-
Die Erfindung betrifft ein Überwachungsverfahren und eine Überwachungsvorrichtung für die Überwachung der Zulässigkeit einer NOx Umwandlungsrate eines SCR Umwandlungssystems eines Automobils.
-
Gesetzlichen Vorschriften verlangen, dass die NOx Umwandlungsleistung des SCR Systems eines Automobils überwacht wird. Falls die NOx Umwandlungsleistung unzulässig wird, muss dies ermittelt werden und der SCR Katalysator muss ersetzt werden.
-
DE 10 2010 004 512 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Behandlung von Abgas in einem Nachbehandlungssystem. Weitere Abgasnachbehandlungssysteme sind aus
US 2017/0 051 693 A1 und
DE 10 2010 028 846 A1 bekannt.
-
Die vorbekannten Überwachungsverfahren und Überwachungsvorrichtungen sind nicht optimal ausgebildet.
-
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein verbessertes Überwachungsverfahren, eine Überwachungsvorrichtung, die dazu ausgestaltet ist, das Überwachungsverfahren durchzuführen, und ein Softwareprodukt, das Anweisungen zur Durchführung des Überwachungsverfahrens umfasst, bereitzustellen. Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs.
-
Für die vorliegende Offenbarung wird angenommen, dass ein SCR System eines Automobils einen SCR Katalysator, zumindest einen Reduktionsmittel-Injektor, zumindest ein Vorlauf NOx Erfassungsmittel und zumindest einen Nachlauf NOx Sensor umfasst. Der SCR Katalysator ist in der Abgaspassage eines Verbrennungsmotors angeordnet. Abgas mit einem bestimmten NOx (Stickstoffoxide) Gehalt tritt in den SCR Katalysator ein und Abgas mit einem reduziertem NOx Gehalt tritt aus dem SCR Katalysator aus. Innerhalb des SCR Katalysators werden NOx durch chemische Reaktion mit einem Reduktionsmittel, insbesondre Ammoniak (NH3), reduziert.
-
Der Reduktionsmittel-Injektor ist in Bezug auf die Strömungsrichtung des Abgases in der Abgaspassage stromaufwärts zum SCR Katalysator angeordnet.
-
Das Vorlauf NOx Erfassungsmittel ist dazu ausgebildet, einen Vorlauf NOx Gehalt des Abgases zu ermitteln, das in einem Bereich der Abgaspassage stromaufwärts des SCR Katalysators fließt, d.h. das dabei ist, in den SCR Katalysator einzutreten. Der Nachlauf NOx Sensor ist dazu ausgebildet, einen Nachlauf NOx Gehalt des Abgases in einem Bereich stromabwärts des SCR Katalysators zu erfassen, d.h. den NOx Gehalt des Abgases, das aus dem SCR Katalysator austritt.
-
SCR Katalysatoren sind in der Praxis bekannt. Sie umfassen eine aktive Oberfläche, die auch als Katalysatorbett bezeichnet wird. Ein Reduktionsmittel wird dem Abgas beigegeben und in den Katalysator gefördert, wo es sich an der aktiven Oberfläche anlagern wird. Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung wird die Menge an Reduktionsmittel, die momentan auf der aktiven Oberfläche angelagert ist, als Reduktionsmittel Speichergehalt des SCR Katalysators bezeichnet. Stickoxide (NOx), die im Abgas enthalten sind, treten in den SCR Katalysator ein und reagieren an der aktiven Oberfläche mit Reduktionsmittel, sodass die Stickoxide in atomaren Stickstoff (N2) und in andere ungiftige Reaktionsprodukte umgewandelt werden.
-
Die Umwandlungsleistung innerhalb des SCR Katalysators hängt von verschiedenen Faktoren ab. Einer davon liegt in den körperlichen Eigenschaften des SCR Katalysator. Die NOx Umwandlungsleistung kann durch die körperlichen Eigenschaften wie einer Verschmutzung auf der aktiven Oberfläche, einer beschränkten chemischen Qualität der aktiven Oberfläche, einer Alterung und so weiter vermindert werden. Nur eine Verschlechterung der NOx Umwandlungsleistung, die durch körperliche Eigenschaften des SCR Katalysators verursacht wird, soll Grundlage zur Reparatur oder zur Ersetzung des Katalysators sein.
-
Allerdings können verschiedene andere Einflüsse eine verminderte (oder manchmal gesteigerte) Umwandlungsleistung verursachen. Deswegen ist nicht jede Verschlechterung der NOx Umwandlungsleistung den körperlichen Eigenschaften des SCR Katalysator zurechenbar. Solche anderen Einflüsse werden als „externe Einflüsse“ oder „nicht-körperliche Ursache“ der verschlechterten NOx Umwandlungsleistung bezeichnet. Beispiele für solche Einflüsse sind: unzureichender oder übermäßiger Reduktionsmittel Speichergehalt im SCR Katalysator, unzulässige hoher NOx Gehalt im Abgas des Verbrennungsmotors (NOx Spitze), eine etwaige Abweichung der momentanen Reduktionsmittel-Einspritzmenge von einer nominalen Reduktionsmittel-Einspritzmenge, unzulässig hohe oder niedrige Flussgeschwindigkeit des Abgases, unzulässig hohe oder niedrige Temperatur des SCR Systems oder des Abgases, und so weiter.
-
Ferner ist die nominale oder ideale NOx Umwandlungsleistung kein fester Wert, sie hängt vielmehr vom Betriebszustand des SCR Systems ab. Sie kann insbesondere von der Temperatur des SCR Systems und der Flussgeschwindigkeit oder dem Volumenstrom des Abgases abhängen.
-
Die Reaktionskinetik der verschiedenen Umwandlungsreaktionen innerhalb des SCR Katalysators können nicht für alle möglichen Betriebsbedingungen eines SCR Systems und die gesamte Lebensdauer eines SCR-Katalysators präzise vorherbestimmt werden. Wenn sich der Betriebszustand des SCR Systems ändert, kann eine nominale oder ideale NOx Umwandlungsleistung nicht als ein präziser Momentan-Wert bestimmt werden, sie ist vielmehr nur in Bezug auf einen längeren Zeitraum ermittelbar. Eine Änderung des Betriebszustands (Übergangszustand) kann insbesondere während eines Anstiegs oder Abfalls der SCR Temperatur vorliegen, und/oder während eines Anstieg oder Abfalls der Flussgeschwindigkeit des Abgases. In anderen Worten hat die Betriebsdynamik einen starken Einfluss auf die Vorhersagbarkeit oder die Qualität der Vorausbestimmung für die Schätzung einer nominalen oder idealen NOx Umwandlungsleistung. Die Betriebsdynamik kann durch eine Dynamik-Metrik beschrieben werden, wie beispielsweise durch Änderungsgradienten (schnelle oder langsame Veränderungen), ein Verhältnis zwischen stabilen und transienten Zuständen (lange oder kurze stabile Zustände zwischen transienten Zustände). Es ist darauf hinzuweisen, dass gemäß der vorliegenden Offenbarung der Zustand des SCR Systems nicht gleichbedeutend mit dem Zustand der Verbrennungsmaschine ist, die das zu behandelnde Abgas bereitstellt. Insbesondere verursacht ein transienter Zustand des Verbrennungsmotors nicht unbedingt einen transienten Zustand des SCR Systems und umgekehrt. Es ist insbesondere möglich, eine nominale oder ideale NOx Umwandlungsleistung während eines stationären Zustands des Verbrennungsmotors zu schätzen, aber auch während eines transienten Zustands des Verbrennungsmotors.
-
Wenn eine reduzierte NOx Umwandlungsleistung ermittelt wird, erschweren die verschiedenen nicht-körperlichen Ursachen eine Entscheidung darüber, ob die reduzierte Umwandlungsleistung aus einer körperlichen Verschlechterung des SCR Katalysators resultiert, was eine Reparatur oder den Austausch des SCR Katalysators auslösen würde, oder vielmehr aus einer beschränkten Präzision der Zulässigkeitsbeurteilung, einem momentanen Betriebszustand, der eine Antizipation oder eine Vorhersage unmöglich macht, oder aus einem externen Fehler oder einem abnormalen Betrieb eines Bestandteiles des SCR Systems oder aus einem abnormalen Betrieb einer externen Abgas-Nachbehandlungsvorrichtung.
-
Falsch-positive Warnmeldungen über die Notwendigkeit, den Katalysator zu reparieren oder zu ersetzen, können einen schlechten Einfluss auf die Kundenzufriedenheit haben und sollen daher vermieden werden. Falsch-negative Warnmeldungen, d.h. eine verzögerte Bestimmung der verschlechterten körperlichen Eigenschaften des SCR Katalysators, könnten die Nichteinhaltung gesetzlicher Vorschriften verursachen.
