DE112015000328B4

DE112015000328B4 - Verfahren und System zum Zuführen von Additiv zu einem Abgasstrom

Info

Publication number: DE112015000328B4
Application number: DE112015000328.2T
Authority: DE
Inventors: Christer Lundberg
Original assignee: Scania CV AB
Current assignee: Scania CV AB
Priority date: 2014-01-31
Filing date: 2015-01-29
Publication date: 2022-10-20
Anticipated expiration: 2035-01-30
Also published as: SE540265C2; DE112015000328T5; BR112016016079B1; KR101864820B1; US10371035B2; KR20160117525A; US20160326935A1; SE1450099A1; WO2015115978A1; BR112016016079A2

Abstract

Verfahren in Verbindung mit dem Zuführen eines ersten Additivs zum Behandeln eines durch Verbrennung in einem Verbrennungsmotor (101) erzeugten Abgasstroms, wobei das erste Additiv dem Abgasstrom zugeführt wird, und wobei das erste Additiv zur Reduktion wenigstens eines ersten Stoffs (NOx) verwendet wird, wobei das Verfahren Folgendes umfasst:- Schätzen einer Reduktion des ersten Stoffs (NOx) auf Basis einer ersten Messung (tpNOx) eines Vorhandenseins des ersten Stoffs (NOx) im Abgasstrom stromabwärts von der Zufuhr des ersten Additivs und einer zweiten Messung (rawNOx) eines Vorhandenseins des ersten Stoffs (NOx) im Abgasstrom stromaufwärts von der Zufuhr von Additiv,- Vergleichen der geschätzten Reduktion mit einer ersten Reduktion (OMV1), und- Korrigieren der zweiten Messung (rawNOx) des ersten Stoffs (NOx) auf Basis des Vergleichs, wobei das Verfahren ferner umfasst:- Reduzieren der Zufuhr von Additiv, vor dem Schätzen der Reduktion des ersten Stoffs (NOx), auf eine erste Menge, wobei die erste Menge aus einer Menge entsprechend einer Reduktion besteht, bei der eine kleinere Menge von Additiv zugeführt wird, als für eine vollständige Reduktion des ersten Stoffs erforderlich ist, wobei die erste Reduktion (OMV1) der erwarteten Reduktion in Verbindung mit der Zufuhr der ersten Menge entspricht.

Description

Technisches Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Abgasreinigungssystem und insbesondere ein Verfahren in Verbindung mit dem Zuführen von Additiv zu einem Abgasstrom gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Die Erfindung betrifft ferner ein System und ein Fahrzeug sowie ein Computerprogramm und ein Computerprogrammprodukt, die das Verfahren gemäß der Erfindung ausführen.
Hintergrund der Erfindung
Da für den Staat Verschmutzung und Luftqualität beispielsweise in Ballungsräumen zunehmend eine Rolle spielen, wurden in vielen Ländern Emissionsnormen und - richtlinien erlassen.
Solche Emissionsnormen umfassen häufig Anforderungen, die zulässige Grenzen für Abgasemissionen von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor definieren. Beispielsweise bestehen häufig Emissionsgrenzwerte für Stickoxide (NO_x), Kohlenwasserstoff (KW), Kohlenmonoxid (CO) und Partikel für die meisten Fahrzeugarten in solchen Normen. Unerwünschte Emissionen können beispielsweise durch Verringern des Kraftstoffverbrauchs und/oder durch Nachbehandlung (Reinigung) der durch Verbrennung im Verbrennungsmotor erzeugten Abgase verringert werden.
Abgase von einem Verbrennungsmotor können beispielsweise durch Verwendung eines sogenannten katalytischen Reinigungsprozesses nachbehandelt werden. Es gibt verschiedene Arten von Katalysatoren und es können verschiedene Arten für verschiedene Kraftstoffe und/oder zum Reinigen verschiedener Arten von Abgasbestandteilen erforderlich sein; wenigstens für Stickoxide NO_x (wie NO und Stickstoffdioxid (NO₂)) sind Schwerlastfahrzeuge häufig mit einem Katalysator ausgestattet, bei dem ein Additiv dem Abgasstrom von der Verbrennung im Verbrennungsmotor zugeführt wird, um die Stickoxide NO_x zu reduzieren (zu hauptsächlich gasförmigen Stickstoff und Wasserdampf).
