DE102019115024A1

DE102019115024A1 - Abgasbehandlungssysteme und verfahren zu deren diagnose

Info

Publication number: DE102019115024A1
Application number: DE102019115024.8A
Authority: DE
Inventors: Shouxian Ren; Raffaele ESPOSITO; Gongshin Qi; Wei Li; Giovanni MONTINARO; Francesco Irlando
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2018-10-29
Filing date: 2019-06-04
Publication date: 2020-04-30
Also published as: US20200131961A1; CN111102041A

Abstract

Bereitgestellt werden Verfahren zur Diagnose einer selektiven katalytischen Reduktionsvorrichtung (SCR) eines Abgasbehandlungssystems, wobei das System einen Motor, eine Ammoniak erzeugende katalytische Vorrichtung (AGC), die konfiguriert ist, um von dem Motor erzeugtes Abgas zu empfangen, und in der Lage ist, Ammoniak aus fettem Abgas zu erzeugen, wobei die SCR konfiguriert ist, um von der AGC erzeugtes Abgas und Ammoniak zu empfangen, einen stromaufwärtigen NOx-Sensor, der stromaufwärts der SCR angeordnet ist, und einen stromabwärtigen NOx-Sensor, der stromabwärts der SCR angeordnet ist, einschließt. Das Verfahren schließt das Erhöhen der Temperatur der SCR, um im Wesentlichen das gesamte, in der SCR gelagerte Reduktionsmittel während einer Diagnoseperiode zu entleeren, das Aufrechterhalten einer fetten Motor-Betriebsbedingung und das Übermitteln des erzeugten Abgases an die AGC und das Bestimmen durch die SCR einer SCR-Reduktionsmittellagerkapazität basierend auf Messungen, die von dem stromabwärtigen NOx-Sensor während der Diagnoseperiode genommen werden und optional das Implementieren einer Steueraktion basierend auf der bestimmten Lagerkapazität, ein.

Description

HINTERGRUND
Abgas, das von einem Verbrennungsmotor emittiert wird, ist ein heterogenes Gemisch, das gasförmige Emissionen wie etwa Kohlenmonoxid („CO“), unverbrannte Kohlenwasserstoffe („HC“) und Stickoxide („NOx“) sowie Stoffe aus der Verdichtungsstufe (Flüssigkeiten und Feststoffe) enthält, die Feinstaub („PM“) bilden. Katalysatorzusammensetzungen, die typischerweise auf Katalysatorträgern oder -substraten angeordnet sind, sind in einem Motorabgassystem als Teil eines Nachbehandlungssystems bereitgestellt, um bestimmte oder alle dieser Abgasbestandteile umzuwandeln.
Abgasbehandlungssysteme, wie etwa die von Dieselmotoren, schließen in der Regel selektive katalytische Reduktionsvorrichtungen (SCR) ein. Eine SCR schließt ein Substrat mit einem darauf angeordneten SCR-Katalysator ein, um die im Abgas enthaltene Menge an NOx zu reduzieren. Das typische Abgasbehandlungssystem schließt auch ein Reduktionsmittelzufuhrsystem ein, das ein Reduktionsmittel wie etwa Ammoniak (NH3), Harnstoff (CO(NH2)2 usw.) einspritzt. Die SCR verwendet NH3, um NOx zu reduzieren. Wenn zum Beispiel der SCR unter geeigneten Bedingungen die richtige Menge an NH3 zugeführt wird, reagiert NH3 mit NOx in Gegenwart eines SCR-Katalysators, um die NOx-Emissionen zu reduzieren. Wenn die Reduktionsreaktionsrate zu langsam ist oder ein Überschuss von Ammoniak im Abgas vorhanden ist, kann es zum Ammoniakschlupf aus der SCR kommen. Auf der anderen Seite kann bei einer zu geringen Menge von Ammoniak im Abgas der NOx-Umwandlungseffizienz der SCR verringert werden.
Die Reduktionsmittellagerkapazität der SCR 220 beeinflusst maßgeblich deren NOx-Reduktionseffizienz und Leistung. Da NOx-Sensoren querempfindlich gegenüber NOx und NH3 sind, sind Verfahren zur direkten Messung der SCR 220-Lagerkapazität (z. B. Diagnose eines SCR-Monolithen) nicht verfügbar.
KURZDARSTELLUNG
Es werden Abgasbehandlungssysteme bereitgestellt, die einen Verbrennungsmotor (ICE), eine Ammoniak erzeugende katalytische Vorrichtung (AGC), die zum Empfangen von durch den ICE erzeugtem Abgas konfiguriert und zur Erzeugung von Ammoniak aus fettem Abgas in der Lage ist, eine selektive katalytische Reduktionsvorrichtung (SCR), die zum Empfangen von Abgas und durch die AGC erzeugtes Ammoniak konfiguriert ist, einen stromaufwärtigen NOx-Sensor, der stromaufwärts der SCR angeordnet ist, einen stromabwärtigen NOx-Sensor, der stromabwärts der SCR angeordnet ist, und eine Steuereinheit einschließen. Die Steuereinheit ist konfiguriert zum Erhöhen der Temperatur der SCR, um im Wesentlichen sämtliches in der SCR gelagertes Reduktionsmittel zu leeren, eine fette ICE-Betriebsbedingung aufrechtzuerhalten und anschließend ein SCR-Reduktionsmittellagervermögen unter Verwendung des stromabwärtigen NOx-Sensors zu bestimmen. Die AGC kann ein Dieseloxidationskatalysator oder eine Mager-NOx-Falle sein. Die AGC kann einen Platin - und/oder Palladiumkatalysator einschließen. Während der fetten ICE-Betriebsbedingung kann das Luft-Kraftstoff-Massenverhältnis kleiner als etwa 14,7 sein. Die Steuereinheit kann konfiguriert sein, um die Temperatur der SCR durch Erhöhen der Temperatur des Abgases, das durch den ICE erzeugt wird, und/oder durch Verwenden eines Heizgeräts, das an das Abgasbehandlungssystem angeschlossen ist, zu erhöhen. Der Steuereinheit kann ferner konfiguriert sein, um eine ungeeignete SCR-Leistung vor dem Erhöhen der Temperatur der SCR zu ermitteln. Eine ungeeignete Leistung kann eine ungeeignete NOx-Reduktionseffizienz und/oder ein ungeeigneter NOx-Schlupf sein. Der Steuereinheit kann ferner konfiguriert sein, um eine Steueraktion basierend auf der bestimmten SCR-Reduktionsmittellagerkapazität zu implementieren. Wenn die ermittelte SCR-Reduktionsmittellagerkapazität unter einer Zielkapazität liegt, kann die Steueraktion eines oder mehrere von Aktivieren eines Alarms, Warten der SCR und Aktualisieren der SCR-Steuerlogik einschließen, um eine reduzierte SCR-Lagerkapazität widerzuspiegeln. Wenn die ermittelte SCR-Reduktionsmittellagerkapazität bei oder über einer Zielkapazität liegt, kann die Steueraktion das Implementieren einer Nicht-SCR-Diagnoseaktion einschließen.
