DE102021127582A1

DE102021127582A1 - Verfahren und systeme zur steuerung von motoremissionen

Info

Publication number: DE102021127582A1
Application number: DE102021127582.2A
Authority: DE
Inventors: Giovanni Cavataio; Michael Uhrich; Jason Wu; Andrew Gregory Getsoian
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2020-10-26
Filing date: 2021-10-22
Publication date: 2022-04-28
Also published as: US20220127995A1; US11428144B2; CN114483276A

Abstract

Die vorliegende Offenbarung stellt Verfahren und Systeme zur Steuerung von Motoremissionen bereit. Es werden Verfahren und Systeme zum Betreiben eines Motors eines Fahrzeugs bereitgestellt. In einem Beispiel kann ein Verfahren ein Positionieren einer Lambdasonde in einem Motorabgas stromabwärts eines Katalysators zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR), ein Bestimmen einer Sauerstoffspeicherkapazität des SCR-Katalysators auf Grundlage einer Messung der Lambdasonde und ein Bestimmen eines Grads der Deaktivierung des SCR-Katalysators auf Grundlage der Sauerstoffspeicherkapazität beinhalten.

Description

Gebiet der Technik
Die vorliegende Beschreibung betrifft im Allgemeinen Verfahren und Systeme zum Bestimmen eines Grads der Deaktivierung bei einem Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion (selective catalyst reduction - SCR) in einem Motorabgassystem.
Allgemeiner Stand der Technik
Es wird zunehmend schwieriger, die Leistung von Dreiwegekatalysatoren (three-way catalysts - TWC) in Motorabgassystemen zu erhöhen, um niedrigere Auspuffemissionsstandards, wie etwa SULEV 10-20, zu erfüllen. Um den Motorleistungsbedarf zu erfüllen, werden die Motoren häufiger und/oder unter fetteren Luft-Kraftstoff-Bedingungen betrieben, was zu höheren NH₃-Emissionen führt. Darüber hinaus kann das Aussetzen des Kraftstoffs zum Motor während Verzögerungs- und Start-Stopp-Motorereignissen zum Reduzieren des Kraftstoffverbrauchs zu erhöhten NOx-Emissionen führen. Motorabgassysteme können SCR-Katalysatoren beinhalten, um Emissionen aus dem Motorabgas zu reduzieren. Zum Beispiel können SCR-Katalysatoren den NOx- und NH₃-Durchbruch im Abgasstrom während transienter Kraftstoffabsperrung (transient fuel shutoff - TFSO) und Start-Stopp-Ereignissen des Motors abscheiden und abschwächen. Unter bestimmten Bedingungen kann die SCR jedoch auch deaktiviert werden, wodurch ihre Fähigkeit, NH₃ zu adsorbieren und NOx im Abgas umzuwandeln, verloren geht. Somit können zuverlässige Diagnoseverfahren zum Erfassen der SCR-Katalysatordeaktivierung dazu beitragen, Abgasemissionen zu verringern.
Bei einem Ansatz sind NOx-/NH₃-Sensoren stromabwärts des SCR-Katalysators im Motorabgas positioniert, um den NOx-/NH₃-Durchbruch von dem SCR-Katalysator zu messen, wodurch die Erfassung eines NOx-/NH₃-Durchbruchs von dem SCR-Katalysator eine Angabe über die SCR-Katalysatordeaktivierung bereitstellt. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben jedoch mögliche Probleme im Zusammenhang mit derartigen Systemen erkannt. NOx-/NH₃-Sensoren sind teuer und erhöhen die Kosten für die Herstellung, den Betrieb und die Wartung von Fahrzeugen.
Kurzdarstellung
In einem Beispiel können die vorstehend beschriebenen Probleme zumindest teilweise durch ein Verfahren zum Betreiben eines Motors gelöst werden, das ein Positionieren einer Lambdasonde in einem Motorabgas stromabwärts eines Katalysators zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR), Bestimmen einer Sauerstoffspeicherkapazität des SCR-Katalysators auf Grundlage einer Messung der Lambdasonde und Bestimmen eines Grads der Deaktivierung des SCR-Katalysators auf Grundlage der Sauerstoffspeicherkapazität umfasst. Auf diese Weise kann die technische Wirkung des zuverlässigen Diagnostizierens der SCR-Katalysatordeaktivierung erreicht werden, während Abgasemissionen reduziert und Fahrzeugkosten reduziert werden.
Es versteht sich, dass die vorstehende Kurzdarstellung bereitgestellt ist, um in vereinfachter Form eine Auswahl an Konzepten vorzustellen, die in der detaillierten Beschreibung ausführlicher beschrieben sind. Sie ist nicht dazu gedacht, wichtige oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu nennen, dessen Umfang einzig durch die Patentansprüche im Anschluss an die detaillierte Beschreibung definiert ist. Ferner ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Umsetzungen beschränkt, die beliebige der vorstehend oder in einem beliebigen Teil dieser Offenbarung angeführten Nachteile überwinden.
Figurenliste

1 zeigt eine schematische Darstellung eines beispielhaften Motorsystems eines Fahrzeugs, das eine Emissionssteuervorrichtung (Emissions Control Device - ECD) beinhaltet.
2 zeigt eine detaillierte schematische Darstellung der ECD aus 1, die einen SCR-Katalysator beinhaltet.
Die 3-5 zeigen Ablaufdiagramme für ein beispielhaftes Verfahren zum Betreiben des Motorsystems aus 1.
6 zeigt eine beispielhafte Zeitachse zum Betreiben des Motorsystems aus 1 gemäß dem Verfahren aus 3-5.
Die 7-11 zeigen beispielhafte schematische Darstellungen und Diagramme, die SCR-Katalysatordeaktivierungs- und Alterungseigenschaften während des Betriebs des Motorsystems aus 1 veranschaulichen.
12 zeigt ein beispielhaftes Diagramm, das die Überwachung eines TWC-Katalysators der ECD aus 2 während des Betriebs des Motorsystems aus 1 veranschaulicht.
13 zeigt ein beispielhaftes Diagramm, das die Überwachung des SCR-Katalysators der ECD aus 2 während des Betriebs des Motorsystems aus 1 veranschaulicht.

Detaillierte Beschreibung
Die folgende Beschreibung betrifft Systeme und Verfahren zum Betreiben eines Motorsystems eines Fahrzeugs, wie etwa des Motorsystems aus 1. Insbesondere betreffen die Systeme und Verfahren in dieser Schrift das Bestimmen eines Grads der Deaktivierung eines Katalysators zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR), der stromabwärts eines Dreiwegekatalysators (TWC) in einem Motorabgassystem positioniert ist, wie in den 1 und 2 gezeigt. Das Verfahren zum Bestimmen des Grads der Deaktivierung eines SCR-Katalysators ist allgemein durch das Ablaufdiagramm in 3 gezeigt, und spezifische Ausführungsformen des Verfahrens werden durch die Ablaufdiagramme in den 4-5 beschrieben. Eine beispielhafte Zeitachse für das Betreiben eines Motorsystems gemäß den Verfahren aus den 3-5 wird in 6 dargestellt. SCR-Deaktivierungs- und Alterungseigenschaften werden durch die schematischen Darstellungen und Diagramme aus 7-11 veranschaulicht. Das Überwachen der Abgassystemkomponenten wird durch die Diagramme aus 12-13 veranschaulicht.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf die Figuren stellt 1 eine beispielhafte Ausführungsform eines Zylinders 14 einer Brennkraftmaschine 10 dar, die in einem Fahrzeug 5 beinhaltet sein kann. Der Motor 10 kann zumindest teilweise durch ein Steuersystem, einschließlich einer Steuerung 12, und durch Eingabe von einem Fahrzeugführer 130 über eine Eingabevorrichtung 132 gesteuert werden. In diesem Beispiel beinhaltet die Eingabevorrichtung 132 ein Fahrpedal und einen Pedalpositionssensor 134 zum Erzeugen eines proportionalen Pedalpositionssignals PP. Der Zylinder (in dieser Schrift auch „Brennkammer“) 14 des Motors 10 kann Brennkammerwände 136 beinhalten, in denen ein Kolben 138 positioniert ist. Der Kolben 138 kann an eine Kurbelwelle 140 gekoppelt sein, sodass eine Hin- und Herbewegung des Kolbens in eine Rotationsbewegung der Kurbelwelle übersetzt wird. Die Kurbelwelle 140 kann über ein Getriebe 54 an mindestens ein Fahrzeugrad 55 des Personenkraftwagens gekoppelt sein, wie weiter unten beschrieben. Ferner kann ein Anlassermotor (nicht gezeigt) über ein Schwungrad an die Kurbelwelle 140 gekoppelt sein, um einen Anlassvorgang des Motors 10 zu ermöglichen.
In einigen Beispielen kann das Fahrzeug 5 ein Hybridfahrzeug mit mehreren Drehmomentquellen sein, die einem oder mehreren Fahrzeugrädern 55 zur Verfügung stehen. In anderen Beispielen ist das Fahrzeug 5 ein herkömmliches Fahrzeug nur mit einem Motor oder ein Elektrofahrzeug nur mit (einer) elektrischen Maschine(n). In dem gezeigten Beispiel beinhaltet das Fahrzeug 5 einen Motor 10 und eine elektrische Maschine 52. Die elektrische Maschine 52 kann ein Elektromotor oder ein Elektromotor/Generator sein. Die Kurbelwelle 140 des Motors 10 und die elektrische Maschine 52 sind über das Getriebe 54 mit den Fahrzeugrädern 55 verbunden, wenn eine oder mehrere Kupplungen 56 eingekuppelt sind. In dem abgebildeten Beispiel ist eine erste Kupplung 56 zwischen der Kurbelwelle 140 und der elektrischen Maschine 52 bereitgestellt und eine zweite Kupplung 56 zwischen der elektrischen Maschine 52 und dem Getriebe 54 bereitgestellt. Die Steuerung 12 kann ein Signal an einen Aktor jeder Kupplung 56 senden, um die Kupplung einzukuppeln oder auszukuppeln, um die Kurbelwelle 140 mit der elektrischen Maschine 52 und den damit verbundenen Komponenten zu verbinden bzw. davon zu trennen und/oder um die elektrische Maschine 52 mit dem Getriebe 54 und den damit verbundenen Komponenten zu verbinden bzw. davon zu trennen. Das Getriebe 54 kann ein Schaltgetriebe, ein Planetenradsystem oder eine andere Getriebeart sein. Der Antriebsstrang kann auf verschiedene Weisen konfiguriert sein, einschließlich als Parallel-, Serien- oder Serien-Parallel-Hybridfahrzeug.
Die elektrische Maschine 52 empfängt elektrische Leistung von einer Traktionsbatterie 58, um den Fahrzeugrädern 55 Drehmoment bereitzustellen. Die elektrische Maschine 52 kann auch als Generator betrieben werden, um zum Beispiel während eines Bremsvorgangs elektrische Leistung zum Aufladen der Batterie 58 bereitzustellen.
Der Zylinder 14 des Motors 10 kann über eine Reihe von Ansaugluftkanälen 142, 144 und 146 Ansaugluft aufnehmen. Der Ansaugluftkanal 146 kann zusätzlich zu dem Zylinder 14 mit anderen Zylindern des Motors 10 in Verbindung stehen. In einigen Beispielen können einer oder mehrere der Ansaugkanäle eine Aufladevorrichtung, wie etwa einen Turbolader oder einen Kompressor, beinhalten. Zum Beispiel zeigt 1 den Motor 10, der mit einem Turbolader konfiguriert ist, der einen zwischen den Ansaugkanälen 142 und 144 angeordneten Verdichter 174 und eine entlang eines Abgaskanals 148 angeordnete Abgasturbine 176 beinhaltet. Der Verdichter 174 kann zumindest teilweise über eine Welle 180 von der Abgasturbine 176 angetrieben sein, wenn die Aufladevorrichtung als Turbolader konfiguriert ist. In anderen Beispielen, wie etwa, wenn der Motor 10 mit einem Kompressor bereitgestellt ist, kann jedoch der Verdichter 174 über mechanische Eingabe von einem Elektromotor angetrieben werden oder der Motor und die Abgasturbine 176 können optional weggelassen werden.
Eine Drossel 162, die eine Drosselklappe 164 beinhaltet, kann in den Motoransaugkanälen bereitgestellt sein, um die Strömungsgeschwindigkeit und/oder den Druck der Ansaugluft zu variieren, die den Motorzylindern bereitgestellt wird. Zum Beispiel kann die Drossel 162 stromabwärts des Verdichters 174 positioniert sein, wie in 1 gezeigt, oder sie kann alternativ stromaufwärts des Verdichters 174 bereitgestellt sein.
Der Abgaskanal 148 kann Abgase von anderen Zylindern des Motors 10 zusätzlich zu dem Zylinder 14 aufnehmen. In der Darstellung ist ein Abgassensor 128 stromaufwärts einer Emissionssteuervorrichtung 178 an den Abgaskanal 148 gekoppelt. Der Abgassensor 128 kann aus verschiedenen geeigneten Sensoren zum Bereitstellen einer Angabe eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses (air/fuel ratio - AFR) des Abgases ausgewählt sein, wie zum Beispiel einer linearen Lambdasonde oder UEGO-Sonde (universal or wide-range exhaust gas oxygen), einer binären Lambdasonde oder EGO-Sonde (wie abgebildet), einer HEGO-Sonde (beheizten EGO-Sonde), einem NOx-, HC- oder CO-Sensor. Die Emissionssteuervorrichtung 178 kann einen oder mehrere von einem Dreiwegekatalysator (TWC), eine NOx-Falle, einen Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR), einen Dieselpartikelfilter (DPF), verschiedene andere Emissionssteuervorrichtungen oder Kombinationen daraus beinhalten.
Jeder Zylinder des Motors 10 kann ein oder mehrere Einlassventile und ein oder mehrere Auslassventile beinhalten. In der Darstellung beinhaltet der Zylinder 14 zum Beispiel mindestens ein Einlasstellerventil 150 und mindestens ein Auslasstellerventil 156, die sich in einem oberen Bereich des Zylinders 14 befinden. In einigen Beispielen kann jeder Zylinder des Motors 10, einschließlich des Zylinders 14, mindestens zwei Einlasstellerventile und mindestens zwei Auslasstellerventile beinhalten, die sich in einer oberen Region des Zylinders befinden. Das Einlassventil 150 kann durch die Steuerung 12 über einen Aktor 152 gesteuert werden. Ebenso kann das Auslassventil 156 durch die Steuerung 12 über einen Aktor 154 gesteuert werden. Die Positionen des Einlassventils 150 und des Auslassventils 156 können durch jeweilige Ventilpositionssensoren (nicht gezeigt) bestimmt werden.
Während einiger Bedingungen kann die Steuerung 12 die den Aktoren 152 und 154 bereitgestellten Signale variieren, um das Öffnen und Schließen der jeweiligen Einlass- und Auslassventile zu steuern. Die Ventilaktoren können einer Art mit elektrischer Ventilbetätigung, einer Art mit Nockenbetätigung oder einer Kombination davon angehören.
Die zeitliche Abfolge des Einlass- und Auslassventils kann gleichzeitig gesteuert werden oder es kann eine beliebige von einer Möglichkeit zur variablen Einlassnockensteuerung, zur variablen Auslassnockensteuerung, zur dualen unabhängigen variablen Nockensteuerung oder zur festen Nockensteuerung verwendet werden. Jedes Nockenbetätigungssystem kann einen oder mehrere Nocken beinhalten und eines oder mehrere von Systemen zur Nockenprofilverstellung (cam profile switching - CPS), variablen Nockensteuerung (variable cam timing - VCT), variablen Ventilsteuerung (variable valve timing - VVT) und/oder zum variablen Ventilhub (variable valve lift - VVL), die durch die Steuerung 12 betrieben werden können, zum Variieren des Ventilbetriebs nutzen. Zum Beispiel kann der Zylinder 14 alternativ dazu ein über elektrische Ventilbetätigung gesteuertes Einlassventil und ein über Nockenbetätigung, was CPS und/oder VCT beinhaltet, gesteuertes Auslassventil beinhalten. In anderen Beispielen können das Einlass- und das Auslassventil durch einen gemeinsamen Ventilaktor (oder ein gemeinsames Betätigungssystem) oder einen Aktor (oder ein Betätigungssystem) zur variablen Ventiltaktung gesteuert werden.
