DE102018132313B4

DE102018132313B4 - Abgasnachbehandlungssystem für einen verbrennungsmotor und verfahren zum überwachen des abgasnachbehandlungssystems

Info

Publication number: DE102018132313B4
Application number: DE102018132313.1A
Authority: DE
Inventors: Yue-Yun Wang; Raffaello Ardanese
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2017-12-15
Filing date: 2018-12-14
Publication date: 2023-12-07
Anticipated expiration: 2038-12-15
Also published as: CN109931129A; DE102018132313A1; US10634032B2; US20190186318A1; CN109931129B

Abstract

Abgasnachbehandlungssystem (14) für einen Verbrennungsmotor (10), umfassend:eine Vorrichtung (16) für selektive katalytische Reduktion (SCR), die fluidisch mit einem Abgasrohr (12) des Verbrennungsmotors (10) verbunden ist;ein Einspritzsystem (15), das zum Einspritzen von Reduktionsmittel in das Abgasrohr (12) stromaufwärts der SCR-Vorrichtung (16) angeordnet ist;einen einzelnen Ammoniaksensor (18), der zum Überwachen eines Abgaszulaufs stromabwärts der SCR-Vorrichtung (16) angeordnet ist;eine Steuerung (20) in Verbindung mit dem einzelnen Ammoniaksensor (18) und dem Verbrennungsmotor (10), die funktionsfähig mit dem Einspritzsystem (15) verbunden ist, wobei die Steuerung (20) einen Anweisungssatz beinhaltet, der ausführbar ist, um:das Einspritzsystem (15) zu steuern, Reduktionsmittel in das Abgasrohr (12) stromaufwärts der SCR-Vorrichtung (16) einzuspritzen,eine Menge an Ammoniak im Abgaszufuhrstrom stromabwärts der SCR-Vorrichtung (16) über den einzelnen Ammoniaksensor (18) zu überwachen,einen Parameter, der der Emissionsleistung der SCR-Vorrichtung (16) zugeordnet ist, basierend auf der Größe von Ammoniak im Abgaszufuhrstrom stromabwärts der SCR-Vorrichtung (16) zu bestimmen, undeinen Fehler in der SCR-Vorrichtung (16) basierend auf dem Parameter, der der Emissionsleistung zugeordnet ist, zu erkennen; wobei die Anweisung, die ausführbar ist, um einen der Emissionsleistung der SCR-Vorrichtung (16) zugeordneten Parameter zu bestimmen, den Anweisungssatz basierend auf der Menge an Ammoniak im Abgaszufuhrstrom stromabwärts der SCR-Vorrichtung (16) umfasst, der ausführbar ist, um:die Ammoniakmenge in den Abgasstrom stromabwärts der SCR- Vorrichtung (16), die von dem einzelnen Ammoniaksensor (18) überwacht wird, zu integrieren; und wobei der Anweisungssatz, der ausführbar ist, um einen Fehler in der SCR-Vorrichtung (16) basierend auf dem der Emissionsleistung zugeordneten Parameter zu erkennen, den Anweisungssatz umfasst, der ausführbar ist, um:ein Katalysator-Fehlermodell (110) auszuführen, wobei das Katalysator-Fehlermodell einen erwarteten Ammoniakausstoß von der SCR-Vorrichtung (16) bestimmt, wobei die SCR-Vorrichtung (16) auf ein Niveau verschlechtert wird, das einem Fehlerschwellenwert zugeordnet ist,den erwarteten Ammoniakausstoß von der SCR-Vorrichtung (16), der aus dem Katalysator-Fehlermodell (110) abgeleitet ist, zu integrieren, wobei die SCR-Vorrichtung (16) auf das Niveau verschlechtert wird, das dem Fehlerschwellenwert zugeordnet ist,die integrierte Menge an Ammoniak im Abgaszufuhrstrom und die integrierte erwartete Menge an Ammoniak aus der SCR-Vorrichtung (16), die aus dem Katalysator-Fehlermodell (110) abgeleitet ist, zu vergleichen, undeinen Fehler in der SCR-Vorrichtung (16) zu erkennen, wenn die integrierte Menge an Ammoniak im Abgaszufuhrstrom größer ist als die integrierte erwartete Menge an Ammoniak aus der SCR-Vorrichtung (16), die aus dem Katalysator-Fehlermodell (110) abgeleitet ist.

Description

Verbrennungsmotoren sind fluidisch mit Abgasnachbehandlungssystemen verbunden, welche die als Verbrennungs-Abfallprodukte erzeugten Abgase reinigen. Verbrennungsabfallprodukte können unverbrannte Kohlenwasserstoffe, Kohlenmonoxid, Stickoxide, die oft als NOx-Moleküle bezeichnet werden sowie Aerosole beinhalten. Die Abgasnachbehandlungssysteme können Oxidationskatalysatoren, Reduktionskatalysatoren, Katalysatoren für selektive katalytische Reduktion und Partikelfilter beinhalten. Katalysatoren für selektive katalytische Reduktion können Reduktionsmittel zum Reduzieren von NOx-Molekülen zu elementarem Stickstoff verwenden. Die Reduktionsmittel können auf einer Oberfläche gelagert oder anderweitig in Katalysatoren für selektive katalytische Reduktion abgefangen werden, bevor sie als Teil der NOx-Reduktion verbraucht werden.
EP 2 400 124 A1 offenbart ein Abgasreinigungssystem für einen Verbrennungsmotor mit einem ersten und zweiten Katalysator für selektive Reduktion, die nacheinander im Abgaskanal vorgesehen sind. Ferner umfasst das Abgasreinigungssystem eine Reduktionsmittel-Zuführeinrichtung zum Zuführen eines Reduktionsmittels in einen Abgaskanal an einer stromaufwärtigen Seite des ersten Katalysators für selektive Reduktion, eine Reduktionsmittel-Erfassungseinrichtung zum Erfassen einer Reduktionsmittelmenge im Abgas zwischen dem ersten und zweiten Katalysator für selektive Reduktion, eine Speichermengen-Schätzwert-Berechnungseinrichtung zum Berechnen eines Schätzwertes der Speichermenge mit einer in dem ersten Katalysator für selektive Reduktion gespeicherten Menge an Reduktionsmittel als Speichermenge, eine erste Eingangskomponenten-Berechnungseinrichtung zum Berechnen einer ersten Eingangskomponente einer Zufuhrmenge des Reduktionsmittels durch die Reduktionsmittel-Zufuhreinrichtung, so dass der Schätzwert der Speichermenge mit einem vorbestimmten Speichermengen-Zielwert übereinstimmt, eine zweite Eingangskomponenten-Berechnungseinrichtung zum Berechnen einer zweiten Eingangskomponente der Zufuhrmenge auf der Grundlage eines Parameters, der mit einer Abgasmenge korreliert ist, die in den ersten Katalysator für selektive Reduktion strömt, so dass ein erfasster Wert der Reduktionsmittel-Erfassungseinrichtung mit einem vorbestimmten Schlupf-Zielwert übereinstimmt, und eine Zufuhrmengenbestimmungseinrichtung zum Bestimmen der Zufuhrmenge auf der Grundlage der ersten Eingangskomponente und der zweiten Eingangskomponente.
Weiterer Stand der Technik ist in der US 9 038 373 B2 , der JP 2017- 207 068 A , der EP 2 339 136 A1 , der DE 10 2007 040 439 A1 , in REIF, Konrad: Abgastechnik für Verbrennungsmotoren. Wiesbaden: Springer, 2015. - ISBN 978-3-658-09521-5 und der DE 10 2011 120 316 A1 beschrieben.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Abgasnachbehandlungssystem und ein Verfahren zur Überwachung eines Abgasnachbehandlungssystem schaffen, mit denen eine präzise und zuverlässige Überwachung einer Abgasnachbehandlung möglich ist.
Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der Ansprüche 1 und 8 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