-
Das Überwachungsverfahren, gemäß der vorliegenden Offenbarung ermöglicht einerseits eine klarere Unterscheidung einer verschlechterten NOx Umwandlungsleistung, die durch die körperlichen Eigenschaften des SCR Katalysators verursacht wird, und reduziert das Risiko von falsch-negativen Warnmeldungen auf Basis einer verminderten NOx Umwandlungsleistung, die durch nicht-körperliche Ursachen ausgelöst ist. Es gestattet weiterhin eine robuste Bewertung der Zulässigkeit, d.h. eine abgeschwächte Sensitivität gegenüber einer beschränkten Vorhersage- oder Vorausberechnungsgenauigkeit, die durch Änderungen des Betriebszustands des SCR-Systems verursacht ist.
-
Die vorliegende Offenbarung umfasst verschiedene Aspekte, die für sich allein oder in einer Kombination verwendet können, um die erwähnten Vorteile zu erreichen.
-
Gemäß einem ersten Aspekt wird die NOx Umwandlungsleistung für mehrere Betriebszustände des SCR Systems überwacht, und das Überwachungsverfahren umfasst die folgenden Schritte (in der genannten Reihenfolge oder in einer veränderten Reihenfolge).
-
Ein Betriebszustand des SCR Systems wird ermittelt, zumindest basierend auf einer (gemessenen oder geschätzten) Temperatur des SCR Systems, insbesondere einer Bett-Temperatur des SCR Katalysators, und einer Flussgeschwindigkeit des Abgases.
-
Die tatsächliche NOx Umwandlungseffizienz wird basierend auf dem Vorlauf NOx Gehalt und dem Nachlauf NOx Gehalt des Abgases berechnet, das durch den SCR Katalysator strömt.
-
Eine nominale NOx Umwandlungseffizienz wird berechnet oder geschätzt. Eine Effizienzabweichung zwischen der nominalen NOx Umwandlungseffizienz und der tatsächlichen NOx Umwandlungseffizienz wird ermittelt.
-
Eine unzulässige NOx Umwandlungsleistung wird erfasst, falls und wenn die Effizienzabweichung gegenüber einem Zulässigkeitsgrenzwert unzureichend ist. Die nominale NOx Umwandlungseffizienz wird individuell für einen Betriebszustand berechnet oder geschätzt. Des Weiteren kann der Zulässigkeitsgrenzwert basierend auf dem ermittelten Betriebszustand des SCR Katalysators berechnet oder ausgewählt werden.
-
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Offenbarung, der in Kombination mit dem ersten Aspekt verwendet werden kann, wird eine Überwachungszeitskala festgelegt und gezählt, und eine Disable-Bedingung und/oder eine Enable-Bedingung für die NOx Umwandlungsüberwachung werden definiert. Die Überwachungszeitskala umfasst Abschnitte der Echtzeit, in denen eine Disable-Bedingung nicht erfüllt ist und/oder eine Enable-Bedingung erfüllt ist. Vorzugsweise wird ein Abschnitt der Echtzeit, in dem eine Disable-Bedingung erfüllt ist, ignoriert, und ein Abschnitt der Echtzeit, in dem die Disable-Bedingung wegfällt oder nicht erfüllt ist, und/oder in dem eine Enable-Bedingung erfüllt ist, wird als Überwachungszeit gezählt.
-
Ein Überwachungszeitzählerkann betrieben werden, um einen Zeitschritt zu zählen, für den eine Disable-Bedingung nicht erfüllt oder weggefallen ist, und/oder für den eine Enable-Bedingung erfüllt ist. Allerdings kann der Zeitzähler jeden Zeitschritt ignorieren, für den eine Disable-Bedingung erfüllt ist und/oder keine Enable-Bedingung erfüllt ist.
-
Die Zulässigkeit der NOX Umwandlungsleistung wird ausschließlich basierend auf Erfassungsergebnissen bewertet, die während der Überwachungszeitskala gesammelt werden, d.h. während die Disable-Bedingung nicht erfüllt/weggefallen ist und/oder eine Enable-Bedingung erfüllt ist.
-
Verzugsweise wird die Anwesenheit einer Disable-Bedingung und/oder einer Enable-Bedingung für jeden Zeitschritt ermittelt, und zwar individuell und auf Basis der Realzeit, d.h. nicht in einer rückschauenden Betrachtung.
-
Es können verschiedene Ereignisse festgelegt werden, die eine Disable-Bedingung auslösen. Die Ereignisdefinition kann dazu ausgebildet sind, solche Situationen zu ermitteln, in denen eine gesteigerte oder verminderte NOx Umwandlungsleistung nicht oder nicht in einem ausreichenden Ausmaß den körperlichen Eigenschaften des SCR Katalysators zugeordnet werden kann. Ein Erfassungsergebnis, das während einer erfüllten Disable-Bedingung gesammelt wird, kann von der Überwachung oder der Leistungsbewertung ausgeschlossen werden. Demzufolge werden nur solche Ergebnisse als Basis für die Zulässigkeitsbewertung verwendet, die die ausreichende Zuordnung zu körperlichen Eigenschaften des SCR Katalysators ermöglichen.
-
In einer bevorzugten Ausführung wird eine Bewertung und/oder Sammlung der Erfassungsergebnisse während einer Unterbrechung der Überwachungszeit (Aussetzen des Überwachungszeitzählers) angehalten, und die Bewertung und/oder Sammlung der Erfassungsergebnisse wird bei Weiterführung der Überwachungszeit fortgesetzt. In anderen Worten, wird die Überwachung unterbrochen und es werden die aktuellen Überwachungswerte gespeichert, wenn die Disable-Bedingung erfüllt ist und/oder die Enable-Bedingung verloren ist. Die Überwachung wird anhand der gespeicherten Werte fortgesetzt, wann immer die Disable-Bedingung wieder wegfällt und/oder eine Enable-Bedingung erfüllt ist.
-
Es ist anzumerken, dass nur eine der Bedingungen (Disable-Bedingung oder Enable-Bedingung) ausreichen kann, um das Verfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung durchzuführen. Allerdings können gemäß einer bevorzugten Ausführung eine Disable-Bedingung und verschiedene Enable-Bedingungen verwendet werden. Die Disable-Bedingung kann dazu dienen, alle Erfassungsergebnisse zu verwerfen, die keine deutliche Zuordnung zu körperlichen Eigenschaften des SCR Katalysators ermöglichen.
-
Die verschiedenen Enable-Bedingungen können allerdings verwendet werden, um Erfassungsergebnisse den verschiedenen Betriebspunkten oder Betriebsbereichen des SCR Systems zuzuordnen, was eine genauere Beurteilung oder Bewertung der Zulässigkeit der ermittelten NOx Leistung und insbesondere die genauere Auswahl eines Zulässigkeits-Grenzwerts gestattet.
-
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Offenbarung kann eine Beurteilung der Zulässigkeit der NOx Umwandlungsleistung mithilfe eines Gradient Schemas durchgeführt werden. Das Gradient Schema ist eine spezielle Berechnungsmethode, welche die Beurteilung robuster macht gegenüber momentanen Einflüssen und einer eingeschränkten Präzision infolge der Betriebsdynamik. Das Gradient Schema wird weiter unten durch Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Der dritte Aspekt kann einzeln oder in Kombination mit jedem der Aspekte eins und zwei verwendet werden.
-
Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielhaft und schematisch dargestellt. Es zeigen:
- 1: eine schematische Darstellung eines SCR Systems eines Automobils;
- 2 und 3: Ablaufdiagramme zur Erläuterung einer bevorzugten Ausführung des Überwachungsverfahrens;
- 4: Verschiedene Kennlinien zur Erläuterung der Berechnungen und Zeitzählungen, die in einer bevorzugten Ausführung des Überwachungsverfahrens verwendet werden;
- 5: eine Darstellung von verschiedenen Schritten, die zur Beurteilung der Zulässigkeit einer NOx Umwandlungsleistung anhand der Erfassungsergebnisse durchgeführt werden, die in einem Überwachungszyklus gesammelt werden;
- 6: eine Kennlinie, die die Definition von Betriebspunkten, Betriebsbereichen, einer nominellen NOx Umwandlungseffizienz und eines Zyklus-Zulässigkeitsgrenzwerts anhand von zwei Hauptvariablen zur Darstellung des Betriebszustands des SCR Systems darlegt.
-
1 zeigt schematisch ein SCR System (1) eines Automobils. Eine Abgaspassage (4) leitet Abgas (8), das von einem Verbrennungsmotor (2) ausgestoßen wird, zu einem Auspuff (Auslass in die Atmosphäre). Das Abgas läuft mit einer momentanen Flussgeschwindigkeit in einer Strömungsrichtung zur Abgaspassage. Die Abgaspassage (4) kann aus einer beliebigen geeigneten Struktur gebildet sein, insbesondere durch Abgasrohre, Leitungen und dergleichen. Die Abgaspassage (4) kann von dem Verbrennungsmotor (2) ausgehende Einzel-Linien-Passage zum Auspuff sein. Sie kann alternativ einen oder zwei Verzweigungspunkte umfassen, von denen aus ein Teil des Abgases durch eine Bypass-Leitung zur Ansaugpassage des Verbrennungsmotors (2) (nicht dargestellt) zurückgeführt werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann sie eine Hauptpassage und eine oder mehrere Bypässe enthalten.