Es werden Verfahren zur Diagnose einer selektiven katalytischen Reduktionsvorrichtung (SCR) einer Abgasbehandlungsanlage vorgestellt. Das Abgasbehandlungssystem kann einen Verbrennungsmotor (ICE), eine Ammoniak erzeugende katalytische Vorrichtung (AGC), die zum Empfangen von durch den ICE erzeugtem Abgas konfiguriert und zur Erzeugung von Ammoniak aus fettem Abgas in der Lage ist, die SCR, die zum Empfangen von Abgas und durch die AGC erzeugtem Ammoniak konfiguriert ist, einen stromaufwärtigen NOx-Sensor, der stromaufwärts der SCR angeordnet ist, und einen stromabwärtigen NOx-Sensor, der stromabwärts der SCR angeordnet ist, einschließen. Das Verfahren kann das Erhöhen der Temperatur der SCR einschließen, um im Wesentlichen das gesamte, in der SCR gelagerte Reduktionsmittel während einer Diagnoseperiode zu entleeren, eine fette ICE-Betriebsbedingung aufrechtzuerhalten und das erzeugte Abgas an die AGC und die SCR zu übermitteln und eine SCR-Reduktionsmittellagerkapazität basierend auf Messungen zu bestimmen, die von dem stromabwärtigen NOx-Sensor während der Diagnoseperiode genommen werden. Die AGC kann ein Dieseloxidationskatalysator oder eine Mager-NOx-Falle sein. Die AGC kann ein Platin - und/oder Palladiumkatalysator sein. Während der fetten ICE-Betriebsbedingung kann das Luft-Kraftstoff-Massenverhältnis kleiner als etwa 14,7 sein. Die Temperatur der SCR kann erhöht werden, indem die Temperatur des von dem ICE erzeugten Abgases erhöht wird und/oder eine Heizvorrichtung, die mit dem Abgasbehandlungssystem verbunden ist, verwendet wird. Das Verfahren kann ferner das Bestimmen einer ungeeigneten SCR-Leistung vor dem Erhöhen der Temperatur der SCR einschließen. Eine ungeeignete Leistung kann eine ungeeignete NOx-Reduktionseffizienz und/oder ein ungeeigneter NOx-Schlupf sein. Das Verfahren kann ferner das Implementieren einer Steueraktion basierend auf der ermittelten SCR-Reduktionsmittellagerkapazität einschließen. Wenn die ermittelte SCR-Reduktionsmittellagerkapazität unter einer Zielkapazität liegt, kann die Steueraktion eines oder mehrere von Aktivieren eines Alarms, Warten der SCR und Aktualisieren der SCR-Steuerlogik einschließen, um eine reduzierte SCR-Lagerkapazität widerzuspiegeln. Wenn die ermittelte SCR-Reduktionsmittellagerkapazität bei oder über einer Zielkapazität liegt, kann die Steueraktion das Implementieren einer Nicht-SCR-Diagnoseaktion einschließen.
Die obigen Merkmale und Vorteile sowie andere Merkmale und Vorteile der Offenbarung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen leicht ersichtlich.
Figurenliste

1 veranschaulicht ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor und einem Emissionssteuersystem gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
2 veranschaulicht beispielhafte Komponenten eines Abgasbehandlungssystems gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
3 veranschaulicht ein Blockdiagramm eines Verfahrens zur Diagnose von Abgasbehandlungssystemen gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen; und
4 veranschaulicht einen Graphen von NH3- und NO-Konzentrationen im Abgas an einem DOC-Auslass gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur und soll die vorliegende Offenbarung, ihre Anwendung oder Verwendungen nicht einschränken. Es sei darauf hingewiesen, dass in allen Zeichnungen gleiche Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile und Merkmale bezeichnen. In der hier gebrauchten Form bezieht sich der Begriff Modul auf Verarbeitungsschaltungen, die eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppe) und ein Speichermodul einschließen können, das ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten ausführt, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen.
Ein Kraftfahrzeug gemäß einem Aspekt einer beispielhaften Ausführungsform ist seiner Gesamtheit mit Ziffer 10 in 1 bezeichnet. Das Kraftfahrzeug 10 ist in Form eines Pickup-Lastkraftwagens dargestellt. Es sei darauf hingewiesen, dass das Kraftfahrzeug 10 verschiedene Formen annehmen kann, einschließlich Personenkraftwagen, Gütertransportfahrzeuge, Wasserfahrzeuge und dergleichen. Das Kraftfahrzeug 10 schließt einen Körper 12 mit einem Motorraum 14 und optional einem Fahrgastraum 15 und/oder einem Frachtbett 17 ein. Der Motorraum 14 nimmt ein Dieselverbrennungsmotor-(ICE)-System 24 auf. Das ICE-System 24 schließt ein Abgassystem 30 ein, das fluidisch mit einem Nachbehandlungs- oder Abgasbehandlungssystem 34 verbunden ist. Das von dem ICE-System 24 erzeugte Abgas strömt durch das Abgasbehandlungssystem 34, um Emissionen zu reduzieren und/oder umzuwandeln, die durch ein Abgasauslassrohr 34 in die Umgebung 36 austreten können.
Die hier beschriebenen technischen Lösungen sind relevant für ICE-Systeme, die Dieselmotorsysteme einschließen können, aber nicht darauf beschränkt sind. Das ICE-System 24 kann eine Vielzahl von sich hin- und herbewegenden Kolben auf eine Kurbelwelle einschließen, welche mit einem Antriebsstrang, wie etwa einem Fahrzeugantriebsstrang zum Antreiben eines Fahrzeugs (z. B. Aufbringen eines Antriebsdrehmoments auf den Antriebsstrang) wirkverbunden sein können. Zum Beispiel kann das ICE-Systems 24 jede Motorkonfiguration oder Anwendung, einschließlich verschiedener Fahrzeuganwendungen (z. B. Kraftfahrzeuge, Schiffe und dergleichen) sowie verschiedene Nicht-Fahrzeuganwendungen (z. B. Pumpen, Generatoren und dergleichen) sein. Wenngleich ICEs im Zusammenhang mit Fahrzeugen (z. B. zur Drehmomenterzeugung) beschrieben werden können, fallen andere Nicht-Fahrzeuganwendungen ebenfalls in den Schutzbereich dieser Offenbarung. Wenn auf ein Fahrzeug Bezug genommen wird, sollte eine derartige Offenbarung folglich als auf jede Anwendung von ICE-Systemen anwendbar interpretiert werden.
Darüber hinaus kann ein ICE allgemein eine beliebige Vorrichtung zum Erzeugen eines Abgasstroms mit gasförmigen (z. B. NOx, O2), kohlenstoffhaltigen und/oder FeinstaubSpezies darstellen, weshalb die vorliegende Offenbarung als auf alle derartigen Vorrichtungen anwendbar interpretiert werden sollte. In der hier gebrauchten Form bezieht sich „Abgas“ auf eine beliebige chemische Spezies oder eine Mischung von chemischen Spezies, die eine Behandlung erfordern können, und schließen gasförmige, flüssige und feste Spezies ein. Zum Beispiel kann ein Abgasstrom eine Mischung aus einer oder mehreren NOx-Spezies, einer oder mehreren flüssigen Kohlenwasserstoffspezies und einer weiteren Feststoffteilchenspezies (z. B. Asche) enthalten. Es versteht sich ferner, dass die hier offenbarten Ausführungsformen auf die Behandlung von Abflussströmen anwendbar sein können, die keine kohlenstoffhaltigen und/oder Feinstaubspezies umfassen, und in solchen Fällen kann der ICE 26 auch allgemein jede Vorrichtung darstellen, die in der Lage ist, einen Abflussstrom, der solche Spezies umfasst, zu erzeugen. Abgasfeinstaub schließt im Allgemeinen kohlenstoffhaltigen Ruß und andere feste und/oder flüssige, Kohlenstoff enthaltenden Spezies ein, die für ICE-Abgas relevant sind oder in einem Abgasbehandlungssystem 34 entstehen.