Eine häufig verwendete Art von Katalysator, bei dem Additive zugeführt werden, ist der SCR-(Selective-Catalyst-Reduction-)Katalysator. SCR-Katalysatoren verwenden Ammoniak (NH₃) oder eine Verbindung, aus der Ammoniak erzeugt/gebildet werden kann, als ein Additiv zum Verringern der Menge von Stickoxiden NO_x im Abgasstrom. Das Additiv wird in den vom Verbrennungsmotor erzeugten Abgasstrom stromaufwärts vom Katalysator gespritzt.
Das dem Katalysator zugeführte Additiv wird im Katalysator absorbiert (gespeichert), woraufhin Stickoxide (NO_x) in den Abgasen mit dem im Katalysator gespeicherten Ammoniak reagieren. Beim Zuführen eines Additivs ist entscheidend, dass die Additivmenge nicht zu groß und nicht zu klein ist. Es ist daher wünschenswert, dass die zugeführte Additivmenge einer erwarteten Additivmenge entspricht.
Das Dokument US 2011 / 0 094 209 A1 beschreibt den Einsatz eines mathematischen Modells zur Schätzung einer von einem Motor ausgestoßenen Stickstoffoxidmenge. Das Modell kann anhand eines Korrekturfaktors korrigiert werden. Anhand der von dem Modell geschätzten Stickstoffoxidmenge kann eine benötigte Menge an Ammoniak ermittelt werden.
Das Dokument MOLLENHAUER et al.: Handbuch Dieselmotoren; 3. Auflage Berlin Heidelberg: Springer, 2007 beschreibt auf Seite 514, dass nachmotorisch Reduktionsmittel eingebracht werden können. Weitere Verfahren sind aus den Dokumenten US 2001 / 0 032 457 A1 , DE 10 2008 040 377 A1 und US 2011 / 0 320 132 A1 bekannt.
Zusammenfassung der Erfindung
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht im Bereitstellen eines Verfahrens in Verbindung mit dem Zuführen von Additiv zu einem Abgasstrom. Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren nach Anspruch 1, sowie einem Computerprogramm gemäß Anspruch 20, einem Computerprogrammprodukt gemäß Anspruch 21, einem System gemäß Anspruch 22 und einem Fahrzeug gemäß Anspruch 23 erfüllt.
Es wird ein Verfahren in Verbindung mit dem Zuführen eines ersten Additivs zum Behandeln eines durch Verbrennung in einem Verbrennungsmotor erzeugten Abgasstroms bereitgestellt, wobei das erste Additiv dem Abgasstrom zugeführt wird, und wobei das erste Additiv zur Reduktion wenigstens eines im Abgasstrom vorhandenen ersten Stoffs verwendet wird. Das Verfahren umfasst:

- das Schätzen einer Reduktion des ersten Stoffs auf Basis einer ersten Messung eines Vorhandenseins des ersten Stoffs im Abgasstrom stromabwärts von der Zufuhr des ersten Additivs und einer zweiten Messung eines Vorhandenseins des ersten Stoffs im Abgasstrom stromaufwärts von der Zufuhr von Additiv,
- das Vergleichen der geschätzten Reduktion mit einer ersten Reduktion, und
- das Korrigieren der Schätzung der zweiten Messung des ersten Stoffs auf Basis des Vergleichs.

Das Vorhandensein von wenigstens bestimmten Stoffen in einem durch Verbrennung erzeugten Abgasstrom kann durch ein Zuführen von Additiv zum Abgasstrom, woraufhin das Additiv mit einem oder mehreren im Abgasstrom vorhandenen Stoffen reagiert, um weniger gefährliche Stoffe zu bilden, verringert werden.