-
Ein SCR Katalysator (3) ist in der Abgaspassage angeordnet. Er umfasst eine aktive Oberfläche (14), die auch als ein Katalysatorbett oder eine Katalysatorfläche bezeichnet wird.
-
In der vorliegenden Offenbarung beziehen sich Formulierungen wie Vorlauf- / stromaufwärts oder Nachlauf- / stromabwärts auf die Flussrichtung des Abgases (8), das aus dem Verbrennungsmotor durch die Abgaspassage (4) zum Auspuff geleitet wird.
-
Zumindest ein Reduktionsmittel Injektor (5) ist in der Abgaspassage (4) stromaufwärts zum SCR Katalysator (3) angeordnet. Er kann direkt stromaufwärts zum SCR Katalysator (3) angeordnet sein. Alternativ können andere Ausstattungsteile zwischen dem Reduktionsmittel Injektor (5) und dem SCR Katalysator (3) angeordnet werden. Ein solches dazwischenliegende Ausstattungsteil kann, insbesondere ein Abgasmischer sein, der die Homogenität der Abgas-Reduktionsmittel-Mischung verbessert, oder einer Turbine.
-
Das aus dem Verbrennungsmotor (2) austretende Abgas (8) umfasst Stickstoffoxide (NOx) (9). Die Menge der Stickstoffoxide (z.B. Pro Volumeinheit), d.h. der NOx Gehalt, wird bevorzugt mittels eines Vorlauf NOx Sensors (6) gemessen, der stromaufwärts des SCR Katalysators angeordnet ist. Alternativ kann ein sogenannter virtueller NOx Sensor verwendet werden, der den Vorlauf NOx Gehalt (cPre) anhand eines Simulationsmodells schätzen kann. Wiederum alternativ kann der Vorlauf NOx Gehalt (cPre) außerhalb des SCR Systems ermittelt werden, zum Bespiel auf oder in dem Verbrennungsmotor (2). Allgemein ausgedrückt umfasst das SCR System (1) ein Vorlauf NOx Gehalt Erfassungsmittel (6), das eine beliebige geeignete Ausbildung und Anordnung haben kann.
-
In dem Bespiel der Zeichnung 1 umfasst das SCR System (1) auch ein Volumenstrom-Messgerät (10) zur Messung der Flussgeschwindigkeit des Abgases (9), und zwar insbesondere in einem Bereich, der sich in der Nähe des SCR Katalysators (3) befindet, bevorzugt im Vorlauf zum SCR Katalysators (3). Alternativ oder zusätzlich kann die Flussgeschwindigkeit (v) durch ein beliebiges anderes Mittel erfasst werden, z.B. durch einen virtuellen Sensor oder durch den Bezug eines Flussgeschwindigkeit-Werts von einer externen Steuervorrichtung.
-
Ein Nachlauf NOx Sensor (7) wird stromabwärts des SCR Katalysators (3) in der Abgaspassage (8) angeordnet. Dieser erfasst die Menge der Stickstoffoxide (NOx) (z.B. pro Volumeinheit) innerhalb des Abgases (8), das aus dem SCR Katalysator (3) austritt, d.h. den Nachlauf NOx-Gehalt (cPost).
-
Weitere Ausstattungsteile zur Abgasbehandlung können an oder in der Abgaspassage (8) angeordnet werden. Solche Ausstattungsteile können einen Diesel-Oxidationskatalysator (DOC, 11) umfassen, der gewöhnlich im Vorlauf zum SCR Katalysator (3) angeordnet ist, und/oder einen Filter, insbesondere einen Partikelfilter oder Dieselpartikelfilter (DPF,12), der im Nachlauf zum SCR Katalysator (3) angeordnet werden kann. Alternativ ist eine andere Anordnung der genannten Ausstattungsteile möglich.
-
Das Reduktionsmittel (13) kann irgendeine geeignete Substanz sein, die entweder die Fähigkeit hat, Stickoxide (9) direkt zu reduzieren, oder die innerhalb der Abgaspassage (4) in eine Folgesubstanz umgewandelt werden kann, wobei die Folgesubstanz die Fähigkeit zur NOx Reduktion aufweist. In der Praxis kann eine wässrige Harnstofflösung eingespritzt werden und der Harnstoff kann während der Einspritzung oder innerhalb der Abgaspassage in Ammoniak als Folgesubstanz umgewandelt werden. Ammoniak wird auf der aktiven Oberfläche (14) angelagert und kann dort mit den NOx (9) reagieren.
-
Das SCR System (1) kann ein Steuergerät (15) umfassen, welches insbesondere ein elektronisches Steuergerät (ECU) sein kann, das bevorzugt mit verschiedenen Sensoren (6, 19, 6, 7) und Aktoren (5) verbunden wird.
-
Einer der Sensoren kann ein Temperatursensor (16) sein, welcher die Bett-Temperatur (Temp) der aktiven Oberfläche (14) des SCR Katalysators (3) erfassen kann. Alternativ kann eine andere geeignete Temperatur des SCR Systems (1) erfasst oder ermittelt werden, beispielweise die Abgastemperatur. Wiederum alternativ oder zusätzlich kann die SCR Bett-Temperatur basierend auf einem Temperaturmodel ermittelt werden oder kann der Temperaturwert von einem externen Steuergerät abgerufen werden.
-
Das Steuergerät (15) ist dazu ausgebildet, das Überwachungsverfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung durchzuführen. Es umfasst bevorzugt einen Realzeit-Zähler, ein Entscheidungsmittel für das Setzen eines Disable-Bedingung-Flags und/oder zumindest eines Enable-Bedingung-Flags, zumindest einen Überwachungszeit-Zähler und einen Speicher zur Speicherung der Erfassungsergebnisse und Überwachungsergebnisse.
-
2 und 3 erläutern eine bevorzugte Ausbildung des Überwachungsverfahrens gemäß der vorliegenden Offenbarung. 2 stellt insbesondere die Verwendung einer Disable-Bedingung (DC) und/oder einer Enable-Bedingung in Kombination mit einer Überwachungszeitskala gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung dar. Die Kennlinien in 4 können gemeinsam berücksichtigt werden. Sie umfassen Beispiele für Erfassungsergebnisse, die während und außerhalb der Enable-Zeitskala gesammelt wurden und die verschiedenen Berechnungs- / Schätzungs- und Bewerungs-Schritte. Die Kennlinien der 4 werden allerdings weiter unten noch im Detail erläutert.
-
Das Überwachungsverfahren, wie in 2 dargestellt, kann begonnen werden, wann immer der Verbrennungsmotor betrieben wird. Die in der 2 gezeigten Schritte können für jeden Zeitschritt der Realzeit durchgeführt werden. Ein Zeitschritt kann in einer beliebigen geeigneten Weise definiert werden, beispielweise als eine Dauer von einer 1 Millisekunde, von 10 Millisekunden, als ein Berechnungsschritt der ECU und so weiter. Alternativ kann das Überwachungsverfahren unabhängig von einer Zeitschrittdefinition durchgeführt werden. In einem solchen Fall kann der Prozessablauf basierend auf Ereignissen gesteuert werden, insbesondere für das Setzen oder Entfernen eines Disable-Flags oder eines Enable-Flags, oder in einer sonstigen geeigneten Weise. Im Folgenden wird das Überwachungsverfahren aus Gründen der vereinfachten Darstellung basierend auf dem Zeitschrittkonzept erklärt.
-
Wenn das Überwachungsverfahren gestartet wird, wird in Schritt S1 überprüft, ob eine Disable-Bedingung (DC) weggefallen ist oder eine Enable-Bedingung (EC) erfüllt ist. Normalweise befindet sich das SCR System nach dem Motorstart in einer Start-up Phase und der SCR Katalysator könnte geleert sein und/oder einen unbekannten Reduktionsmittel Speicherinhalt aufweisen. Daher kann die NOx Umwandlungsleistung in der Start-up Phase nicht den körperlichen Eigenschaften des SCR Katalysators zuordenbar sein und somit wird normalweise eine Disable-Bedingung (DC) gesetzt sein. Die Start-up Phase kann abgeschlossen werden, wenn der Reduktionsmittel Speicherinhalt einen Zielwert erreicht hat, d.h. wenn eine SCR Auffüllperiode abgeschlossen ist.
-
Wenn das Ergebnis des Schritts S1 negativ (S1: NO) ist, d.h. wenn eine Disable-Bedingung (DC) erfüllt ist oder keine Enable-Bedingung vorliegt, kann der Schritt S1 wiederholt werden. Diese Wiederholung kann fortgesetzt werden, bis das Ergebnis des Schritts S1 positiv ist (S1: YES), d.h. bis die Disable-Bedingung erstmals wegfällt oder eine Enable-Bedingung erfüllt ist.
-
In nächstem Schritt S2 wird der Enable-Zeitzähler gestartet. Der Enable-Zeitzähler kann jeden Schritt der Enable-Zeitskala (tM) zählen, in dem das Disable-Flag „false“ ist und/oder das Enable-Flag „true“ ist.