2 veranschaulicht beispielhafte Komponenten des Abgasbehandlungssystems 34 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen. Das Abgasbehandlungssystem 34 erleichtert die Steuerung und Überwachung von NOx-Lager - und/oder Behandlungsmaterialien, um das durch das ICE-System 24 erzeugte Abgas zu steuern. Beispielsweise stellen die technischen Lösungen hierin Verfahren zur Steuerung selektiver katalytischer Reduktionsvorrichtungen (SCR) und zugehöriger NOx-Sensoren bereit, wobei die SCRs konfiguriert sind, um Abgasströme von einer Abgasquelle aufzunehmen. In der hier gebrauchten Form bezieht sich „NOx“ auf ein oder mehrere Stickoxide. NOx-Spezies können NyOx-Spezies einschließen, wobei y>0 und x>0 ist. Nicht einschränkende Beispiele von Stickoxiden können NO, NO2, N2O, N2O2, N2O3, N2O4 und N2O5 einschließen. Die SCRs sind zur Aufnahme von Reduktionsmitteln konfiguriert, wie etwa die bei variablen Dosierungsraten, die unten beschrieben werden.
Die Abgasleitung 214, die mehrere Segmente umfassen kann, transportiert Abgas 216 von dem ICE 26 zu den verschiedenen Abgasbehandlungsvorrichtungen des Abgasbehandlungssystems 34. Beispielsweise schließt, wie dargestellt, das Emissionssteuersystem 34 eine SCR 220 ein. In einem oder mehreren Beispielen kann die SCR 220 eine selektive katalytische Filter-(SCRF)-Vorrichtung einschließen, welche die katalytischen Aspekte einer SCR zusätzlich zu den Partikelfilterfähigkeiten bereitstellt. Zusätzlich oder alternativ dazu kann der SCR-Katalysator auch auf ein Durchflusssubstrat aufgetragen sein. Wie zu erkennen ist, kann das System 34 verschiedene zusätzliche Behandlungsvorrichtungen, einschließlich unter anderem einer Ammoniak erzeugenden katalytischen Vorrichtung (AGC) 218 und (nicht gezeigte) Partikelfiltervorrichtungen einschließen.
Die AGC 218 umfasst im Allgemeinen eine Vorrichtung, die NOx-Spezies in NH₃ umwandeln kann, insbesondere unter fetten Verbrennungsbetriebsbedingungen des ICE, wie unten beschrieben wird. Eine AGC 218 enthält im Allgemeinen einen Katalysator, wie etwa einen Platin- oder Palladiumkatalysator, der auf einem Substrat 224 (z. B. einem Durchfluss-Metall- oder Keramikmonolithsubstrat) angeordnet ist, das in einem Durchflussbehälter eingeschlossen ist. Das Substrat 224 kann in einer rostfreien Stahlhülle oder einem Behälter mit einem Einlass und einem Auslass in Fluidkommunikation mit der Abgasleitung 214 verpackt sein. Beispielsweise kann die AGC 218 in einigen Ausführungsformen eine Oxidationskatalysatorvorrichtung (OC) oder eine Mager-NOx-Falle (LNT) sein.
OCs werden im Allgemeinen verwendet, um NO-Spezies unter bestimmten Bedingungen zu NO₂ und unverbranntem gasförmigem und nichtflüchtigem HC sowie CO zu Kohlendioxid und Wasser zu oxidieren. Eine OC kann eine von verschiedenen Durchfluss- oder Oxidationskatalysatorvorrichtungen sein, die in der Technik bekannt sind. Das Substrat 224 einer OC kann eine darauf angeordnete Oxidationskatalysatorverbindung einschließen. Die Oxidationskatalysatorverbindung kann auf das Substrat 224 beispielsweise als eine Grundierung aufgebracht werden und Metalle der Platingruppe wie Platin (Pt), Palladium (Pd), Rhodium (Rh) oder andere geeignete oxidierende Katalysatoren oder eine Kombination davon enthalten. Eine Grundierungsschicht schließt eine zusammensetzungsspezifische Materialschicht ein, die auf der Oberfläche des monolithischen Substrats oder einer darunter liegenden Grundierungsschicht angeordnet ist. Ein Katalysator kann eine oder mehrere Grundierungsschichten enthalten, und jede Grundierungsschicht kann einzigartige chemische katalytische Funktionen aufweisen.
LNTs werden im Allgemeinen zum Lagern von NOx bei niedrigeren Temperaturen als die Temperaturen verwendet, bei denen die SCR 220 katalytisch aktiv und/oder in der Lage ist, beispielsweise NOx zu lagern. Zum Beispiel sind LNTs im Allgemeinen zum Lagern von NOx bei Temperaturen unter etwa 300 °C geeignet. Bei mageren Bedingungen (d. h. wenn das Luft/Kraftstoff-Verhältnis stöchiometrische Anforderungen überschreitet) kann eine LNT als Oxidationskatalysator für Kohlenwasserstoffe und CO und als Falle (d. h. Absorber) fungieren, um NO_x zu lagern. Während der fetten Verbrennungsbedingungen (wenn z. B. das Luft/Kraftstoff-Verhältnis unter den stöchiometrischen Anforderungen liegt) wird das im Abgas 216 vorhandene oder in der LNT gelagert NOx reduziert, wie nachstehend beschrieben wird. Eine LNT kann eine von verschiedenen Durchflussvorrichtungen sein, die in der Technik bekannt sind, wobei das Substrat 224 zum Beispiel mit verschiedenen Materialien, einschließlich unter anderem Katalysatoren (z. B. Platin-, und Palladium- und/oder Rhodiumkatalysatoren), Basismetalloxiden (z. B. Bariumoxide) und Bariumsalzen imprägniert werden kann.
Die SCR 220 kann stromabwärts der AGC 218 angeordnet sein. In einem oder mehreren Beispielen schließt die SCR 220 einen Filterabschnitt 222 ein, der ein Wandflussfilter sein kann, der konfiguriert ist, um Kohlenstoff und anderen Feinstaub aus dem Abgas 216 zu filtern oder abzufangen. In wenigstens einem Ausführungsbeispiel ist der Filterabschnitt 222 als ein Partikelfilter (PF), wie etwa ein Dieselpartikelfilter (DPF), ausgebildet. Der Filterabschnitt (d. h. der PF) kann beispielsweise unter Verwendung eines keramischen Wandströmungsmonolith-Abgasfiltersubstrats aufgebaut sein, das in einer starren wärmebeständigen Hülle oder einem Behälter verpackt ist. Der Filterabschnitt 222 weist einen Einlass und einen Auslass in Fluidkommunikation mit der Abgasleitung 214 auf und kann Feinstaub abfangen, wenn das Abgas 216 dort hindurchströmt. Es wird darauf hingewiesen, dass ein keramisches Wandströmungsmonolith-Filtersubstrat lediglich beispielhafter Natur ist und der Filterabschnitt 222 andere Filtervorrichtungen, wie etwa gewickelte oder gepackte Faserfilter, offenzellige Schaumstoffe, gesinterte Metallfasern usw., einschließen kann. Das Abgasbehandlungssystem 34 kann auch einen Regenerationsprozess ausführen, der den Filterabschnitt 222 durch Abbrennen des Feinstaubs in dem Filtersubstrat in einem oder mehreren Beispiele regeneriert.