Der Zylinder 14 kann ein Verdichtungsverhältnis aufweisen, das ein Verhältnis des Volumens, wenn sich der Kolben 138 am unteren Totpunkt (UT) befindet, zum Volumen am oberen Totpunkt (OT) ist. In einem Beispiel liegt das Verdichtungsverhältnis im Bereich von 9:1 bis 10:1. In einigen Beispielen, in denen unterschiedliche Kraftstoffe verwendet werden, kann das Verdichtungsverhältnis jedoch erhöht sein. Hierzu kann es zum Beispiel kommen, wenn Kraftstoffe mit einer höheren Oktanzahl oder Kraftstoffe mit einer höheren latenten Verdampfungsenthalpie verwendet werden. Falls Direkteinspritzung verwendet wird, kann das Verdichtungsverhältnis aufgrund von deren Auswirkung auf das Motorklopfen ebenfalls erhöht sein.
In einigen Beispielen kann jeder Zylinder des Motors 10 eine Zündkerze 192 beinhalten, um die Verbrennung einzuleiten. Bei ausgewählten Betriebsmodi kann ein Zündsystem 190 der Brennkammer 14 als Reaktion auf ein Signal SA für eine Zündverstellung nach früh (spark advance) von der Steuerung 12 über die Zündkerze 192 einen Zündfunken bereitstellen. Ein Zeitpunkt des Signals SA kann auf Grundlage der Motorbetriebsbedingungen und des Fahrerdrehmomentbedarfs angepasst werden. Zum Beispiel kann ein Zündfunken bei einem Zeitpunkt für maximales Bremsmoment (maximum brake torque - MBT) bereitgestellt werden, um die Leistung und den Wirkungsgrad des Motors zu maximieren. Die Steuerung 12 kann Motorbetriebsbedingungen, die Motordrehzahl, Motorlast und Abgas-AFR beinhalten, in eine Lookup-Tabelle eingeben und den entsprechenden MBT-Zeitpunkt für die eingegebenen Motorbetriebsbedingungen ausgeben.
In einigen Beispielen kann jeder Zylinder des Motors 10 mit einer oder mehreren Kraftstoffeinspritzvorrichtungen konfiguriert sein, die diesen Kraftstoff bereitstellen. In der Darstellung beinhaltet der Zylinder 14 als nicht einschränkendes Beispiel eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung 166. Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 166 kann dazu konfiguriert sein, von einem Kraftstoffsystem 8 aufgenommenen Kraftstoff abzugeben. Das Kraftstoffsystem 8 kann eine(n) oder mehrere Kraftstofftanks, Kraftstoffpumpen und Kraftstoffverteiler beinhalten. In der Darstellung ist die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 166 direkt an den Zylinder 14 gekoppelt, um Kraftstoff proportional zur Impulsbreite eines Signals FPW, das von der Steuerung 12 über einen elektronischen Treiber 168 empfangen wird, direkt in diesen einzuspritzen. Auf diese Weise stellt die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 166 eine sogenannte Direkteinspritzung (im Folgenden auch als „DI“ (direct injection) bezeichnet) von Kraftstoff in den Zylinder 14 bereit. Wenngleich 1 zeigt, dass die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 166 auf einer Seite des Zylinders 14 positioniert ist, kann die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 166 alternativ dazu oberhalb des Kolbens angeordnet sein, wie etwa in der Nähe der Position der Zündkerze 192. Eine derartige Position kann das Vermischen und die Verbrennung verbessern, wenn der Motor mit einem Kraftstoff auf Alkoholbasis betrieben wird, da einige Kraftstoffe auf Alkoholbasis eine niedrigere Flüchtigkeit aufweisen. Alternativ dazu kann die Einspritzvorrichtung oberhalb und nahe dem Einlassventil angeordnet sein, um das Vermischen zu verbessern. Über eine Hochdruckkraftstoffpumpe und einen Kraftstoffverteiler kann Kraftstoff aus einem Kraftstofftank des Kraftstoffsystems 8 an die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 166 abgegeben werden. Ferner kann der Kraftstofftank einen Druckwandler aufweisen, der der Steuerung 12 ein Signal bereitstellt.
In einem alternativen Beispiel kann die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 166 in einer Konfiguration, die eine sogenannte Einlasskanaleinspritzung von Kraftstoff (im Folgenden auch als „PFI“ (port fuel injection) bezeichnet) in einen Einlasskanal stromaufwärts des Zylinders 14 bereitstellt, in dem Ansaugkanal 146 angeordnet sein, anstatt direkt an den Zylinder 14 gekoppelt zu sein. In noch anderen Beispielen kann der Zylinder 14 mehrere Einspritzvorrichtungen beinhalten, die als Kraftstoffdirekteinspritzvorrichtungen, Einlasskanalkraftstoffeinspritzvorrichtungen oder eine Kombination daraus konfiguriert sein können. Demnach versteht es sich, dass die in dieser Schrift beschriebenen Kraftstoffsysteme nicht durch die in dieser Schrift beispielhaft beschriebenen konkreten Konfigurationen von Kraftstoffeinspritzvorrichtungen beschränkt sind.
Die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 166 kann dazu konfiguriert sein, unterschiedliche Kraftstoffe aus dem Kraftstoffsystem 8 in variierenden relativen Mengen als ein Kraftstoffgemisch aufzunehmen, und sie kann ferner dazu konfiguriert sein, dieses Kraftstoffgemisch direkt in den Zylinder einzuspritzen. Ferner kann Kraftstoff an den Zylinder 14 während unterschiedlicher Hübe eines einzelnen Zyklus des Zylinders abgegeben werden. Zum Beispiel kann direkt eingespritzter Kraftstoff mindestens teilweise während eines vorherigen Auslasshubs, während eines Einlasshubs und/oder während eines Verdichtungshubs abgegeben werden. Demnach können für ein einzelnes Verbrennungsereignis eine oder mehrere Einspritzungen von Kraftstoff pro Zyklus durchgeführt werden. Die mehreren Einspritzungen können während des Verdichtungshubs, des Einlasshubs oder einer beliebigen geeigneten Kombination daraus durchgeführt werden, was als geteilte Kraftstoffeinspritzung bezeichnet wird.
Kraftstofftanks in dem Kraftstoffsystem 8 können Kraftstoffe unterschiedlicher Kraftstoffarten enthalten, wie etwa Kraftstoffe mit unterschiedlichen Kraftstoffqualitäten und unterschiedlichen Kraftstoffzusammensetzungen. Die Unterschiede können Unterschiede in Bezug auf den Alkoholgehalt, den Wassergehalt, die Oktanzahl, die Verdampfungswärme, die Kraftstoffgemische und/oder Kombinationen daraus usw. beinhalten. Ein Beispiel für Kraftstoffe mit unterschiedlicher Verdampfungswärme beinhaltet Benzin als erste Kraftstoffart mit niedrigerer Verdampfungswärme und Ethanol als zweite Kraftstoffart mit höherer Verdampfungswärme. In einem anderen Beispiel kann der Motor Benzin als erste Kraftstoffart und ein alkoholhaltiges Kraftstoffgemisch, wie etwa E85 (das ungefähr zu 85 % aus Ethanol und zu 15 % aus Benzin besteht) oder M85 (das ungefähr zu 85 % aus Methanol und zu 15 % aus Benzin besteht), als zweite Kraftstoffart verwenden. Andere einsetzbare Substanzen beinhalten Wasser, Methanol, ein Gemisch aus Alkohol und Wasser, ein Gemisch aus Wasser und Methanol, ein Gemisch aus Alkoholen usw. In noch einem anderen Beispiel kann es sich ferner bei beiden Kraftstoffen um Alkoholgemische mit variierenden Alkoholzusammensetzungen handeln, wobei die erste Kraftstoffart ein Benzin-Alkohol-Gemisch mit einer niedrigeren Alkoholkonzentration sein kann, wie etwa E10 (das ungefähr zu 10 % aus Ethanol besteht), während die zweite Kraftstoffart ein Benzin-Alkohol-Gemisch mit einer höheren Alkoholkonzentration sein kann, wie etwa E85 (das ungefähr zu 85 % aus Ethanol besteht). Darüber hinaus können sich der erste und der zweite Kraftstoff auch in Bezug auf andere Kraftstoffqualitäten unterscheiden, wie etwa Unterschiede hinsichtlich der Temperatur, Viskosität, Oktanzahl usw. aufweisen. Außerdem können die Kraftstoffeigenschaften eines oder beider Kraftstofftanks häufig variieren, zum Beispiel aufgrund täglicher Schwankungen beim Auffüllen des Tanks.
Das Fahrzeugarmaturenbrett 196 kann (eine) Anzeigeleuchte(n) und/oder eine textbasierte Anzeige beinhalten, auf der einem Bediener Nachrichten angezeigt werden. Das Fahrzeugarmaturenbrett 196 kann zudem verschiedene Eingabeabschnitte zum Empfangen einer Bedienereingabe beinhalten, wie etwa Tasten, Touchscreens, Spracheingabe/-erkennung usw. Zum Beispiel kann das Fahrzeugarmaturenbrett 196 eine Tanktaste 197 beinhalten, die durch einen Fahrzeugführer manuell betätigt oder gedrückt werden kann, um das Betanken einzuleiten. Zum Beispiel kann, wie nachstehend ausführlicher beschrieben, als Reaktion auf eine Betätigung der Tanktaste 197 durch den Fahrzeugführer der Druck in einem Kraftstofftank in dem Fahrzeug abgebaut werden, sodass das Betanken durchgeführt werden kann. In einer alternativen Ausführungsform kann das Fahrzeugarmaturenbrett 196 Audionachrichten ohne Anzeige an den Bediener kommunizieren. In einem anderen Beispiel kann das Fahrzeugarmaturenbrett auch einen SCR-Deaktivierungsgrad anzeigen. Der SCR-Deaktivierungsgrad kann für einen Fahrzeugführer und/oder Servicetechniker als Datendiagramm verfügbar sein, das historische und aktuelle Daten zeigt, oder als eine numerische Darstellung angezeigt werden, die die aktuelle verbleibende Lebensdauer des SCR-Katalysators in % (100 - % SCR-Deaktivierungsgrad) angibt.
In 1 ist die Steuerung 12 als Mikrocomputer gezeigt, der eine Mikroprozessoreinheit 106, Eingangs-/Ausgangsanschlüsse 108, ein elektronisches Speichermedium für ausführbare Programme (z. B. ausführbare Anweisungen) und Kalibrierungswerte, das in diesem konkreten Beispiel als nichtflüchtiger Nurlesespeicherchip 110 gezeigt ist, Direktzugriffsspeicher 112, Keep-Alive-Speicher 114 und einen Datenbus beinhaltet. Die Steuerung 12 empfängt Signale von den verschiedenen Sensoren aus 1 und 2 und setzt die verschiedenen Aktoren aus 1 ein, um den Motorbetrieb auf Grundlage der empfangenen Signale und Anweisungen, die auf einem Speicher der Steuerung gespeichert sind, einzustellen. Die Steuerung 12 kann verschiedene Signale von an den Motor 10 gekoppelten Sensoren empfangen, einschließlich vorstehend erörterter Signale und zusätzlich einschließlich einer Messung des angesaugten Luftmassenstroms (mass air flow - MAF) von einem Luftmassensensor 122; einer Motorkühlmitteltemperatur (engine coolant temperature - ECT) von einem Temperatursensor 116, der an eine Kühlhülse 118 gekoppelt ist; einer Abgastemperatur von einem Temperatursensor 158, der an den Abgaskanal 148 gekoppelt ist; eines Profilzündungsaufnahmesignals (profile ignition pickup - PIP) von einem Hall-Sensor 120 (oder einer anderen Art), der an die Kurbelwelle 140 gekoppelt ist; einer Drosselposition (throttle position - TP) von einem Drosselpositionssensor; des Signal-EGO von dem Abgassensor 128, das durch die Steuerung 12 verwendet werden kann, um das AFR des Abgases zu bestimmen; und eines Absolutkrümmerdrucksignals (absolute manifold pressure - MAP) von einem MAP-Sensor 124. Ein Motordrehzahlsignal, UpM, kann durch die Steuerung 12 aus dem Signal PIP erzeugt werden. Das Krümmerdrucksignal MAP vom MAP-Sensor 124 kann dazu verwendet werden, eine Angabe von Vakuum oder Druck in dem Ansaugkrümmer bereitzustellen. Die Steuerung 12 kann eine Motortemperatur auf der Grundlage der Motorkühlmitteltemperatur ableiten und eine Temperatur der Emissionssteuervorrichtung 178 auf der Grundlage des vom Temperatursensor 158 empfangenen Signals ableiten. Darüber hinaus kann die Steuerung 12 Signale von Abgaszusammensetzungssensoren 225, 226 und 227 empfangen, die an der ECD 178 positioniert sind, einschließlich stromaufwärts und/oder stromabwärts des SCR-Katalysators 272.
Darüber hinaus können, wie in dieser Schrift weiter beschrieben, Signale, die an der Steuerung 12 von einem oder mehreren der Abgassensoren 225, 226 und 227 empfangen werden, die an die ECD 178 gekoppelt sind, genutzt werden, um eine Sauerstoffspeicherkapazität (oxygen storage capacity - OSC) und/oder einen SCR-Deaktivierungsgrad von einer oder mehreren Vorrichtungen der ECD 178 zu bestimmen. Anschließend kann der Motorbetrieb eingestellt werden, um Abgasemissionen als Reaktion auf die berechnete OSC und/oder den SCR-Deaktivierungsgrad zu mindern. Wenn zum Beispiel der SCR-Deaktivierungsgrad größer als ein oberer Schwellenwert des Deaktivierungsgrads ist, kann die Steuerung 12 den Fahrzeugführer benachrichtigen, um eine Wartung der ECD zu empfehlen, und kann einen Motorbetrieb einstellen, um eine Anzahl und/oder Häufigkeit von TFSO und/oder Start-Stopp-Ereignissen des Motors zu reduzieren, damit der NOx- und/oder NH₃-Durchbruch am SCR-Katalysator reduziert wird. In einem anderen Beispiel kann die Steuerung 12 als Reaktion darauf, dass der SCR-Deaktivierungsgrad größer als ein oberer Schwellenwert des Deaktivierungsgrads ist, eine aktive Steuerung reduzieren, um den Motor mit einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis am TWC zu betreiben, wodurch weniger NH₃ erzeugt wird; da der SCR-Deaktivierungsgrad größer als der obere Schwellenwert des Deaktivierungsgrads ist, ist die Fähigkeit der SCR, NH₃ zu adsorbieren, reduziert. Das Reduzieren der aktiven Steuerung, um den Motor mit einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis am TWC zu betreiben, kann das Deaktivieren oder Ausschalten der aktiven Steuerung beinhalten, um den Motor mit einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis am TWC zu betreiben; mit anderen Worten kann der Motorbetrieb, der zu einem fetten Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases am TWC führt, reduziert und/oder gestoppt werden.
Der obere Schwellenwert des Deaktivierungsgrads kann eine positive Zahl ungleich null sein und kann einem vollständig (z. B. 100 %) deaktivierten SCR-Katalysator entsprechen. In einem anderen Fall kann der obere Schwellenwert des Deaktivierungsgrads einem zu 90 % deaktivierten SCR-Katalysator entsprechen. In einem anderen Beispiel kann die Steuerung 12, wenn der SCR-Deaktivierungsgrad unter einem unteren Schwellenwert des SCR-Deaktivierungsgrads liegt, dem Fahrzeugführer eine Benachrichtigung anzeigen, dass sich der SCR-Katalysator in einem unverbrauchten Zustand befindet. Der untere Schwellenwert des SCR-Deaktivierungsgrads kann eine positive Zahl ungleich null sein und kann einem SCR-Deaktivierungsgrad von 1 % entsprechen.
Wie vorstehend beschrieben zeigt 1 nur einen Zylinder eines Mehrzylindermotors. Demnach kann jeder Zylinder gleichermaßen einen eigenen Satz von Einlass-/Auslassventilen, (eine) Kraftstoffeinspritzvorrichtung(en), eine Zündkerze usw. beinhalten. Es versteht sich, dass der Motor 10 eine beliebige geeignete Anzahl von Zylindern, einschließlich 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12 oder mehr Zylinder, beinhalten kann. Ferner kann jeder dieser Zylinder einige oder alle der verschiedenen Komponenten beinhalten, die in 1 unter Bezugnahme auf den Zylinder 14 beschrieben und abgebildet sind.