-
Gemäß einer bevorzugten Verkörperung kann jeder Zeitschritt der Realzeit entweder verworfen oder als Enable-Zeit gezählt werden. Wenn zwei oder mehr Enable-Zeitskalen gezählt werden, sollte jeder Zeitschritt der Realzeit klar genau einer Überwachungszeitskala zugeordnet oder ignoriert werden.
-
In nächsten Schritt S3 wird die Überwachung der NOx Umwandlungsleistung mit den Maßnahmen durchgeführt, die für den vorliegenden Zeitschritt vorgeschrieben sind. Diese Maßnahmen werden unten im Detail erläutert. Die Überwachung kann zumindest umfassen, dass die Erfassungsergebnisse über den Vorlauf NOx Gehalt (cPre) und den Nachlauf NOx Gehalt (cPost) berücksichtigt werden.
-
Die Verarbeitung kann (im nächsten Zeitschritt) mit dem Entscheidungsschritt 4 fortgesetzt werden. Hier wird wieder geprüft, ob die Disable-Bedingung (DC) wieder erfüllt ist und/oder die Enable-Bedingung weggefallen ist, oder entsprechend ob alle Enable-Bedingungen weggefallen sind. Wenn das Ergebnis positiv ist (S4: YES), wird die Verarbeitung mit Schritt S4 fortgesetzt. Ein negatives Ergebnis im Entscheidungsschritt 4 (S4: NO) wird zur Verarbeitung in Schritten S8 und S9 führen, die weiter unten erklärt sind.
-
In Schritt S5 wird der Enable-Zeitzähler unterbrochen oder angehalten, sodass der vorliegende Zeitschritt und die Erfassungsergebnisse, die vielleicht während dieses Zeitschritts gesammelt werden, ignoriert werden können. In Schritt S6 wird daher die Überwachung der NOx Umwandlungsleistung angehalten. Anhalten bedeutet insbesondere, dass irgendwelche Erfassungswerte, Bestimmungswerte oder Akkumulationswerte des letzten Zeitschritts innerhalb der Überwachungszeit (tM) mit der momentanen Erfassungshöhe, Bestimmungshöhe oder Akkumulationshöhe gespeichert werden und unverändert bleiben.
-
Dann kann die Verarbeitung im nächsten Zweitschritt mit dem Entscheidungsschritt S7 fortgesetzt werden. Hier wird erneut geprüft, ob die Disable-Bedingung (DC) weggefallen ist oder eine Enable-Bedingung wieder erfüllt ist. Wenn das Ergebnis negativ ist (S7: NO), wird die Verarbeitung den Schritt S7 wiederholen. Wenn allerdings das Ergebnis positiv ist (S7: YES), d.h. wenn die Disable-Bedingung weggefallen ist oder die Enable-Bedingung wieder erfüllt ist, wird die Verarbeitung zum Schritt S8 fortschreiten.
-
Im Schritt 8 wird der Enable-Zeitzähler fortgesetzt (insbesondere basierend auf dem letzten Zeitwert, der in Schritt S2 oder Schritt S5 erreicht wurde). In Schritt S9 wird die Überwachung der NOx Umwandlungsleistung wieder aufgenommen. Daher werden der vorliegende Zeitschritt der Realzeit und die jeweiligen Erfassungsergebnisse, Bestimmungsergebnisse oder Akkumulationsergebnisse werden wieder zur Überwachung und Leistungsbewertung berücksichtigt.
-
Am Ende eines jeden Schritts, in dem die Überwachung der NOx Umwandlungsleistung durchgeführt wurde, kann Entscheidungsschritt S10 überprüfen, ob ein Überwachungszyklus (MC) vollständig ist. Daher kann der Entscheidungsschritt S10 auch nach Schritt S3 durchgeführt werden.
-
Ein Überwachungszyklus (MC) umfasst bevorzugt eine vorgeschriebene Zeitspanne der Enable-Zeit (nicht der Realzeit). Wenn der Überwachungszyklus abgeschlossen ist (S10: YES), sind die Daten für die Durchführung der Zulässigkeitsbeurteilung vollständig. Es kann also in Entscheidungsschritt S11 entschieden werden, ob die NOx Umwandlungsleistung für diesen Überwachungszyklus zulässig war. Wenn das Ergebnis positiv ist (S11: YES), kann die Überwachungsverfahren neu gestartet werden und der Überwachungszeitzähler kann zurückgesetzt werden. Wenn das Ergebnis allerdings negativ ist (S11: NO), wird eine Fehlermeldung erstellt, anzeigen kann, dass die körperlichen Eigenschaften des SCR Katalysators (3) die Anforderungen nicht erfüllen. Es kann dem Inhaber des SCR Katalysators angezeigt oder in einer Fehlerdatenbank des Verbrennungsmotors/Automobils notiert werden, dass der SCR Katalysator repariert oder ersetzt werden sollte.
-
Wenn der Überwachungszyklus in Entscheidungsschritt S10 nicht vollständig ist (S10: NO), kann die Verarbeitung im nächsten Zeitschritt mit dem Entscheidungsschritt S4 wieder fortgesetzt werden. Daher kann die Verarbeitung zwischen der Schritten S4 - S10 so oft wie notwendig wiedergeholt werden, bis der Überwachungszyklus (MC) abgeschlossen ist.
-
Wenn zwei oder mehre Enable-Zeitskalen gezählt werden, kann in Schritten S1 und S7 entschieden werden, welcher Enable-Zähler fortgesetzt werden soll und es können die Erfassungswerte, die Bestimmungswerte oder Akkumulationswerte für jeden Enable-Zeitzähler separat gezählt, angehalten und fortgesetzt werden. Ebenso kann für jeden Enable-Zeitzähler separat überprüft werden, ob ein Überwachungszyklus vollständig ist.
-
3 stellt Verarbeitungsschritte dar, die während (eines Zeitschritts) der Überwachung der NOx Umwandlungsleistung durchgeführt werden können. Schritte S3.1 - S3.7 können also innerhalb eines der Schritte S3 - S9 durchgeführt werden, die in 2 gezeigt sind. Die Abfolge der Schritte kann in der Reihenfolge geschehen, die in 3 gezeigt ist, oder in einer sonstigen geeigneten Reihenfolge.
-
Im ersten Schritt (S3.1) kann ein Betriebszustand festgestellt werden, insbesondere basierend auf der momentanen Flussgeschwindigkeit (v) und der momentanen Temperatur (Temp) des SCR Systems. Der Betriebszustand kann insbesondere als ein Betriebspunkt (OP1, OP2, OP3) oder Betriebsbereich (OR1, OR2, OR3) ausgedrückt werden, dem der momentane Betriebszustand angehört. Der Betriebspunkt/Betriebsbereich (OP1, OP2, OP3, OR1, OR2, OR3) und/oder der jeweilige momentane Betriebszustand (bestimmte Werte der Flussgeschwindigkeit (v) und der Temperatur (Temp)) werden bevorzugt für diesen Zeitschritt (der Überwachungszeit) gespeichert.
-
In Schritte S3.2 und S3.3 werden die nominale NOx Umwandlungseffizienz und die tatsächliche NOx Umwandlungseffizienz ermittelt. Die nominale NOx Umwandlungseffizienz wird bevorzugt basierend auf dem Betriebszustand berechnet oder ausgewählt. Die tatsächliche NOx Umwandlungseffizienz wird basierend auf dem (momentanen) Vorlauf NOx Gehalt (cPre) und dem (momentanen) Nachlauf NOx Gehalt (cPost) berechnet.
-
Er wird dem Fachmann erkennbar sein, dass die in einem Zeitschritt genommen Sensor-Ergebnisse zur Vermessung des Vorlauf NOx Gehalts und Nachlauf NOx Gehalts verschiedene volumetrische Zellen des Abgases betreffen können. Um die tatsächlichen NOx Umwandlungsleistung genau zu erfassen, ist es allerdings sinnvoll, den Vorlauf NOx Gehalt (cPre) und den Nachlauf NOx Gehalt (cPost) für die gleiche Volumenzelle des Abgases zu vergleichen, d.h. für eine bestimmte Abgasmenge oder Abgasmasse vor dem Eintreten in dem SCR und für genau die gleiche Menge oder Masse nach dem Austreten aus dem SCR Katalysator. Dies kann durch zeitliches Verschieben von Erfassungsdaten entweder des Vorlauf NOx Gehalts oder des Nachlauf NOx Gehalts basierend auf dem Abstand zwischen den Erfassungsstellen und der Flussgeschwindigkeit (v) erreicht werden.
-
Basierend auf der bekannten Flussgeschwindigkeit (v) kann eine Verzögerungszeit berechnet werden, welche das Abgas benötigt, um von dem Vorlauf NOX Erfassungsmittel (6), wo der Vorlauf NOx Gehalt in einem ersten Zeitpunkt erfasst wird, durch den SCR Katalysator (3) und zum Nachlauf NOx Sensor (7) zu gelangen, wo der Nachlauf NOx Gehalt in einem zweiten Zeitpunkt erfasst wird. Wenn der Abstand in der Flussrichtung zwischen den Messpunkten (6, 7) und der Abgaspassage (4) bekannt ist, kann eine Verzögerungszeit berechnet werden: Verzögerung = Abstand / Geschwindigkeit. Wie in 4 zu sehen ist, können die Messdaten des Vorlauf NOx Gehalts (cPre) durch diese Wegverzögerung zeitverschoben sein. Die Wegverzögerung kann sich gemäß der Geschwindigkeit (v) verändern.