In einem oder mehreren Beispielen empfängt die SCR 220 Reduktionsmittel, wie etwa mit variablen Dosierungsraten. Das Reduktionsmittel 246 kann von einer Reduktionsmittel-Zufuhrquelle 234 zugeführt werden. In einem oder mehreren Beispielen wird das Reduktionsmittel 246 in die Abgasleitung 214 an einer Stelle stromaufwärts der SCR 220 unter Verwendung eines Injektors 236 oder anderer geeigneter Zufuhrverfahren eingespritzt. Das Reduktionsmittel 246 kann in Form eines Gases, einer Flüssigkeit oder einer wässrigen Lösung, wie etwa einer wässrigen Harnstofflösung, vorliegen. In einem oder mehreren Beispielen kann das Reduktionsmittel 246 in dem Injektor 236 mit Luft gemischt werden, um die Dispersion des eingespritzten Sprays zu unterstützen. Die Katalysator enthaltende Grundierung, die auf dem Filterabschnitt 222 oder einem Durchflusskatalysator oder einem Wandflussfilter angeordnet ist, kann NOx-Bestandteile in dem Abgas 216 reduzieren. Die SCR 220 verwendet das Reduktionsmittel 246, wie etwa Ammoniak (NH3), um NOx zu reduzieren. Die Katalysator enthaltende Grundierung kann einen Zeolithen und eine oder mehrere Basismetallkomponenten, wie etwa Eisen (Fe), Kobalt (Co), Kupfer (Cu) oder Vanadium (v) enthalten, die effizient wirken können, um NOx-Bestandteile des Abgases 216 in Gegenwart von NH3 umzuwandeln. In einem oder mehreren Beispielen kann ein (nicht gezeigter) Turbulator (d. h. Mischer) auch in der Abgasleitung 214 in unmittelbarer Nähe zum Injektor 236 und/oder zur SCR 220 angeordnet sein, um ein gründliches Mischen des Reduktionsmittels 246 mit dem Abgas 216 und/oder die gleichmäßige Verteilung über die gesamte SCR 220 zu unterstützen.
Das Abgasbehandlungssystem 34 schließt ferner ein Reduktionsmittelzufuhrsystem 232 ein, das das Reduktionsmittel 246 in das Abgas 216 einführt. Das Reduktionsmittelzufuhrsystem 232 schließt die Reduktionsmittelzufuhr 234 und den Injektor 236 ein. Die Reduktionsmittelzufuhr 234 lagert das Reduktionsmittel 246 und steht in Fluidkommunikation mit dem Injektor 236. Das Reduktionsmittel 246 kann NH3 einschließen, ist aber nicht beschränkt darauf. Dementsprechend kann der Injektor 236 eine wählbare Menge an Reduktionsmittel 246 in die Abgasleitung 214 einspritzen, sodass das Reduktionsmittel 246 an einer Stelle stromaufwärts der SCR 220 in das Abgas 216 eingeführt wird.
In einem oder mehreren Beispielen schließt das Abgasbehandlungssystem 34 ferner ein Steuermodul 238 ein, das über eine Anzahl von Sensoren wirkverbunden ist, um den ICE 26 und/oder das Abgasbehandlungssystem 34 zu überwachen. In der hier gebrauchten Form bezieht sich der Begriff Modul auf eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppe) und einen Speicher, das ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten ausführt, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen. Beispielsweise kann das Modul 238 ein chemisches SCR-Modell ausführen, wie unten beschrieben ist. Das Steuermodul 238 kann mit dem ICE-System 24, der SCR 220 und/oder einem oder mehreren Sensoren wirkverbunden sein. Wie gezeigt, können die Sensoren einen stromaufwärtigen NOx-Sensor 242 enthalten, der zwischen der AGC 218 und der SCR 220 angeordnet ist, und einen stromabwärtigen NOx-Sensor 243, der stromabwärts der SCR 220 angeordnet ist, wobei jeder davon in Fluidkommunikation mit der Abgasleitung 214 steht. In einem oder mehreren Beispielen ist der stromaufwärtige NOx-Sensor 242 stromabwärts der ICE 26 und stromaufwärts sowohl der SCR 220 als auch des Injektors 236 angeordnet. Die stromaufwärtige NOx-Sensors 242 und der stromabwärtige NOx-Sensor 243 detektieren eine Menge an NOx in der Nähe ihrer Position in der Abgasleitung 214 und erzeugen ein NOx-Signal, das der Menge an NOx entspricht. Eine Menge an NOx kann eine Konzentration, einen Massenstrom oder, in einigen Ausführungsformen, eine volumetrische Flussrate umfassen. Ein von einem NOx-Sensor erzeugtes NOx-Signal kann beispielsweise von dem Steuermodul 238 interpretiert werden. Das Steuermodul 238 kann wahlweise in Kommunikation mit einem oder mehreren Temperatursensoren stehen, wie etwa dem stromaufwärtigen Temperatursensor 244, der stromaufwärts der SCR 220 angeordnet ist, oder dem SCR-Temperatursensor 230, der benachbart zu oder innerhalb der SCR angeordnet ist.
In einem oder mehreren Beispielen schließt die SCR 220 eine oder mehrere Komponenten, die das Reduktionsmittel 246 verwenden, und einen Katalysator ein, um NO und NO₂ aus dem Abgas 216 zu transformieren. Die SCR 220 kann zum Beispiel ein Durchfluss-Keramik- oder Metallmonolithsubstrat einschließen, das in eine Hülle oder einen Kanister mit einem Einlass und einem Auslass in Fluidkommunikation mit der Abgasleitung 214 und wahlweise mit weiteren Abgasbehandlungsvorrichtungen verpackt werden kann. Die Hülle oder der Kanister umfassen idealerweise ein relativ zu den Abgasbestandteilen im Wesentlichen inertes Material, wie etwa rostfreien Stahl. Das Substrat kann eine darauf aufgebrachte SCR-Katalysatorzusammensetzung einschließen. Der Substratkörper kann zum Beispiel ein keramischer Brick, eine Plattenstruktur oder eine beliebige andere geeignete Struktur wie eine monolithische Wabenstruktur sein, die mehrere hundert bis mehrere tausend parallele Durchflusszellen pro Quadratzoll einschließt, wenngleich auch andere Konfigurationen geeignet sind. Jede der Durchflusszellen kann durch eine Wandoberfläche definiert sein, auf die die SCR-Katalysatorzusammensetzung aufgetragen werden kann. Der Substrathauptkörper kann aus einem Material gebildet sein, das in der Lage ist, den Temperaturen und der chemischen Umgebung, die mit dem Abgas 216 verbunden ist, standzuhalten. Einige spezifische Beispiele von verwendbaren Materialien schließen Keramiken, wie etwa extrudiertes Cordierit, alpha Aluminiumoxid, Siliziumcarbid, Siliziumnitrid, Zirkoniumoxid, Mullit, Spodumen, Aluminiumoxid-Siliziumdioxid-Magnesiumoxid, Zirkonsilikat, Sillimanit, Petalit oder hitze- und korrosionsfeste Metalle wie etwa Titan oder rostfreien Stahl ein. Das Substrat kann beispielsweise ein nicht sulfatierendes TiO2-Material umfassen. Der Substratkörper kann eine PF-Vorrichtung sein, wie unten dargelegt wird.