Während des normalen Fahrzeugbetriebs kann das Reduzieren von Motorabgasemissionen anderen Motorbetriebszielen gegenübergestellt werden, wie etwa dem Erfüllen des Motorleistungsbedarfs und dem Reduzieren der Kraftstoffeffizienz. Ein häufigerer und/oder fetterer Motorbetrieb (z. B. niedrigere Luft-Kraftstoff-Verhältnisse) kann dazu beitragen, eine erhöhte Motorleistung bereitzustellen und die NOx-Umwandlung über einen TWC zu fördern, kann jedoch auch die Ammoniakemissionen (NH₃) erhöhen. TFSO und Start-Stopp-Ereignisse des Motors können, während Kraftstoff gespart wird, die NOx-Emissionen erhöhen, da der Motor angeschaltet ist, während sich der TWC in einem oxidierten Zustand befindet und dadurch teilweise deaktiviert ist. Das Positionieren eines SCR-Katalysators stromabwärts des TWC in einem Abgaskanal kann dabei helfen, NH₃- und NOx-Emissionen zu reduzieren. Das am TWC erzeugte NH₃ kann an der Oberfläche des SCR-Katalysators adsorbiert werden, und das adsorbierte NH₃ kann wiederum den NOx-Durchbruch durch TFSO und Start-Stopp-Ereignisse des Motors reduzieren.
Der Dreiwegekatalysator kann oxidiert und deaktiviert werden, wenn er Luft bei Temperaturen über 600 Grad Celsius ausgesetzt wird, wie etwa während des Motorbetriebs mit eingeschränktem Kraftstoffstrom (z. B. TFSO, Start-Stopp des Motors). Nach der Deaktivierung unterläuft der oxidierte TWC unter fetten Bedingungen (z. B. Luft-Kraftstoff-Verhältnis unter 1) eine Reaktivierung. Aktuelle TWC-Formulierungen beinhalten Cer-Zirkoniumdioxid (CZO). Während des Motorbetriebs kann die Cer-Komponente des CZO eine Redoxreaktion durchlaufen, wobei sie zwischen zwei Oxidationszuständen wechselt, Ce³⁺ (reduzierter Zustand) und Ce⁴⁺ (oxidierter Zustand), wie in Gleichung (1) gezeigt. $({Ce}^{3+},reduzierter Zustand) C e_{2} O_{3} \leftrightarrow 2 C e O_{2} ({Ce}^{4 +}, oxiderter Zustand)$
Durch einen fetten Betrieb des Motors wird Ce⁴⁺ zu Ce³⁺ reduziert, während durch einen mageren Betrieb des Motors (z. B. ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis von mehr als 1) das Ce³⁺ zu Ce⁴⁺ oxidiert wird. Wie durch Gleichung (1) gezeigt, bindet der oxidierte Zustand Ce⁴⁺ vier Sauerstoffatome, während der reduzierte Zustand Ce³⁺ drei Sauerstoffatome bindet. Auf diese Weise kann der TWC eine Sauerstoffspeicherkapazität (OSC) aufweisen, wobei die OSC proportional zu der Menge an Cer in dem CZO ist, die leicht von Ce⁴⁺ zu Ce³⁺ reduziert werden kann. Auf diese Weise korreliert die Einbaumenge von CZO-Material mit der Leistung des TWC. Wenn das CZO-Material deaktiviert (z. B. oxidiert) wird und für die OSC degradiert, degradiert auch die Leistung des TWC. Eine oder mehrere HEGO- und/oder uHEGO-Sensoren können stromaufwärts und/oder stromabwärts des TWC positioniert sein, um die TWC-OSC aufgrund der Veränderung der Ceroxidationszustände zu messen. Wenn das CZO-Material degradiert, nimmt die durch die HEGO- und uHEGO-Sensoren gemessene OSC ab, was eine Deaktivierung und Degradierung der TWC-Leistung angibt.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf 2 wird eine detaillierte schematische Darstellung der Emissionssteuervorrichtung 178 veranschaulicht, die eine Vielzahl von Vorrichtungen 271, 272 und 273 beinhaltet. In der beispielhaften Ausführungsform aus 2 beinhaltet die Emissionssteuervorrichtung 178 einen SCR-Katalysator 272, der in dem Abgaskanal 148 stromabwärts eines TWC 271 positioniert ist. In der dargestellten Ausführungsform kann die Emissionssteuervorrichtung 178 ferner zusätzliche Vorrichtungen stromaufwärts und/oder stromabwärts des TWC 271 und/oder SCR 272 beinhalten; zum Beispiel kann die Vorrichtung 276 ein Dieseloxidationskatalysator (diesel oxidation catalyst - DOC), ein Dieselpartikelfilter (DPF), eine NOx-Falle, verschiedene andere Emissionssteuervorrichtungen oder Kombinationen davon sein. Alternative Anordnungen sind in einigen Ausführungsformen ebenfalls möglich, wie etwa, dass nur die Vorrichtung 271 und die Vorrichtung 272 in dem Abgaskanal angeordnet sind. Für den SCR-Katalysator (z. B. die Vorrichtung 272) kann Reduktionsmittel (z.B. NH₃) über den stromaufwärtigen TWC erzeugt werden. Jedoch kann in einigen Ausführungsformen ein Reduktionsmitteltank 273 vorhanden sein, um Reduktionsmittel, wie etwa Harnstoff oder NH₃, aufzubewahren. Der Tank 273 kann an eine Einspritzvorrichtung 275 gekoppelt sein, um Reduktionsmittel in das Abgas stromaufwärts der Vorrichtung 272 oder in die Vorrichtung 272 einzuspritzen, um NOx in der Vorrichtung 271 zu reduzieren. Ferner kann ein Mischer 274 bereitgestellt sein, um ein angemessenes Mischen des Reduktionsmittels innerhalb des Abgasstroms sicherzustellen. Ammoniak kann proportional zu einer Menge von Motoreinsatzgas NOx sein, das in die SCR eintritt, eingespritzt werden.
In der Darstellung sind die Abgassensoren 225, 226 und 227 zum Messen der Abgaszusammensetzung an den Abgaskanal 148 gekoppelt und jeweils kommunikativ gekoppelt, um Signale an die Steuerung 12 zu übertragen. Bei den Abgassensoren 225, 226 und 227 kann es sich um einen beliebigen geeigneten Sensor zum Bereitstellen einer Angabe eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses des Abgases handeln, wie etwa eine lineare Lambdasonde oder UEGO-Sonde (Breitband- oder Weitbereichslambdasonde), eine binäre Lambdasonde oder EGO-Sonde, eine HEGO-Sonde (beheizte EGO-Sonde), einen NOx-, HC- oder CO-Sensor. Der Sensor 225 kann ein stromaufwärtiger Sensor sein, der stromaufwärts der Emissionssteuervorrichtungen 271, 272 und 276 bereitgestellt ist, während der Sensor 226 ein Zwischensensor sein kann, der stromabwärts der Emissionssteuervorrichtung 271 und stromaufwärts der Emissionssteuervorrichtung 272 bereitgestellt ist. Der Sensor 227 kann ein stromabwärtiger Sensor sein, der stromabwärts der Emissionssteuervorrichtung 272 bereitgestellt ist.
In einem Beispiel können die Abgassensoren 225, 226 und 227 jeweils Lambdasonden beinhalten, wie etwa eine UEGO, EGO und/oder HEGO-Sonde. In einem anderen Beispiel können einer oder mehrere der Abgassensoren 225, 226 und 227 einen NOx-Sensor beinhalten. Wie in dieser Schrift weiter beschrieben, kann ein SCR-Katalysator 272 stromabwärts des TWC 271 im Abgaskanal 148 positioniert sein, um Emissionen von NH₃ und Durchbruch-NOx von dem TWC 271 abzuscheiden. Das bei der SCR adsorbierte NH₃ kann anschließend NOx-Gas während Durchbruchsereignissen nach TFSO und Start-Stopp des Motors zu N₂ umwandeln.
In einem SCR-Katalysator bindet ein Metallion (z. B. ionenausgetauschte Metalle wie Eisen, Fe, und/oder Kupfer, Cu, und dergleichen) an Aluminium, das in einem Zeolith-Substrat vorhanden ist. Im Fall eines SCR-Katalysators auf Kupferbasis sind Kupferionen an Aluminium gebunden, das in einer zeolithischen Struktur vorliegt. NH₃ im Abgas kann an einem Kupferion adsorbiert werden. Während des Motorbetriebs kann die Kupfer-Komponente des SCR-Katalysators eine Redoxreaktion durchlaufen, wobei sie zwischen zwei Oxidationszuständen wechselt, Cu¹⁺(reduzierter Zustand) und Cu²⁺ (oxidierter Zustand), wie in Gleichung (2) gezeigt. $({Cu}^{1+},reduzierter Zustand) C u_{2} O + \frac{1}{2} O_{2} \leftrightarrow 2 C u O ({Cu}^{2 +}, oxiderter Zustand)$
Das Kupferion kann je nach Exposition gegenüber reduktiven Gasbedingungen bzw. oxidativen Gasbedingungen im Abgas zwischen den Oxidationszuständen Cu¹⁺ und Cu²⁺ wechseln. Während bestimmter Motorbetriebsbedingungen, einschließlich wenn eine Abgastemperatur größer als eine Schwellenabgastemperatur ist und wenn ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis fetter als ein Schwellen-Luft-Kraftstoff-Verhältnis ist, kann das Aluminium von der zeolithischen Struktur des SCR-Katalysators, der das Metallion (z. B. Kupferion) von der Oberfläche freisetzt, degradieren, wodurch der SCR-Katalysator deaktiviert wird. Die Deaktivierung des SCR-Katalysators kann erhöhte Emissionen von NH₃ und NOx durch das Motorabgas ermöglichen. Somit kann das Diagnostizieren des Deaktivierungsgrads eines SCR-Katalysators dazu beitragen, unerwünschte Abgasemissionen zu reduzieren, indem ein Durchbruch an dem SCR-Katalysator verhindert wird. Obwohl die Beschreibung in dieser Schrift für SCR-Katalysatoren auf Kupferbasis gilt, können analoge Verfahren und Systeme auf andere SCR-Katalysatoren auf Metallbasis, wie etwa einen SCR-Katalysator auf Eisenbasis und dergleichen, angewendet werden. Für den Fall eines SCR-Katalysators auf Eisenbasis (Fe) oder eines anderen Nichtkupfermetalls (M) kann der reduzierte Metallzustand Fe²⁺ bzw. M^x+ sein und kann der oxidierte Metallzustand Fe³⁺ bzw. M^(x+1)+ sein. Eine irreversible Deaktivierung kann über einer oberen Schwellentemperatur durch Reduktion von Fe²⁺ zu Fe bzw. M^x+ zu M erfolgen.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf 7 werden ein Strömungsreaktor 700 und Bedingungen zum hydrothermischen Altern eines SCR-Katalysators auf Kupferbasis, um ein Diagnoseverfahren für die SCR-Katalysatordeaktivierung zu entwickeln, veranschaulicht. Ein SCR-Katalysator 706 (z. B. eine zylindrische Katalysatorkerngröße mit einem Durchmesser von 1,0" x einer Länge von 1,0") ist in einem Testabgaskanal 704 des Strömungsreaktors 700 zusammen mit Abgassensoren 710 und 720, die stromaufwärts bzw. stromabwärts des SCR-Katalysators 706 positioniert sind, positioniert. Der Strömungsreaktor 700 kann teilweise in einem Ofen oder einer anderen Vorrichtung zum Regulieren der Temperatur eingeschlossen sein. Der SCR-Katalysator 706 wird experimentell gealtert, indem alle 60 s zwischen fetten Bedingungen (Tabelle 736) und mageren Bedingungen (Tabelle 732) gewechselt wird, indem eine Gaszusammensetzung eingestellt wird, die dem Strömungsreaktor 700 zugeführt wird, um drei unterschiedlich gealterte Proben des SCR-Katalysators bereitzustellen: unverbrauchter SCR-Katalysator (nicht gealtert), SCR-Katalysator mit voller nutzbarer Lebensdauer (16 Stunden bei 750 Grad C gealtert) und deaktivierter SCR-Katalysator (16 Stunden bei 900 Grad C gealtert). Diese drei unterschiedlich gealterten SCR-Katalysatorproben können beim Testen verwendet werden, um verschiedene Ansätze zum Überwachen und Diagnostizieren der SCR-Katalysatordeaktivierung zu untersuchen. Andere Reaktorstrom- und Katalysatorparameter sind in Tabelle 738 aufgeführt. Unter Verwendung der drei unterschiedlich gealterten Proben kann eine Alterungskorrelation unter Verwendung verschiedener Untersuchungstests und der Abgassensoren 710 und 720 entwickelt werden. Messungen, die durch die Abgassensoren 710 und 720 übertragen werden, sind im Diagramm 702 durch die Verläufe von λ_{stromaufwärts} 712 bzw. λ_{stromabwärts} 722 während des Wechselns zwischen dem fetten und mageren Zustand, während ein Temperatursensor Temperaturdaten 708 erzeugt, für die gealterten Proben mit voller nutzbarer Lebensdauer veranschaulicht. Wie im Diagramm 702 gezeigt, laufen die gemessenen Daten von λ_{stromabwärts} 712 geringfügig hinter denen von λ_{stromaufwärts} 722 her.
Die 8-13 veranschaulichen verschiedene Ansätze zum Korrelieren von Messungen der Abgaszusammensetzung mit dem Deaktivierungsgrad des SCR-Katalysators in Echtzeit. Bei einem ersten Ansatz wird die SCR-Katalysatordeaktivierung durch Überwachen der NOx-Umwandlung, wie durch die Standard-SCR-Reaktion bestimmt, die in Gleichung (3) gezeigt ist, untersucht: $4 N O + 4 N H_{3} + O_{2} \to 4 N_{2} + 6 H_{2} O$
Wenn der Deaktivierungsgrad des SCR-Katalysators zunimmt, ist weniger NH₃ für die NOx-Umwandlung verfügbar, da die Adsorption von NH₃ durch den SCR-Katalysator reduziert ist, wodurch die NOx-Umwandlung an dem SCR-Katalysator reduziert wird. Um die NOx-Umwandlung zu überwachen, wird jeder der unverbrauchten und gealterten SCR-Katalysatoren in dem Strömungsreaktor 700 installiert und einem den Motorbetrieb bei λ = 1,05 simulierenden Gasgemisch ausgesetzt, das 350 ppm NH₃, 350 ppm NO, 0 ppm NO₂, 1 % O₂, 0 ppm CO, 0 ppm H₂, 5 % H₂O, 5 % CO₂ beinhaltet, wobei der Rest des Gasgemisches N₂ ist (andere Katalysator- und Reaktorflussparameter sind durch Tabelle 738 aus 7 angegeben). Bei diesem ersten Ansatz können einer oder mehrere der Abgassensoren 710 und 720 einen NOx-Sensor zum Überwachen der NOx-Umwandlung an dem SCR-Katalysator beinhalten. In einem Beispiel kann eine Veränderung der NOx-Zusammensetzung an dem SCR-Katalysator 706 durch Messungen von NOx-Sensoren bestimmt werden, die stromaufwärts bzw. stromabwärts des SCR-Katalysators 706 positioniert sind. Wenn die NOx-Gaszusammensetzung stromaufwärts des SCR-Katalysators 706 bekannt ist, könnte die NOx-Umwandlung durch einen einzelnen NOx-Sensor 720 stromabwärts des SCR-Katalysators 706 bestimmt werden.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf 8 wird ein Diagramm 800 der NOx-Umwandlung abhängig von der Einlassgastemperatur für unverbrauchte 810, SCR-Katalysatoren mit voller nutzbarer Lebensdauer 820 bzw. deaktivierte 830 SCR-Katalysatoren veranschaulicht. Die Einlassgasgemischtemperatur wird von weniger als 100 Grad Celsius bis zu 700 Grad Celsius variiert, um NOx-Umwandlungsdaten in Abhängigkeit von der Temperatur für jeden der unterschiedlich gealterten SCR-Katalysatoren zu erzeugen. Wie durch den schattierten Bereich 850 gezeigt, sind die NOx-Umwandlungsraten bei jedem der unterschiedlich gealterten SCR-Katalysatoren zwischen 200 und 350 Grad Celsius höher. Die NOx-Umwandlung für den SCR-Katalysator mit voller nutzbarer Lebensdauer 820 nimmt relativ zu dem unverbrauchten SCR-Katalysator 810 unter 350 Grad Celsius leicht ab; jedoch ist die NOx-Umwandlung bei dem deaktivierten SCR-Katalysator 830 erheblich niedriger und nimmt bei einer Katalysatordeaktivierung zwischen 200 und 350 Grad Celsius ungefähr um das Zehnfache (von nahezu 100 % auf nahezu 10 %) ab. Demnach kann das Positionieren eines oder mehrerer NOx-Sensoren in einem Abgaskanal stromaufwärts und/oder stromabwärts von einem SCR-Katalysator das Angeben eines deaktivierten SCR-Katalysators unterstützen. Jedoch kann, wie durch das Diagramm 800 gezeigt, die Empfindlichkeit des NOx-Sensors beim Unterscheiden zwischen unverbrauchten und SCR-Katalysatoren mit voller nutzbarer Lebensdauer reduziert sein, insbesondere bei Temperaturen unter 350 Grad Celsius. Darüber hinaus kann es in der Praxis angesichts des plötzlichen Rückgangs der NOx-Umwandlungsleistung von der SCR mit voller nutzbarer Lebensdauer zu der deaktivierten SCR schwierig sein, einen Zeitraum des Motorbetriebs mit erhöhten NOx-Emissionen zu vermeiden, sobald ein deaktivierter SCR-Katalysator diagnostiziert wurde.