-
Basierend auf diesem Prinzip kann jedem Nachlauf NOx-Gehalt, der tatsächlich in einem aktuellen Zeitschritt von dem Nachlauf NOx-Sensor (7) gemessen wird, der jeweilige Vorlauf NOx-Gehalt zugeordnet werden, welcher durch das Vorlauf NOx Gehalt-Bestimmungsmittel in einem früheren Zeitschritt bestimmt wurde. In anderen Wörter kann die tatsächliche Umwandlungseffizienz basierend auf dem momentanen Nachlauf NOx Gehalt (cPre) und einem früheren Vorlauf NOx Gehalt (cPre)berechnet werden, der in dem SCR Katalysator (3) den Ausgangswert für einen NOx Umwandlungsschritt darstellt.
-
Außerdem kann die Dichte des Abgases (8) am Vorlauf NOx Erfassungsmittel (6) basierend auf einer Veränderung der Temperatur und/oder des Drucks von der Dichte des Abgases (8) am Nachlauf NOx Sensor (7) abweichen. Bevorzugt wird eine solche Dichteveränderung bestimmt und der Einfluss der Dichteveränderung auf die Sensorwerte oder Erfassungswerte wird durch eine kompensierende Datenumwandlung eliminiert.
-
Im Folgenden wird angenommen, dass eine Zeitverschiebung und/oder Dichte-basierte Datenumwandlung ausgeführt wird, und dass der jeweilig überarbeitete Vorlauf NOx Gehalt (cPre) und/oder überarbeitete Nachlauf NOx Gehalt (cPost) als Basis für die Zulässigkeitsbewertung verwendet wird. Insbesondere kann die tatsächliche NOx Umwandlungseffizienz basierend auf den überarbeiteten Werten berechnet werden.
-
Im nachfolgenden Schritt S3.4 wird die Effizienzabweichung (dEff) zwischen der nominalen NOx Umwandlungseffizienz (EeffN) und der tatsächlichen NOx Umwandlungseffizienz (EffA) berechnet.
-
Im nächsten Schritt S3.5 wird die Effizienzabweichung (dEff) für die aktuelle Zeitperiode zu der akkumulierten Effizienzabweichung des vorherigen Überwachungszeitschritts addiert. Mit anderen Worten wird eine akkumulierte Effizienzabweichung während eines Überwachungszeitschritts aktualisiert.
-
In Schritt S3.5 wird überprüft, ob das Ende einer Überwachungsperiode (MT1, MT2, MT3) erreicht ist. Wenn das Ergebnis positiv (S3.6: YES) ist, wird das Ergebnis der Akkumulation als ein Periode-Effizienzwert (R1, R2, R3) gespeichert. Dann wird die Bearbeitung mit dem Entscheidungsschritt S10 fortgesetzt. Wenn das Ergebnis allerdings negativ (S3.6: NO) ist, wird das Überwachungsverfahren für den aktuellen Zeitschritt unterbrochen. Schritt 3.6 ist für das Überwachungsverfahren ein optionaler Schritt, der Daten für das Gradient Schema gemäß dem dritten Aspekt erzeugt. Alternativ zum dargelegten Schritts S3.6 kann die akkumulierte Effizienzabweichung direkt für eine Zulässigkeitsbewertung verwendet werden und bespielweise am Ende eines Überwachungszyklus mit dem Zulässigkeitsgrenzwert verglichen werden.
-
Entscheidungsschritt S10 in Kombination mit Schritten S11.1 und S11.2 ist den Schritten S10 und S11 in 2 ähnlich. Allerdings erläutern sie die Leistungsbewertung basierend auf dem Gradient Schema gemäß dem dritten Aspekt der vorliegenden Offenbarung, was im Folgenden erläutert wird. Im Gradient Schema umfasst ein Überwachungszyklus (MC) zwei, drei oder mehr (aufeinander folgende) Überwachungsperioden (MT1, MT2, MT3).
-
Wenn die physikalischen Eigenschaften des SCR Katalysators verschlechtert sind, wird das vermutlich eine dauerhafte Verschlechterung der NOx Umwandlungsleistung verursachen. Allerdings können nichtphysikalische Ursachen und eine momentan beschränkte Präzision bei der Berechnung einer nominalen oder idealen NOx Umwandlungsleistung vorübergehend ein stärkeres Maß der Verschlechterung verursachen als die physikalischen Ursachen.
-
Die beschränkte Präzision kann sowohl eine erhöhte Effizienzabweichung als auch eine verminderte Effizienzabweichung verursachen.
-
Das Gradient Schema bestimmt einen Effizienzabweichung-Trend innerhalb der Überwachungsperioden (MT1, MT2, Mt3), was es ermöglicht, dass sich erhöhte Effizienzabweichung und verminderte Effizienzabweichung bis zu einem gewissen Maß innerhalb des Überwachungszyklus gegenseitig kompensieren. Anstelle eine Bewertung basierend auf dem absoluten akkumulierten Wert vorzunehmen, basiert die Beurteilung auf dem Trend. Die Robustheit der Zulässigkeitsbeurteilung wird somit gegenüber momentanen nicht-physikalischen Ursachen und beschränkter Präzision erhöht.
-
Wenn in Schritt 10 bestimmt wird, dass ein Überwachungszyklus vollständig ist (S10: YES), wird ein Zykluseffizienz Gradient berechnet, insbesondere als eine Steigung zwischen den Perioden-Effizienzwerten (R1, R2, R3) innerhalb des Überwachungszyklus (MC). Eine solche Berechnung ist in der untersten Charakteristik der 4 dargestellt.
-
In Schritt S11.2 wird ein Zyklus-Zulässigkeits-Grenzwert (CTA) berechnet und mit dem Zyklus-Effizienz Gradient verglichen. Wenn der Zyklus-Effizienz Gradient (CycEff)in Anbetracht des Zyklus-Zulässigkeitsgrenzwerts (CTA) unzureichend ist, wird festgestellt, dass die NOx Umwandlungsleistung für den aktuellen Überwachungszyklus unzulässig war. In einem solchen Fall kann eine Fehlermeldung gespeichert oder nach Schritt S12 in 2 ausgegeben werden.
-
Unter Bezugnahme auf die in 4 gezeigten Kennlinien werden die Berechnungen und/oder Messungen und/oder Feststellungen genauer erklärt, die in dem Überwachungsverfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung auszuführen sind.
-
Die ersten und zweite Kennlinie zeigen einen Vorlauf NOx Gehalt (cPre) und einen Nachlauf NOx Gehalt (cPost) (angepasste Werte). Gemäß der obigen Erläuterung ist die Zeitskala für den Vorlauf NOx Gehalt (cPre) in Bezug auf die Realzeit (t) um die Wegverzögerungszeit verschoben.
-
Die dritte Kennlinie zeigt die momentane tatsächliche Umwandlungseffizienz (EffA) und eine nominale NOx Umwandlungseffizienz (EffN). Die tatsächliche Effizienz (EffA) wird basierend auf dem (überarbeiteten) Vorlauf NOx Gehalt (cPre) und dem Nachlauf NOx Gehalt (cPost) berechnet, insbesondere basierend auf der folgenden Formel:
-
Die nominale NOx Umwandlungseffizienz wird vorzugsweise basierend auf einem Kennfeld berechnet oder ausgewählt, das beispielhaft in 6 gezeigt ist. Dort ist der Betriebszustand des SCR Systems (3) durch einen Flussgeschwindigkeit (v) des Abgases und eine Temperatur des SCR Systems bestimmt. Verschiedene Betriebspunkte (OP1, OP2, OP3) und/oder Betriebsregionen (OR1, OR2, OR3) können für bestimmte Zustände oder Gruppen von Zuständen definiert sein, d.h. für bestimmte Kombinationen eines Flussgeschwindigkeit-Werts (v) und eines Temperatur-Werts (Temp) oder für eine bestimmte Kombination eines Flussgeschwindigkeit-Wertebereichs und eines Temperatur-Wertebereichs.
-
Für jeden Betriebspunkt (OP1, OP2, OP3) kann eine nominale NOx Umwandlungseffizienz (EffN) und bevorzugt ein Zulässigkeits-Grenzwertniveau als Referenzwerte festgelegt werden. Die Höhnen der jeweiligen NOx Umwandlungseffizienz (EffN) und des Zulässigkeits-Grenzwerts können für jeden Betriebspunkt (OP1, OP2, OP3) oder jede Betriebsregion (OR1, OR2, OR3) individuell festgelegt werden, insbesondere basierend auf Messungen, die mit Testgeräten beim Hersteller des SCR Systems oder des SCR Katalysators ausgeführt werden.