Beispielsweise ist ein Zuführen von Additiv zum Verringern der Konzentration von Stickoxiden NO_x in den Abgasen vom Verbrennungsmotor erforderlich. Es ist aber entscheidend, dass das Additiv in den richtigen Anteilen im Verhältnis zum Stoff / zu den Stoffen, der/die reduziert werden soll(en) zugeführt wird. Wenn eine zu kleine Additivmenge im Verhältnis zum Vorhandensein des zu reduzierenden Stoffs im Abgasstrom zugeführt wird, besteht ein unerwünschter Überschuss des Stoffs, der somit vom Fahrzeug in die Umwelt gelangt, wobei die Gefahr besteht, dass die zulässigen Grenzwerte überschritten werden.
Wenn hingegen eine zu große Additivmenge im Verhältnis zum Vorhandensein des zu reduzierenden Stoffs zugeführt wird, besteht stattdessen die Gefahr, dass andere unerwünschte Stoffe, die über das Additiv zugeführt werden, in die Umwelt gelangen.
Die Gefahr von unerwünschten Emissionen kann durch Anpassen der Zufuhr von Additiv, das heißt Bestimmen, ob die zugeführte Menge tatsächlich der erwarteten Menge von zugeführtem Additiv entspricht, und bei Bedarf Korrigieren der Zufuhr von Additiv, verringert werden.
Im Rahmen des Anpassens wird üblicherweise ein Korrekturfaktor bestimmt, der anschließend auf das Zuführen von Additiv angewendet wird. Dies funktioniert häufig problemlos; aber wie in der vorliegenden Anmeldung beschrieben kann die Korrektur dennoch in bestimmten Situationen unerwünschte Wirkungen haben. In vielen Fällen wird ein stromaufwärts von der Zufuhr von Additiv angeordneter Sensor zum Bestimmen des unbehandelten Gehalts an zu reduzierenden Stoff verwendet. Der Sensor weist üblicherweise die gleiche Genauigkeit auf wie ein stromabwärts von der Zufuhr von Additiv angeordneter entsprechender Sensor. Durch Verwenden der Sensormesswerte von beiden Sensoren kann in solchen Fällen eine sehr gute Schätzung der Umwandlungsrate erzielt werden und es kann ebenfalls ein Korrekturfaktor erzielt werden, der eine gute Korrektur der Zufuhr von Additiv zur gewünschten Umwandlungsrate ermöglicht.
Solch ein stromaufwärts von der Zufuhr von Additiv angeordneter Sensor wird aber nicht immer zum Bestimmen des nicht reduzierten Gehalts an zu reduzierendem Stoff verwendet. Stattdessen kann ein geeignetes Berechnungsmodell zum Schätzen des Vorhandenseins des zu reduzierenden Stoffs verwendet werden, etwa ein Modell der Verbrennung im Verbrennungsmotor des Fahrzeugs, woraufhin das Vorhandensein des ersten Stoffs im Abgasstrom auf Basis des Modells berechnet werden kann. Bei dieser Art von System besteht in Bezug auf den tatsächlich bestehenden Gehalt des ersten Stoffs im Abgasstrom, bevor das Additiv zugeführt wird, eine größere Unsicherheit. Dies führt wiederum dazu, dass während der Anpassung der bestimmte Korrekturfaktor unter bestimmten Betriebsbedingungen, beispielsweise wenn die Anpassung bei einer niedrigen Umwandlungsrate erfolgt und der in Verbindung damit ermittelte Korrekturfaktor ebenfalls bei höheren Umwandlungsraten angewendet wird, zu starke Wirkungen aufweist, da ein hoher Korrekturfaktor bei einer niedrigen Umwandlungsrate proportional zu einer sehr starken Änderung der Menge von zugeführtem Additiv führt, wenn der bestimmte Korrekturfaktor auf höhere Umwandlungsraten angewendet wird.