Bei einem zweiten Ansatz wird die SCR-Katalysatordeaktivierung durch Überwachen der Ammoniakoxidationsreaktion über den SCR-Katalysator untersucht, wie durch die Gleichungen (4-6) angegeben: $4 N H_{3} + 3 O_{2} \to N_{2} + 3 H_{2} O$
$2 N H_{3} + 2 O_{2} \to N_{2} O + 3 H_{2} O$
$4 N H_{3} + 5 O_{2} \to 4 N O + 6 H_{2} O$
Die Gleichung (4) stellt die gewünschte Ammoniakoxidationsreaktion dar, wobei NH₃ ohne NOx-Nebenprodukte in N₂ umgewandelt wird. Wenn der Deaktivierungsgrad des SCR-Katalysators zunimmt, ist weniger NH₃ für die NOx-Umwandlung verfügbar, da die Adsorption von NH₃ durch den SCR-Katalysator reduziert ist, wodurch die NH₃-Umwandlung an dem SCR-Katalysator reduziert wird. Um die NH₃-Umwandlung zu überwachen, wird jeder der unverbrauchten und gealterten SCR-Katalysatoren in dem Strömungsreaktor 700 installiert und einem den Motorbetrieb bei λ = 1,05 simulierenden Gasgemisch ausgesetzt, das 350 ppm NH₃, 0 ppm NO, 0 ppm NO₂, 1 % O₂, 0 ppm CO, 0 ppm H₂, 5 % H₂O, 5 % CO₂ beinhaltet, wobei der Rest des Gasgemisches N₂ ist (andere Katalysator- und Reaktorflussparameter sind durch Tabelle 738 aus 7 angegeben). Bei diesem zweiten Ansatz können einer oder mehrere der Abgassensoren 710 und 720 einen NH₃-/NOx-Sensor zum Überwachen der NH₃-Umwandlung und Selektivität der NH₃-Umwandlung zu N₂ an dem SCR-Katalysator beinhalten. In einem Beispiel kann eine Veränderung der NH₃-Zusammensetzung an dem SCR-Katalysator 706 durch Messungen von NE₃-Sensoren bestimmt werden, die stromaufwärts bzw. stromabwärts des SCR-Katalysators 706 positioniert sind. Wenn die NH₃-Gaszusammensetzung stromaufwärts des SCR-Katalysators 706 bekannt ist, könnte die NH₃-Umwandlung durch einen einzelnen NH₃-Sensor 720 stromabwärts des SCR-Katalysators 706 bestimmt werden. Zusätzlich kann eine Veränderung der NOx-Zusammensetzung an dem SCR-Katalysator 706 durch einen oder mehrere NOx-Sensoren bestimmt werden, die stromabwärts und/oder stromaufwärts von dem SCR-Katalysator 706 positioniert sind, was verwendet werden kann, um die Selektivität der NE₃-Oxidation zu N₂ (Gleichung 4) relativ zur NH₃-Oxidation zu N₂O und NO (Gleichungen 5 bzw. 6) zu berechnen.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf 9 und 10 sind die Diagramme 900 und 1000 der NEb-Umwandlung und der Selektivität der NE₃-Umwandlung zu N₂ abhängig von der Einlassgastemperatur für unverbrauchte 910 und 1010, SCR-Katalysatoren mit voller nutzbarer Lebensdauer 920 und 1020, bzw. deaktivierte SCR-Katalysatoren 930 bzw. 1030 veranschaulicht. Die Einlassgasgemischtemperatur wird von weniger als 100 Grad Celsius bis zu 700 Grad Celsius variiert, um Reaktionsdaten in Abhängigkeit von der Temperatur für jeden der unterschiedlich gealterten SCR-Katalysatoren zu erzeugen. Wie durch das Diagramm 900 und 1000 gezeigt, sind die NH₃-Umwandlungsraten und die N₂-Selektivität bei jedem des unverbrauchten und des SCR-Katalysators mit voller nutzbarer Lebensdauer zwischen etwa 400 und 600 Grad Celsius höher. Insbesondere liegt die NH₃-Umwandlung bei 500 Grad Celsius und darüber nahe 100 %, während die N₂-Selektivität zwischen 250 und 600 Grad Celsius nahe 100 % liegt. Die NH₃-Umwandlung und die N₂-Selektivität für den SCR-Katalysator 920 und 1020 mit voller nutzbarer Lebensdauer nehmen relativ zu dem unverbrauchten SCR-Katalysator 910 und 920 über bestimmte Temperaturbereiche leicht ab; jedoch sind die NE₃-Umwandlung und die N₂-Selektivität für den deaktivierten SCR-Katalysator 930 und 1030 erheblich geringer. Demnach kann das Positionieren eines oder mehrerer NH₃-/NOx-Sensoren in einem Abgaskanal stromaufwärts und/oder stromabwärts von einem SCR-Katalysator das Angeben eines deaktivierten SCR-Katalysators unterstützen. Jedoch kann, wie durch die Diagramme 900 und 1000 gezeigt, die Empfindlichkeit des NH₃-/NOx-Sensors beim Unterscheiden zwischen unverbrauchten und SCR-Katalysatoren mit voller nutzbarer Lebensdauer reduziert sein, insbesondere bei Temperaturen unter 500 Grad Celsius. Darüber hinaus kann es in der Praxis angesichts des plötzlichen Rückgangs der NH₃-Umwandlungsleistung und der N₂-Selektivität von der SCR mit voller nutzbarer Lebensdauer zu der deaktivierten SCR, schwierig sein, einen Zeitraum des Motorbetriebs mit erhöhten NH₃- und NOx-Emissionen zu vermeiden, sobald ein deaktivierter SCR-Katalysator diagnostiziert wurde.
Bei einem dritten Ansatz wird die SCR-Katalysatordeaktivierung durch Bestimmen einer NH₃-Speicherkapazität des SCR-Katalysators untersucht. Die NH₃-Speicherkapazität ist proportional zur Menge an aktiven Aluminiumionen, die in der Zeolithstruktur des SCR-Katalysators vorhanden sind. Wie in dieser Schrift beschrieben, werden die Aluminiumionen für die NH₃-Adsorption unter hydrothermalen Bedingungen über einer unteren Schwellenabgastemperatur inaktiviert. Wenn der Deaktivierungsgrad des SCR-Katalysators zunimmt (vom unverbrauchten Zustand zum Zustand der vollen nutzbaren Lebensdauer zum deaktivierten Zustand), ist weniger NH₃ für die NOx-Umwandlung verfügbar, da die Adsorption von NH₃ durch den SCR-Katalysator reduziert ist, wodurch die NOx-Umwandlung an dem SCR-Katalysator reduziert wird. Um die NF₃-Speicherkapazität zu überwachen, wird jeder der unverbrauchten und gealterten SCR-Katalysatoren in dem Strömungsreaktor 700 installiert und einem den Motorbetrieb bei λ = 1,00 simulierenden Gasgemisch ausgesetzt, das 350 ppm NH₃, 0 ppm NO, 0 ppm NO₂, 0 % O₂, 0 ppm CO, 0 ppm H₂, 5 % H₂O, 5 % CO₂ beinhaltet, wobei der Rest des Gasgemisches N₂ ist (andere Katalysator- und Reaktorflussparameter sind durch Tabelle 738 aus 7 angegeben). Bei diesem dritten Ansatz kann die NH₃-Speicherkapazität durch einen Abgassensor 720 gemessen werden, der stromabwärts des SCR-Katalysators 706 positioniert ist. In einem Beispiel kann der Abgassensor 720 einen NH₃-Sensor beinhalten. In einem anderen Beispiel kann der Abgassensor 720 einen Sauerstoffgassensor (z. B. einen uHEGO oder HEGO) beinhalten, wobei die Menge an adsorbiertem NH₃, die aus dem SCR-Katalysator 706 freigesetzt wird, durch den Sauerstoffgassensor auf die gleiche Weise erfasst werden kann, wie dieser H2-Gas misst.
Das Aussetzen des SCR-Katalysators 706 gegenüber einer Temperatur, die größer als eine untere Schwellenabgastemperatur ist, setzt das daran adsorbierte NH₃ frei, und dessen Menge kann durch den Abgassensor 720 gemessen werden. In einem Beispiel beinhaltet die untere Schwellenabgastemperatur 600 Grad Celsius. In einem weiteren Beispiel beinhaltet die bevorzugte untere Schwellenabgastemperatur 500 Grad Celsius. In einem weiteren Beispiel beinhaltet die stärker bevorzugte untere Schwellenabgastemperatur 400 Grad Celsius. In einem weiteren Beispiel beinhaltet die am stärksten bevorzugte untere Schwellenabgastemperatur zwischen 400 und 500 Grad Celsius. In einem weiteren Beispiel wird die SCR-Katalysatortemperatur in einer Temperaturrampe von einer Motorbetriebstemperatur (z. B. 200-400 Grad Celsius) schnell über eine Schwellentemperaturrampenrate erhöht, um eine Rate der NH₃-Freisetzung aus dem SCR-Katalysator zu erhöhen. Das Erhöhen einer Rate der NH₃-Freisetzung aus dem SCR-Katalysator kann vorteilhaft sein, da es dazu beiträgt, die Empfindlichkeit und Genauigkeit einer Messung des Abgaszusammensetzungssensors zu erhöhen. In einem Beispiel beinhaltet die Schwellentemperaturrampenrate eine positive Temperaturerhöhungsrate ungleich null.
Als ein Beispiel für den dritten Ansatz wird die SCR-Katalysatortemperatur auf die untere Schwellenabgastemperatur (z. B. 600 Grad C) gesteigert, um gespeichertes NH₃ aus dem SCR-Katalysator zu entfernen. Anschließend wird der SCR-Katalysator, der im Wesentlichen frei von NH₃ ist, bei der Bewertungstemperatur stabilisiert. Das Strömungsreaktorgasgemisch wird bei der Bewertungstemperatur über den SCR-Katalysator gepulst, bis der SCR-Katalysator mit NH₃ gesättigt ist. Unter Verwendung der Abgassensormessungen wird die im SCR-Katalysator gespeicherte NE₃-Menge berechnet. Die Wiederholung dieser Schritte bei jeder Bewertungstemperatur ermöglicht das Bestimmen der NH₃-Speicherkapazität des SCR-Katalysators bei einer Temperatur.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf 11 wird ein Diagramm 1100 der NH₃-Speicherkapazität abhängig von der Einlassgastemperatur für unverbrauchte 1110, SCR-Katalysatoren mit voller nutzbarer Lebensdauer 1120 bzw. deaktivierte 1130 SCR-Katalysatoren veranschaulicht. Die Einlassgasgemischtemperatur variiert von weniger als 100 Grad Celsius bis zu weniger als 400 Grad Celsius, um Daten zur NH₃-Speicherkapazität in Abhängigkeit von der Temperatur für jeden der unterschiedlich gealterten SCR-Katalysatoren zu erzeugen. Wie durch den schattierten Bereich 1150 gezeigt, ist die NH3-Speicherkapazität bei jedem der unterschiedlich gealterten SCR-Katalysatoren zwischen 200 und 350 Grad Celsius höher und während des Motorbetriebs vorteilhaft, um dazu beizutragen, dass sichergestellt wird, dass eine ausreichende Menge an NH₃ an dem SCR-Katalysator gespeichert ist (z. B. adsorbiert), um NOx-Gas während NOx-Durchbruchereignissen umzuwandeln. Wie durch den Vergleich von Daten für den unverbrauchten 1110 und den SCR-Katalysator mit voller nutzbarer Lebensdauer 1120 gezeigt, ist die NH₃-Speicherkapazität des SCR-Katalysators mit voller nutzbarer Lebensdauer 1120 im Vergleich zu dem unverbrauchten SCR-Katalysator, erheblich niedriger (z. B. deaktiviert), da dieser bei allen Einlassgastemperaturen eine NE₃-Speicherkapazität von etwa 500 mg/L-cat weniger aufweist. Im Gegensatz dazu ist die NE₃-Speicherkapazität des deaktivierten 1130 SCR-Katalysators über die Einlassgastemperaturen relativ gering (z. B. <∼ 100 mg/L-cat). Demnach kann das Positionieren eines NH₃- oder Sauerstoffgassensors stromabwärts von einem SCR-Katalysator das Angeben eines deaktivierten SCR-Katalysators unterstützen. Insbesondere kann der NH₃- oder Sauerstoffgassensor, wie durch das Diagramm 1100 gezeigt, eine Unterscheidung zwischen unverbrauchten und SCR-Katalysatoren mit voller nutzbarer Lebensdauer sowie SCR-Katalysatoren mit voller nutzbarer Lebensdauer und deaktivierten SCR-Katalysatoren ermöglichen, insbesondere bei Gastemperaturen zwischen 150 und 350 Grad Celsius. Somit kann das Diagnostizieren der SCR-Katalysatordeaktivierung durch Überwachen der NH₃-Speicherkapazität dazu beitragen, die NH₃- und NOx-Emissionen zu reduzieren, da die NH₃-Speicherkapazität über die nutzbare Lebensdauer eines SCR-Katalysators und darüber hinaus, wenn der SCR-Katalysator deaktiviert wird, stetig abnehmen kann.
Bei einem vierten Ansatz wird die SCR-Katalysatordeaktivierung durch Bestimmen einer Sauerstoffspeicherkapazität (OSC) des SCR-Katalysators untersucht. Wie zuvor unter Bezugnahme auf Gleichung (1) beschrieben, weist der TWC eine Sauerstoffspeicherkapazität auf, die abnimmt, wenn die Cerionen in dem Katalysator von Ce³⁺ zu Ce⁴⁺ oxidiert werden, wenn der TWC altert. Unter Bezugnahme auf 12 wird ein Diagramm 1200 der Sauerstoffspeicherkapazität (dargestellt als Mikromol Sauerstoff pro Katalysatorkern) abhängig von der Einlassgastemperatur für unverbrauchte 1210, Katalysatoren mit voller nutzbarer Lebensdauer 1220 bzw. deaktivierte 1230 TWC-Katalysatoren veranschaulicht. Der TWC wird ähnlich den SCR-Untersuchungsexperimenten, wie unter Bezugnahme auf 7 beschrieben, durch einen Wechsel zwischen mageren und fetten Redox-Alterungsbedingungen gealtert. Während des Alterns unterliegt der TWC mit voller nutzbarer Lebensdauer 1220 6 Stunden lang 1110 Grad Celsius und der deaktivierte 1230 TWC unterliegt 150 Stunden lang 1030 Grad Celsius. Nach dem Altern wird die Einlassgasgemischtemperatur von weniger als 100 Grad Celsius bis zu 700 Grad Celsius variiert, um Daten zur Sauerstoffspeicherkapazität in Abhängigkeit von der Temperatur für jeden der unterschiedlich gealterten TWC-Katalysatoren zu erzeugen. Wie durch das Diagramm 1200 gezeigt, nimmt die Sauerstoffspeicherkapazität für den TWC-Katalysator mit voller nutzbarer Lebensdauer 1220 relativ zu dem unverbrauchten TWC-Katalysator 1210 ab; ferner ist die Sauerstoffspeicherkapazität für den deaktivierten TWC-Katalysator 1230 erheblich geringer. Somit nimmt die Sauerstoffspeicherkapazität eines TWC mit dem Altern und dem Grad der Deaktivierung des TWC ab.
Im Gegensatz zur OSC-Charakterisierung für den Fall eines TWC, wie vorstehend unter Bezugnahme auf Gleichung (2) beschrieben, enthält der SCR-Katalysator eine vorbestimmte Menge an Kupfer, die an Aluminiumstellen adsorbiert ist, die in der zeolithischen Struktur des SCR-Katalysators vorhanden sind, wobei das Kupfer reversible Redoxübergänge zwischen einem reduzierten Zustand (Cu¹⁺) und einem oxidierten Zustand (Cu²⁺) durchläuft, je nach Exposition gegenüber fetten oder mageren Bedingungen. Die OSC des SCR-Katalysators ist proportional zur Menge an aktiven Aluminiumionen, die in der Zeolithstruktur des SCR-Katalysators vorhanden sind. Wie in dieser Schrift beschrieben, degradieren die Aluminiumionen unter stark hydrothermalen Bedingungen über einer oberen Schwellenabgastemperatur.