Die SCR-Katalysatorzusammensetzung ist in der Regel ein poröses Material mit großer Oberfläche, das effizient wirken kann, um NOx Bestandteile im Abgas 216 in Gegenwart eines Reduktionsmittels 246, wie etwa Ammoniak, umzuwandeln. Beispielsweise kann die Katalysatorzusammensetzung einen Zeolithen enthalten, der mit einer oder mehreren Basismetallkomponenten, wie etwa Eisen (Fe), Kobalt (Co), Kupfer (Cu), Vanadium (V), Natrium (Na), Barium (Ba), Titan (Ti), Wolfram (W) und Kombinationen davon, imprägniert ist. In einer besonderen Ausführungsform kann die Katalysatorzusammensetzung einen Zeolithen enthalten, der mit einem oder mehreren von Kupfer, Eisen oder Vanadium imprägniert ist. In einigen Ausführungsformen kann der Zeolith ein Beta-Typ-Zeolith, ein Y-Typ-Zeolith, ein ZM5-Zeolith oder ein Zeolith mit einer anderen kristallinen Zeolithstruktur, wie etwa ein Chabazit- oder USY-(extrem stabiler Y-Typ)-Zeolith sein. In einer besonderen Ausführungsform umfasst der Zeolith Chabazit. In einer besonderen Ausführungsform umfasst der Zeolith SSZ. Geeignete SCR Katalysatorzusammensetzungen weisen eine hohe thermische, strukturelle Stabilität auf, insbesondere, wenn sie in Tandem mit Partikelfilter-(PF)-Vorrichtungen verwendet oder in SCRF-Vorrichtungen eingebaut werden, welche über Hochtemperatur-Abgasrußverbrennungstechniken regeneriert werden.
Die SCR-Katalysatorzusammensetzung kann gegebenenfalls ferner ein oder mehrere Basismetalloxide als Promotoren umfassen, um die S03-Bildung weiter zu verringern und die Katalysatorlebensdauer zu verlängern. Das eine oder die mehreren Basismetalloxide können in einigen Ausführungsformen WO₃, Al2O₃ und MoO₃ einschließen. In einer Ausführungsform können WO₃, Al₂O₃ und MoO₃ in Kombination mit V₂O₅. verwendet werden.
Der SCR-Katalysator verwendet im Allgemeinen das Reduktionsmittel 246, um NOx-Spezies (z. B. NO und NO2) zu unschädlichen Komponenten zu reduzieren. Unschädliche Komponenten schließen eine oder mehrere Spezies ein, die keine NOx Spezies sind, wie etwa zweiatomigen Stickstoff, stickstoffhaltige, inerte Spezies oder Spezies, die beispielsweise als annehmbare Emissionen betrachtet werden. Das Reduktionsmittel 246 kann NH₃, wie etwa wasserfreies Ammoniak oder wässriges Ammoniak, sein oder aus einer stickstoff- und wasserstoffreichen Substanz wie Harnstoff (CO(NH₂)₂ erzeugt werden. Zusätzlich oder alternativ kann das Reduktionsmittel 246 jede Verbindung sein, die in der Lage ist, sich in Gegenwart von Abgas 216 und/oder Hitze zu zersetzen oder zu reagieren, um Ammoniak zu bilden. Die Gleichungen (1) - (5) stellen beispielhafte chemische Reaktionen zur NOx-Reduktion, an der Ammoniak beteiligt ist, bereit. 6NO+4NH3→5N2+6H2O (1) 4NO+4NH3+O2→4N2+6H2O (2) 6NO2+8NH3→7N2+12H2O (3) 2NO2+4NH3+O2→3N2+6H2O (4) NO+NO2+2NH3→2N2+3H2O (5)
Es wird darauf hingewiesen, dass die Gleichungen (1) - (5) nur der Veranschaulichung dienen und keine Beschränkung der SCR 220 auf einen bestimmten NOx-Reduktionsmechanismus oder -Mechanismen darstellen oder den Betrieb anderer Mechanismen ausschließen. Die SCR 220 kann konfiguriert werden, um eine beliebige der obigen NOx-Reduktionsreaktionen, Kombinationen der obigen NOx-Reduktionsreaktionen und andere NOx-Reduktionsreaktionen durchzuführen.
Das Reduktionsmittel 246 kann in verschiedenen Implementierungen mit Wasser verdünnt werden. Bei Implementierungen, bei denen das Reduktionsmittel 246 mit Wasser verdünnt wird, wird das Wasser durch Wärme (z. B. aus dem Abgas) verdampft und der SCR 220 wird Ammoniak zugeführt. Nicht-Ammoniak-Reduktionsmittel können als vollständige oder teilweise Alternative zu Ammoniak verwendet werden. Bei Implementierungen, bei denen das Reduktionsmittel 246 Harnstoff einschließt, reagiert der Harnstoff mit dem Abgas, um Ammoniak zu erzeugen und der SCR 220 wird Ammoniak zugeführt. Die Gleichung (6) unten stellt eine beispielhafte chemische Reaktion der Ammoniakproduktion über die Harnstoffzersetzung bereit. CO(NH2)2+H2O→2NH3+CO2 (6)
Es wird darauf hingewiesen, dass die Gleichung (6) nur der Veranschaulichung dient und keine Beschränkung der Zersetzung des Harnstoffs oder anderer Reduktionsmittel 246 auf einen bestimmten einzelnen Mechanismus darstellt oder den Betrieb anderer Mechanismen ausschließt.
Der SCR-Katalysator kann Reduktionsmittel lagern (z. B. absorbieren und/oder adsorbieren), um in Wechselwirkung mit dem Abgas 216 zu treten. Beispielsweise kann das Reduktionsmittel 246 innerhalb der SCR 220 oder des Katalysators als Ammoniak gelagert werden. Eine gegebene SCR 220 weist eine Reduktionsmittelkapazität oder „Lagerkapazität“ bezüglich der Menge an Reduktionsmittel oder Reduktionsmittelderivat, die sie lagern kann. Die Menge an Reduktionsmittel, die innerhalb einer SCR 220 relativ zur SCR-Katalysatorkapazität gelagert ist, kann als SCR-„Reduktionsmittelbelastung“/„NH3-Lagerniveau“ bezeichnet und in einigen Fällen als eine % - Belastung (z. B. 90 % Reduktionsmittelbelastung) angegeben werden. Während des Betriebs der SCR 220 wird das injizierte Reduktionsmittel 246 in dem SCR-Katalysator gelagert und während Reduktionsreaktionen mit NOx-Spezies verbraucht und muss kontinuierlich nachgefüllt werden. Die Bestimmung der genauen Menge des zu injizierenden Reduktionsmittels 246 ist entscheidend zur Aufrechterhaltung eines akzeptablen Abgasemissionsniveaus: ein unzureichendes Reduktionsmittelniveau innerhalb des Systems 34 (z. B. in SCR 220) kann zu unerwünschten Emissionen von NOx-Spezies („NOx Durchbruch“) aus dem System (z. B. über ein Fahrzeugauspuffrohr) führen, während eine zu hohe Injektion des Reduktionsmittels 246 zu unerwünschten Mengen von Reduktionsmittel 246 führen kann, das die SCR 220 nicht umgesetzt durchläuft oder aus der SCR 220 als unerwünschtes Reaktionsprodukt („Reduktionsmittelschlupf“) austritt. Reduktionsmittelschlupf und NOx-Durchbruch können auch auftreten, wenn sich der SCR-Katalysator unterhalb einer „Anspring“-Temperatur befindet, zum Beispiel, wenn die SCR 220 mit NH3 gesättigt ist (z. B. keine Lagerorte mehr vorhanden sind).