Die Gefahr, dass eine Anpassung unerwünschte Wirkungen in Systemen, bei denen der Gehalt des zu reduzierenden Stoffs im vom Verbrennungsmotor ausgestoßenen Abgasstrom auf Basis eines Berechnungsmodels bestimmt wird, wird gemäß der vorliegenden Erfindung verringert. Die Erfindung ist aber ebenfalls auf Systeme anwendbar, bei denen der Gehalt des zu reduzierenden Stoffs im vom Verbrennungsmotor ausgestoßenen Abgasstrom durch die Verwendung eines Sensors bestimmt wird, woraufhin der Gehalt stromaufwärts von der Zufuhr von Additiv wie durch die Sensorsignale bestimmt gemäß der vorliegenden Erfindung korrigiert wird.
In Verbindung mit der Anpassung wird dies gemäß der Erfindung durch Korrigieren des Vorhandenseins des ersten Stoffs wie mit dem Berechnungsmodell geschätzt statt das Korrigieren der Zufuhr von Additiv erzielt. Die Menge des zugeführten Additivs wird dann stattdessen entsprechend der geänderten Schätzung des ersten Stoffs korrigiert. Der Erfinder der vorliegenden Erfindung ist zu der Erkenntnis gelangt, dass das Verfahren gemäß der Erfindung zu einer genaueren Zufuhr von Additiv führt, wenn andere Umwandlungsraten als die Umwandlungsrate, bei der die Anpassung ausgeführt wurde, angewendet werden.
Der erste Stoff kann beispielsweise aus Stickoxiden (NO_x) bestehen.
Wie zuvor erläutert kann die verfügbare Anpassungszeit während der Anpassung begrenzt sein und es wird gemäß einer Ausführungsform eine spezifische Art von Anpassung verwendet, welche die verfügbare Anpassungszeit besser nutzt.
Weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung und die Vorteile dieser sind in der folgenden ausführlichen Beschreibung von beispielhaften Ausführungsformen und den beigefügten Zeichnungen dargelegt.
Figurenliste

1A zeigt einen Antriebsstrang in einem Fahrzeug, in dem die vorliegende Erfindung vorteilhaft verwendet werden kann.
1B zeigt eine Steuereinheit in einer Fahrzeugsteuerung.
2 zeigt ein Beispiel für ein Nachbehandlungssystem in einem Fahrzeug, in dem die vorliegende Erfindung vorteilhaft verwendet werden kann.
3 zeigt ein Beispiel der Änderung der Umwandlungsrate mit dem zugeführten Additiv in Verbindung mit der Umwandlung eines Stoffs.
4 zeigt ein Beispiel, wie die Zufuhr von Additiv nach dem Stand der Technik korrigiert werden kann.
5 zeigt eine Korrektur der Zufuhr von Additiv gemäß der Erfindung.
6 zeigt schematisch ein beispielhaftes Verfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
7 zeigt ein Beispiel der Änderung der Umwandlungsrate im Laufe der Zeit für eine Anpassung gemäß der vorliegenden Erfindung.

Ausführliche Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen
Nachfolgend ist die vorliegende Erfindung für ein Fahrzeug beschrieben. Die Erfindung ist aber ebenfalls auf viele Arten von Transportmitteln wie Luft- und Wasserfahrzeuge anwendbar, sofern ein Additiv einem durch Verbrennung erzeugten Abgasstrom zugeführt wird.
Ferner wird der Begriff „Stoff“ in der vorliegenden Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen verwendet; dieser umfasst wenigstens in der vorliegenden Beschreibung und in den beigefügten Ansprüchen chemische Verbindungen.
1A zeigt schematisch einen Antriebsstrang in einem Fahrzeug 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das in 1A schematisch dargestellte Fahrzeug 100 umfasst einen Antriebsstrang mit einem Verbrennungsmotor 101, der auf herkömmliche Weise über eine aus dem Verbrennungsmotor austretende Welle, üblicherweise über ein Schwungrad 102, über eine Kupplung 106 mit einem Getriebe 103 verbunden ist. Der Verbrennungsmotor 101 wird von der Steuerung des Fahrzeugs 100 über eine Motorsteuereinheit 115 gesteuert. Im vorliegenden Beispiel werden die Kupplung 106 und das Getriebe auf ähnliche Weise von einer Steuereinheit 116 gesteuert.