Wenn die Aluminiumionen bei Temperaturen, die die obere Schwellenabgastemperatur erreichen, degradieren, werden die adsorbierten Kupferionen freigesetzt und aus der Zeolithstruktur des SCR-Katalysators ausgestoßen. Die Degradierung der Aluminiumionen kann zum Sintern des Kupfers in größere Partikel führen, wodurch das Kupfer nicht mehr verfügbar ist, um in den ionenausgetauschten Kupferzustand in der Zeolithstruktur des SCR-Katalysators zurückzukehren. Die freien Kupferionen sind dann somit für eine irreversible weitere Reduktionsreaktion zu Kupfermetall gemäß Gleichung (7) verfügbar: $2 C u O \leftrightarrow C u_{2} O + \frac{1}{2} O_{2} \to 2 C u^{0} M e t a l l + O_{2}$
Gemäß Gleichung (7) stellt Cu²⁺ einen oxidierten Zustand dar, stellt Cu¹⁺ einen reduzierten Zustand dar und stellt Cu⁰ einen weiter reduzierten Zustand dar. Darüber hinaus nimmt die Menge an erzeugtem gasförmigem Sauerstoff zu, wenn die Kupferionen reduziert werden (von links nach rechts in Gleichung (7)). Wie vorstehend beschrieben, gibt eine weitere Reduktion der Kupferionen zu Kupfermetall eine Deaktivierung des SCR-Katalysators an. Im oxidierten Zustand (Cu²⁺) wird ein Sauerstoffatom für jedes Kupferion adsorbiert, während im reduzierten Zustand (Cu¹⁺) ein Sauerstoffatom für jeweils zwei Kupferionen adsorbiert wird. Wenn Kupferionen weiter zu Kupfermetall reduziert werden, wird kein Sauerstoff adsorbiert. Somit ist, wenn der Deaktivierungsgrad des SCR-Katalysators zunimmt, weniger Kupfer für die Sauerstoffspeicherung verfügbar, da Aluminiumstellen degradiert sind, was eine weitere Reduktion von Kupferionen zu Kupfermetall erleichtert.
In einem Beispiel beinhaltet die obere Schwellenabgastemperatur 900 Grad Celsius. In einem Beispiel kann das Aussetzen des SCR-Katalysators gegenüber der oberen Schwellenabgastemperatur über eine Schwellendeaktivierungsdauer hinaus zu einem vollständig deaktivierten SCR-Katalysator führen, wodurch der SCR-Deaktivierungsgrad derart ist, dass im Wesentlichen alle Kupferionen irreversibel zu Kupfermetall reduziert werden. Darüber hinaus können die obere Schwellenabgastemperatur und die Schwellendeaktivierungsdauer eine Arrhenius-Beziehung aufweisen, wodurch die Schwellendeaktivierungsdauer, die einer niedrigeren oberen Schwellenabgastemperatur entspricht, länger sein kann. Zum Beispiel kann der SCR-Katalysator bei Exposition gegenüber einer oberen Schwellentemperatur von 900 Grad Celsius für eine Schwellendeaktivierungsdauer von 16 h vollständig deaktiviert werden; ferner kann der SCR-Katalysator bei Exposition gegenüber einer oberen Schwellentemperatur von 850 Grad Celsius für eine Schwellendeaktivierungsdauer von 60 h vollständig deaktiviert werden; ferner kann der SCR-Katalysator bei Exposition gegenüber einer oberen Schwellentemperatur von 1000 Grad Celsius für eine Schwellendeaktivierungsdauer von 1,6 h vollständig deaktiviert werden.
Um die Sauerstoffspeicherkapazität des SCR-Katalysators zu überwachen, werden jeder des unverbrauchten und des gealterten SCR-Katalysators in dem Strömungsreaktor 700 installiert und einem einen Motorbetrieb simulierenden Gasgemisch ausgesetzt, wie vorstehend unter Bezugnahme auf 7 beschrieben. Der SCR-Katalysator 706 wird experimentell gealtert, indem alle 60 s zwischen fetten Bedingungen (Tabelle 736) und mageren Bedingungen (Tabelle 732) gewechselt wird, indem eine Gaszusammensetzung eingestellt wird, die dem Strömungsreaktor 700 zugeführt wird, um drei unterschiedlich gealterte Proben des SCR-Katalysators bereitzustellen: unverbrauchter SCR-Katalysator (nicht gealtert), SCR-Katalysator mit voller nutzbarer Lebensdauer (16 Stunden bei 750 Grad C gealtert) und deaktivierter SCR-Katalysator (16 Stunden bei 900 Grad C gealtert). Andere Katalysator- und Reaktorflussparameter sind in Tabelle 738 aus 7 angegeben.
Bei diesem vierten Ansatz kann die Sauerstoffspeicherkapazität gemessen werden, indem ein Abgassensor 720 stromabwärts des SCR-Katalysators 706 positioniert wird und die Differenzen in den Abgassensorsignalen 712 und 722 gemessen werden, die der Sauerstoffgaszusammensetzung bei mageren bzw. fetten Bedingungen entsprechen. Bei Abgastemperaturen unter der oberen Schwellenabgastemperatur wechseln die Kupferionen im SCR-Katalysator zwischen dem oxidierten (Cu²⁺) und reduzierten (Cu¹⁺) Zustand. Gemäß Gleichung (7) setzt die Reduktion des Cu²⁺ zu Cu¹⁺ die Sauerstoffmenge (z. B. 1 Sauerstoffatom pro Kupferion) im Abgas stromabwärts des SCR-Katalysators frei und erhöht diese, während die Oxidation des Cu¹⁺ zu Cu²⁺ im SCR-Katalysator Sauerstoff verbraucht und der Sauerstoff im Abgas stromabwärts des SCR-Katalysators abnehmen kann. Durch Messen dieser Veränderungen der Sauerstoffzusammensetzung stromabwärts des SCR-Katalysators kann der Abgassensor 720 reversible Veränderungen der Sauerstoffspeicherkapazität des SCR-Katalysators angeben. Im Gegensatz dazu werden bei Abgastemperaturen über der oberen Schwellenabgastemperatur die Kupferionen in dem SCR-Katalysator irreversibel zu Kupfermetall reduziert und jeglicher zuvor an diesem adsorbierte Sauerstoff wird stromabwärts des SCR-Katalysators in das Abgas freigesetzt. Durch Messen von Veränderungen der Sauerstoffzusammensetzung stromabwärts des SCR-Katalysators kann der Abgassensor 720 ferner irreversible Veränderungen der Sauerstoffspeicherkapazität des SCR-Katalysators angeben, die durch die irreversible Deaktivierung des SCR-Katalysators entstanden sind. In einer beispielhaften Ausführungsform kann der Abgassensor 720 einen Sauerstoffgassensor, wie etwa eine HEGO oder uHEGO, beinhalten. In einem anderen Beispiel kann die Sauerstoffgaszusammensetzung durch den Abgassensor 720, einschließlich eines NOx-Sensors, gemessen werden. Die Verwendung eines HEGO oder uHEGO als Abgassensor 720 kann im Vergleich zu einem NOx-Sensor vorteilhaft sein, da ein HEGO- oder uHEGO-Sensor kostengünstiger als ein NOx-Sensor ist.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf 13 wird ein Diagramm 1300 der Sauerstoffspeicherkapazität, dargestellt als Mikromol O pro Katalysatorkern, abhängig von der Einlassgastemperatur für unverbrauchte 1310, Katalysatoren mit voller nutzbarer Lebensdauer 1320 bzw. deaktivierte 1330 SCR-Katalysatoren veranschaulicht. Die Einlassgasgemischtemperatur wird von weniger als 100 Grad Celsius bis zu etwa 750 Grad Celsius variiert, um Daten zur Sauerstoffspeicherkapazität in Abhängigkeit von der Temperatur für jeden der unterschiedlich gealterten SCR-Katalysatoren zu erzeugen. Wie vorstehend beschrieben, kann die Sauerstoffspeicherkapazität durch die Sauerstoffmenge angegeben werden, die stromabwärts des SCR-Katalysators gemessen wird. Unter Bezugnahme auf Diagramm 1300 nimmt die Sauerstoffspeicherkapazität mit zunehmender SCR-Katalysatoralterung bei jedem der unterschiedlich gealterten SCR-Katalysatoren zwischen 300 und 600 Grad Celsius zu. In den in dieser Schrift beschriebenen Verfahren und Systemen kann eine Messung der OSC des SCR-Katalysators zwischen 400 und 600 Grad Celsius bevorzugt sein, da die Kupferionen in diesem Temperaturbereich stärker mit dem Zeolith interagieren. Unter 400 Grad Celsius kann die Bindung des Kupferions an dem Zeolith weniger vorhersehbar sein; über 600 Grad Celsius kann sich der Kupfer-OSC-Mechanismus verändern. Somit kann zwischen 400 und 600 Grad Celsius die Messung der Änderung der Oxidationszustände von Cu²⁺ zu Cu¹⁺ und die Charakterisierung der OSC des SCR-Katalysators zuverlässiger und genauer sein. Darüber hinaus ist unter der oberen Schwellenabgastemperatur die Reduktion und Oxidation des Kupferions im SCR-Katalysator reversibel und variiert die Sauerstoffspeicherkapazität innerhalb eines vorhersagbaren Wertebereichs. Im Gegensatz dazu kann das Kupfer über der oberen Schwellenabgastemperatur irreversibel zu Kupfermetall reduziert werden, wodurch der SCR-Katalysator deaktiviert wird. Wenn im Wesentlichen alle Kupferionen zu Kupfermetall reduziert sind, ist der SCR-Katalysator dann vollständig deaktiviert.
Wie durch den Vergleich von Daten für den unverbrauchten 1310 und den SCR-Katalysator mit voller nutzbarer Lebensdauer 1320 gezeigt, ist die Sauerstoffspeicherkapazität des SCR-Katalysators mit voller nutzbarer Lebensdauer 1320 im Vergleich zu dem unverbrauchten 1310 SCR-Katalysator tendenziell höher (z. B. stärker deaktiviert), insbesondere bei Temperaturen über 400 Grad Celsius. Darüber hinaus ist die Sauerstoffspeicherkapazität des deaktivierten 1330 SCR-Katalysators über den Einlassgastemperaturen zwischen 400 und 600 Grad Celsius signifikant höher als bei dem unverbrauchten 1310 und dem SCR-Katalysator mit voller nutzbarer Lebensdauer 1320 (z. B. <~ 100 mg/L-cat). In dem Beispiel des Diagramms 1300 ist die Sauerstoffspeicherkapazität des deaktivierten 1330 SCR-Katalysators etwa doppelt so hoch wie die Sauerstoffspeicherkapazität der SCR mit voller nutzbarer Lebensdauer 1320. Somit nimmt, wenn der SCR-Katalysator altert und der Deaktivierungsgrad des SCR-Katalysators zunimmt, der Sauerstoffgehalt im Abgas stromabwärts des SCR-Katalysators zu.
Demnach kann das Positionieren eines Abgassensors stromabwärts von einem SCR-Katalysator zum Messen des Sauerstoffgasgehalts das Angeben eines deaktivierten SCR-Katalysators unterstützen. Insbesondere kann der Sauerstoffgassensor, wie durch das Diagramm 1300 gezeigt, das Unterscheiden zwischen reversiblen Veränderungen der Sauerstoffspeicherkapazität (z. B. wenn Abgastemperaturen unter der oberen Schwellenabgastemperatur liegen) und irreversiblen Veränderungen der Sauerstoffspeicherkapazität (z. B. nach einem Aussetzen des SCR-Katalysators gegenüber Temperaturen über der oberen Schwellenabgastemperatur) ermöglichen. Darüber hinaus kann eine Erhöhung der Sauerstoffspeicherkapazität einer Erhöhung des Deaktivierungsgrads an dem SCR-Katalysator entsprechen, während eine Verringerung der Sauerstoffspeicherkapazität einer Verringerung des Deaktivierungsgrads an dem SCR-Katalysator entsprechen kann. Ferner kann eine Messung des Sauerstoffgehalts stromabwärts der SCR eine Unterscheidung zwischen unverbrauchten und SCR-Katalysatoren mit voller nutzbarer Lebensdauer sowie SCR-Katalysatoren mit voller nutzbarer Lebensdauer und deaktivierten SCR-Katalysatoren ermöglichen, insbesondere bei Gastemperaturen über 400 Grad Celsius. Somit kann das Diagnostizieren der SCR-Katalysatordeaktivierung durch Überwachen der Sauerstoffspeicherkapazität dazu beitragen, die NH₃- und NOx-Emissionen zu reduzieren, da die Sauerstoffspeicherkapazität über die nutzbare Lebensdauer eines SCR-Katalysators und darüber hinaus, wenn der SCR-Katalysator deaktiviert wird, stetig abnehmen kann.
Auf diese Weise kann eine Sauerstoffspeicherkapazität des SCR-Katalysators mit der Abgassauerstoffzusammensetzung stromabwärts des SCR-Katalysators korreliert sein. Im Gegensatz dazu kann die Messung einer Abgaszusammensetzung über einer ersten Schwellensauerstoffkonzentration eine wesentliche irreversible Deaktivierung des SCR-Katalysators angeben, wodurch das ionische Kupfer in dem SCR-Katalysator vorwiegend von degradierten Aluminiumstellen befreit und anschließend zu Kupfermetall reduziert wurde. In einem Beispiel kann die erste Schwellenwertsauerstoffkonzentration 450 Mikromol Sauerstoff pro Katalysatorkern beinhalten. Mit anderen Worten kann eine gemessene Sauerstoffkonzentration im Abgas, die größer als die erste Schwellensauerstoffkonzentration ist, einen deaktivierten SCR-Katalysator (z. B. deaktivierten SCR-Katalysator 1330) angeben. Darüber hinaus kann die Messung einer Abgaszusammensetzung unter einer zweiten Schwellensauerstoffkonzentration einen unverbrauchteren SCR-Katalysator mit vielleicht nur einer geringeren Menge an reversibler Deaktivierung angeben. In einem Beispiel kann die zweite Schwellensauerstoffkonzentration 225 Mikromol Sauerstoff pro Katalysatorkern beinhalten, was einem SCR-Katalysator mit voller nutzbarer Lebensdauer 1320 entspricht. Mit anderen Worten kann eine gemessene Sauerstoffkonzentration im Abgas unter der dritten Schwellensauerstoffkonzentration einen unverbrauchteren SCR-Katalysator (z. B. unverbrauchten SCR-Katalysator 1310) angeben, der keine wesentliche reversible oder irreversible Deaktivierung aufweist, wobei sich ein Teil oder alle der Kupferionen in dem SCR-Katalysator in einem oxidierten (z. B. Cu²⁺) Zustand befinden. Noch ferner kann die Messung einer Abgaszusammensetzung unter der ersten Schwellensauerstoffkonzentration und über der zweiten Schwellensauerstoffkonzentration des Abgases (z. B. zwischen 225 und 450 Mikromol Sauerstoff pro Katalysatorkern) einen teilweise deaktivierten SCR-Katalysator angeben. Als Reaktion auf OSC-Messungen des SCR-Katalysators zwischen 225 und 450 Mikromol Sauerstoff pro Katalysatorkern kann die Regenerierung des SCR-Katalysators eingeleitet werden. Die Regeneration des SCR-Katalysators kann das Betreiben des Motors unter einer Bedingung mit magererem Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases beinhalten. Nach der Regenerierung des SCR-Katalysators kann eine erneute Messung der OSC des SCR-Katalysators zwischen der ersten und zweiten Schwellensauerstoffkonzentration (z. B. zwischen 225 und 450 Mikromol Sauerstoff pro Katalysatorkern) das Vorhandensein einer irreversiblen Deaktivierung des SCR-Katalysators angeben. Im Gegensatz dazu kann eine erneute Messung der OSC des SCR-Katalysators nach der Regenerierung unter der zweiten Schwellensauerstoffkonzentration (z. B. unter 225 Mikromol Sauerstoff pro Katalysatorkern) die erfolgreiche Regenerierung des SCR-Katalysators angeben, bei der die Reduktion der Kupferionen umgekehrt wurde. Auf diese Weise können eine reversible Deaktivierung und eine irreversible Deaktivierung an dem SCR-Katalysator unterschieden und bestimmt werden.
