ist, zu detektieren.
  • Das Bewertungsdiagnosesteuermodul 36 kann den Betrieb und den Ausgang des Reduktionsmittelqualitätssensors 34 bewerten. Gemäß zumindest einer beispielhaften Ausführungsform kann das Bewertungsdiagnosesteuermodul 36 elektrisch mit dem Steuermodul 26 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 Bewertungsdiagnosesteuermodul 36 kann den Reduktionsmittelqualitätssensor 34 basierend auf einem Vergleich zwischen dem erfassten Reduktionsmittellösungsverhältnis und dem ΔNOX bewerten. Genauer kann das Bewertungsdiagnosesteuermodul 36 das Reduktionsmittellösungsverhältnis, das von dem Reduktionsmittelqualitätssensor 34 erfasst ist, empfangen und kann einen jeweiligen erwarteten ΔNOX-Wert ermitteln. Der Reduktionsmittelqualitätssensor 34 kann den tatsächlichen ΔNOX-Wert basierend auf gemessenen und modellierten NOx-Werten berechnen, die von dem Steuermodul 26 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 Bewertungsdiagnosesteuermodul 36 ermitteln, dass der Reduktionsmittelqualitätssensor 34 nicht zufriedenstellend oder mangelhaft ist. Auf diese Weise kann das Bewertungsdiagnosesteuermodul 36 ermitteln, dass der Reduktionsmittelqualitätssensor 34 das Lösungsverhältnis der Reduktionsmittellösung 25 (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 Reduktionsmittelqualitätssensor 34 zufriedenstellend oder ausreichend ist. Das Bewertungsdiagnosesteuermodul 36 kann dann ein oder mehrere Reduktionsmittelqualitätssignale an das Steuermodul 26 ausgeben, die die Bewertung des Reduktionsmittelqualitätssensors 34 angeben. Basierend auf den Reduktionsmittelqualitätssignalen kann das Steuermodul 26 ein oder mehrere Korrekturaktionen unternehmen, um die NOx-Umwandlung aktiv zu verbessern, wenn sich das Lösungsverhältnis der Reduktionsmittellösung 25 (d.h. die Qualität der Reduktionsmittellösung) dynamisch ändert. Gemäß zumindest einer beispielhaften Ausführungsform kann eine Korrekturwirkung ein Einstellen einer Menge an Reduktionsmittellösung 25, die in das Abgas 16 eingespritzt wird, umfassen, um Änderungen in dem Lösungsverhältnis dynamisch zu kompensieren. Diesbezüglich kann eine erhöhte Menge an Reduktionsmittellösung 25 eingespritzt werden, um ein Reduktionsmittel zu kompensieren, wenn die Qualität der Reduktionsmittellösung 25 abnimmt. Jedoch kann eine verminderte Menge an Reduktionsmittellösung 25 eingespritzt werden, wenn die Qualität der Reduktionsmittellösung 25 zunimmt.
  • Nun Bezug nehmend auf 2 ist ein elektronisches Bewertungsdiagnosesteuermodul 36 gemäß zumindest einer beispielhaften Ausführungsform gezeigt. Das Bewertungsdiagnosesteuermodul 36 weist eine Speichereinheit 100, eine elektronische NOx-Umwandlungseinheit 102 und eine elektronische Bewertungseinheit 104 auf. Die Speichereinheit 100 kann einen oder mehrere Parameterwerte, Schwellenwerte und/oder eine oder mehrere Nachschlagetabellen (LUTs) speichern. Beispielsweise kann die Speichereinheit 100 eine LUT 200 speichern, die eine Mehrzahl von Reduktionsmittellösungsverhältniswerten mit einem jeweiligen erwarteten ΔNOX-Schwellenwert in Bezug bringt.
  • Die elektronische NOx-Umwandlungseinheit 102 kann einen tatsächlichen ΔNOX-Wert 202 basierend auf einem gemessenen NOx-Umwandlungsparameter 204, der eine tatsächliche NOx-Umwandlung angibt, die von der SCR-Vorrichtung 20 ausgeführt wird, wie auch einem modellierten NOx-Umwandlungsparameter 206, der eine erwartete NOx-Umwandlung angibt, die von der SCR-Vorrichtung 20 ausgeführt wird, berechnen. Jeder des gemessenen NOx-Umwandlungsparameters 204 und des modellierten NOx-Umwandlungsparameters 206 können von dem Steuermodul 26 empfangen werden.