Ferner treibt eine aus dem Getriebe 103 austretende Welle 107 Antriebsräder 113, 114 über einen Achsantrieb 108, etwa ein herkömmliches Differential, und mit dem Achsantrieb 108 verbundene Antriebsachsen 104, 105 an. 1A zeigt somit einen Antriebsstrang in spezifischer Ausführung; die Erfindung ist aber auf alle Arten von Antriebsstrang und beispielsweise auf Hybridfahrzeuge anwendbar. Das dargestellte Fahrzeug umfasst ebenfalls ein Nachbehandlungssystem 130 zur Nachbehandlung (Reinigung) der durch Verbrennung im Verbrennungsmotor erzeugten Abgase.
Die Funktionen des Nachbehandlungssystems werden von einer Steuereinheit 131 gesteuert.
Die Nachbehandlungssysteme können verschiedene Ausführungen aufweisen und gemäß der dargestellten Ausführungsform wird einem katalytischen Abgasreinigungsprozess Additiv zugeführt. Ein Beispiel für ein Nachbehandlungssystem, in der die vorliegende Erfindung angewendet werden kann, ist detaillierter in 2 dargestellt und in der dargestellten beispielhaften Ausführungsform umfasst das Nachbehandlungssystem einen SCR-(Selective-Catalytic-Reduction-)Katalysator 201. Das Nachbehandlungssystem kann ebenfalls zusätzliche Komponenten (nicht dargestellt) umfassen wie weitere Katalysatoren und/oder Partikelfilter, die stromaufwärts und/oder stromabwärts vom SCR-Katalysator 201 angeordnet sein können.
Wie zuvor erwähnt ist eine Zufuhr von Additiv in Verbindung mit der Verringerung der Konzentration von Stickoxiden (NO_x) in den Abgasen vom Verbrennungsmotor durch die Verwendung eines SCR-Katalysators erforderlich. Das Additiv basiert häufig auf Harnstoff und kann beispielsweise aus AdBlue bestehen, das im Prinzip aus mit Wasser verdünntem Harnstoff besteht. Harnstoff bildet beim Erwärmen Ammoniak. Alternativ kann ein anderes geeignetes Additiv verwendet werden.
2 zeigt zusätzlich zum Katalysator 201 einen Harnstofftank 202, der mit einem Harnstoff-Dosiersystem (Urea Dosing System, UDS) 203 verbunden ist.
Das Harnstoff-Dosiersystem 203 umfasst eine UDS-Steuereinheit 204, die Steuersignale zum Steuern der Zufuhr von Additiv erzeugt, so dass die gewünschte Menge Additiv in den durch die Verbrennung in den Zylindern des Verbrennungsmotors 101 erzeugten Abgasstrom 119 vom Tank 202 mit einer Einspritzdüse 205 stromaufwärts vom Katalysator 201 gespritzt wird, oder wird von dieser gesteuert.
Harnstoff-Dosiersysteme sind im Stand der Technik im Allgemeinen gut beschrieben und daher wird die genaue Weise, wie das Einspritzen von Additiv erfolgt, hier nicht detailliert beschrieben; die vorliegende Erfindung betrifft vielmehr ein Verfahren zum Korrigieren der Zufuhr von Additiv, um zu gewährleisten, dass die zugeführte Additivmenge einer erwarteten Menge von Additiv entspricht, und die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren, das die Genauigkeit während der Zufuhr von Additiv verbessert, wenn Unsicherheit in Bezug auf das Vorhandensein des zu reduzierenden Stoffs besteht, bevor Additiv zugeführt wird. Das Verfahren gemäß der Erfindung kann so ausgebildet sein, dass es durch jede geeignete Steuereinheit ausgeführt wird.
Steuerungen in Fahrzeugen bestehen im Allgemeinen aus einem Kommunikationsbussystem, das einen oder mehrere Kommunikationsbusse zum Verbinden einer Zahl von elektronischen Steuereinheiten oder Controllern und verschiedenen im Fahrzeug 100 angeordneten Komponenten umfasst. Solch eine Steuerung kann somit eine große Anzahl von Steuereinheiten umfassen und die Zuständigkeit für eine bestimmte Funktion kann auf mehrere Steuereinheiten aufgeteilt sein.