1 veranschaulicht schematisch einen Verbrennungsmotor, der gemäß der Offenbarung fluidisch mit einem Abgasnachbehandlungssystem verbunden ist, das aus einer Vorrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR) besteht;
2 zeigt schematisch eine Routine zum Überwachen, um eine Änderung eines Parameters zu erkennen, der einer Verschlechterung der Emissionsleistung im Zusammenhang mit dem Betrieb einer Ausführungsform der SCR-Vorrichtung zugeordnet wird, wobei das Überwachen auf einer Zeitintegration des Ammoniakschlupfs gemäß der Offenbarung basiert;
3 zeigt schematisch eine Routine zum Überwachen, um eine Änderung eines Parameters zu erkennen, die einer Verschlechterung der Emissionsleistung im Zusammenhang mit dem Betrieb einer Ausführungsform der SCR-Vorrichtung zugeordnet wird, wobei das Überwachen auf dem Ausführen eines Zustand-Raum-Modells und eines Kalman-Filters gemäß der Offenbarung basiert; und
4 zeigt schematisch eine Routine zum Überwachen, um eine Änderung eines Parameters zu erkennen, die einer Verschlechterung der Emissionsleistung im Zusammenhang mit dem Betrieb einer Ausführungsform der SCR-Vorrichtung zugeordnet wird, wobei das Überwachen auf einer Massenbilanzbeziehung gemäß der Offenbarung basiert.

Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, wobei gleiche Bezugszeichen gleichen oder ähnlichen Komponenten in den verschiedenen Figuren entsprechen, veranschaulicht 1 in Übereinstimmung mit den hierin offenbarten Ausführungsformen, schematisch einen Verbrennungsmotor (Motor) 10, der über ein Abgasrohr 12 mit einem Abgasnachbehandlungssystem 14 fluidisch gekoppelt ist. Der Motor 10 ist ein mehrzylindriger Verbrennungsmotor, der ein Gemisch aus direkt eingespritztem Kraftstoff mit Ansaugluft verbrennt und Abgas zurückführt, um mechanische Leistung zu erzeugen. Der Motor 10 ist, wie gezeigt, als Selbstzündermotor ausgeführt, die hierin beschriebenen Konzepte können allerdings auch bei anderen Motor-Konfigurationen eingesetzt werden, die Ausführungsformen des hierin beschriebenen Abgasnachbehandlungssystems 14 verwenden. Der Motor 10 kann bei Bodenfahrzeugen eingesetzt werden, wie bei PKW, LKW, landwirtschaftlichen Fahrzeugen oder Baufahrzeugen, bei marinen Fahrzeugen, aber auch bei Seefahrzeugen oder in stationären Anwendungen, z. B. angeschlossen an einen Stromgenerator.
Der Motor 10 kann einen Mehrzylinder-Motorblock, einen Ansaugkrümmer zum Leiten der Ansaugluft zu den Zylindern und einen Abgaskrümmer zum Mitführen von Abgas durch das Abgasrohr 12 zum Abgasnachbehandlungssystem 14 beinhalten. Andere nicht dargestellte Motorbauteile und Systeme beinhalten Kolben, Kurbelwelle, Zylinderköpfe, Einlassventile, Auslassventile, Nockenwellen und sofern genutzt, variable Nockenwellenversteller. Der Motor 10 arbeitet vorzugsweise in einem Viertakt-Verbrennungszyklus von wiederholt ausgeführten Takten von Ansaugen-Kompression-Verbrennung-Abgas. Der Motor 10 beinhaltet eine Abgasrückführung (AGR), die die Abgase flüssig vom Abgaskrümmer zum Ansaugkrümmer transportiert.
Eine Motorsteuerung 20 ist konfiguriert, um verschiedene Sensorvorrichtungen zu überwachen und Steuerroutinen auszuführen, um verschiedene Stellglieder zu beauftragen, den Betrieb des Motors 10 als Reaktion auf Bedienerbefehle zu steuern. Die Bedienerbefehle können von verschiedenen Eingabevorrichtungen des Bedieners bestimmt werden, einschließlich z. B. eines Gaspedals und eines Bremspedals. Die Motorsteuerung 20 ist konfiguriert, um mit einer Mensch-Maschine-Schnittstellen-(HMI)-Vorrichtung 25 zu kommunizieren, um die Kommunikation mit dem Fahrzeugführer zu ermöglichen. Die HMI-Vorrichtung 25 kann als Armaturenbrettleuchte in einer Ausführungsform ausgeführt werden. Die HMI-Vorrichtung 25 ermöglicht die Interaktion zwischen Mensch und Maschine, einschließlich dem Bereitstellen von Informationen für den Fahrzeugführer, einschließlich des Status von Fahrzeugsystemen, Service- und Wartungsinformationen.
Das Abgasnachbehandlungssystem 14 kann eine Vielzahl von fluidisch verbundenen abgasreinigenden Vorrichtungen zur Reinigung von Abgasen vor der Abgabe in die Umgebungsluft beinhalten. Eine Abgasreinigungsvorrichtung kann jede Vorrichtung sein, die konfiguriert ist, um Bestandteile des Abgaszufuhrstroms zu oxidieren, zu reduzieren, zu filtern und/oder anderweitig zu behandeln, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Kohlenwasserstoffe, Kohlenmonoxid, Sauerstoffnitride (NOx) und Partikelmaterial. In der gezeigten Ausführungsform wird eine einzelne Abgasreinigungsvorrichtung eingesetzt, die als Vorrichtung 16 zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR) konfiguriert ist. Andere Abgasreinigungsvorrichtungen können eingesetzt werden, z. B. ein Oxidationskatalysator zum Oxidieren von Kohlenwasserstoffen und anderen Bestandteilen im Abgaszufuhrstrom und/oder ein Partikelfilter.
Ein Reduktionsmittel-Liefersystem 15 mit einer Einspritzdüse kann stromaufwärts der SCR-Vorrichtung 16 positioniert werden und ist funktionsfähig mit der Steuerung 20 verbunden, um Reduktionsmittel steuerbar in den Abgaszufuhrstrom einzuführen, um die NOx-Reduktion in der SCR-Vorrichtung 16 zu erleichtern. In einer Ausführungsform kann die SCR-Vorrichtung 16 eine Vorrichtung auf Harnstoffbasis sein, und das eingespritzte Reduktionsmittel kann Harnstoff sein. Wie von Fachleuten auf dem Gebiet erkannt werden wird, kann Harnstoff zu Ammoniak (NH3) umgewandelt werden, das auf den Substraten der SCR-Vorrichtung 16 gespeichert werden kann, und zur Reduktion mit NOx-Molekülen reagieren kann, um elementaren Stickstoff (N2) und andere inerte Gase zu bilden.
In einer Ausführungsform beinhaltet die SCR-Vorrichtung 16 ein keramisches oder metallisches Substrat mit Strömungskanälen, die mit geeigneten Materialien beschichtet sind, einschließlich unter anderem beispielsweise: Platingruppenmetalle wie Platin, Palladium und/oder Rhodium; andere Metalle wie Kupfer; Cer und andere Materialien. Die beschichteten Materialien bewirken chemische Reaktionen, um Bestandteile des Abgaszulaufs unter bestimmten Bedingungen hinsichtlich Temperatur, Strömungsrate, Luft-/Kraftstoffverhältnis und anderen zu oxidieren, zu reduzieren, zu filtern oder anderweitig zu behandeln. Im Rahmen dieser Offenbarung können verschiedene Anordnungen von Elementen des Abgasnachbehandlungssystems 14 eingesetzt werden, wobei derartige Anordnungen zusätzlich auch andere Abgasreinigungsvorrichtungen beinhalten können bzw. keine anderen abgasreinigenden Vorrichtungen enthalten müssen, je nach den Anforderungen der entsprechenden Anwendung.
Sensoren zum Überwachen der Abgasreinigungsvorrichtungen des Abgasnachbehandlungssystems 14 beinhalten einen Ammoniaksensor 18, der zum Überwachen des Abgaszulaufs stromabwärts der SCR-Vorrichtung 16 eingesetzt wird. In einer Ausführungsform wird kein Abgasüberwachungssensor im Abgasnachbehandlungssystem 14 vor der SCR-Vorrichtung 16 eingesetzt. Ein oder mehrere Abgassensoren oder Temperatursensoren können stromabwärts der SCR-Vorrichtung 16 angeordnet sein.
Die Motorsteuerung beinhaltet vorzugsweise die Steuerung verschiedener Motorbetriebsparameter, einschließlich der Steuerung bevorzugter Motorsteuerzustände zur Minimierung verschiedener Abgasbestandteile durch chemische Reaktionsprozesse, zu diesen beispielsweise und ohne zu beschränken Oxidation, Reduktion, Filterung und selektive Reduktion gehören.
Die Begriffe Steuergerät, Steuermodul, Modul, Steuerung, Steuereinheit, Prozessor und Ähnliches beziehen sich auf eine oder mehrere Kombinationen anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreis(e) (ASIC), elektronische(r) Schaltkreis(e), Zentraleinheit(en) wie z. B. Mikroprozessor(en) und diesen zugeordnete nicht-flüchtige Speicherkomponenten in Form von Speicher- und Speichergeräten (Lesespeicher, programmierbarer Lesespeicher, Direktzugriff, Festplatte usw.). Die nicht-transitorische Speicherkomponente ist in der Lage, maschinenlesbare Befehle in der Form einer oder mehrerer Software- oder Firmware-Programme oder -Routinen, kombinatorischen Logikschaltung(en), Eingabe-/Ausgabeschaltung(en) und -vorrichtungen, Signalaufbereitungs- und Pufferschaltungen und anderen Komponenten zu speichern, auf die durch einen oder mehrere Prozessoren zugegriffen werden kann, um eine beschriebene Funktionalität bereitzustellen. Eingangs-/Ausgangsschaltung(en) und Vorrichtungen beinhalten Analog-/Digitalwandler und verwandte Geräte, die Sensoreingaben mit einer vorgegebenen Abruffrequenz oder in Reaktion auf ein Auslöseereignis überwachen. Software, Firmware, Programme, Befehle, Steuerungsroutinen, Code, Algorithmen und ähnliche Begriffe beziehen sich auf sämtliche von einer Steuereinheit ausführbaren Befehlssätze, wie z. B. Kalibrierungen und Wertetabellen. Jede Steuerung führt Steuerroutine(n) aus, um die gewünschten Funktionen, darunter auch die Überwachung der Eingaben von Sensorgeräten und anderen vernetzten Steuereinheiten, bereitzustellen, und führt zudem Steuer- und Diagnoseroutinen aus, um die Betätigung von Stellgliedern zu steuern. Die Routinen können in regelmäßigen Intervallen, wie z. B. während des laufenden Betriebs alle 100 Mikrosekunden, ausgeführt werden. Alternativ dazu können Routinen auch als Reaktion auf das Auftreten eines Auslöseereignisses ausgeführt werden. Die Kommunikation zwischen den Steuereinheiten, sowie zwischen die Kommunikation zwischen den Steuereinheiten, Stellgliedern und/oder Sensoren kann über eine Punkt-zu-Punkt-Direktverkabelung, eine Netzwerkkommunikations-Busverbindung, eine drahtlose Verbindung oder eine andere geeignete Kommunikationsverbindung bewerkstelligt werden. Die Kommunikation beinhaltet den Austausch von Datensignalen auf eine beliebige geeignete Art, darunter auch z. B. elektrische Signale über ein leitfähiges Medium, elektromagnetische Signale durch die Luft, optische Signale über Lichtwellenleiter und dergleichen. Datensignale können diskrete, analoge oder digitalisierte analoge Signale beinhalten, die Eingaben von Sensoren und Stellgliedbefehle, sowie Kommunikationssignale zwischen Steuereinheiten darstellen. Der Begriff „Signal“ bezieht sich auf jede physisch wahrnehmbare Anzeige, die Informationen übermittelt und kann jede geeignete Wellenform (z. B. elektrische, optische, magnetische, mechanische oder elektromagnetische) umfassen, wie beispielsweise Gleichstrom, Wechselspannung, Sinuswellen, Dreieckswelle, Rechteckwelle, Vibration und dergleichen, die durch ein Medium laufen können. Der Begriff ,Modell` bezeichnet einen prozessorbasierten oder einen über einen Prozessor ausführbaren Code und die zugehörige Kalibrierung, die die physische Existenz einer Vorrichtung oder eines physischen Prozesses simuliert. Wie hierin verwendet, beschreibt der Begriff „dynamisch“ Schritte oder Verfahren, die in Echtzeit ausgeführt werden und das Überwachen oder sonstige Ermitteln von Parameterzuständen und das regelmäßige oder periodische Aktualisieren von Parameterzuständen beim Ausführen einer Routine oder zwischen Iterationen beim Ausführen der Routine enthalten können.
Die Begriffe „Kalibrierung“, „Kalibrieren“ und verwandte Begriffe beziehen sich auf ein Ergebnis oder ein Verfahren, das eine tatsächliche oder Standardmessung, die mit einer Vorrichtung verbunden ist, mit einer wahrgenommenen oder beobachteten Messung oder einer befohlenen Position vergleicht. Eine hierin beschriebene Kalibrierung kann auf eine speicherbare parametrische Tabelle in der Form eines Arrays, mehrere ausführbare Gleichungen oder eine andere geeignete Form reduziert werden. Ein Parameter ist definiert als eine messbare Größe, die eine physikalische Eigenschaft einer Vorrichtung oder eines anderen Elements darstellt, die durch einen oder mehrere Sensoren und/oder ein physikalisches Modell erkennbar ist. Ein Parameter kann einen diskreten Wert aufweisen, z. B. „1“ oder „0“, oder kann stufenlos eingestellt werden.
Die hierin beschriebenen Konzepte beziehen sich auf ein Verfahren zum Überwachen einer Ausführungsform der SCR-Vorrichtung 16, um das Auftreten einer Abnahme der Emissionsleistung zu erkennen, die mit einer Abnahme der SCR-Vorrichtung 16 verbunden sein kann. Die Emissionsleistung wird basierend auf einer Schätzung der NOx-Reduktion und/oder der Ammoniakspeicherkapazität bewertet, wobei das Überwachen nur unter Verwendung des Ammoniaksensors 18, der stromabwärts der SCR-Vorrichtung 16 angeordnet ist, und ohne Verwendung einer anderen Abtastvorrichtung stromaufwärts der SCR-Vorrichtung 16, die andernfalls gemessene Parameter für den Vergleich mit den überwachten Parametern des stromabwärts gelegenen Ammoniaksensors 18 bereitstellen würde, erfolgt.
Somit kann das Abgasnachbehandlungssystem 14 implementiert werden, ohne dass stromaufwärts der SCR-Vorrichtung 16 ein Abgasüberwachungssensor angeordnet ist. Stattdessen werden der sich stromaufwärts befindliche Abschnitt des Abgaszufuhrstroms und die SCR-Vorrichtung 16 anhand dynamisch ausgeführter Modelle auf physikalischer Basis bewertet. Die Ergebnisse der Überwachung und der zugeordnete Modellierung werden verwendet, um eine Änderung eines Parameters zu erkennen, die eine Verschlechterung der SCR-Vorrichtung 16 anzeigt. Das Verfahren zum Überwachen, um eine Änderung eines Parameters zu erkennen, die einer Verschlechterung der mit dem Betrieb der SCR-Vorrichtung 16 verbundenen Emissionsleistung zugeordnet ist, kann in der Steuerung 20 vorteilhaft als algorithmischer Code, Kalibrierungen und sonstige Elemente ausgeführt werden. Ein Parameter, der dem NOx-Wirkungsgrad der SCR-Vorrichtung 16 zugeordnet ist, wird basierend auf der Menge an Ammoniak im Abgaszufuhrstrom stromabwärts der SCR-Vorrichtung 16 bestimmt. Ein mit der SCR-Vorrichtung 16 verbundener Fehler kann basierend auf dem NOx-Wirkungsgrad bestimmt werden. Eine Verringerung der Ammoniakspeicherkapazität ist mit einer Verringerung des NOx-Wirkungsgrads in der SCR-Vorrichtung 16 korrelierbar. Somit können Signaleingaben des nachgeschalteten Ammoniaksensors 18 verwendet werden, um die SCR-Vorrichtung 16 zu überwachen und das Auftreten eines zugeordneten Fehlers zu erkennen. Wenn ein Fehler im Zusammenhang mit der SCR-Vorrichtung 16 festgestellt wird, kann er von der Steuerung 20 an die HMI-Vorrichtung 25 übermittelt werden, die dazu dient, einen Fahrzeugführer über die Notwendigkeit einer Motorwartung zu informieren.
2 zeigt schematisch eine erste Routine 100 zum Überwachen, um eine Änderung eines Parameters zu erkennen, der einer Verschlechterung der Emissionsleistung im Zusammenhang mit dem Betrieb einer Ausführungsform der SCR-Vorrichtung 16 zugeordnet ist, wobei das Überwachen nur unter Verwendung des Ammoniaksensors 18 durchgeführt wird, der stromabwärts der SCR-Vorrichtung 16 angeordnet ist, und wobei der sich stromaufwärts befindliche Abschnitt des Abgaszufuhrstroms und die SCR-Vorrichtung 16 unter Verwendung dynamisch ausgeführter Modelle auf physikalischer Basis bewertet werden. Der einzelne Ammoniaksensor 18 wird verwendet, um eine Menge an Ammoniak im Abgasstrom stromabwärts der SCR-Vorrichtung 16 zu bestimmen, und der NOx-Wirkungsgrad der SCR-Vorrichtung 16 wird basierend auf der Menge an Ammoniak bestimmt. Ein Fehler in der SCR-Vorrichtung 16 kann basierend auf einer Abnahme der Ammoniakspeicherkapazität bestimmt werden, was zu einer entsprechenden Abnahme des Wirkungsgrads der NOx-Umwandlung führt.
Während des Betriebs des Verbrennungsmotors 10 spritzt das Reduktionsmitteleinspritzsystem Reduktionsmittel mit einer vorgegebenen Reduktionsmitteldurchflussrate 105 ein, und der Ammoniaksensor 18 erzeugt ein Ammoniaksignal 118, das einer Menge an Ammoniak im Abgasstrom stromabwärts der SCR-Vorrichtung 16 entspricht. Das Ammoniaksignal 118 wird in einen ersten Integrator 120 eingegeben, der eine erste Integrationszeit 125 erzeugt, d. h., ∫y, unter Verwendung eines gleitenden Mittelwerts oder eines anderen Integrationsverfahrens.
Gleichzeitig werden die Motorbetriebsparameter und Steuerparameter für das Reduktionsmitteleinspritzsystem 15 einem Katalysator-Fehlermodell 110 bereitgestellt. Die Steuerungsparameter für das Reduktionsmitteleinspritzsystem 15 beinhalten die vorgegebenen Reduktionsmitteldurchflussrate 105. Das Katalysator-Fehlermodell 110 prognostiziert eine erwarteten Ammoniakausgabe 115 von der SCR-Vorrichtung 16, wenn die SCR-Vorrichtung 16 sich auf ein Niveau verschlechtert hat, das einem Fehlerschwellenwert zugeordnet ist. Die erwartete Ammoniakausgabe 115 wird in einen zweiten Integrator 130 eingegeben, der eine zweite Integrationszeit 135 erzeugt, d. h., ∫y̅_malf, unter Verwendung eines gleitenden Mittelwerts oder eines anderen Integrationsverfahrens. Vorzugsweise verwenden der erste und der zweite Integrator 120, 130 dasselbe Integrationsverfahren. Ein Vergleicher 140 wertet die erste und die zweite Integrationszeit 125, 135 aus und erzeugt einen Ausgabe 145, die angibt, ob ein Fehler aufgetreten ist. Der Ausgabe 145 gibt das Auftreten eines der SCR-Vorrichtung 16 zugeordneten Fehlers an, wenn die erste Integrationszeit 125, basierend auf dem gemessenen Ammoniaksignal 118, länger ausfällt als die zweite Integrationszeit 135, die dem Katalysator-Fehlermodell 110 zugeordnet ist, bei gleichzeitiger Berücksichtigung der modellierten Verschlechterung und der Menge des eingespritzten Reduktionsmittels.
Das Katalysator-Fehlermodell 110 basiert auf einem nominalen Katalysatormodell, das in GL. 1 wie folgt ausgedrückt werden kann. ${\begin{matrix} {\dot{C}}_{N O x} & = & \frac{1}{V} (F C_{N O_{x}, i n} - F C_{N O x} - r_{R E D} C_{N O_{x}} Θ θ) \\ \dot{θ} & = & \frac{r_{A D S} C_{N H_{3}}}{F M_{W N H_{3}}} (1 - θ) - r_{D E S} θ - \frac{r_{R E D} C_{N O_{x}}}{F M_{W N O_{x}}} θ - r_{O X Y} θ \\ {\dot{C}}_{N H_{3}} & = & \frac{1}{V} (F C_{N H 3, i n} - F C_{N H 3} - r_{A D S} Θ C_{N H_{3}} (1 - θ) + r_{D E S} F M_{W N H_{3}} Θ θ) \end{matrix}$
Die Begriffe beinhalten Folgendes:

C_NOx,in, das ein NOx flr aus dem Motor in die SCR-Vorrichtung darstellt;
C_NOx, das NOx flr aus der SCR-Vorrichtung darstellt;
θ, das ein Ammoniakdeckungsverhältnis darstellt;
Θ, das eine Ammoniakspeicherkapazität darstellt;
F, das einen Volumenstrom des Abgaszufuhrstroms darstellt;
C_NH3, das den Ammoniakschlupf aus der SCR-Vorrichtung darstellt;
C_NH3in, das die eingespritzte Ammoniak-Durchflussrate in die SCR-Vorrichtung darstellt;
V, das das Volumen der SCR-Vorrichtung darstellt;
M_WNH3 , das das Molekulargewicht von Ammoniak darstellt;
M_WNOx, und das das Molekulargewicht von NOx darstellt;
Ċ_NH3, das die NH3 (Ammoniak) Durchflussrate (g/s) ist; Ċ_NOx, das die NOx Durchflussrate (g/s) ist; und θ̇̇̇, das eine Zeitratenänderung im Ammoniakdeckungsverhältnis ist. Weitere Modellparameter beinhalten r_RED, das eine NOx-Reduktionsrate ist; r_ADS, das eine NOx-Adsorptionsrate ist; r_DES, das eine NH3-Desorptionsrate ist; und r_OXY, das eine Ammoniakoxidationsrate ist. Die Modellparameter werden basierend auf Katalysatortemperatur, Gaskonstanten und Aktivierungsenergie bestimmt.