-
Ein individueller Betriebszustand kann durch eine Kombination aus einem Wert der SCR System Temperatur (Temp) und einem Wert der Flussgeschwindigkeit (v) definiert sein. Basierend auf den Referenzwerten (Werte für nominale NOx Umwandlungseffizienz (EffN), die für irgendeinen der Betriebspunkte gespeichert sind (EffN bei OP1, OP2, OP3)) kann für irgendeinen anderen Betriebszustand einen individueller Wert der nominalen Effizienz (EffN) oder ein Zulässigkeitsgrenzwert durch Interpolation, Extrapolation oder ähnliche Näherungsmethoden aufgefunden werden.
-
Demzufolge kann die nominale NOx Umwandlungseffizienz (EffN) für jeden Zeitschritt individuell und somit mit einer erhöhten Präzision berechnet werden.
-
Der Zulässigkeitsgrenzwert kann auch individuell für jeden Zeitschritt berechnet werden. Alternativ und bevorzugt kann ein gemittelter Betriebszustand für alle Überwachungszeitschritte berechnet werden, die durch einen Überwachungszyklus (MC) abgedeckt sind, insbesondere basierend auf der Flussgeschwindigkeit (v) und Temperaturwerten (Temp), die für jeden Überwachungszeitschritt gespeichert worden sind. Dann kann ein Zyklus-Zulässigkeitsgrenzwert auf Basis des gemittelten Betriebszustands ausgewählt oder berechnet werden.
-
Alternativ oder zusätzlich können die nominale Effizienz (EffN) und/oder der Zulässigkeits-Grenzwert, die für einen einzelnen Betriebspunkt (OP1, OP2, OP3) gespeichert sind, einem Betriebszustand zugewiesen werden, der in die jeweilige Betriebsregion (OR1, OR2, OR3) fällt.
-
Die vierte Kennlinie in
4 zeigt eine Effizienzabweichung (dEff), die bevorzugt auf Basis der nachfolgenden Formel berechnet ist, welche wiederum die Basis für weitere Erklärungen bildet. Wenn eine andere Formel benutzt wird, sind die nachfolgenden Schritte entsprechend angepasst.
-
Die tatsächliche NOx Umwandlungseffizienz (EffA) ist in den meisten Zeitschritten gleich oder geringer als die nominale oder ideale NOx Umwandlungseffizienz (EffN). Demzufolge wird der Betrag der Effizienzabweichung (dEff) üblicherweise positiv sein. Tatsächlich kann eine (berechnete) negative Effizienzabweichung (dEff) d.h. tatsächliche NOx Umwandlungseffizienz überschreitet die ideale NOx Umwandlungseffizienz ein Anzeichen für einen Messfehler sein.
-
Um die Auswertung zu vereinfachen können negative Effizienzabweichungswerte (dEffN) mittels einer Ersetzung der negativen Werte durch Null ignoriert werden oder durch das Setzen des Disable-Flag für den jeweiligen Zeitschritt verworfen werden.
-
Wiederum alternativ kann der Absolutwert der Effizienzabweichung als relevantes Maß verwendet werden, beispielsweise gemäß der folgenden Formel:
Die fünfte und sechste Kennlinie in
4 zeigen einen momentanen Zustand der Disable-Bedingung und Enable-Bedingung (DC, EC) oder bzw., ob ein Disable-Flag oder ein Enable-Flag gesetzt ist. Da in dem Beispiel von
4 jeder Zeitschritt der Realzeit entweder ein Teil der Überwachungszeit (tM) sein kann, oder unbeachtet bleibt (exklusive Alternativen), wäre es ausreichend, nur entweder ein Disable-Flag oder ein Enable-Flag zu setzen. Wenn allerdings zwei oder mehr Überwachungszeitskalen (tM) genutzt werden, können ein Disable-Flag und zwei oder mehr separate Enable-Flags vorgesehen sein. Vorteilhafte Auslöser für das Setzen einer Disable-Bedingung oder einer Enable-Bedingung werden weiter unten erläutert.
-
Die nächste Kennlinie in 4 zeigt den (verdichteten) Verlauf der Effizienzabweichung (dEff*) während der Überwachungszeitskala (tM). Irgendein Zeitabschnitt (DT1, DT2, DT3) für den die Disable-Bedingung (DC) erfüllt ist und/oder keine Enable-Bedingung (EC) vorliegt, wird für die Bewertung der NOx Umwandlungseffizienz verworfen. Hingegen wird jeder Zeitabschnitt (ET1, ET2, ET3) währenddessen die Disable-Bedingung (DC) wegfällt und/oder mindestens eine Enable-Bedingung (EC) erfüllt ist, als Überwachungszeit gezählt und dementsprechend in der Bewertung der NOx Umwandlungsleistung berücksichtigt.
-
Wenn zwei oder mehr Überwachungszeitskalen benutzt werden, kann jeweils eine Effizienzabweichungskennlinie separat für jede der Überwachungszeitskalen aufgezeichnet werden.
-
Die unterste Kennlinie in 4 zeigt den Verlauf der akkumulierten Effizienzabweichung (AccEff) über der Überwachungszeit.
-
Ein Überwachungszyklus (MC) ist vorteilhafterweise definiert als eine vorgeschriebene Dauer der Überwachungszeit (tM). Ein Überwachungszyklus kann zwei, drei oder mehr Überwachungsperioden (MT1, MT2, MT3) umfassen, die bevorzugt jeweils die selbe vorgeschriebene Dauer der Überwachungszeit aufweisen.
-
Im Gradient Schema gemäß der vorliegenden Offenbarung wird das Akkumulationsergebnis von jeder Überwachungsperiode (MT1, MT2, MT3) als Periodeneffizienzwert (R1,R2,R3) gespeichert. Der Zyklus-Effizienzgradient (CycEff) wird als eine (gemeinsame) Steigung zwischen den Periodeneffizienzwerten (R1, R2, R3) innerhalb eines Überwachungszyklus (MC) berechnet. Insbesondere kann eine Ausgleichsgerade (BFL) bestimmt werden und die Steigung dieser Ausgleichsgerade (BFL) kann der Zyklus-Effizienzgradient (CycEff) sein.
-
5 erläutert den Vergleich eines Zykluseffizienzwerts (CycEff) und eines Zyklus-Zulässigkeitsgrenzwerts (CTA) für eine Anzahl von Überwachungszyklen (MC). Für jeden der Überwachungszyklen kann ein geeigneter Betriebspunkt (OP1, OP2, OP3) oder eine geeignete Betriebsregion (OR1, OR2, OR3) ausgewählt oder zugewiesen werden. Die Auswahl kann anhand einer beliebigen geeigneten Funktion erfolgen. Beispielsweise können für irgendeinen Überwachungszeitschritt, der in einem Überwachungszyklus beinhaltet ist, der jeweils gespeicherte Temperaturwert und Flussgeschwindigkeitswert verglichen oder gemittelt werden, und der nächstgelegene Betriebspunkt (OP1, OP2, OP3) kann ausgewählt werden. Basierend auf diesem ausgewählten Betriebspunkt (OP1, OP2, OP3) kann der Zyklus-Zulässigkeitsgrenzwert (CTA) ausgewählt oder berechnet werden. Der Zyklus-Effizienzgradient (CycEff) von jedem Überwachungszyklus kann mit dem jeweiligen Zyklus-Zulässigkeitsgrenzwert (CTA) verglichen werden.
-
Wie aus 5 hervorgeht, gestattet die individuelle Auswahl eines Zyklus-Zulässigkeitsgrenzwerts (CTA) für jeden Überwachungszyklus basierend auf den gemittelten Betriebszustand oder einem zugewiesenen Betriebspunkt (OP1, OP2, OP3), einen Vergleichswert in exakter Weise zu definieren.
-
Die Verwendung des Gradient Schemas ist hilfreich, um die Bewertung über die Zulässigkeit der NOx Umwandlungsleistung auf einen Langzeittrend zu stützen anstelle auf einzelne oder momentane Werte. Somit wird das Risiko einer Fehlinterpretation basierend auf Spitzenwerten oder dergleichen reduziert.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante wird die nominelle NOx Umwandlungseffizienz (EffN) individuell für jeden Betriebszustand ausgewählt oder berechnet, der während eines Überwachungszeitschritts erfasst worden ist, d.h. in einer Mikro-Perspektive. Dies erlaubt eine sehr genaue Bestimmung der Effizienzabweichung (dEff) für irgendeinen stabilen Betriebszustand oder einen sich nur leicht veränderten Betriebszustand des SCR Systems (beispielsweise langsame Veränderungen oder geringes Übergang-zu-Stabil Verhältnis).
-
Wenn sich der Betriebszustand des SCR Systems jedoch zu einem stärkeren Maß ändert (beispielsweise schnelle Änderungen oder hohes Übergang-zu-Stabil Verhältnis), kann eine momentane Effizienzabweichung (dEff) berechnet werden, die tatsächlich eher auf einer beschränkten Vorhersagegenauigkeit beruht, als auf verschlechterten physikalischen Eigenschaften des SCR Katalysators.