Zur Vereinfachung sind nur drei elektronische Steuereinheiten 115, 116, 131 zusätzlich zur in 1A gezeigten Steuereinheit 204 dargestellt. Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung kann somit so ausgebildet sein, dass es von jeder in den Steuerungen des Fahrzeugs 100 vorhandenen geeigneten Steuereinheit wie der UDS-Steuereinheit 204 oder der Steuereinheit 131, die allgemein für die Funktion des Nachbehandlungssystems 130 zuständig ist, ausgeführt oder auf eine Vielzahl von im Fahrzeug 100 vorhandenen Steuereinheiten aufgeteilt wird.
Steuereinheiten der dargestellten Ausführung sind normalerweise so ausgebildet, dass sie Sensorsignale von verschiedenen Teilen des Fahrzeugs, beispielsweise von Getriebe, Motor, Kupplung und/oder anderen Steuereinheiten oder Komponenten im Fahrzeug empfangen. Die von einer Steuereinheit erzeugten Steuersignale hängen normalerweise von Signalen von anderen Steuereinheiten sowie von Signalen von Komponenten ab. Beispielsweise hängt die Steuerung durch die Steuereinheit 204 der Zufuhr von Additiv zum Abgasstrom 119 von Informationen ab, die beispielsweise von einer oder mehreren zusätzlichen Steuereinheiten empfangen werden. Beispielsweise kann die Steuerung wenigstens teilweise auf Informationen von der Steuereinheit 115 basieren, die für die Funktion des Verbrennungsmotors 101 zuständig ist.
Die Steuereinheiten können ferner so ausgebildet sein, dass sie Steuersignale an verschiedene Teile und Komponenten in Fahrzeugen wie Elemente zur Steuerung der Einspritzdüse 205 übertragen. Die vorliegende Erfindung kann somit in einer beliebigen der vorhergehenden Steuereinheiten oder in einer anderen geeigneten Steuereinheit in der Steuerung des Fahrzeugs ausgeführt werden.
Die Steuerung von verschiedenen Funktionen durch die Steuereinheiten wird ferner häufig durch programmierte Anweisungen gesteuert. Solche programmierten Anweisungen bestehen typischerweise aus einem Computerprogramm, das bei Ausführen in der Steuereinheit die Steuereinheit zum Ausführen der gewünschten Steuerung wie das Steuern der der verschiedenen im Fahrzeug vorhandenen Funktionen und zum Ausführen der Verfahrensschritte gemäß der vorliegenden Erfindung veranlasst. Das Computerprogramm stellt üblicherweise einen Teil eines Computerprogrammprodukts dar, wobei das Computerprogrammprodukt ein geeignetes Speichermedium 121 (siehe 1B) mit dem auf dem Speichermedium 121 gespeicherten Computerprogramm umfasst. Das Computerprogramm kann auf nichtflüchtige Weise auf dem Speichermedium gespeichert sein. Das digitale Speichermedium 121 kann beispielsweise aus einem Element aus der folgenden Gruppe bestehen: ROM (Read-Only Memory), PROM (Programmable Read-Only Memory), EPROM (Erasable PROM), Flash-Speicher, EEPROM (Electrically Erasable PROM), Festplatteneinheit usw., und kann in der Steuereinheit oder in Verbindung mit diesem ausgebildet sein, woraufhin das Computerprogramm von der Steuereinheit ausgeführt wird. Das Verhalten des Fahrzeugs in einer bestimmten Situation kann somit durch Ändern der Computerprogrammanweisungen angepasst werden.
Eine beispielhafte Steuereinheit (die UDS-Steuereinheit 204) ist in 1B schematisch dargestellt, wobei die Steuereinheit wiederum eine Recheneinheit 120 umfassen kann, die beispielsweise aus jeder geeigneten Art von Prozessor oder Mikrocomputer, beispielsweise einem Kreis zur digitalen Signalverarbeitung (Digital Signal Processor, DSP) oder einem Kreis mit einer vorgegebenen spezifischen Funktion (Application Specific Integrated Circuit, ASIC), bestehen kann. Die Recheneinheit 120 ist mit einer Speichereinheit 121 verbunden, welche die Recheneinheit 120 beispielsweise mit dem gespeicherten Programmcode und/oder den gespeicherten Daten versorgt, welche die Recheneinheit 120 zum Durchführen von Berechnungen braucht, beispielsweise um zu bestimmen, ob ein Fehlercode ausgegeben werden soll. Die Recheneinheit 120 ist ebenfalls so ausgebildet, dass sie Teil- oder Endergebnisse von Berechnungen in der Speichereinheit 121 speichert.