Das Katalysator-Fehlermodell 110 kann wie folgt in GL. ausgedrückt werden. 2: ${\begin{matrix} {\dot{C}}_{N O x} & = & \frac{1}{V} (F C_{N O_{x}, i n} - F C_{N O x} - r_{R E D} C_{N O_{x}} Θ_{O B D} θ) \\ \dot{θ} & = & \frac{r_{A D S} C_{N H_{3}}}{F M_{W N H_{3}}} (1 - θ) - r_{D E S} θ - \frac{r_{R E D} C_{N O_{x}}}{F M_{W N O_{x}}} θ - r_{O X Y} θ \\ {\dot{C}}_{N H_{3}} & = & \frac{1}{V} (F C_{N H 3, i n} - F C_{N H 3} - r_{A D S} Θ_{O B D} C_{N H_{3}} (1 - θ) + r_{D E S} F M_{W N H_{3}} Θ_{O B D} θ) \end{matrix}$
Die GL. 2 zugeordneten Begriffe beinhalten Begriffe, die mit den in GL. 1 verwendeten Begriffen und den folgenden dem Katalysator-Fehlermodell 110 zugeordneten Begriffe übereinstimmen. Die anderen Begriffe beinhalten Θ_OBD, was eine Ammoniakspeicherkapazität darstellt, die auf ein Schwellenwertniveau zurückgegangen ist, bei dem ein Fehler aufgrund einer entsprechenden Verringerung des Wirkungsgrades der NOx-Umwandlung angegeben wird. In einer Ausführungsform wird der Schwellenwertrückgang des Wirkungsgrades der NOx-Umwandlung einer Erhöhung der NOx-Emissionen auf ein maximal zulässiges NOx-Emissionsniveau zugeordnet, das dem 1,5-fachen der regulierten Norm für NOx-Emissionen entspricht.
3 zeigt schematisch eine zweite Routine 200 zum Überwachen, um eine Änderung eines Parameters zu erkennen, der einer Verschlechterung der Emissionsleistung im Zusammenhang mit dem Betrieb einer Ausführungsform der SCR-Vorrichtung 16 zugeordnet ist, wobei das Überwachen nur unter Verwendung des Ammoniaksensors 18 durchgeführt wird, der stromabwärts der SCR-Vorrichtung 16 angeordnet ist, und wobei der sich stromaufwärts befindliche Abschnitt des Abgaszufuhrstroms und die SCR-Vorrichtung 16 unter Verwendung dynamisch ausgeführter Modelle auf physikalischer Basis bewertet werden. Der einzelne Ammoniaksensor 18 wird verwendet, um eine Menge an Ammoniak im Abgasstrom stromabwärts der SCR-Vorrichtung 16 zu bestimmen, und der NOx-Wirkungsgrad der SCR-Vorrichtung 16 wird basierend auf der Menge an Ammoniak bestimmt. Auch hier kann ein Fehler in der SCR-Vorrichtung 16 basierend auf einer Abnahme der Ammoniakspeicherkapazität bestimmt werden, was zu einer entsprechenden Abnahme des Wirkungsgrads der NOx-Umwandlung führt.
Die zweite Routine 200 beinhaltet ein Raummodell 210 des Ammoniakspeicherzustands , einen erweiterten Kalman-Filter 220 und einen Schätzer 230, wobei der erweiterte Kalman-Filter 220 konstruiert ist, um die NH3-Speicherkapazität der SCR-Vorrichtung 16 zu schätzen.
Die Eingaben in das Raummodell 210 des Ammoniakspeicherzustands und den erweiterten Kalman-Filter 220 beinhalten eine vorgegebene Reduktionsmitteldurchflussrate 205 und einen NOx-Wert 202, der geschätzt oder anderweitig basierend auf einem Motorbetriebsmodell bestimmt werden kann. Das Ammoniaksignal 118 wird vom Ammoniaksensor 18, d. h., y_sen, ausgegeben und korreliert mit der Menge an Ammoniak im Abgaszufuhrstrom stromabwärts der SCR-Vorrichtung 16.
Die zweite Routine 200 definiert ein SCR-Modell zweiter Ordnung, das durch die GL. 3 und 4 definiert ist. GL. 3 beschreibt das Ammoniakdeckungsverhältnis und GL. 4 beschreibt eine diskrete Ammoniakspeicherkapazitätsgleichung, unter der Voraussetzung, dass sich die Speicherkapazität langsam ändert. GL. 3 und 4 können verwendet werden, um den Wirkungsgrad der NOx-Umwandlung im Katalysator η̂(k), und den Wirkungsgrad der NH3-Umwandlung ξ̂(k) zur Abtastzeit k zu berechnen, die verwendet werden können, um den NOx-Ausstoß des Katalysators und den NH2-Schlupf y₁(k) and y₂(k) jeweils vorherzusagen. Diese Werte werden verwendet, um das SCR-Modell zweiter Ordnung zu aktualisieren, und führen dann die Kalman-Filterschätzung erneut aus, um ein Ammoniakdeckungsverhältnis θ̂ und die Ammoniakspeicherkapazität Θ̂ der SCR-Vorrichtung 16 zu schätzen. Ein Kalman-Filter ist konstruiert, um die Alterung der Ammoniakspeicherkapazität abzuschätzen Θ, um eine Katalysatorstörung zu erkennen, wenn die Ammoniakspeicherkapazität Θ in ihrer Kapazität auf eine Fehlerschwellenkapazität Θ _OBD, verringert wird, d. h., Θ̂ < Θ _OBD.
Das Raummodell 210 des Ammoniakspeicherzustands kann in den GL. 3 und 4 wie folgt ausgedrückt werden, wobei GL. 3 ausgeführt werden kann, um das Ammoniakdeckungsverhältnis wie folgt zu bestimmen. $\frac{θ (k + 1) - θ (k)}{d t} = - (r_{O X Y} + r_{D E S}) θ - r_{R E D} θ (1 - \hat{η}) u_{1} + r_{A D S} (1 - θ) (1 - \hat{ζ}) u_{2}$
GL. 4 beschreibt wie folgt ein Verhältnis der maximalen Ammoniakspeicherkapazität, sofern sich die Speicherkapazität langsam ändert. $Θ (k + 1) = Θ (k)$
Eine Beobachtungsgleichung wird bereitgestellt, um die erwartete Leistung des Ammoniaksensors 18 (y_sen), wie folgt in GL. 5 zu bestimmen. $y_{s e n} (k + 1) = a y_{s e n} (k) + b \frac{r_{D E S} Θ θ + Q u_{2}}{Q + r_{A D S} Θ (1 - θ)}$
Die den GLS. 3, 4 und 5 zugeordneten Begriffe beinhalten Begriffe, die mit den zuvor definierten Begriffen übereinstimmen, sowie die folgenden Begriffe:

θ, das ein Ammoniakdeckungsverhältnis darstellt;
Θ, das eine Ammoniakspeicherkapazität darstellt;
η̂, das eine Schätzung des Wirkungsgrades der NOx-Umwandlung darstellt;
ξ̂ das eine Schätzung des Wirkungsgrades der Ammoniak-Umwandlung darstellt;
u₁, das die NOx-Emissionen des Motors darstellt, d. h. die Größe des NOx-Durchflusses, der in das SCR 16 hineinströmt;
u₂, das die vorgegebene Durchflussrate des Reduktionsmittels 205 darstellt;
Q, das die Raumgeschwindigkeit des in die SCR-Vorrichtung 16 eintretenden Abgasstroms darstellt;
k gibt eine Abtastzeit an, die der vorliegenden Iteration zugeordnet ist; and k+1 gibt eine Abtastzeit an, die der nächsten Iteration zugeordnet ist.