  • Die elektronische Bewertungseinheit 104 kann ein erfasstes Lösungsverhältnis 208 der Reduktionsmittellösung 25 von dem Reduktionsmittelqualitätssensor 34 empfangen und das erfasste Lösungsverhältnis 208 mit den gespeicherten Lösungsverhältnissen 201 der LUT 200 vergleichen, um einen entsprechenden ΔNOX-Schwellenwert zu ermitteln. Die elektronische Bewertungseinheit 104 kann dann den tatsächlichen ΔNOX-Wert 202 mit dem ermittelten ΔNOX-Schwellenwert vergleichen, um den Reduktionsmittelqualitätssensor 34 zu bewerten. Wenn beispielsweise der tatsächliche ΔNOX-Wert 202 unterhalb des ΔNOX-Schwellenwerts liegt, kann dann die elektronische Bewertungseinheit 104 ermitteln, dass der Reduktionsmittelqualitätssensor 34 mangelhaft ist. Wenn jedoch der tatsächliche ΔNOX-Wert 202 gleich oder größer als der ΔNOX-Schwellenwert ist, kann dann die elektronische Bewertungseinheit 104 ermitteln, dass der Reduktionsmittelqualitätssensor 34 ausreichend ist. Demgemäß kann die elektronische Bewertungseinheit 104 ein Bewertungssignal 210 ausgeben, das die ermittelte Bewertung des Reduktionsmittelqualitätssensors 34 angibt. Gemäß zumindest einer beispielhaften Ausführungsform kann das Bewertungssignal 210 von dem Steuermodul 26 empfangen werden. Basierend auf dem Bewertungssignal 210 kann das Steuermodul 26 eine oder mehrere Korrekturaktionen unternehmen, um die NOx-Umwandlungseffizienz der SCR-Vorrichtung 20 aktiv zu verbessern, da sich das Lösungsverhältnis der Reduktionsmittellösung 25 (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 Betriebsschritt 300 und bei Betriebsschritt 302 wird eine Ermittlung ausgeführt, ob eine oder mehrere Eintrittsbedingungen erfüllt sind. Wenn die Eintrittsbedingungen nicht erfüllt sind, kehrt das Verfahren zu Betriebsschritt 302 zurück, um eine Überwachung der Eintrittsbedingungen fortzusetzen. Wenn eine oder mehrere Eintrittsbedingungen erfüllt sind, fährt das Verfahren mit Betriebsschritt 304 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 Betriebsschritt 306 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 LUT 200 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 Betriebsschritt 310 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 Betriebsschritt 312 ermittelt. Bei Betriebsschritt 314 wird das ΔNOX mit dem ermittelten ΔNOX-Schwellenwert verglichen. Wenn das ΔNOX den ΔNOX-Schwellenwert überschreitet, wird der Reduktionsmittelqualitätssensor bei Betriebsschritt 316 als ausreichend ermittelt, und das Verfahren endet bei Betriebsschritt 318. Wenn sich jedoch das ΔNOX unterhalb des ΔNOX-Schwellenwertes befindet, wird der Reduktionsmittelqualitätssensor bei Betriebsschritt 320 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 ΔNOXkleiner 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 Betriebsschritt 322 wird die Reduktionsmittellösungsqualität kompensiert, und das Verfahren endet bei Betriebsschritt 318. 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 (4)