Die Steuereinheit ist ferner mit Vorrichtungen 122, 123, 124, 125 jeweils zum Empfangen und Übertragen von Ein- und Ausgangssignalen ausgestattet. Die Ein- und Ausgangssignale können Wellenformen, Impulse oder andere Attribute umfassen, die von den Vorrichtungen 122, 125 zum Empfangen von Eingangssignalen als Information zur Verarbeitung durch die Recheneinheit 120 erkannt werden. Die Vorrichtungen 123, 124 zum Übertragen sind so ausgebildet, dass sie Berechnungsergebnisse von der Recheneinheit 120 in Ausgangssignale zur Übertragung an andere Teile der Steuerung des Fahrzeugs und/oder die Komponente(n), für welche die Signale bestimmt sind, umwandelt. Jede einzelne der Verbindungen mit den Vorrichtungen zum Empfangen und jeweils Übertragen von Ein- und Ausgangssignalen kann aus einem oder mehreren Elementen der Gruppe umfassend ein Kabel, einen Datenbus, einen CAN-Bus (Controller Area Network Bus), einen MOST-Bus (Media Orientated Systems Transport Bus) oder eine andere Buskonfiguration oder eine drahtlose Verbindung bestehen.
Wie zuvor erwähnt hängt der SCR-Katalysator 201 für seine Funktion vom Zugang zu einem geeigneten Stoff ab, mit dem eine gewünschte Reduktion durchgeführt werden kann, wie Ammoniak (NH₃), der wie zuvor beschrieben durch Zuführen eines geeigneten Additivs bereitgestellt werden kann. Bei der Reduktion von Stickoxiden (NO_x) im SCR-Katalysator ist es entscheidend, dass Stickoxid (NO_x) und Ammoniak (NH₃) in den richtigen Anteilen zueinander zugeführt werden. Wenn eine zu kleine Menge Ammoniak (NH₃) im Verhältnis zum Vorhandensein von Stickoxiden (NO_x) im Abgasstrom dem SCR-Katalysator zugeführt wird, besteht ein Überschuss an Stickoxiden (NO_x) nach dem SCR-Katalysator 201. Stickoxidemissionen unterliegen wie bereits erwähnt gesetzlichen Vorschriften, die Grenzwerte enthalten, die nicht überschritten werden dürfen. Wenn somit die Menge an Ammoniak (NH₃) zu klein ist, besteht die Gefahr, dass Stickoxide (NO_x) nicht im gewünschten Ausmaß reduziert werden, woraufhin die Grenzwerte für Stickoxide (NO_x) gegebenenfalls überschritten werden.
Wenn hingegen eine zu große Menge an Ammoniak (NH₃) im Verhältnis zur Menge an Stickoxiden (NO_x) im Abgasstrom zugeführt wird, besteht ein Überschuss an Ammoniak nach dem SCR-Katalysator und es erfolgt ein Freisetzen vom Fahrzeug 100 in die Umwelt. Ammoniak (NH₃) ist ein stark riechender und ebenfalls schädlicher Stoff, der ebenfalls gesetzlichen Emissionsvorschriften unterliegt, so dass ein Ammoniaküberschuss ebenfalls nicht erwünscht ist.
Daher ist es wünschenswert, die Zufuhr von Ammoniak (NH₃) so zu steuern, dass so wenig Stickoxide (NO_x) und/oder Ammoniak (NH₃) vorhanden sind, wenn der Abgasstrom vom Fahrzeug 100 in die Umwelt gelangt. Aus diesem Grund erfolgen Anpassungen der Zufuhr von Additiv, um zu gewährleisten, dass tatsächlich eine erwartete Menge an Additiv dem Abgasstrom zugeführt wird.