Basierend auf die GL. 3, 4 und 5 kann ein standardmäßiger linearer, zeitvariabler Kalman-Filter verwendet werden, um das Ammoniakdeckungsverhältnis und die maximale Ammoniakspeicherkapazität zu schätzen, jeweils θ und, Θ. Der erweiterte Kalman-Filter 220 erzeugt Schätzungen für ein Ammoniakdeckungsverhältnis θ̂ 222 und eine Ammoniakspeicherkapazität Θ̂224 basierend auf Eingaben, die die vorgegebenen Reduktionsmitteldurchflussrate 205, den NOx-Wert 202 des Motors und das Ammoniaksignal 118 beinhalten, das vom Ammoniaksensor 18, d. h., y_sen ausgegeben wird. Der erweiterte Kalman-Filter 220 besteht aus einem Satz mathematischer Gleichungen, die einen Prädiktor-Korrektor-Schätzer implementieren, der in dem Sinne optimal ist, dass er eine geschätzte Fehlerkovarianz minimiert, wenn einige Bedingungen erfüllt sind.
Die Schätzungen für den Ammoniakdeckungsgrad θ̂ 222 und die Ammoniakspeicherkapazität Θ̂224 werden in den Schätzer 230 eingegeben, der wie folgt in GL. 6, Schätzwerte für den Ammoniakumwandlungswirkungsgrad ξ̂ (k) 232 und den NOx-Umwandlungswirkungsgrad η̂ 234 bestimmen kann. $\begin{array}{l} \hat{η} (k) = \frac{r_{R E D} \hat{Θ} \hat{θ}}{Q + r_{R E D} \hat{Θ} \hat{θ}}, \\ \hat{ζ} (k) = 1 - \frac{r_{D E S} \hat{Θ} \hat{θ} + Q u_{2}}{(Q + r_{A D S} \hat{Θ} (1 - \hat{θ})) u_{2}} \end{array}$
Die GL. 6 zugeordneten Begriffe beinhalten Begriffe, die mit den zuvor definierten Begriffen übereinstimmen, sowie die folgenden Begriffe:

θ̂, das das geschätzte Ammoniakdeckungsverhältnis darstellt;
Θ̂, das die geschätzte Ammoniakspeicherkapazität darstellt;

Die Schätzwerte für den Wirkungsgrad der Ammoniakumwandlung ξ̂ (k) 232 und den Wirkungsgrad der NOx-Umwandlung η̂ 234 werden dem Raummodell 210 des Ammoniakspeicherzustands bereitgestellt und in GL. 3, 4 und 5 zum Bestimmen von Werten für die Ammoniakspeicherkapazität verwendet Θ, die bewertet werden können. Wenn die geschätzte Ammoniakspeicherkapazität Θ auf ein Niveau sinkt, das kleiner oder gleich Θ_OBD ist, kann ein Fehler angegeben werden. Auch hier stellt der Θ_OBD eine Ammoniakspeicherkapazität dar, die auf ein Schwellenniveau gesunken ist, bei dem ein der SCR-Vorrichtung 16 zugeordneter Fehler aufgrund einer entsprechenden Verringerung des Wirkungsgrades der NOx-Umwandlung angegeben wird. In einer Ausführungsform wird der Schwellenwertrückgang des Wirkungsgrades der NOx-Umwandlung einer Erhöhung der NOx-Emissionen auf ein maximal zulässiges NOx-Emissionsniveau zugeordnet, das dem 1,5-fachen der regulierten Norm für NOx-Emissionen entspricht.
4 zeigt schematisch eine dritte Routine 300 zum Überwachen, um eine Änderung eines Parameters zu erkennen, der einer Verschlechterung der Emissionsleistung im Zusammenhang mit dem Betrieb einer Ausführungsform der SCR-Vorrichtung 16 zugeordnet ist, wobei das Überwachen nur unter Verwendung des Ammoniaksensors 18 durchgeführt wird, der stromabwärts der SCR-Vorrichtung 16 angeordnet ist, und wobei der sich stromaufwärts befindliche Abschnitt des Abgaszufuhrstroms und die SCR-Vorrichtung 16 unter Verwendung dynamisch ausgeführter Modelle auf physikalischer Basis bewertet werden. Der einzelne Ammoniaksensor 18 wird verwendet, um eine Menge an Ammoniak im Abgasstrom stromabwärts der SCR-Vorrichtung 16 zu bestimmen, und der NOx-Wirkungsgrad der SCR-Vorrichtung 16 wird basierend auf der Menge an Ammoniak bestimmt. Auch hier kann ein Fehler in der SCR-Vorrichtung 16 basierend auf einer Abnahme der Ammoniakspeicherkapazität bestimmt werden, was zu einer entsprechenden Abnahme des Wirkungsgrads der NOx-Umwandlung führt.
Die dritte Routine 300 beinhaltet das Überwachen des Betriebs und das Ausführen von Massenbilanzgleichungen, um zu bestimmen, ob die Menge an NOx, die verbraucht, d. h. auf elementaren Stickstoff und andere Elemente reduziert wird, anzeigt, dass die SCR-Vorrichtung 16 gemäß Spezifikation funktioniert. Die Grundlage für die Massenbilanzgleichungen ist, dass ein Zusammenhang zwischen dem NOx-Verbrauch und dem Ammoniakverbrauch besteht. Eine der wichtigsten Annahmen ist, dass 1 Mol NOx während der NOx-Reduktion 1 Mol NH3 verbraucht. Somit führt eine Bestimmung über eine Massenbilanzgleichung, die die Menge an NH3 angibt, die verbraucht wird, direkt zu einer Bestimmung der Menge an NOx, die reduziert wurde. Einzelheiten zu diesem Vorgang sind unter anderem wie folgt.
Ein erster Schritt beinhaltet das Bestimmen einer tatsächlichen NOx-Menge, die während des Betriebs von NOx_verbraucht|aktuell unter den vorliegenden Bedingungen verbraucht wird, wobei die SCR-Vorrichtung 16 in ihrem tatsächlichen, unbekannten Zustand arbeitet und eine Massenbilanzgleichung, wie folgt in GL. 7 (310), verwendet. $N O x_{v e r b r a u c h t} | a k t u e l l = θ_{i n i} Ω + \sum N H 3_{i n j} - θ_{e n d} Ω - \sum N H 3_{s l i p} - \sum r_{O X Y} θ$
Die GL. 7 zugeordneten Begriffe beinhalten Begriffe, die mit den zuvor definierten Begriffen übereinstimmen, sowie die folgenden Begriffe:

θ_ini, das ein anfängliches Ammoniakdeckungsverhältnis zu Beginn der Prüfung darstellt;
θ_end, das ein abschließendes Ammoniakdeckungsverhältnis am Ende der Prüfung darstellt;
θ, das ein Ammoniakdeckungsverhältnis darstellt;
NH3_inj, das eine Menge an eingespritztem Ammoniak aus dem Reduktionsmittel-Liefersystem 15 darstellt, um die NOx-Reduktion in der SCR-Vorrichtung 16 zu erleichtern;
NH3_Schlupf, der den vorhergesagten NH3-Schlupf darstellt, der sich aus der Eingabe des Ammoniaksignals 118 ableitet, das vom Ammoniaksensor 18 ausgegeben wird, und mit einer Menge an Ammoniak im Abgaszufuhrstrom stromabwärts der SCR-Vorrichtung 16 korreliert;
Θ, das die Ammoniakspeicherkapazität darstellt.

Ein zweiter Schritt wird gleichzeitig mit dem ersten Schritt ausgeführt und beinhaltet das Bestimmen einer fehlerbezogenen NOx-Menge (NOx_verbraucht|Fehler) die während des Betriebs unter den vorliegenden Bedingungen verbraucht wird, wobei die SCR-Vorrichtung 16 in einem Fehlerzustand betrieben wird und außerdem eine Massenbilanzgleichung verwendet, die wie folgt in GL. 8 (320), analog zum GL. 7 ist. $N O x_{v e r b r a u c h t} | F e h l e r = θ_{i n i}^{o b d} Ω_{O B D} + \sum N H 3_{i n j} - θ_{e n d}^{o b d} Ω_{O B D} - \sum N H 3_{s l i p} - \sum r_{O X Y} θ^{o b d}$
Die GL. 8 zugeordneten Begriffe beinhalten Begriffe, die mit den zuvor definierten Begriffen übereinstimmen, sowie die folgenden Begriffe:

$θ_{i n i}^{o b d},$
das ein anfängliches Ammoniakdeckungsverhältnis zu Beginn der Prüfung darstellt;
$θ_{e n d}^{o b d},$
das ein abschließendes Ammoniakdeckungsverhältnis am Ende der Prüfung darstellt;
$θ^{o b d},$
das ein Ammoniakdeckungsverhältnis darstellt;
NH3_inj, das eine Menge an eingespritztem Ammoniak aus dem Reduktionsmittelzuführsystem 15 darstellt, um die NOx-Reduktion in der SCR-Vorrichtung 16 zu erleichtern;
NH3_Schlupf, der den vorhergesagten NH3-Schlupf aus dem SCR-Fehlermodell im GL. 2 darstellt; und
Θ_OBD, das eine Ammoniakspeicherkapazität darstellt, die auf einen OBD-Schwellenwert, wie er zuvor in GL.2 definiert wurde, gesunken ist.