Die SCR-Dosierlogik kann verwendet werden, um die Dosierung des Reduktionsmittels 246-und Adaptionen davon zu steuern, und kann durch das Modul 238 implementiert werden. Zum Beispiel kann das Steuermodul 238 den Betrieb des Injektors 236 basierend auf einem chemischen Modell und einem gewünschten Lagereinstellungspunkt des Reduktionsmittels (z. B. NH3) steuern, um die Menge an Reduktionsmittel 246 zu bestimmen, die wie hierin beschrieben injiziert werden soll. Eine Reduktionsmittelinjektionsdosierungsrate (z. B. Gramm pro Sekunde) kann durch ein chemisches SCR-Modell bestimmt werden, das ein Lagerniveau der SCR 220 basierend auf Signalen von einer oder mehreren Reduktionsmittel-246-Injektionen (z. B. Rückkopplung vom Injektor 236) und stromaufwärtigem NOx (z. B. NOx-Signal vom stromaufwärtigen NOx-Sensor 242) voraussagt. Das chemische SCR-Modell sagt ferner NOx-Niveaus des von der SCR 220 abgegebenen Abgases voraus. Das chemische SCR-Modell und die nachstehend beschriebenen Strategien und Verfahren können durch das Steuermodul 238 oder alternativ durch eine oder mehrere elektrische Schaltungen oder durch die Ausführung einer Logik implementiert werden, die in Form von computerlesbaren und/oder ausführbaren Befehlen bereitgestellt oder gespeichert werden kann. Das chemische SCR-Modell kann beispielsweise durch einen oder mehrere Prozesswerte über die Zeit aktualisierbar sein.
Die Reduktionsmittellagerkapazität der SCR 220 beeinflusst maßgeblich deren NOx-Reduktionseffizienz und Leistung. Dementsprechend werden hierin Verfahren zur Diagnose der Lagerkapazität der SCR 220 bereitgestellt. Allgemeiner gesagt, sind die hier beschriebenen Verfahren zur Diagnose mehrerer Aspekte eines Abgasbehandlungssystems 34 geeignet, wie unten beschrieben wird. Die Verfahren und Systeme werden in Bezug auf das Abgasbehandlungssystem 34 aus 1 beschrieben, die Verfahren sollen jedoch nicht auf die speziellen Charakteristika davon beschränkt sein. Die unten beschriebenen Verfahren beschreiben notwendigerweise auch Steuermodule (z. B. das Steuermodul 238) und zugehörige Systeme (z. B. das Abgasbehandlungssystem 34), die konfiguriert sind, um die beschriebenen Verfahren zu implementieren.
3 veranschaulicht ein Blockdiagramm eines Verfahrens 300 zur Diagnose des Abgasbehandlungssystems 34 und insbesondere der SCR 220. Das Verfahren 300 umfasst das Erhöhen der Temperatur 320 der SCR 220, um im Wesentlichen das gesamte, innerhalb der SCR 220 gelagerte Reduktionsmittel 246 zu leeren, das Aufrechterhalten 330 einer fetten ICE-Betriebsbedingung und das Bestimmen 340 der Lagerkapazität des Reduktionsmittels 246 einer SCR 220 basierend auf Messungen, die von dem stromabwärtigen NOx-Sensor 243 während der Diagnoseperiode durchgeführt werden. Gegebenenfalls kann das Verfahren 300 das Bestimmen 310 einer ungeeigneten Leistung der SCR 220 vor dem Erhöhen der Temperatur 320 der SCR 220 umfassen. Das Verfahren 300 kann ferner optional das Implementieren 350 einer Steueraktion basierend auf der bestimmten 340 Lagerkapazität des Reduktionsmittels 246 der SCR 220 umfassen.
Das Bestimmen 310 einer ungeeigneten Leistung der SCR 220 kann beispielsweise das Bestimmen 310 einer ungeeigneten NOx-Reduktionseffizienz der SCR 220 und/oder das Bestimmen 310 eines ungeeigneten NOx-Schlupfes der SCR 220 umfassen. Der ungeeignete NOx-Schlupf der SCR 220 kann bestimmt werden, wenn ein gemessener NOx-Gehalt des Abgases 216 stromabwärts der SCR 220 einen Schwellenwert überschreitet. In ähnlicher Weise kann eine ungeeignete NOx-Reduktionseffizienz bestimmt werden 310, wenn eine gemessene NOx-Reduktionseffizienz unter einen Referenz- oder Schwellenwert der NOx-Reduktionseffizienz fällt. In einer Ausführungsform kann die gemessene NOx-Reduktionseffizienz durch die Gleichung (7) bestimmt werden: $η_{G e m e s s e n} = 1 - \frac{\int N O x_{S t r o m a b w ä r t s}}{N O x_{S t r o m a u f w ä r t s}}$
wobei der NOx_{stromabwärts} durch den stromabwärtigen NOx-Sensor 243 gemessen wird und der NOx_{stromaufwärts} durch den stromaufwärtigen NOx-Sensor 242 gemessen wird. In ähnlicher Weise kann die Referenz-NOx-Reduktionseffizienz durch Gleichung (8) bestimmt werden: $η_{G e m e s s e n} = 1 - \frac{\int N O x_{S c h w e l l e n w ä r t s}}{N O x_{S t r o m a u f w ä r t s}}$
wobei der NOx_{stromaufwärts} durch den stromaufwärtigen NOx-Sensor 242 gemessen wird und der NOx_{Schwellenwert} auf der Basis von Faktoren wie etwa NOx_{stromaufwärts}, Abgasfluss 216, Temperatur der SCR 220 (z. B. gemessen durch den stromaufwärtigen Temperatursensor 244 oder den SCR-Temperatursensor 230) und Reduktionsmittelbelastung 246 der SCR 220 bestimmt wird.