Messungen von einem oder mehreren Abgassensoren 225, 226 und 227 können verwendet werden, um einen Deaktivierungsgrad des SCR-Katalysators 272 während des Motorbetriebs zu bestimmen. Insbesondere kann während bestimmter Motorbetriebsbedingungen die Messung der Abgaszusammensetzung durch einen oder mehrere der Abgassensoren 225, 226 und 227 verwendet werden, um eine Sauerstoffspeicherkapazität des SCR-Katalysators 272 zu berechnen. Anschließend kann der Grad der Deaktivierung anhand der Sauerstoffspeicherkapazität des SCR-Katalysators 272 bestimmt werden. Darüber hinaus kann der Motorbetrieb auf Grundlage des Grads der Deaktivierung des SCR-Katalysators 272 eingestellt werden, um Abgasemissionen zu mindern. Im Fall eines vollständig deaktivierten SCR-Katalysators, da die NH3-Speicherfähigkeit an dem SCR-Katalysator reduziert ist, wird der Motorbetrieb eingestellt, um die aktive NH₃-Bildung am TWC zu reduzieren. Mit anderen Worten wird der fette Motorbetrieb verringert. Zusätzlich kann die Anzahl der Kraftstoffabsperrereignisse des Motors reduziert oder beseitigt werden. Noch ferner kann die Steuerung 12 einen Fahrzeugführer benachrichtigen, wenn ein SCR-Deaktivierungsgrad über einen oberen Schwellenwert des Deaktivierungsgrads hinaus zunimmt; zum Beispiel kann der Fahrzeugführer eine Angabe über das Armaturenbrett 196 empfangen, dass das Fahrzeug gewartet werden muss. In einem anderen Beispiel kann die Steuerung 12 dem Fahrzeugführer auf dem Armaturenbrett 196 ein Diagramm mit historischen Daten oder einen numerischen Indikator der verbleibenden nutzbaren Lebensdauer einer ECD 178 oder eines SCR-Katalysators 272 in % anzeigen. Auf diese Weise können Motoremissionen, insbesondere Emissionen von NOx und NH3, reduziert werden, während die Kosten für die Herstellung und den Betrieb des Motors und des Fahrzeugsystems beibehalten werden.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf die 3-5 werden Ablaufdiagramme für Verfahren 300, 400 und 500 für den Betrieb eines Fahrzeugs 5 veranschaulicht. Anweisungen zum Ausführen des Verfahrens 300 und der übrigen in dieser Schrift beinhalteten Verfahren können durch eine Steuerung 12 auf Grundlage von auf einem Speicher der Steuerung 12 gespeicherten Anweisungen und in Verbindung mit Signalen ausgeführt werden, die von Sensoren des Motorsystems 10, wie etwa den vorstehend unter Bezugnahme auf 1 und 2 beschriebenen Sensoren, empfangen werden. Die Steuerung 12 kann Motoraktoren des Motorsystems 10 einsetzen, um den Motorbetrieb gemäß den nachfolgend beschriebenen Verfahren einzustellen. Das Verfahren 300 beginnt bei 310, wo die Steuerung 12 verschiedene Motorbetriebsbedingungen schätzt und/oder misst, wie etwa den Motorstatus, die Abgastemperatur, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Motors und/oder des Abgases (z.B. λ, das Verhältnis des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zu dem stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnis), die Abgaszusammensetzung und dergleichen. Als Nächstes geht das Verfahren 300 zu 320 über, wo die Steuerung 12 bestimmt, ob eine SCR-Bewertungsbedingung erfüllt wurde. Wie durch das beispielhafte Ablaufdiagramm für das Verfahren 400 bei 410 in 4 gezeigt, kann die SCR-Bewertungsbedingung durch eines oder mehrere davon erfüllt sein, dass λ < λ_TH, dass die Abgastemperatur (T_Abgas) größer als eine Schwellenabgastemperatur (T_Abgas,TH) ist, und dass eine verstrichene Zeit (Δt), seit die SCR-Bewertungsbedingung zuletzt bestimmt wurde, länger als eine Schwellendauer (Δt_TH) ist. λ_TH kann einen positiven Schwellenwert ungleich null von λ beinhalten, unter dem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett genug ist, um die Reduktion der Kupferionen in dem SCR-Katalysator in einen weniger positiven Oxidationszustand zu erleichtern. In einem Beispiel kann λ_TH einem Wert von 1 entsprechen. In einem anderen Beispiel kann λ_TH einem Wert von 0,97 entsprechen. T_Abgas,TH kann einer positiven Temperatur ungleich null entsprechen, über der eine Wahrscheinlichkeit, dass Aluminium in dem SCR-Katalysator degradiert ist, zunehmen kann, wodurch Kupferionen freigesetzt werden, die dann zu Kupfermetall reduziert werden können. In einem Beispiel kann T_Abgas,TH Temperaturen über 900 Grad Celsius beinhalten. Δt_TH kann sich auf eine positive verstrichene Zeit ungleich null beziehen, über die hinaus eine Wahrscheinlichkeit, dass erhöhte Emissionen die SCR durchbrechen, erhöht sein kann. In einem Beispiel kann Δt_TH abnehmen, wenn der SCR-Deaktivierungsgrad zunimmt und/oder sich einem Schwellenwert des SCR-Deaktivierungsgrads nähert (siehe Schritt 360 des Verfahrens 300). Mit anderen Worten kann, wenn der SCR-Deaktivierungsgrad in Richtung des Schwellenwerts des SCR-Deaktivierungsgrads zunimmt, die Häufigkeit des Messens der Abgaszusammensetzung und des Bestimmens der OSC des SCR-Katalysators zunehmen, um eine Wahrscheinlichkeit von Durchbruchemissionen aufgrund eines deaktivierten SCR-Katalysators zu reduzieren. Wenn die SCR-Bewertungsbedingung erfüllt ist, geht das Verfahren 400 zu 420 über, bevor es zu Verfahren 300 zurückkehrt; wenn die SCR-Bewertungsbedingung nicht erfüllt ist, geht das Verfahren 400 zu 430 über, bevor es zu Verfahren 300 zurückkehrt.
Für den Fall, dass die SCR-Bewertungsbedingung bei 430 erfüllt ist, geht das Verfahren 300 zu 330 über, wo die Steuerung die Abgaszusammensetzung misst. Das Messen der Abgaszusammensetzung kann eines oder mehrere des Messens der Abgaszusammensetzung stromabwärts und/oder stromaufwärts von dem SCR-Katalysator beinhalten. In einem Beispiel beinhaltet das Messen der Abgaszusammensetzung das Messen der Abgassauerstoffzusammensetzung stromabwärts des SCR-Katalysators mit einem Abgaszusammensetzungssensor, wie etwa einer HEGO-Sonde, einer uHEGO-Sonde oder einem NOx-Sensor. Als Nächstes wird auf Grundlage der gemessenen Abgaszusammensetzung eine Sauerstoffspeicherkapazität des SCR-Katalysators bestimmt. Eine Korrelation des Abgassauerstoffs mit der OSC kann verwendet werden, um die OSC des SCR-Katalysators zu bestimmen. Wie unter Bezugnahme auf 13 beschrieben, können zum Beispiel experimentelle Daten verwendet werden, um gemessenen Abgassauerstoff mit einer OSC des SCR-Katalysators zu korrelieren. Das Verfahren 300 geht zu 350 über, wo ein SCR-Deaktivierungsgrad auf Grundlage der berechneten OSC angegeben werden kann.
Der SCR-Deaktivierungsgrad kann gemäß dem Verfahren 500 aus 5 bestimmt werden. Das Verfahren 500 beginnt bei 510, wo die Steuerung 12 bewerten kann, ob die SCR ein unverbrauchter SCR-Katalysator ist, indem bestimmt wird, ob die OSC des SCR-Katalysators unter einem unteren Schwellenwert der OSC, OSC_TH liegt. In einem Beispiel kann der untere Schwellenwert der OSC dem vierten Schwellenwert der OSC entsprechen, wie in 13 angegeben. Für den Fall, dass die OSC nicht geringer als OSC_TH ist, geht das Verfahren 500 zu 520 über, wo die Steuerung 12 bewertet, ob die SCR ein vollständig deaktivierter Katalysator ist, indem bestimmt wird, ob die OSC des SCR-Katalysators größer als ein oberer Schwellenwert der OSC, OSC_TH,OBER, ist. In einem Beispiel kann der obere Schwellenwert des OSC dem vierten Schwellenwert des OSC entsprechen, wie in 13 aufgeführt.
Für den Fall, dass die OSC nicht größer als OSC_TH,ober ist, geht das Verfahren 500 zu 526 über, wo die Steuerung 12 einen teilweise deaktivierten SCR-Katalysator angibt. Ein teilweise deaktivierter SCR-Katalysator kann sich auf einen Deaktivierungsgrad des SCR-Katalysators zwischen einem unverbrauchten SCR-Katalysator und einem vollständig deaktivierten SCR-Katalysator beziehen. Mit anderen Worten wurde ein Teil der Kupferionen an dem SCR-Katalysator (reversibel oder irreversibel) zu Cu¹⁺ reduziert; zusätzlich kann ein Teil der Kupferionen irreversibel zu Kupfermetall reduziert worden sein. Das Verfahren 500 wird bei 530 fortgesetzt, wo die Veränderung der OSC ΔOSC, relativ zu der vorherigen OSC-Messung größer als 0 ist. Für den Fall, dass ΔOSC nicht größer als 0 ist, geht das Verfahren 500 zu 534 über, wo eine Abnahme des SCR-Deaktivierungsgrades angegeben wird. Für den Fall, dass ΔOSC größer als 0 ist, geht das Verfahren 500 zu 540 über, wo eine Erhöhung des SCR-Deaktivierungsgrades angegeben wird. Eine Erhöhung des SCR-Deaktivierungsgrads kann eine reversible und/oder eine irreversible Erhöhung der OSC des SCR-Katalysators aufgrund einer reversiblen und/oder irreversiblen Reduktion von Kupferionen an diesem beinhalten. Das Angeben einer Erhöhung des SCR-Deaktivierungsgrads kann beinhalten, dass die Steuerung 12 dem Fahrzeugführer auf dem Armaturenbrett 196 ein Diagramm mit historischen Daten oder einen numerischen Indikator der verbleibenden nutzbaren Lebensdauer des SCR-Katalysators 272 in % anzeigt (z. B. 100 - % SCR-Deaktivierungsgrad). In einem anderen Beispiel kann die Steuerung 12 als Reaktion auf eine Erhöhung eines Deaktivierungsgrads (z. B. Erhöhen über einen unteren Schwellenwert des Deaktivierungsgrads, der dem Erhöhen über einen zweiten Schwellenwert der Sauerstoffspeicherkapazität hinaus entspricht) dem Fahrzeugführer eine Empfehlung für ein vorteilhafteres Fahrmuster oder eine vorteilhaftere Route anzeigen, um Emissionen an dem SCR-Katalysator zu reduzieren. In einem Fall kann ein vorteilhafteres Fahrmuster das derartige Leiten der Fahrzeugfahrroute beinhalten, dass mehr Fahren auf der Autobahn und weniger Fahren in der Stadt erfolgen, um TFSO-Ereignisse zu verringern und eine erhöhte Gelegenheit zur Reaktivierung oder Regeneration des SCR-Katalysators zu ermöglichen.
Das Verfahren 500 geht zu 550 über, wo die Steuerung 12 bestimmt, ob die Abgastemperatur T_Abgas größer als eine Schwellenabgastemperatur T_Abgas,TH ist. T_Abgas,TH kann sich auf eine Schwellenabgastemperatur beziehen, über der Aluminium im SCR-Katalysator degradieren kann, wodurch Kupferionen freigesetzt werden, und wobei die freigesetzten Kupferionen irreversibel zu Kupfermetall reduziert werden können. In einem Beispiel kann T_Abgas,TH 900 Grad Celsius beinhalten; wenn die SCR-Katalysatortemperatur 900 Grad Celsius überschreitet, tritt eine irreversible Deaktivierung des SCR-Katalysators auf, wodurch ein Deaktivierungsgrad des SCR-Katalysators irreversibel erhöht wird. Für den Fall, dass T_Abgas > T_Abgas,TH, geht das Verfahren 500 zu 554 über, wo die Steuerung 12 eine reversible Veränderung des SCR-Deaktivierungsgrades angibt. Das Angeben der reversiblen Veränderung des SCR-Deaktivierungsgrades kann das Aktualisieren eines Diagramms mit historischen Daten oder einer numerischen Darstellung der nutzbaren Lebensdauer des SCR-Katalysators in % auf einem Armaturenbrett 196 des Fahrzeugführers beinhalten. Nach 554 kehrt das Verfahren 500 zu dem Verfahren 300 bei 360 zurück.
Für den Fall, dass T_Abgas nicht größer als T_Abgas,TH ist, geht das Verfahren 500 zu 560 über, wo die Steuerung 12 eine irreversible Veränderung des Deaktivierungsgrades des SCR-Katalysators angibt. Das Angeben der irreversiblen Veränderung des SCR-Deaktivierungsgrades kann das Aktualisieren eines Diagramms mit historischen Daten oder einer numerischen Darstellung der nutzbaren Lebensdauer des SCR-Katalysators in % auf einem Armaturenbrett 196 des Fahrzeugführers beinhalten. In einem Beispiel kann die Steuerung 12 reversible und irreversible Veränderungen des Deaktivierungsgrades des SCR-Katalysators an dem Armaturenbrett 196 unterscheiden, indem separate Trendlinien verfolgt werden, wie in der Zeitachse 600 bei 660 und 666 gezeigt. Das Verfahren 500 geht zu 570 und 580 über, wo der OSC-Ausgangswert des SCR-Katalysators und der Ausgangswert des SCR-Deaktivierungsgrades aktualisiert werden, um die irreversible Veränderung des Deaktivierungsgrads des SCR-Katalysators widerzuspiegeln. In einem Beispiel können die OSC und der SCR-Deaktivierungsgrad durch die Steuerung 12 überwacht und in einem nichtflüchtigem Speicher aufgezeichnet werden. Der SCR-Deaktivierungsgrad kann für einen Fahrzeugführer und/oder Servicetechniker als Diagramm mit historischen Daten (ähnlich der Trendlinie 660 in 6) verfügbar sein, das historische und aktuelle Daten zeigt, oder als eine numerische Darstellung angezeigt werden, die die aktuelle verbleibende Lebensdauer in % (100 - % SCR-Deaktivierungsgrad) des SCR-Katalysators angibt. Wenn zum Beispiel der Deaktivierungsgrad des SCR-Katalysators 70 % deaktiviert ist, dann wäre die verbleibende Lebensdauer in % 30 %. Für den Fall, dass die OSC > OSC_TH,ober, geht das Verfahren 500 zu 590 über, wo die Steuerung 12 einen vollständig deaktivierten SCR-Katalysator angibt. In einem Beispiel kann ein SCR-Katalysator mit einer OSC > OSC_TH,ober einem SCR-Katalysator mit einem Deaktivierungsgrad entsprechen, der größer als ein Schwellenwert des Deaktivierungsgrads ist. Unter erneuter Bezugnahme auf 510 für den Fall, dass OSC < OSC_TH, geht das Verfahren 500 zu 516 über, wo es einen unverbrauchten SCR-Katalysator angibt. Nach 510, 516, 580 und 590 kehrt das Verfahren 500 zu dem Verfahren 300 bei 360 zurück.
Unter erneuter Bezugnahme auf das Verfahren 300 bei 360 bestimmt die Steuerung 12, ob der SCR-Deaktivierungsgrad größer als ein oberer Schwellenwert des SCR-Deaktivierungsgrads ist. Der obere Schwellenwert des SCR-Deaktivierungsgrads kann beinhalten, wenn die SCR vollständig deaktiviert ist. In einem anderen Fall kann der obere Schwellenwert des SCR-Deaktivierungsgrads beinhalten, wenn der SCR-Deaktivierungsgrad nahezu vollständig deaktiviert ist. In dem Fall, in dem der SCR-Deaktivierungsgrad größer als der obere Schwellenwert des SCR-Deaktivierungsgrads ist, kann die Steuerung 12 zu 362 übergehen, wo Motorbetriebsanweisungen eingestellt werden können, um Motoremissionen zu mindern. Als ein Beispiel kann die Steuerung 12 Motorbetriebsereignisse einstellen, um TFSO-Ereignisse zu reduzieren. Das Reduzieren von TFSO-Ereignissen kann den Kraftstoffverbrauch erhöhen, kann jedoch dazu beitragen, eine Wahrscheinlichkeit von NOx- und NH₃-Durchbruchereignissen zu verringern, da der Deaktivierungsgrad des SCR-Katalysators größer als der Schwellenwert des SCR-Deaktivierungsgrads ist. Darüber hinaus kann die Steuerung 12 den Bediener benachrichtigen, das Abgassystem zu warten. In einem Beispiel kann die Steuerung 12 eine akustische und/oder visuelle Benachrichtigung an den Fahrzeugführer senden, zum Beispiel über das Armaturenbrett 196. Nach 362 endet das Verfahren 300.