Die tatsächliche NOx-Menge, die NOx_verbraucht|aktuell während des Betriebs unter den vorliegenden Bedingungen verbraucht wird, wobei die SCR-Vorrichtung 16 in ihrem tatsächlichen, unbekannten Zustand betrieben wird, wird mit der vorhergesagten fehlerbezogenen NOx-Menge (NOx_verbraucht|Fehler) die während des Betriebs unter den vorliegenden Bedingungen verbraucht wird, wobei die SCR-Vorrichtung 16 in einem Fehlerzustand (330) betrieben wird.
Wenn die tatsächliche NOx-Menge, die während des Betriebs NOx_verbraucht|aktuell unter den vorliegenden Bedingungen mit der SCR-Vorrichtung 16 in ihrem tatsächlichen, unbekannten Zustand verbraucht wird, größer ist als die vorhergesagte fehlerbezogene NOx-Menge (NOx_verbraucht|Fehler), die während des Betriebs unter den vorliegenden Bedingungen mit der SCR-Vorrichtung 16 in einem Fehlerzustand (1) verbraucht wird, wird kein Fehler angegeben (340).
Wenn die tatsächliche NOx-Menge, die während des Betriebs NOx_verbraucht|aktuell unter den vorliegenden Bedingungen mit der SCR-Vorrichtung 16 in ihrem tatsächlichen, unbekannten Zustand verbraucht wird, kleiner oder gleich der fehlerbezogenen NOx-Menge (NOx_verbraucht|Fehler)t ist, die während des Betriebs unter den vorliegenden Bedingungen mit der SCR-Vorrichtung 16 in einem Fehlerzustand (0) verbraucht wird, a fault wird ein der SCR-Vorrichtung 16 zugeordneter Fehler angezeigt (350), der auf eine entsprechende Verringerung des Wirkungsgrades der NOx-Umwandlung zurückzuführen ist. In einer Ausführungsform wird der Schwellenwertrückgang des Wirkungsgrades der NOx-Umwandlung einer Erhöhung der NOx-Emissionen auf ein maximal zulässiges NOx-Emissionsniveau zugeordnet, das dem 1,5-fachen der regulierten Norm für NOx-Emissionen entspricht.
Das Flussdiagramm und die Blockdiagramme in den Flussdiagrammen veranschaulichen die Architektur, die Funktionalität und den Betrieb möglicher Implementierungen von Systemen, Verfahren und Computerprogrammprodukten gemäß verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. In dieser Hinsicht kann jeder Block in den Flussdiagrammen oder Blockdiagrammen ein Modul, ein Segment oder einen Abschnitt eines Codes darstellen, der zum Implementieren der spezifizierten logischen Funktion(en) einen oder mehrere ausführbare Befehle umfasst. Es wird auch darauf hingewiesen, dass jeder Block der Blockdiagramme und/oder Flussdiagrammdarstellungen und Kombinationen von Blöcken in den Blockdiagrammen und/oder Flussdiagrammdarstellungen durch Spezialzweck-Hardware-basierte Systeme, die die spezifizierten Funktionen oder Vorgänge durchführen, oder Kombinationen von Spezialzweck-Hardware und Computerbefehlen implementiert werden können. Diese Computerprogrammanweisungen können auch in einem computerlesbaren Medium gespeichert sein, das eine Steuerung oder eine andere programmierbare Datenverarbeitungsvorrichtung steuern kann, um in einer bestimmten Art und Weise zu funktionieren, sodass die im computerlesbaren Medium gespeicherten Befehle einen Herstellungsartikel erzeugen, einschließlich Anweisungen, die die Funktion/den Vorgang, die/der in dem Flussdiagramm und/oder Blockdiagrammblock oder Blöcken angegeben ist, implementieren.