Dementsprechend kann, wenn eine ungeeignete Leistung der SCR 220 bestimmt wird 310, das Verfahren 300 fortgesetzt werden, um die Lagerkapazität der SCR 220 zu diagnostizieren. Die anschließende Diagnose kann im Allgemeinen während einer Diagnoseperiode stattfinden, die beginnen kann, während die Temperatur der SCR 220 erhöht wird, um im Wesentlichen das gesamte Reduktionsmittel 246 zu leeren, das in der SCR 220 gelagert ist, oder beginnen kann, sobald das gesamte Reduktionsmittel, das in der SCR 220 gelagert ist, im Wesentlichen geleert worden ist. Im Allgemeinen muss eine SCR 220 von etwa 300 °C auf etwa 500 °C erwärmt werden, um das gesamte gelagerte Reduktionsmittel 246 im Wesentlichen zu leeren, aber die genauen Temperaturen hängen von den Merkmalen einer spezifischen SCR 220 ab. Während der Diagnoseperiode findet keine Dosierung des Reduktionsmittels 246 (z. B. über den Injektor 236) statt. Verfahren zum Erhöhen der Temperatur 320 der SCR 220 sind in der Technik bekannt und können eine Erhöhung der Temperatur des Abgases 216 durch den ICE 26 (z. B. über einen Partikelfilterregenerationsvorgang) und/oder unter Verwendung einer zum Abgasbehandlungssystem 34 gehörenden Heizvorrichtung (z. B. elektrisch beheizte Katalysatorheizvorrichtung innerhalb oder in der Nähe der SCR 220 oder AGC 218) einschließen.
Sobald die SCR 220 im Wesentlichen von sämtlichem darin gelagertem Reduktionsmittel 246 geleert wurde, umfasst das Verfahren 300 ferner das Aufrechterhalten 330 einer fetten ICE-26-Betriebsbedingung. Eine fette ICE-26-Betriebsbedingung tritt auf, wenn die Mischung aus Luft und Kraftstoff, die in dem ICE 26 verbrannt wird, ein Luft/Kraftstoff-Massenverhältnis von etwas weniger als 14,7, weniger als etwa 14,6 oder weniger als etwa 14,5 aufweist. Unter solchen Bedingungen weist das Abgas 216 einen hohen NOx-Gehalt auf und wird an die AGC 218 übermittelt, wo die NOx-Spezies in NH₃ umgewandelt werden. Ohne an einen bestimmten Mechanismus gebunden zu sein, kann NH3 innerhalb der AGC 218 durch die katalytische Reduktion von NOx durch H₂ erzeugt werden, wie zum Beispiel in der Gleichung (9) gezeigt wird: $N O + \frac{5}{2} H_{2} \to N H_{3} + H_{2} O$
Diatomischer Wasserstoff kann aus Dieselabgas beispielsweise über die in Gleichung (10) gezeigte Wasser-Gas-Verschiebungsreaktion erzeugt werden: CO + H₂O → CO₂ + H₂ (10)
In einigen Ausführungsformen umfasst das Abgas 216, das während der fetten ICE-26-Betriebsbedingung erzeugt wird, vorzugsweise ein hohes NO:NO₂-Verhältnis. Sowohl bei einer DOC als auch bei einer LNT können NOx-Spezies bei Temperaturen von etwa 275 bis 500 in NH3 - je nach Konstruktionsmerkmalen (z. B. Katalysatortyp, Katalysatorbelastung) der speziellen AGC 218 - umgewandelt werden. Dementsprechend kann das Erhöhen der Temperatur 320 der SCR 220 zusätzlich das Erhöhen der Temperatur der AGC 218 umfassen, um eine Temperatur der AGC 218 zu erreichen, die zum Umwandeln von NOx-Spezies in NH3 geeignet ist. Die Betriebsbedingungen des ICE 26 und die Temperatur der AGC 218 werden vorzugsweise so gesteuert, dass im Wesentlichen alle NOx-Spezies, die im Abgas 216 vorhanden sind, innerhalb der AGC 218 in NH3 umgewandelt werden. Da NOx-Sensoren eine Querempfindlichkeit gegenüber NOx und NH3 aufweisen, kann das NOx, das der stromaufwärtige NOx-Sensor 242 in dem Abgas 216 detektiert, vollständig oder zumindest im Wesentlichen auf NH3 zurückzuführen sein.
Das innerhalb der AGC 218 erzeugte Abgas 216 und NH3 werden anschließend über die SCR 220 übermittelt, wobei das erzeugte NH3 gelagert wird. Anfänglich wird das gesamte oder im Wesentlichen das gesamte, in der AGC 218 erzeugte NH3 gelagert und der stromabwärtige NOx-Sensor 243 wird keine oder im Wesentlichen keine NOx-Spezies detektieren. Wenn die Menge von aufeinanderfolgend gelagertem NH3 die Reduktionsmittel-246-Lagerkapazität der SCR 220 erreicht, tritt NH3-Schlupf auf und wird durch den stromabwärtigen NOx-Sensor 423 beobachtet. Der beobachtete NH3-Schlupf und optional andere Charakteristiken des Abgasbehandlungssystems während der Diagnoseperiode können verwendet werden, um die Reduktionsmittel-246-Lagerkapazität der SCR 220 zu bestimmen 340. Beispielsweise kann die Reduktionsmittels-246-Lagerkapazität der SCR 220 (d. h. die NH3-Lagerkapazität) bestimmt werden, indem das Integral der stromabwärtigen NOx-Konzentration (z. B. durch den stromabwärtigen NOx-Sensor 243 während der Diagnoseperiode gemessen) von dem Integral der stromaufwärtigen NOx-Konzentration abgezogen wird (z. B. durch den stromaufwärtigen NOx-Sensor 242 während der Diagnoseperiode gemessen), um den Massenwert der Lagerkapazität der SCR 220 zu bestimmen. Der Massenwert kann in einen Masse-pro-Volumen-Wert (z. B. Gramm pro Liter), basierend auf den physikalischen Charakteristiken der SCR 220 (z. B. Katalysatorvolumen der SCR 220) umgewandelt werden.
Anschließend an das Bestimmen 340 der Reduktionsmittel-246-Lagerkapazität der SCR 220 kann das Verfahren 300 ferner optional das Implementieren 350 einer Steueraktion basierend auf der bestimmten 340 Reduktionsmittel-246-Lagerkapazität der SCR 220 umfassen. In einigen Ausführungsformen wird eine Steueraktion nur dann implementiert, wenn die bestimmte 340 Lagerkapazität der SCR 220 durch eine statistisch signifikante Vielzahl von Verfahren-300-Implementierungen bestätigt wird (z. B. 2, 3, 4 oder mehr als 4 Implementierungen). In allen derartigen Ausführungsformen kann die Ziellagerkapazität der SCR 220 basierend auf einer Alterungscharakteristik der SCR 220, wie etwa der verstrichenen Zeit seit der Installation im Abgasbehandlungssystem 34 oder der Gesamtbetriebszeit, bestimmt werden.
Wenn die ermittelte 340 Reduktionsmittel-246-Lagerkapazität der SCR 220 unter einer Zielkapazität liegt, kann die Steueraktion eines oder mehrere von Aktivieren eines Alarms, Warten der SCR 220 und Aktualisieren der Steuerlogik der SCR 220 umfassen, um eine reduzierte Lagerkapazität der SCR 220 widerzuspiegeln. Das Aktivieren eines Alarms kann das Aktivieren eines hörbaren Alarms, das Beleuchten eines Anzeigers (z. B. eines Armaturenbrettanzeigers) oder das anderweitige Alarmieren eines Systems (z. B. eines Fahrzeugkonnektivitätsnetzwerks) oder einer Person umfassen. Das Warten der SCR 220 kann beispielsweise das Reparieren der SCR 220 (z. B. das Reinigen) oder das Ersetzen der SCR 220 umfassen. Das Aktualisieren der Steuerlogik der SCR 220 kann zum Beispiel das Aktualisieren eines chemischen Modells der SCR 220 oder einer Reduktionsmittel-246-Dosierlogik umfassen.