Unter erneuter Bezugnahme auf 360 geht das Verfahren 300 für den Fall, dass der SCR-Deaktivierungsgrad nicht größer als der obere Schwellenwert des SCR-Deaktivierungsgrads ist, zu 364 über, wo die Steuerung 12 bestimmt, ob der SCR-Deaktivierungsgrad größer als ein unterer Schwellenwert des SCR-Deaktivierungsgrads ist. Der untere Schwellenwert des SCR-Deaktivierungsgrads kann beinhalten, wenn die SCR teilweise deaktiviert ist; in einem Fall kann der SCR-Deaktivierungsgrad, der über den unteren Schwellenwert des SCR-Deaktivierungsgrads steigt, dem entsprechen, wenn die OSC des SCR-Katalysators über einen zweiten Schwellenwert der OSC des SCR-Katalysators hinaus steigt. In dem Fall, in dem der SCR-Deaktivierungsgrad größer als der untere Schwellenwert des SCR-Deaktivierungsgrads ist, kann die Steuerung 12 zu 366 übergehen, wo der Motorbetrieb eingestellt werden kann, um Motoremissionen zu mindern. Als ein Beispiel kann die Steuerung 12 Motorbetriebsbedingungen einstellen, um die Möglichkeiten zur Regeneration des SCR-Katalysators zu erhöhen. In einem Beispiel kann die Steuerung 12 dem Bediener empfehlen, das Fahrzeug über eine andere Route zu lenken, um das Fahren auf der Autobahn zu erhöhen und das Fahren in der Stadt zu reduzieren, um TFSO-Ereignisse zu reduzieren. In einem anderen Beispiel kann die Steuerung 12 Motorbetriebsbedingungen einstellen, um den Motor mit magereren Luft-Kraftstoff-Verhältnissen zu betreiben, um den SCR-Katalysator einer magereren Abgasumgebung auszusetzen, wodurch die Oxidation von Kupferionen an diesem und die Regeneration des SCR-Katalysators begünstigt werden. Darüber hinaus kann die Steuerung 12 bei 366 den Bediener benachrichtigen, um diese Empfehlungen und Fahrzeugbetriebseinstellungen zu kommunizieren. In einem Beispiel kann die Steuerung 12 eine akustische und/oder visuelle Benachrichtigung an den Fahrzeugführer senden, zum Beispiel über das Armaturenbrett 196. Nach 366 endet das Verfahren 300.
Wie durch Beispiele in dieser Schrift veranschaulicht, können das Verfahren und die Systeme zum Betreiben eines Motorsystems, die als Reaktion darauf, dass eine SCR-Bewertungsbedingung erfüllt ist, ein Messen einer Abgaszusammensetzung, ein Berechnen einer SCR-OSC auf Grundlage der gemessenen Abgaszusammensetzung, ein Angeben eines SCR-Deaktivierungsgrades auf Grundlage der berechneten OSC und ein Einstellen von Motorbetriebsbedingungen, um Motoremissionen als Reaktion darauf zu mindern, dass ein SCR-Deaktivierungsgrad größer als ein oberer Schwellenwert des SCR-Deaktivierungsgrads ist, beinhalten, ferner ein Betreiben eines Fahrzeugs in einem Bewegungs- und/oder Leerlaufzustand, während sich der Motor in einem Verbrennungs- und/oder Leerlaufzustand befindet, ein Bestimmen, ob die SCR-Bewertungsbedingung erfüllt ist, und ein Durchführen von Handlungen als Reaktion darauf sowie ein Betreiben ohne dass diese Bedingung erfüllt ist, ein Bestimmen, dass die Bedingung nicht erfüllt ist, und ein Durchführen einer anderen Handlung als Reaktion darauf beinhalten.
Somit beinhaltet ein Verfahren zum Betreiben eines Motors ein Positionieren einer Lambdasonde in einem Motorabgas stromabwärts eines Katalysators zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR), ein Bestimmen einer Sauerstoffspeicherkapazität des SCR-Katalysators auf Grundlage einer Messung der Lambdasonde und ein Bestimmen eines Grads der Deaktivierung des SCR-Katalysators auf Grundlage der Sauerstoffspeicherkapazität. Ein erstes Beispiel für das Verfahren beinhaltet ferner ein Angeben einer Erhöhung des Deaktivierungsgrads des SCR-Katalysators auf Grundlage einer Erhöhung der Sauerstoffspeicherkapazität. Ein zweites Beispiel für das Verfahren beinhaltet optional das erste Beispiel und beinhaltet ferner, dass das Bestimmen der Sauerstoffspeicherkapazität des SCR-Katalysators ferner auf einer Messung einer Lambdasonde basiert, die stromaufwärts des SCR-Katalysators positioniert ist. Ein drittes Beispiel für das Verfahren beinhaltet optional eines oder mehrere des ersten und zweiten Beispiels und beinhaltet ferner ein Angeben einer Verringerung des Deaktivierungsgrads des SCR-Katalysators auf Grundlage einer Verringerung der Sauerstoffspeicherkapazität. Ein viertes Beispiel für das Verfahren beinhaltet optional eines oder mehrere des ersten bis dritten Beispiels und beinhaltet ferner, dass die Sauerstoffspeicherkapazität des SCR-Katalysators aus der Messung mit der Lambdasonde als Reaktion darauf, dass eine erste Bedingung erfüllt ist, bestimmt wird, wobei die erste Bedingung beinhaltet, wenn eine Abgastemperatur größer als eine Schwellenabgastemperatur ist. Ein fünftes Beispiel für das Verfahren beinhaltet optional eines oder mehrere des ersten bis vierten Beispiels und beinhaltet ferner, dass die Sauerstoffspeicherkapazität des SCR-Katalysators aus der Messung mit der Lambdasonde als Reaktion darauf, dass eine erste Bedingung erfüllt ist, bestimmt wird, wobei die erste Bedingung beinhaltet, wenn ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis unter einem Schwellenwert für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis liegt (fett). Ein sechstes Beispiel für das Verfahren beinhaltet optional eines oder mehrere des ersten bis fünften Beispiels und beinhaltet ferner ein Angeben eines degradierten SCR-Katalysators als Reaktion auf eine Erhöhung der bestimmten Sauerstoffspeicherkapazität des SCR-Katalysators über einen Schwellenwert der Sauerstoffspeicherkapazität hinaus. Ein siebentes Beispiel für das Verfahren beinhaltet optional eines oder mehrere des ersten bis sechsten Beispiels und beinhaltet ferner, dass der Schwellenwert der Sauerstoffspeicherkapazität dem Doppelten der Sauerstoffspeicherkapazität des SCR-Katalysators in einem Zustand einer nutzbaren Lebensdauer entspricht.
Somit beinhaltet ein Verfahren zum Betreiben eines Motors für ein Fahrzeug ein Messen einer Gaszusammensetzung eines Motorabgases stromabwärts eines Katalysators zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR) mit einem Abgassensor, ein Berechnen einer Sauerstoffspeicherkapazität des SCR-Katalysators auf Grundlage der Gaszusammensetzung und ein Bestimmen eines Grads der Deaktivierung der SCR aus der Sauerstoffspeicherkapazität. In einem ersten Beispiel für das Verfahren wird das Bestimmen des Grads der Deaktivierung des SCR-Katalysators auf Grundlage der Sauerstoffspeicherkapazität relativ zu einer Sauerstoffspeicherkapazität des SCR-Katalysators in einem unverbrauchten Zustand berechnet. Ein zweites Beispiel für das Verfahren beinhaltet optional das erste Beispiel und beinhaltet ferner ein Angeben eines teilweise deaktivierten SCR-Katalysators als Reaktion darauf, dass die Sauerstoffspeicherkapazität größer als die Sauerstoffspeicherkapazität des SCR-Katalysators im unverbrauchten Zustand ist. Ein drittes Beispiel für das Verfahren beinhaltet optional das erste und zweite Beispiel und beinhaltet ferner, dass das Berechnen der Sauerstoffspeicherkapazität des SCR-Katalysators auf Grundlage der Gaszusammensetzung als Reaktion darauf, dass eine Abgastemperatur eine Schwellenabgastemperatur überschreitet, durchgeführt wird. Ein viertes Beispiel für das Verfahren beinhaltet optional das erste bis dritte Beispiel und beinhaltet ferner ein Angeben einer reversiblen Deaktivierung auf Grundlage dessen, dass die Sauerstoffspeicherkapazität der SCR größer als die Sauerstoffspeicherkapazität der SCR im unverbrauchten Zustand ist, als Reaktion darauf, dass die Abgastemperatur unter der Schwellenabgastemperatur liegt. Ein fünftes Beispiel für das Verfahren beinhaltet optional das erste bis vierte Beispiel und beinhaltet ferner ein Angeben einer irreversiblen Deaktivierung auf Grundlage dessen, dass die Sauerstoffspeicherkapazität der SCR größer als die Sauerstoffspeicherkapazität der SCR im unverbrauchten Zustand ist, als Reaktion darauf, dass die Abgastemperatur über der Schwellenabgastemperatur liegt.
In einer anderen Darstellung beinhaltet das Verfahren optional das erste bis fünfte Beispiel und beinhaltet ferner, dass das Berechnen der Sauerstoffspeicherkapazität des SCR-Katalysators auf Grundlage der Gaszusammensetzung als Reaktion darauf durchgeführt wird, dass eine Schwellendauer seit dem letzten Berechnen der Sauerstoffspeicherkapazität verstrichen ist.
In einer anderen Darstellung beinhaltet das Verfahren ein Angeben einer irreversiblen Deaktivierung auf Grundlage dessen, dass die Sauerstoffspeicherkapazität der SCR größer als die Sauerstoffspeicherkapazität der SCR im unverbrauchten Zustand ist, als Reaktion darauf, dass die Abgastemperatur über eine Schwellendeaktivierungsdauer hinaus über der Schwellenabgastemperatur liegt. In einer anderen Darstellung beinhaltet das Verfahren, dass die Schwellenabgastemperatur und die Schwellendeaktivierungsdauer voneinander abhängig sind, wobei die Schwellendeaktivierungsdauer zunimmt, wenn die Schwellenabgastemperatur abnimmt. In einer anderen Darstellung beinhaltet ein Einstellen von Motorbetriebsbedingungen, um die Möglichkeiten zur Regeneration des SCR-Katalysators zu erhöhen, als Reaktion darauf, dass ein SCR-Deaktivierungsgrad über einen unteren Schwellenwert des SCR-Deaktivierungsgrads hinaus zunimmt, ein Erhöhen eines Anteils des Fahrens auf der Autobahn im Vergleich zum Fahren in der Stadt oder ein Erhöhen des magereren Luft-Kraftstoff-Motorbetriebs.
Unter nunmehriger Bezugnahme auf 6 ist eine beispielhafte Zeitachse 600 veranschaulicht, die den Fahrzeugbetrieb gemäß den Verfahren darstellt, die in dieser Schrift und unter Bezugnahme auf die 3, 4 und 5 beschrieben sind, und wie sie auf die Systeme angewandt werden, die in dieser Schrift und unter Bezugnahme auf die 1 und 2 beschrieben sind. Die Zeitachse 600 beinhaltet die Trendlinie 610, die die Abgastemperatur T_Abgas sowie eine obere Schwellenabgastemperatur 612 im Zeitverlauf angibt. T_Abgas kann durch den Abgastemperatursensor 158 gemessen werden. Die Zeitachse 600 beinhaltet ferner ein Diagramm 620, das ein Abgaszusammensetzungssignal im Zeitverlauf angibt. Das Abgaszusammensetzungssignal kann durch einen oder mehrere der Abgaszusammensetzungssensoren 128, 225, 226 und/oder 227 gemessen werden. Die Zeitachse 600 beinhaltet ferner ein Diagramm 630, das einen Ausgangswert der Sauerstoffspeicherkapazität angibt, und ein Diagramm 636, das eine momentane Sauerstoffspeicherkapazität 636 sowie eine obere und untere Schwellenwertsauerstoffspeicherkapazität 632 bzw. 634 im Zeitverlauf angibt. Die Zeitachse 600 beinhaltet ferner ein Diagramm 640, das λ sowie λ_stöch 642 und λ_TH, einen unteren Schwellenwert λ 648, im Zeitverlauf angibt. λ kann auf Grundlage verschiedener Motorbetriebsbedingungen abgeleitet und/oder berechnet werden, wie etwa Ansaugluftstrom, Kraftstoffeinspritzrate, Zündzeitpunkt, Abgastemperatur, Abgaszusammensetzung und dergleichen. λ_TH kann einem Schwellenwert von λ entsprechen, unter dem das Luft-Kraftstoff-Verhältnis fett genug ist, um die Reduktion des Kupferions in dem SCR-Katalysator zu einem weniger positiven Oxidationszustand zu erleichtern. Die Zeitachse 600 beinhaltet ferner ein Diagramm 650, das einer erfüllten SCR-Bewertungsbedingung entspricht. Die Steuerung 12 kann bei 410 gemäß dem Verfahren 400 bestimmen, wann eine SCR-Bewertungsbedingung erfüllt ist. Die Zeitachse 600 beinhaltet ferner das Diagramm 660, das einen Ausgangswert des SCR-Deaktivierungsgrads angibt, und das Diagramm 666, das einen momentanen SCR-Deaktivierungsgrad angibt, sowie einen oberen Schwellenwert des SCR-Deaktivierungsgrads 662 und einen unteren Schwellenwert des SCR-Deaktivierungsgrads 664. Wenn der SCR-Deaktivierungsgrad größer als ein oberer Schwellenwert des SCR-Deaktivierungsgrads ist, kann der SCR-Katalysator vollständig deaktiviert sein. Im Gegensatz dazu kann ein SCR-Deaktivierungsgrad, der unter dem unteren Schwellenwert des SCR-Deaktivierungsgrads liegt, einem unverbrauchten SCR-Katalysator entsprechen. Außerdem ist auf der Zeitachse 600 eine Schwellenwertdauer 698, ΔT_TH, gezeigt.
Vor dem Zeitpunkt t₁ entspricht einem Zeitraum, in dem der SCR-Katalysator unverbraucht ist, wie durch den Ausgangswert des SCR-Deaktivierungsgrads angegeben wird, der niedriger als der untere Schwellenwert des SCR-Deaktivierungsgrads ist. T_Abgas ist kleiner als eine obere Schwellenabgastemperatur 612 und 2, liegt über λ_TH. Somit ist die SCR-Bewertungsbedingung 650 erfüllt und die Abgaszusammensetzung wird intermittierend jeweils jedes Mal, nachdem eine Schwellenwertdauer 698, ΔT_TH, verstrichen ist, gemessen. Die sich im Zeitverlauf verändernden Motorbetriebsbedingungen erzeugen ein im Zeitverlauf variables Abgaszusammensetzungssignal 620. In einem Beispiel kann das Abgaszusammensetzungssignal einer Abgassauerstoffkonzentration entsprechen. Dementsprechend steigt und fällt eine abgeleitete momentane OSC 636 des SCR-Katalysators, wenn das Abgaszusammensetzungssignal ansteigt und abfällt. Da T_Abgas < T_Abgas,TH, kann die Variation der OSC aufgrund der reversiblen Reduktion von Cu²⁺ zu Cu¹⁺ daran reversiblen Veränderungen der Sauerstoffspeicherkapazität am SCR-Katalysator entsprechen. Somit bleibt der Ausgangswert der OSC 630 des SCR-Katalysators unter dem vierten Schwellenwert der OSC, was einen unverbrauchten SCR-Katalysator angibt. Gleichermaßen bleibt, obwohl der momentane SCR-Deaktivierungsgrad 666 des SCR-Katalysators steigt und fällt (wie anhand der momentanen OSC 636 bestimmt), ein Ausgangswert des SCR-Deaktivierungsgrads 660 unter dem unteren Schwellenwert des SCR-Deaktivierungsgrads 664 unverändert.