-
Solche Effizienzabweichungen während stärkerer Änderungen des Betriebszustands in einer ersten Richtung und einer stärkeren Änderung in einer Gegenrichtung während des Überwachungszyklus, können einander jedoch zumindest teilweise kompensieren. Durch das Akkumulieren der Effizienzabweichungen wird die Auswirkung der beschränkten Vorhersagegenauigkeit also reduziert. Das Vergleichen des Akkumulationswerts oder bevorzugt des Trends unter den Akkumulationsergebnissen (R1, R2, R3) für einen Überwachungszyklus (MC) mit einem Zyklus-Zulässigkeitsgrenzwert (CTA) erlaubt die Bewertung in einer eher globalen Perspektive.
-
Demzufolge gewährt das Überwachungsverfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung eine robuste Beurteilung (geringes Risiko für falsch-positive Ergebnisse) in Kombination mit einer verbesserten Bewertungsgenauigkeit.
-
Wie oben bereits erwähnt wurde, können zwei oder mehr Enable-Zeitskalen definiert und separat gezählt werden. Irgendein Zeitabschnitt der Realzeit kann verworfen werden, wenn eine Disable-Bedingung erfüllt ist oder er kann einer ersten Enable-Zeitskala zugeordnet werden, wenn eine erste Enable-Bedingung erfüllt ist, oder einer zweiten oder weiteren Enable-Zeitskala zugeordnet werden, wenn eine zweite oder weitere Enable-Bedingung erfüllt ist, wobei bevorzugt jeder der Enable-Bedingungen und der Disable-Bedingung exklusive Optionen darstellen, d.h. dass ein Zeitschritt der Realzeit nur stets verworfen oder in genau einer der Überwachungszeitskalen gezählt werden kann.
-
Die verschiedenen Überwachungszeitskalen ermöglichen es, Erfassungsergebnisse für bestimmte Wertebereiche der SCR Systemtemperatur (Temp) und der Flussgeschwindigkeit (v) unabhängig und separat zu sammeln. Insbesondere kann für jeden Betriebspunkt (OP1, OP2, OP3) und/oder jede Betriebsregion (OR1, OR2, OR3) eine separate Überwachungszeitskala definiert und gezählt werden. Alternativ oder zusätzlich kann eine Überwachungszeitskale für eine Gruppe von Betriebspunkten (OP1, OP2, OP3) oder für eine Gruppe von Betriebsregionen (OR1, OR2, OR3) definiert und gezählt werden.
-
Jede Betriebsregion (OR1, OR2, OR3) kann bestimmte Wertebereiche der Parameter abdecken, welche den Betriebszustand des SCR Systems definieren, insbesondere einen bestimmten Bereich der Temperatur und/oder einen bestimmten Bereich der Flussgeschwindigkeit (v) um einen Betriebspunkt (OP1, OP2, OP3).
-
Die Definition von Disable-Bedingungen (DC) und Enable-Bedingungen (EC) können von der tatsächlichen Ausbildung des SCR Systems (1) und evtl. des Verbrennungsmotors (2) und dessen Ausstattung abhängen.
-
Bevorzugt wird eine Disable-Bedingung basierend auf dem Zustand des Verbrennungsmotors (2) definiert oder gesetzt, insbesondere basierend auf den Abgaseigenschaften.
-
Sie kann alternativ oder zusätzlich basierend auf dem Zustand einer Reduktionsmittel-Beigabesteuerung und/oder dem Zustand einer Reduktionsmittel-Speichersteuerung definiert oder gesetzt werden.
-
Bevorzugt werden der Zustand des Verbrennungsmotors (2), der Zustand der Reduktionsmittel-Beigabesteuerung, der Zustand der Reduktionsmittel-Speichersteuerung und der Betriebszustand des SCR Systems parallel bewertet, um zu entscheiden, ob eine Disable-Bedingung oder eine Enable-Bedingung erfüllt ist.
-
Eine besonders relevante Zustandsvariable über die Reduktionsmittel-Beigabesteuerung kann die Kontinuität der Reduktionsmittel-Beigabe beschreiben und/oder die Tatsache, ob evtl. Abweichungen der tatsächlichen Reduktionsmittel-Beigabemenge in Anbetracht der nominalen Reduktionsmittel-Beigabemenge auftreten. Die nominale Reduktionsmittel-Beigabemenge kann eine im Wesentlichen stabile Reduktionsmittel-Beigaberate (Einspritzmenge pro Zeitintervall) für eine bestimmte Beigabeperiode definieren. Diese Injektionsrate kann durch die Ausführung mehrerer Reduktionsmittel-Injektionen mit ähnlichen oder gleichen Einzel-Injektionsmengen und einer ähnlichen oder gleichen Injektions-Periodizität erreicht werden. Beispielsweise kann eine stabile Injektionsrate von 300 mm3 pro 30 Sekunden (Injektionsperiode) idealerweise erreicht werden durch die Ausführung von 120 Reduktionsmittel-Injektionen mit einer Periodizität von 0,5 Sekunden, die jeweils eine Einzel-Reduktionsmittel-Beigabemenge von 2,5 mm3 aufweisen.
-
Abweichungen von einem kontinuierlichen Injektionsmuster können eine Beschleunigung oder Verzögerung der Reaktionskinematik und damit erhöhte oder verminderte NOx Umwandlungsleistung für einen bestimmten Zeitraum hervorrufen.
-
Die Reduktionsmittel-Speichersteuerung überwacht oder schätzt den momentanen Speichergehalt an Reduktionsmittel auf der aktiven Oberfläche des SCR. Sie kann einen nominalen Speichergehalt festlegen und den Reduktionsmittel-Injektor (5) derart steuern, sich der geschätzte Reduktionsmittelgehalt dem nominalen Reduktionsmittelgehalt oder einem Soll-Reduktionsmittelgehalt annähert. Der Soll-Speichergehalt kann ein momentaner Wert sein, der basierend auf dem Betriebszustand des SCR Systems gesetzt wird, um die maximal mögliche NOx Umwandlungsleistung zu erzielen. Allerdings kann die Speichersteuerung auch Lernverfahren oder Testverfahren ausführen, während denen der SCR Katalysator absichtlich geleert oder überfüllt wird. Während der Durchführung solcher Lernverfahren oder Testverfahren kann die NOx Umwandlungsleistung stark beeinflusst sein.
-
Nachfolgend wird eine Liste von Auslösern für das Setzen einer Disable-Bedingung angegeben, die nicht abschließend ist und auf einem bestimmten Beispielsystem beruht.
-
Eine Disable-Bedingung kann gesetzt werden, während die Reduktionsmittel-Beigabe nicht bei Normalbedingungen arbeitet, insbesondere wenn die Reduktionsmittel-Beigabe zeitweise oder dauerhaft ausgesetzt ist. Eine Aussetzung der Reduktionsmittel-Beigabe kann beispielsweise durch einen reduzierten Füllstand eines Reduktionsmitteltanks hervorgerufen sein oder während eines Lernverfahrens oder Testverfahrens auftreten.
-
Eine Disable-Bedingung kann insbesondere gesetzt werden, wenn oder während Injektionsschübe mit einer erhöhten oder verminderten Injektionsmenge gegenüber der nominalen Injektionsmenge hervorgerufen werden. Ein Injektionsschub kann durch eine einzelne Reduktionsmittel-Injektion oder durch eine Gruppe von (aufeinander folgenden) Reduktionsmittel-Injektionen vorliegen. Solche Schübe können insbesondere hervorgerufen werden, um zu bestimmen, ob das Reduktionmittel durch den SCR Katalysator durchbricht. Ein Reduktionsmitteldurchbruch, insbesondere das Austreten von Ammoniak aus dem SCR Katalysator, kann durch die absichtliche Erzeugung eines SCR-Überfüllungszustands für eine kurze Zeitdauer ermittelt werden. Das dritte Auftreten einer Disable-Bedingung in dem Beispiel von 4 ist durch die Ausführung einer Reduktionsmitteldurchbruch-Erfassungsfunktion verursacht.
-
Alternativ oder zusätzlich kann eine Disable-Bedingung gesetzt werden, während ein Betriebszustand des SCR Systems außerhalb eines bestimmten Überwachungsfensters liegt. Dies kann der Fall sein, während eine Temperatur (Temp) des SCR Systems außerhalb eines Bereichs zwischen einer minimalen Überwachungstemperatur und einer maximalen Überwachungstemperatur liegt, oder während die Flussgeschwindigkeit des Abgases außerhalb eines Bereichs zwischen einer minimalen Überwachungs-Flussgeschwindigkeit und einer maximalen Überwachungs-Flussgeschwindigkeit liegt. Ein Überwachungsfenster kann beispielsweise durch die äußersten Linien der Betriebsregionen (OR1, OR2, OR3) definiert sein, die in 6 gezeigt sind oder durch die Vereinigung aller definierten Betriebsregionen (OR1, OR2, OR3).