Wenn die bestimmte 340 Reduktionsmittel-246-Lagerkapazität der SCR 220 bei oder über einer Zielkapazität liegt, kann die Steueraktion das Implementieren einer Nicht-SCR-220-Diagnoseaktion umfassen. Das Implementieren einer Nicht-SCR 220-Diagnoseaktion kann die Diagnose eines beliebigen Aspekts des Abgasbehandlungssystems 34 und/oder des ICE 26 umfassen, die sich auf die Leistung der SCR 220 auswirken kann, wie etwa die Diagnose der AGC 218, die Diagnose des Injektors 236, die Diagnose eines oder mehrerer Aspekte der Reduktionsmittel-Zufuhrquelle 234 oder die Diagnose des stromaufwärtigen NOx Sensors 242 und/oder stromabwärtigen NOx-Sensors 243, zum Beispiel. Die Diagnose eines oder mehrerer Aspekte der Reduktionsmittelzufuhrquelle 234 kann beispielsweise die Diagnose eines (nicht gezeigten) zugehörigen Niveausensors oder der Zusammensetzung des Reduktionsmittels 246 umfassen.
BEISPIEL 1.
Ein Abgasstrom wurde einer DOC bei variierenden Temperaturen zugeführt, um die NH3 erzeugenden Eigenschaften der DOC zu bewerten. Die DOC hatte eine kumulative Platin- und Palladiumbelastung von 113 g/ft³. Das Abgas wurde durch Verbrennen eines Luft-Kraftstoffgemischs mit einem Luft: Kraftstoff-Verhältnis von 14,3 erzeugt, um einen Abgasstrom mit etwa 12.000 ppm CO, 500 ppm H₂, 2.000 ppm C3 Kohlenwasserstoff(e), 190 ppm NO, 1,2 Volumen-% O₂, 13,0 Volumen-% CO₂, und 4 Volumen-% H₂O zu erzeugen. Die Raumgeschwindigkeit während des Experiments betrug 70 K/Stunde. 4 zeigt einen Graphen der NH3- und NO-Konzentrationen des Abgases am DOC-Auslass.
Während die obige Offenbarung unter Bezugnahme auf beispielhafte Ausführungsformen beschrieben wurde, wird der Fachmann verstehen, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können und Äquivalente für Elemente davon ersetzt werden können, ohne von ihrem Schutzumfang abzuweichen. Zusätzlich können viele Modifikationen vorgenommen werden, um eine bestimmte Situation oder ein bestimmtes Material an die Lehren der Offenbarung anzupassen, ohne von deren wesentlichem Schutzumfang abzuweichen. Daher ist die vorliegende Offenbarung nicht auf die speziellen offenbarten Ausführungsformen beschränkt, vielmehr fallen alle Ausführungsformen in den Schutzumfang derselben.

Claims

Abgasbehandlungssystem, umfassend: einen Verbrennungsmotor (ICE); eine Ammoniak erzeugende katalytische Vorrichtung (SCG), die konfiguriert ist, um von dem ICE erzeugtes Abgas aufzunehmen und in der Lage ist, Ammoniak aus fettem Abgas zu erzeugen; eine selektive katalytische Reduktionsvorrichtung (SCR), die konfiguriert ist, um durch die AGC erzeugtes Abgas und Ammoniak aufzunehmen; einen stromaufwärtigen NOx-Sensor, der stromaufwärts der SCR angeordnet ist; einen stromabwärtigen NOx-Sensor, der stromabwärts der SCR angeordnet ist; und eine Steuereinheit, die konfiguriert ist zum: Erhöhen der Temperatur der SCR, um im Wesentlichen sämtliches gelagertes Reduktionsmittel innerhalb der SCR zu leeren; Aufrechterhalten einer fetten ICE-Betriebsbedingung; und anschließendes Bestimmen einer SCR-Reduktionsmittellagerkapazität unter Verwendung des stromabwärtigen NOx-Sensors.
Verfahren zur Diagnose einer selektiven katalytischen Reduktionsvorrichtung (SCR) eines Abgasbehandlungssystems, wobei das Abgasbehandlungssystem Folgendes umfasst: einen Verbrennungsmotor (ICE), eine Ammoniak erzeugende katalytische Vorrichtung (AGC), die konfiguriert ist, um vom ICE erzeugtes Abgas zu empfangen und in der Lage ist, Ammoniak aus fettem Abgas zu erzeugen, wobei die SCR konfiguriert ist, um von der AGC erzeugtes Abgas und Ammoniak zu empfangen, einen stromaufwärtigen NOx-Sensor, der stromaufwärts der SCR angeordnet ist, und einen stromabwärtigen NOx-Sensor, der stromabwärts der SCR angeordnet ist, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Erhöhen der Temperatur der SCR, um im Wesentlichen sämtliches innerhalb der SCR gelagertes Reduktionsmittelzu leeren; während einer Diagnoseperiode Aufrechterhalten einer fetten ICE-Betriebsbedingung und Übermitteln des erzeugten Abgases an die AGC und die SCR; und Bestimmen einer SCR-Reduktionsmittellagerkapazität basierend auf Messungen, die von dem stromabwärtigen NOx-Sensor während der Diagnoseperiode durchgeführt werden.
Verfahren und Systeme nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die AGC einen Dieseloxidationskatalysator oder eine Mager-NOX-Falle umfasst.
Verfahren und Systeme nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die AGC einen Platin - und/oder Palladiumkatalysator umfasst.
Verfahren und Systeme nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei während der fetten ICE-Betriebsbedingung das ICE-Luft-Kraftstoff-Massenverhältnis kleiner als etwa 14,7 ist.
Verfahren und System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit konfiguriert ist, um die Temperatur der SCR durch Erhöhen der Temperatur des durch den ICE erzeugten Abgases und/oder durch Verwenden einer Heizvorrichtung, die an das Abgasbehandlungssystem angeschlossen ist, zu erhöhen.
Verfahren und Systeme nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit ferner konfiguriert ist, um eine ungeeignete SCR-Leistung vor dem Erhöhen der Temperatur der SCR zu bestimmen.
Verfahren und Systeme nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuereinheit ferner konfiguriert ist, um eine Steueraktion basierend auf der bestimmten SCR-Reduktionsmittellagerkapazität zu implementieren.
Verfahren und Systeme nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei, wenn die bestimmte SCR-Reduktionsmittellagerkapazität unter einer Zielkapazität liegt, die Steueraktion eines oder mehrere von Aktivieren eines Alarms, Warten der SCR und Aktualisieren der SCR-Steuerlogik umfasst, um eine reduzierte SCR-Lagerkapazität widerzuspiegeln.
Verfahren und Systeme nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei, wenn die bestimmte SCR-Reduktionsmittellagerkapazität bei oder über einer Zielkapazität liegt, die Steueraktion das Implementieren einer Nicht-SCR-Diagnoseaktion umfasst.