Während des Zeitraums zwischen dem Zeitpunkt t₁ und dem Zeitpunkt t₂ sinkt λ unter λ_TH und die SCR-Bewertungsbedingung 650 ist erfüllt. Somit misst die Steuerung 12 die Abgaszusammensetzung häufiger (z. B. kontinuierlicher im Vergleich zu der Messung nachdem Δt_TH verstrichen ist), um die OSC 630 des SCR-Katalysators genauer zu überwachen. Ähnlich dem Zeitpunkt vor t₁ steigt und fällt eine abgeleitete momentane OSC 636 des SCR-Katalysators, wenn das Abgaszusammensetzungssignal steigt und fällt. Da T_Abgas < T_Abgas,TH, kann die Variation der OSC aufgrund der reversiblen Reduktion von Cu²⁺ zu Cu¹⁺ daran reversiblen Veränderungen der Sauerstoffspeicherkapazität am SCR-Katalysator entsprechen. Somit bleibt der Ausgangswert der OSC 630 des SCR-Katalysators unter dem vierten Schwellenwert der OSC, was einen unverbrauchten SCR-Katalysator angibt. Gleichermaßen bleibt, obwohl der momentane SCR-Deaktivierungsgrad 666 des SCR-Katalysators steigt und fällt (wie anhand der momentanen OSC 636 bestimmt), ein Ausgangswert des SCR-Deaktivierungsgrads 660 unter dem unteren Schwellenwert des SCR-Deaktivierungsgrads 664 unverändert.
Zum Zeitpunkt t₂ steigt T_Abgas über T_Abgas,TH, λ bleibt unter λ_TH und die SCR-Bewertungsbedingung 650 ist erfüllt. Die Steuerung 12 misst die Abgaszusammensetzung häufiger, um die OSC 630 des SCR-Katalysators genauer zu überwachen. Im Gegensatz zu vor dem Zeitpunkt t₂ spiegeln die positiven Zunahmen der OSC 630 des SCR-Katalysators die irreversible Reduktion des Kupferions zu Kupfermetall daran wider, da T_Abgas > T_Abgas,TH. Somit steigt der Ausgangswert der OSC 630 des SCR-Katalysators (und der momentanen OSC 636) über den vierten Schwellenwert der OSC hinaus stetig bis zum Zeitpunkt t₃. Dementsprechend steigt der Ausgangswert des SCR-Deaktivierungsgrads 660 (und der momentane SCR-Deaktivierungsgrad 666) ebenfalls stetig bis zum Zeitpunkt t₃. Somit ist nach dem Zeitpunkt t₂ der Deaktivierungsgrad des SCR-Katalysators teilweise deaktiviert und nicht mehr unverbraucht.
Zum Zeitpunkt t₃ sinkt T_Abgas unter T_Abgas,TH und λ steigt über λ_TH. Somit ist die SCR-Bewertungsbedingung 650 erfüllt und die Abgaszusammensetzung wird intermittierend jeweils jedes Mal, nachdem eine Schwellenwertdauer 698, ΔT_TH, verstrichen ist, gemessen. Ähnlich wie bei dem Zeitraum vor t₁ erzeugen die sich im Zeitverlauf verändernden Motorbetriebsbedingungen ein im Zeitverlauf variables Abgaszusammensetzungssignal 620. Dementsprechend steigt und fällt eine abgeleitete momentane OSC 636 des SCR-Katalysators, wenn das Abgaszusammensetzungssignal ansteigt und abfällt. Da T_Abgas < T_Abgas,TH, kann die Variation der OSC aufgrund der reversiblen Reduktion von Cu²⁺ zu Cu¹⁺ daran reversiblen Veränderungen der Sauerstoffspeicherkapazität am SCR-Katalysator entsprechen. Somit bleibt der Ausgangswert der OSC 630 des SCR-Katalysators über dem vierten Schwellenwert der OSC und unter dem ersten Schwellenwert der OSC konstant, was einen teilweise deaktivierten SCR-Katalysator angibt. Gleichermaßen bleibt, obwohl der momentane SCR-Deaktivierungsgrad 666 des SCR-Katalysators steigt und fällt (wie anhand der momentanen OSC 636 bestimmt), ein Ausgangswert des SCR-Deaktivierungsgrads 660 zwischen dem unteren Schwellenwert des SCR-Deaktivierungsgrads 664 und dem oberen Schwellenwert des SCR-Deaktivierungsgrads 662 unverändert, was einen teilweise deaktivierten SCR-Katalysator angibt.
Als Nächstes steigt zum Zeitpunkt t₄ T_Abgas über T_Abgas,TH, λ fällt unter λ_TH und die SCR-Bewertungsbedingung 650 ist erfüllt. Die Steuerung 12 misst die Abgaszusammensetzung häufiger, um die OSC 630 des SCR-Katalysators genauer zu überwachen. Die Zunahmen der OSC 630 des SCR-Katalysators spiegeln die irreversible Reduktion des Kupferions zu Kupfermetall daran wider, da T_Abgas > T_Abgas,TH. Somit steigt der Ausgangswert der OSC 630 des SCR-Katalysators (und die momentane OSC 636) stetig bis zum Zeitpunkt t₅. Dementsprechend steigt der Ausgangswert des SCR-Deaktivierungsgrads 660 (und der momentane SCR-Deaktivierungsgrad 666) ebenfalls stetig bis zum Zeitpunkt t₅.
Zum Zeitpunkt ts steigt der berechnete OSC des SCR-Katalysators auf den ersten Schwellenwert der OSC, und der daraus bestimmte SCR-Deaktivierungsgrad erreicht den oberen Schwellenwert des SCR-Deaktivierungsgrads, was einen vollständig deaktivierten SCR-Katalysator angibt. Als Reaktion darauf kann die Steuerung 12 eine Benachrichtigung über den deaktivierten SCR-Katalysator und über die Wartung der ECD 178 an den Fahrzeugführer übertragen. Darüber hinaus kann die Steuerung 12 als Reaktion darauf den Motorbetrieb einstellen, um Motoremissionen angesichts des deaktivierten SCR-Katalysators zu mindern. Als ein Beispiel kann die Steuerung 12 eine Häufigkeit von TFSO-Ereignissen reduzieren, um eine Wahrscheinlichkeit eines Durchbruchs von NH₃ und/oder NOx zu reduzieren. Nach dem Zeitpunkt t₅ sinkt T_Abgas unter T_Abgas,TH und λ steigt über λ_TH. Somit ist die SCR-Bewertungsbedingung 650 erfüllt und die Abgaszusammensetzung wird intermittierend jeweils jedes Mal, nachdem eine Schwellenwertdauer 698, ΔT_TH, verstrichen ist, gemessen.
Somit beinhaltet ein Motorsystem einen Motor, einen Abgassensor, der in einem Motorabgas stromabwärts eines Katalysators zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR) positioniert ist, und eine Steuerung, die ausführbare Anweisungen beinhaltet, die in einem nichtflüchtigen Speicher darin gespeichert sind, zum Bestimmen einer Sauerstoffspeicherkapazität des SCR-Katalysators auf Grundlage einer Messung des Abgassensors und zum Angeben eines Grads der Deaktivierung des SCR-Katalysators auf Grundlage der Sauerstoffspeicherkapazität. In einem ersten Beispiel beinhaltet das System, dass der Abgassensor eine Lambdasonde beinhaltet. In einem zweiten Beispiel beinhaltet das System optional das erste Beispiel und beinhaltet ferner, dass der Abgassensor einen NOx-/NH₃-Sensor beinhaltet. In einem dritten Beispiel beinhaltet das System optional das erste und zweite Beispiel und beinhaltet ferner einen zweiten Abgassensor, der stromaufwärts des SCR-Katalysators positioniert ist, wobei die ausführbaren Anweisungen zum Bestimmen der Sauerstoffspeicherkapazität des SCR-Katalysators auf der Messung des Abgassensors und einer Messung des zweiten Abgassensors basieren. In einem vierten Beispiel beinhaltet das System optional das erste bis dritte Beispiel und beinhaltet ferner, dass der SCR-Katalysator einen Kupferzeolith-Katalysator beinhaltet. In einem fünften Beispiel beinhaltet das System optional das erste bis vierte Beispiel und beinhaltet ferner, dass die ausführbaren Anweisungen ferner das Bestimmen der Sauerstoffspeicherkapazität des SCR-Katalysators auf Grundlage der Messung des Abgassensors als Reaktion darauf, dass eine Abgastemperatur eine Schwellenabgastemperatur überschreitet, beinhalten.
Auf diese Weise kann die technische Wirkung des zuverlässigen Diagnostizierens der SCR-Katalysatordeaktivierung erreicht werden, während Abgasemissionen reduziert und Fahrzeugkosten reduziert werden. Zum Beispiel kann eine Motorsteuerung vorteilhafterweise den Motorbetrieb als Reaktion auf eine rechtzeitige Diagnose einer SCR-Katalysatordeaktivierung durch Reduzieren einer Häufigkeit von TFSO und anderen Motorbetriebsmodi und -ereignissen einstellen, um eine Neigung zum Durchbruch von Emissionen, wie etwa NOx und NH₃ an dem deaktivierten SCR-Katalysator zu reduzieren. Darüber hinaus kann die Steuerung dabei helfen, einen Fahrzeugführer rechtzeitig über eine Wartung einer ECD, einschließlich eines SCR-Katalysators, zu benachrichtigen und diese zu empfehlen, um den Motorbetrieb während eines Zeitraums zu verringern, in dem der SCR-Katalysator deaktiviert ist, wodurch Motoremissionen reduziert werden. Ferner können durch ein Ableiten eines Deaktivierungsgrades des SCR-Katalysators aus der Abgastemperatur und Lambdasonden Kosten für die Herstellung, den Betrieb und die Wartung eines Fahrzeugs reduziert werden.
Es ist zu anzumerken, dass die in dieser Schrift beinhalteten beispielhaften Steuer- und Schätzroutinen mit verschiedenen Motor- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Die in dieser Schrift offenbarten Steuerverfahren und -routinen können als ausführbare Anweisungen auf einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert und durch das Steuersystem einschließlich der Steuerung in Kombination mit den verschiedenen Sensoren, Aktoren und anderer Motorhardware ausgeführt werden. Die konkreten in dieser Schrift beschriebenen Routinen können eine oder mehrere einer beliebigen Anzahl an Verarbeitungsstrategien darstellen, wie etwa ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen. Demnach können verschiedene veranschaulichte Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen in der veranschaulichten Reihenfolge oder parallel durchgeführt oder in einigen Fällen weggelassen werden. Gleichermaßen ist die Verarbeitungsreihenfolge nicht zwangsläufig erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der in dieser Schrift beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen zu erreichen, sondern wird zur Erleichterung der Veranschaulichung und Beschreibung bereitgestellt. Eine(r) oder mehrere der veranschaulichten Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen können in Abhängigkeit der konkret verwendeten Strategie wiederholt durchgeführt werden. Ferner können die beschriebenen Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen grafisch Code darstellen, der in einen nichtflüchtigen Speicher des computerlesbaren Speichermediums in dem Motorsteuersystem zu programmieren ist, wobei die beschriebenen Handlungen durch Ausführen der Anweisungen in einem System, das die verschiedenen Motorhardwarekomponenten in Kombination mit der elektronischen Steuerung beinhaltet, ausgeführt werden.
Es versteht sich, dass die in dieser Schrift offenbarten Konfigurationen und Routinen beispielhafter Natur sind und dass diese konkreten Ausführungsformen nicht in einschränkendem Sinn aufzufassen sind, da zahlreiche Variationen möglich sind. Beispielsweise kann die vorstehende Technologie auf V6-, 14-, I6-, V12-, 4-Zylinder-Boxer- und andere Motorarten angewandt werden. Darüber hinaus sollen die Ausdrücke „erste(r/s)“, „zweite(r/s)“, „dritte(r/s)“ und dergleichen, sofern nicht ausdrücklich das Gegenteil angegeben ist, keine Reihenfolge, Position, Menge oder Bedeutung bezeichnen, sondern werden lediglich als Bezeichnungen zur Unterscheidung eines Elements von einem anderen verwendet. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung beinhaltet alle neuartigen und nicht naheliegenden Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen sowie andere Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften, die in dieser Schrift offenbart sind.
Wie in dieser Schrift verwendet, ist der Ausdruck „ungefähr“ als plus oder minus fünf Prozent des jeweiligen Bereichs aufgefasst, es sei denn, es wird etwas anderes vorgegeben. Die folgenden Patentansprüche heben bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen besonders hervor, die als neuartig und nicht naheliegend betrachtet werden. Diese Patentansprüche können sich auf „ein“ Element oder „ein erstes“ Element oder das Äquivalent davon beziehen. Derartige Patentansprüche sind so zu verstehen, dass sie die Einbeziehung eines oder mehrerer derartiger Elemente einschließen und zwei oder mehr derartige Elemente weder erfordern noch ausschließen. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Änderung der vorliegenden Patentansprüche oder durch Einreichung neuer Patentansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Derartige Patentansprüche werden unabhängig davon, ob sie einen weiteren, engeren, gleichen oder unterschiedlichen Umfang im Vergleich zu den ursprünglichen Patentansprüchen aufweisen, ebenfalls als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung eingeschlossen betrachtet.

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Motors, das Folgendes umfasst: Positionieren einer Lambdasonde in einem Motorabgas stromabwärts eines Katalysators zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR), Bestimmen einer Sauerstoffspeicherkapazität des SCR-Katalysators auf Grundlage einer Messung der Lambdasonde, Bestimmen eines Deaktivierungsgrads des SCR-Katalysators auf Grundlage einer Sauerstoffspeicherkapazität.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner ein Angeben einer Erhöhung des Deaktivierungsgrads des SCR-Katalysators auf Grundlage einer Erhöhung der Sauerstoffspeicherkapazität umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bestimmen der Sauerstoffspeicherkapazität des SCR-Katalysators ferner auf einer Messung einer Lambdasonde basiert, die stromaufwärts des SCR-Katalysators positioniert ist.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner ein Angeben einer Verminderung des Deaktivierungsgrads des SCR-Katalysators auf Grundlage einer Verminderung der Sauerstoffspeicherkapazität umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst, dass die Sauerstoffspeicherkapazität des SCR-Katalysators aus der Messung mit der Lambdasonde als Reaktion darauf, dass eine erste Bedingung erfüllt ist, bestimmt wird, wobei die erste Bedingung beinhaltet, wenn eine Abgastemperatur größer als eine Schwellenabgastemperatur ist.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst, dass die Sauerstoffspeicherkapazität des SCR-Katalysators aus der Messung mit der Lambdasonde als Reaktion darauf, dass eine erste Bedingung erfüllt ist, bestimmt wird, wobei die erste Bedingung beinhaltet, wenn ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis unter einem Schwellenwert für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis liegt (fett).
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner ein Angeben eines degradierten SCR-Katalysators als Reaktion auf eine Erhöhung der bestimmten Sauerstoffspeicherkapazität des SCR-Katalysators über einen Schwellenwert der Sauerstoffspeicherkapazität hinaus umfasst.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Schwellenwert der Sauerstoffspeicherkapazität dem Doppelten einer Sauerstoffspeicherkapazität des SCR-Katalysators in einem Zustand einer vollständigen nutzbaren Lebensdauer entspricht.
Motorsystem für ein Fahrzeug, das Folgendes beinhaltet: einen Motor, einen Abgassensor, der in einem Motorabgas stromabwärts eines Katalysators zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR) positioniert ist, und eine Steuerung, die in einem nichttransitorischen Speicher darin gespeicherte ausführbare Anweisungen zu Folgendem beinhaltet: Bestimmen einer Sauerstoffspeicherkapazität des SCR-Katalysators auf Grundlage einer Messung des Abgassensors und Angeben eines Deaktivierungsgrads des SCR-Katalysators auf Grundlage der Sauerstoffspeicherkapazität.
Motorsystem nach Anspruch 9, wobei der Abgassensor eine Lambdasonde beinhaltet.
Motorsystem nach Anspruch 9, wobei der Abgassensor einen NOx-/NH₃-Sensor beinhaltet.
Motorsystem nach Anspruch 9, wobei der SCR-Katalysator einen Kupferzeolith-Katalysator beinhaltet.
Motorsystem nach Anspruch 9, wobei die ausführbaren Anweisungen ferner ein Angeben umfassen, dass der Grad der Deaktivierung für den SCR-Katalysator größer als ein Schwellenwert der Deaktivierung ist, wenn die bestimmte Sauerstoffspeicherkapazität des SCR-Katalysators größer als ein Schwellenwert der Sauerstoffspeicherkapazität ist.
Motorsystem nach Anspruch 13, wobei die ausführbaren Anweisungen ferner ein Einstellen des Motorbetriebs, einschließlich eines Reduzierens einer Häufigkeit von transienten Kraftstoffabsperrereignissen, als Reaktion darauf umfassen, dass der Grad der Deaktivierung des SCR-Katalysators größer als ein Schwellenwert der Deaktivierung ist.
Motorsystem nach Anspruch 14, wobei die ausführbaren Anweisungen ferner ein Benachrichtigen eines Fahrzeugführers als Reaktion darauf umfassen, dass der Grad der Deaktivierung des SCR-Katalysators größer als ein Schwellenwert der Deaktivierung ist.