  1. Abgasbehandlungssystem (10), das in einem Fahrzeug enthalten ist, das einen Verbrennungsmotor (12) aufweist, umfassend: ein Reduktionsmittelliefersystem (24), das derart konfiguriert ist, eine Reduktionsmittellösung (25) in ein Abgas (16), das durch das Abgasbehandlungssystem (10) strömt, einzuführen; eine Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion (20), die derart konfiguriert ist, chemisch mit der Reduktionsmittellösung (25) zu reagieren, um eine NOx-Umwandlung zu bewirken, die ein Niveau von NOx in dem Abgas (16) reduziert; einen Reduktionsmittelqualitätssensor (34), der derart konfiguriert ist, ein elektrisches Signal zu erzeugen, das eine Qualität der Reduktionsmittellösung (25) angibt; und ein Bewertungsdiagnosesteuermodul (36), das derart konfiguriert ist, den Reduktionsmittelqualitätssensor (34) basierend auf einem Vergleich zwischen der Qualität der Reduktionsmittellösung (25) und der NOx-Umwandlung zu bewerten; wobei das Bewertungsdiagnosesteuermodul (36) eine NOx-Umwandlungseffizienz der selektiven Katalysatorvorrichtung (20) basierend auf der NOx-Umwandlung ermittelt und eine NOx-Umwandlungsdifferenz basierend auf der NOx-Umwandlungseffizienz ermittelt; wobei die NOx-Umwandlungsdifferenz auf einer gemessenen NOx-Umwandlung und einer modellierten NOx-Umwandlung basiert; wobei die gemessene NOx-Umwandlung auf einem ersten NOx-Wert, der von einem ersten Sensor (40) ermittelt wird, der sich stromaufwärts von der selektiven Katalysatorvorrichtung (20) befindet, und einem zweiten NOx-Wert basiert, der von einem zweiten Sensor (42) ermittelt wird, der sich stromabwärts von der selektiven Katalysatorvorrichtung (20) befindet; wobei die modellierte NOx-Umwandlung auf einem gespeicherten NOx-Umwandlungsmodell, einem Niveau von Ammoniak (NH3), das an der selektiven Katalysatorvorrichtung (20) gespeichert ist, und einer Temperatur der selektiven Katalysatorvorrichtung (20) basiert; und wobei das Bewertungsdiagnosesteuermodul (36) eine NOx-Differenzschwelle basierend auf der Qualität der Reduktionsmittellösung (25) ermittelt und der Vergleich ferner ein Vergleichen der NOx-Differenz mit der NOx-Differenzschwelle umfasst:
  2. Abgasbehandlungssystem nach Anspruch 1, wobei das Bewertungsdiagnosesteuermodul (36) in Ansprechen darauf, dass die NOx-Differenz unter der NOx-Differenzschwelle liegt, ermittelt, dass der Reduktionsmittelqualitätssensor (34) mangelhaft ist.
  3. Abgasbehandlungssystem (10) nach Anspruch 2, wobei eine Korrekturwirkung in Ansprechen darauf, dass ermittelt wird, dass der Reduktionsmittelqualitätssensor (34) mangelhaft ist, ausgeführt wird, um die Reduktionsmittellösung (25) zu kompensieren.
  4. Elektronisches Steuermodul (26), das derart konfiguriert ist, einen Reduktionsmittelqualitätssensor (34) zu bewerten, der eine Qualität einer Reduktionsmittellösung (25), die an ein Abgasbehandlungssystem (10) geliefert wird, ermittelt, umfassend: eine Speichereinheit (100), die derart konfiguriert ist, eine Nachschlagetabelle (LUT) zu speichern, die eine Mehrzahl von Qualitätsparametern, die einer Qualität einer Reduktionsmittellösung (25) entsprechen, und einen NOx-Umwandlungsschwellenwert, der jedem Qualitätsparameter entspricht, indexiert; eine elektronische NOx-Umwandlungseinheit (102), die derart konfiguriert ist, einen NOx-Umwandlungsdifferenzwert basierend auf einem gemessenen NOx-Umwandlungsparameter und einem modellierten Nox-Umwandlungsparameter zu ermitteln; und eine elektronische Bewertungseinheit (104), die derart konfiguriert ist, die Qualität der Reduktionsmittellösung (25) mit den Qualitätsparametern der Nachschlagetabelle (LUT) zu vergleichen, um einen entsprechenden NOx-Umwandlungsschwellenwert zu ermitteln, und um den Reduktionsmittelqualitätssensor (34) basierend auf einem Vergleich des NOx-Umwandlungsdifferenzwertes und des ermittelten NOx-Umwandlungsschwellenwertes zu bewerten.
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