Claims

Abgasnachbehandlungssystem (14) für einen Verbrennungsmotor (10), umfassend: eine Vorrichtung (16) für selektive katalytische Reduktion (SCR), die fluidisch mit einem Abgasrohr (12) des Verbrennungsmotors (10) verbunden ist; ein Einspritzsystem (15), das zum Einspritzen von Reduktionsmittel in das Abgasrohr (12) stromaufwärts der SCR-Vorrichtung (16) angeordnet ist; einen einzelnen Ammoniaksensor (18), der zum Überwachen eines Abgaszulaufs stromabwärts der SCR-Vorrichtung (16) angeordnet ist; eine Steuerung (20) in Verbindung mit dem einzelnen Ammoniaksensor (18) und dem Verbrennungsmotor (10), die funktionsfähig mit dem Einspritzsystem (15) verbunden ist, wobei die Steuerung (20) einen Anweisungssatz beinhaltet, der ausführbar ist, um: das Einspritzsystem (15) zu steuern, Reduktionsmittel in das Abgasrohr (12) stromaufwärts der SCR-Vorrichtung (16) einzuspritzen, eine Menge an Ammoniak im Abgaszufuhrstrom stromabwärts der SCR-Vorrichtung (16) über den einzelnen Ammoniaksensor (18) zu überwachen, einen Parameter, der der Emissionsleistung der SCR-Vorrichtung (16) zugeordnet ist, basierend auf der Größe von Ammoniak im Abgaszufuhrstrom stromabwärts der SCR-Vorrichtung (16) zu bestimmen, und einen Fehler in der SCR-Vorrichtung (16) basierend auf dem Parameter, der der Emissionsleistung zugeordnet ist, zu erkennen; wobei die Anweisung, die ausführbar ist, um einen der Emissionsleistung der SCR-Vorrichtung (16) zugeordneten Parameter zu bestimmen, den Anweisungssatz basierend auf der Menge an Ammoniak im Abgaszufuhrstrom stromabwärts der SCR-Vorrichtung (16) umfasst, der ausführbar ist, um: die Ammoniakmenge in den Abgasstrom stromabwärts der SCR- Vorrichtung (16), die von dem einzelnen Ammoniaksensor (18) überwacht wird, zu integrieren; und wobei der Anweisungssatz, der ausführbar ist, um einen Fehler in der SCR-Vorrichtung (16) basierend auf dem der Emissionsleistung zugeordneten Parameter zu erkennen, den Anweisungssatz umfasst, der ausführbar ist, um: ein Katalysator-Fehlermodell (110) auszuführen, wobei das Katalysator-Fehlermodell einen erwarteten Ammoniakausstoß von der SCR-Vorrichtung (16) bestimmt, wobei die SCR-Vorrichtung (16) auf ein Niveau verschlechtert wird, das einem Fehlerschwellenwert zugeordnet ist, den erwarteten Ammoniakausstoß von der SCR-Vorrichtung (16), der aus dem Katalysator-Fehlermodell (110) abgeleitet ist, zu integrieren, wobei die SCR-Vorrichtung (16) auf das Niveau verschlechtert wird, das dem Fehlerschwellenwert zugeordnet ist, die integrierte Menge an Ammoniak im Abgaszufuhrstrom und die integrierte erwartete Menge an Ammoniak aus der SCR-Vorrichtung (16), die aus dem Katalysator-Fehlermodell (110) abgeleitet ist, zu vergleichen, und einen Fehler in der SCR-Vorrichtung (16) zu erkennen, wenn die integrierte Menge an Ammoniak im Abgaszufuhrstrom größer ist als die integrierte erwartete Menge an Ammoniak aus der SCR-Vorrichtung (16), die aus dem Katalysator-Fehlermodell (110) abgeleitet ist.
Abgasnachbehandlungssystem (14) nach Anspruch 1, wobei das Katalysator-Fehlermodell (110), das einen erwarteten Ammoniakausstoß aus der SCR-Vorrichtung (16) bestimmt, wobei die SCR-Vorrichtung (16) auf ein Niveau verschlechtert wird, das einem Fehlerschwellenwert zugeordnet ist, das Katalysator-Fehlermodell (110) umfasst, das mit der SCR-Vorrichtung (16) mit einer Ammoniakspeicherkapazität entwickelt wird, die auf einem Schwellenwert liegt, der dem NOx-Umwandlungswirkungsgrad zugeordnet ist, der einem maximal zulässigen NOx-Emissionsniveau zugeordnet ist.
Abgasnachbehandlungssystem (14) nach Anspruch 1, wobei die Anweisung, die ausführbar ist, um einen der Emissionsleistung der SCR-Vorrichtung (16) zugeordneten Parameter zu bestimmen, den Anweisungssatz basierend auf der Menge an Ammoniak im Abgaszufuhrstrom stromabwärts der SCR-Vorrichtung (16) umfasst, der ausführbar ist, um: den Motorbetrieb zu überwachen, um eine NOx-Ausstoßrate des Motors (10) zu bestimmen, eine Reduktionsmitteldurchflussrate (105) basierend auf dem Befehl an das Einspritzsystem (15), Reduktionsmittel einzuspritzen, zu bestimmen, und ein Ammoniakdeckungsverhältnis und eine Ammoniakspeicherkapazität für die SCR-Vorrichtung (16) basierend auf der vorgegebenen Reduktionsmitteldurchflussrate (105), der NOx-Ausstoßrate des Motors (10) und einem Signal vom einzelnen Ammoniaksensor (18), das der Menge an Ammoniak im Abgaszufuhrstrom stromabwärts der SCR-Vorrichtung (16) zugeordnet ist, zu bestimmen.
Abgasnachbehandlungssystem (14) nach Anspruch 3, wobei der Anweisungssatz, der ausführbar ist, um einen Fehler in der SCR-Vorrichtung (16) basierend auf dem der Emissionsleistung zugeordneten Parameter zu erfassen, den Anweisungssatz umfasst, der ausführbar ist, um: die Ammoniakspeicherkapazität für die SCR-Vorrichtung (16) mit einer Schwellenwert-Ammoniakspeicherkapazität zu vergleichen; und einen Fehler in der SCR-Vorrichtung (16) zu erkennen, wenn die Ammoniakspeicherkapazität für die SCR-Vorrichtung (16) kleiner als die Schwellenwert-Ammoniakspeicherkapazität ist.
Abgasnachbehandlungssystem (14) nach Anspruch 3, wobei der Anweisungssatz, der ausführbar ist, um das Ammoniakdeckungsverhältnis und die Ammoniakspeicherkapazität für die SCR-Vorrichtung (16) basierend auf der vorgegebenen Reduktionsmitteldurchflussrate (105), der NOx-Ausstoßrate des Motors (10) und dem Signal vom einzelnen Ammoniaksensor (18) zu bestimmen, den Anweisungssatz umfasst, der einen Kalman-Filter beinhaltet, der konfiguriert ist, um Schätzungen für das Ammoniakdeckungsverhältnis und die Ammoniakspeicherkapazität basierend auf der vorgegebenen Reduktionsmitteldurchflussrate (105), der NOx-Ausstoßrate des Motors (10) und dem Signal vom einzelnen Ammoniaksensor (18) zu erzeugen.
Abgasnachbehandlungssystem (14) nach Anspruch 1, wobei die Anweisung, die ausführbar ist, um einen der Emissionsleistung der SCR-Vorrichtung (16) zugeordneten Parameter zu bestimmen, den Anweisungssatz basierend auf der Menge an Ammoniak im Abgaszufuhrstrom stromabwärts der SCR-Vorrichtung (16) umfasst, der ausführbar ist, um: eine Menge an Ammoniak, die in der SCR-Vorrichtung (16) verbraucht wird, zu bestimmen; und eine tatsächliche Menge an NOx, die in der SCR-Vorrichtung (16) reduziert ist, basierend auf der Menge an Ammoniak, die in der SCR-Vorrichtung (16) verbraucht wird, unter Verwendung einer Massenbilanzbeziehung zu bestimmen.
Abgasnachbehandlungssystem (14) nach Anspruch 1, wobei der Anweisungssatz ferner ausführbar ist, um: den Motorbetrieb zu überwachen: die NOx-Emissionen der Auspuffanlage des Motors (10) basierend auf dem überwachten Motorbetrieb zu bestimmen; und den NOx-Wirkungsgrad der SCR-Vorrichtung (16) basierend auf den NOx-Emissionen der Auspuffanlage des Motors (10) und der Menge an Ammoniak im Abgaszufuhrstrom stromabwärts der SCR-Vorrichtung (16) zu bestimmen.
Verfahren zum Überwachen eines Abgasnachbehandlungssystems (14) für einen Verbrennungsmotor (10), wobei das Abgasnachbehandlungssystem (14) eine Vorrichtung (16) zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR), ein Einspritzsystem (15), das zum Einspritzen von Reduktionsmittel in ein Abgasrohr (12) stromaufwärts der SCR-Vorrichtung (16) angeordnet ist, und einen einzelnen Ammoniaksensor (18), der zum Überwachen eines Abgaszufuhrstroms stromabwärts der SCR-Vorrichtung (16) angeordnet ist, beinhaltet, wobei das Verfahren umfasst: Anweisen des Einspritzsystems (15), Reduktionsmittel in das Abgasrohr (12) stromaufwärts der SCR-Vorrichtung (16) einzuspritzen; Überwachen einer Menge an Ammoniak im Abgaszufuhrstrom stromabwärts der SCR-Vorrichtung (16) über den einzelnen Ammoniaksensor (18); Bestimmen eines der Emissionsleistung der SCR-Vorrichtung (16) zugeordneten Parameters, basierend auf der Größe von Ammoniak im Abgaszufuhrstrom stromabwärts der SCR-Vorrichtung (16), und Erkennen eines Fehlers in der SCR-Vorrichtung (16) basierend auf dem der Emissionsleistung zugeordneten Parameters wobei die Anweisung, die ausführbar ist, um einen der Emissionsleistung der SCR-Vorrichtung (16) zugeordneten Parameter zu bestimmen, den Anweisungssatz basierend auf der Menge an Ammoniak im Abgaszufuhrstrom stromabwärts der SCR-Vorrichtung (16) umfasst, der ausführbar ist, um: die Ammoniakmenge in den Abgasstrom stromabwärts der SCR-Vorrichtung (16), die vom einzelnen Ammoniaksensor (18) überwacht wird, zu integrieren; und wobei der Anweisungssatz, der ausführbar ist, um einen Fehler in der SCR-Vorrichtung (16) basierend auf dem der Emissionsleistung zugeordneten Parameter zu erkennen, den Anweisungssatz umfasst, der ausführbar ist, um: ein Katalysator-Fehlermodell (110) auszuführen, wobei das Katalysator-Fehlermodell (110) einen erwarteten Ammoniakausstoß von der SCR-Vorrichtung (16) bestimmt, wobei die SCR-Vorrichtung (16) auf ein Niveau verschlechtert wird, das einem Fehlerschwellenwert zugeordnet ist, den erwarteten Ammoniakausstoß von der SCR-Vorrichtung (16), der aus dem Katalysator-Fehlermodell (110) abgeleitet ist, zu integrieren, wobei die SCR-Vorrichtung (16) auf das Niveau verschlechtert wird, das dem Fehlerschwellenwert zugeordnet ist, die integrierte Menge an Ammoniak im Abgaszufuhrstrom und die integrierte erwartete Menge an Ammoniak aus der SCR-Vorrichtung (16), die aus dem Katalysator-Fehlermodell (110) abgeleitet ist, zu vergleichen, und einen Fehler in der SCR-Vorrichtung (16) zu erkennen, wenn die integrierte Menge an Ammoniak im Abgaszufuhrstrom größer ist als die integrierte erwartete Menge an Ammoniak aus der SCR-Vorrichtung (16), die aus dem Katalysator-Fehlermodell (110) abgeleitet ist.