-
Alternativ oder zusätzlich kann eine Disable-Bedingung während einer SCR-Auffüllperiode gesetzt werden, die insbesondere nach einen Motorstart auftreten kann oder nach einer hervorgerufenen oder erfassten Leerung des SCR Katalysators. Eine solche SCR Auffüllperiode kann notwendig sein für das Einspeichern einer ausreichenden Menge an Reduktionsmittel (13) auf der aktiven Oberfläche (14) des SCR Katalysators. Die SCR Speichersteuerung kann feststellen, dass eine SCR-Auffüllperiode abgeschlossen ist, wenn der geschätzte Reduktionsmittel Speichergehalt ein minimales Speicherniveau oder ein Zielniveau erreicht hat. Alternativ kann eine SCR-Auffüllperiode durch eine festgelegte Zeitdauer (Intervall der Realzeit) bestimmt sein. Die Zeitdauer kann ausgehend von dem Zeitpunkt des Motorstarts gezählt werden, oder ausgehend von der ersten Reduktionsmittelbeigabe oder ausgehend von einem anderen geeigneten Ereignis. Alternativ oder zusätzlich kann eine Disable-Bedingung während eines Filterregenerationsvorgangs gesetzt werden, insbesondere während eines Partikelfilterregenerationsvorgangs. Die Disable-Bedingung kann für eine bestimmte Zeitperiode danach fortgesetzt werden, insbesondere bis die Temperatur des Abgases wieder auf ein bestimmtes Temperaturniveau abgefallen ist.
-
Alternativ oder zusätzlich kann eine Disable-Bedingung gesetzt werden, während die ermittelte Effizienzabweichung (dEff) ein unzulässiges Vorzeichen hat oder unter einen Toleranzgrenzwert (Tol) fällt. Der Toleranzgrenzwert (Tol) ist beispielhaft in 4 gezeigt. Er kann basierend auf der Erfassungsgenauigkeit des Vorlauf NOx-Erfassungsmittels (6) und/oder des Nachlauf NOx-Sensors (7) festgelegt sein.
-
Alternativ oder zusätzlich kann eine Disable-Bedingung gesetzt werden, während eine NOx Spitze erfasst wird. Eine NOx Spitze (NS) ist bevorzugt definiert als ein Zustand, wenn der Vorlauf NOx Gehalt (cPre) einen Spitzenerfassungs-Grenzwert überschreitet. Der Spitzenerfassungs-Grenzwert kann beispielsweise ein NOx Gehaltniveau angegeben, dass um einen bestimmten Faktor größer ist als der nominale oder erwartete NOx Gehalt für den vorliegenden Betriebszustand des Verbrennungsmotors. Der Faktor kann zwei oder eine größere Zahl betragen.
-
Im Beispiel von 4 ist die zweite Disable-Bedingung durch die Erfassung einer NOx Spitze (NS) hervorgerufen.
-
Alternativ oder zusätzlich kann eine Disable-Bedingung gesetzt werden, falls oder während ein extremes Fahrverhalten festgestellt wird, insbesondere im Fall einer plötzlichen Änderung der Fahrzeuggeschwindigkeit, der Motordrehzahl, oder der Abgastemperatur.
-
Alternativ oder zusätzlich kann eine Disable-Bedingung gesetzt werden, wenn festgestellt wird, dass der momentane Reduktionmittel-Speichergehalt im SCR Katalysator außerhalb eines zulässigen Speichermengenbereichs liegt (vorausgesetzt, dass der momentane Reduktionsmittel-Speichergehalt überwacht oder geschätzt wird).
-
Abwandlungen der Erfindung sind in verschiedener Weise möglich. Alle Merkmale und Schritte, die in Verbindung mit dem ersten, zweiten oder dritten Aspekt offenbart sind, können in Kombination mit den anderen Aspekten verwendet werden.
-
Der Verbrennungsmotor (2) ist bevorzugt ein Dieselmotor.
-
Das Überwachungsverfahren kann bevorzugt durch ein Softwareprodukt ausgeführt werden, das auf dem Steuergerät (15) des SCR Systems (1) installiert und ausgeführt werden kann. Das Softwareprodukt kann separat auf einem physikalischen Datenträgerelement gespeichert sein. Das Softwareprodukt beinhaltet Anweisungen, die dazu ausgebildet sind, die verschiedenen Schritte des Überwachungsverfahrens gemäß der vorliegenden Offenbarung auszuführen.
-
Bezugszeichenliste
-
| 1 |
SCR System |
SCR system |
| 2 |
Verbrennungsmotor |
Combustion engine |
| 3 |
SCR Katalysator |
SCR catalyst |
| 4 |
Abgaspassage |
Exhaust gas passage |
| 5 |
Reduktionsmittel-Injektor / Harnstoff-Injektor |
Reductant injector / Urea injector |
| 6 |
Vorlauf NOx-Erfassungsmittel / Vorlauf NOx Sensor / Virtueller NOx-Sensor |
Upstream NOx detection means / Upstream NOx sensor / Virtual NOx sensor |
| 7 |
Nachlauf NOx-Sensor |
Downstream NOx sensor |
| 8 |
Abgas |
Exhaust Gas |
| 9 |
NOx / Stickoxid |
NOx / Nitrogen oxide |
| 10 |
Volumenstrom-Messung |
Volumetric flow meter |
| 11 |
DOC / Diesel-Oxidationskatalysator |
DOC / Diesel oxidation catalyst |
| 12 |
DPF / Abgasfilter / Diesel Partikelfilter |
DPF / Exhaust gas filter / Diesel particulate filter |
| 13 |
Reduktionsmittel |
Reductant |
| 14 |
Katalytische oder aktive Fläche / Katalysatorbett |
Catalytic or active surface / catalyst bed |
| 15 |
ECU / Steuergerät |
ECU / Control device |
| 16 |
Temperatursensor |
Temperature sensor |
| cPre |
Vorlauf NOx Gehalt |
Upstream NOx content |
| cPost |
Nachlauf NOx Gehalt |
Downstream NOx content |
| dEff |
Effizienzabweichung |
Efficiency deviation |
| t |
Zeit / Realzeitskala |
Time / Real time scale |
| tM |
Überwachungszeitskala |
Monitoring time scale |
| v |
Raumgeschwindigkeit / Flussgeschwindigkeit / Volumenstrom |
Space velocity / flow speed / Volumetric flow |
| x |
Fließrichtung des Abgases |
Flow direction of exhaust gas |
| BFL |
Ausgleichsgerade / Näherungsgerade |
Best fit line |
| CTA |
Zyklus-Zulässigkeitsgrenzwert |
Cycle admissibility threshold |
| CycEff |
Zyklus-Effizienzgradient |
Cycle efficiency gradient |
| DC |
Disable-Bedingung / disable flag |
Disable condition / disable flag |
| EC |
Enable-Bedingung / enable flag |
Enable condition / enable flag |
| EffA |
Tatsächliche NOx Umwandlungseffizienz |
Actual NOx conversion efficiency |
| EffN |
Nominale NOx Umwandlungseffizienz |
Nominal NOx conversion efficiency |
| ET1 |
Enable Zeit / Zeitabschnitt mit Aktivierungsbedingung |
Enable time / Temporal section with enable condition |
| ET2 |
Enable Zeit / Zeitabschnitt mit Aktivierungsbedingung |
Enable time / Temporal section with enable condition |
| ET3 |
Enable Zeit / Zeitabschnitt mit Enable-Bedingung |
Enable time / Temporal section with enable condition |
| DT1 |
Disable Zeit / Zeitabschnitt mit Disable-Bedingung |
Disable time / Temporal section with disable condition |
| DT2 |
Disable Zeit / Zeitabschnitt mit Disable-Bedingung |
Disable time / Temporal section with disable condition |
| DT3 |
Disable Zeit / Zeitabschnitt mit Disable-Bedingung |
Disable time / Temporal section with disable condition |
| MC |
Überwachungszyklus |
Monitoring cycle |
| MT1 |
Überwachungsperiode / Zeitabschnitt der Überwachungszeitskala |
Monitoring period / temporal section of monitoring time scale |
| MT2 |
Überwachungsperiode / Zeitabschnitt der Überwachungszeitskala |
Monitoring period / temporal section of monitoring time scale |
| MT3 |
Überwachungsperiode / Zeitabschnitt der Überwachungszeitskala |
Monitoring period / temporal section of monitoring time scale |
| NS |
NOx Spitze |
NOx spike |
| OP1 |
Betriebszustand 1 |
Operating state 1 |
| OP2 |
Betriebszustand 2 |
Operating state 2 |
| OP3 |
Betriebszustand 3 |
Operating state 3 |
| OR1 |
Betriebsregion 1 |
Operating region 1 |
| OR2 |
Betriebsregion 2 |
Operating region 2 |
| OR3 |
Betriebsregion 3 |
Operating region 3 |
| R1 |
Akkumulationsergebnis / PeriodenEffizienzwert |
Accumulation Result / Period efficiency value |
| R2 |
Akkumulationsergebnis / PeriodenEffizienzwert |
Accumulation Result / Period efficiency value |
| R3 |
Akkumulationsergebnis / PeriodenEffizienzwert |
Accumulation Result / Period efficiency value |
| TA |
Zulässigkeitsgrenzwert (allgemein) |
Admissibility threshold (general) |
| Temp |
Temperatur des SCR Systems, Bett-Temperatur des SCR Katalysators |
Temperature of SCR system, bed temperature of SCR catalyst |
| Tol |
Toleranzgrenze |
Tolerance threshold |