In Verbindung mit solch einer Anpassung und für die allgemeine Bestimmung des Vorhandenseins von Stickoxiden im Abgasstrom stromabwärts vom SCR-Katalysator kann ein stromabwärts vom SCR-Katalysator 201 angeordneter NO_x-Sensor 208 (siehe 2) verwendet werden. Der NO_x-Sensor 208 ist aber im Allgemeinen querempfindlich auf Ammoniak NH₃, das heißt die ausgegebenen Sensorsignale stellen das kombinierte Vorhandensein von Stickoxiden (NO_x) und Ammoniak (NH₃) dar. Das heißt wenn der NO_x-Sensor 208 einen erhöhten Wert anzeigt, kann ausschließlich auf Basis der ausgegebenen Signale nicht bestimmt werden, ob der Grund für den erhöhten Wert eine zu hohe Dosierung von Ammoniak ist und somit der Anteil von Ammoniak stromabwärts vom SCR-Katalysator zu hoch ist oder ob die Dosierung von Ammoniak zu niedrig ist und somit der Anteil von restlichen Stickoxiden (NO_x) stromabwärts vom SCR-Katalysator 201 viel zu hoch ist.
Um solch eine Unsicherheit zu vermeiden, wird allgemein bei solch einer Anpassung ein Verfahren angewendet, bei dem die NO_x-Umwandlung verringert wird, das heißt die Zufuhr von Additiv wird auf einen Wert gesenkt, bei dem sichergestellt werden kann, dass keine vollständige NO_x-Umwandlung erfolgt und somit sicher ein Überschuss an Stickoxiden (NO_x) im Abgasstrom besteht.
Dies ist in 3 dargestellt, in der eine Kurve 305 zur Darstellung der NO_x-Umwandlung entsprechend dem zugeführten Additiv dargestellt ist. Die x-Achse stellt das Ammoniak-Stickoxid-Verhältnis dar, das aus $\frac{N H_{3}}{r a w N O_{x}}$
besteht, das heißt aus der Menge (Gehalt) an Ammoniak (NH₃) geteilt durch „rawNOx“.
„rawNO_x“ besteht aus der unbehandelten Menge (Gehalt) an Stickoxid (NO_x) stromaufwärts vom SCR-Katalysator 201. Die Menge / der Gehalt von rawNO_x kann beispielsweise mit einem stromaufwärts vom SCR-Katalysator 201 angeordneten NO_x-Sensor 207 bestimmt werden.
Solche Sensoren sind aber nicht immer verfügbar und gemäß dem vorliegenden Beispiel wird stattdessen ein Rechenmodell zum Bestimmen des Vorhandenseins von NO_x im durch die Verbrennung erzeugten Abgasstrom verwendet. Dies bedeutet somit, dass das Vorhandensein von Stickoxiden (NO_x) beispielsweise auf Basis eines Modells der Verbrennung im Verbrennungsmotor 101 geschätzt wird. Eine entsprechende Menge von Additiv wird anschließend auf Basis des Vorhandenseins von Stickoxiden im Abgasstrom (rawNO_x) wie mit dem Rechenmodell geschätzt zugeführt.
Ein Mol Ammoniak (NH3) wird im Allgemeinen für die Reduktion von einem Mol Stickoxiden (NOx) benötigt, was idealerweise zum Ergebnis einer vollständigen Umwandlung (100 %) führt, das heißt einer vollständigen Reduktion von Stickoxiden (NOx) bei einem Ammoniak-Stickoxid-Verhältnis = 1, wie ebenfalls in der Figur dargestellt. Während der Reduktion reagieren Ammoniak und Stickstoff miteinander, um hauptsächlich gasförmigen Stickstoff und Wasserdampf zu bilden. Idealerweise werden somit gleiche Mengen an Ammoniak und Stickoxiden (NO_x) dem Abgasstrom zugeführt. Ein Defizit an Ammoniak besteht somit in 3 links von einem Ammoniak-Stickoxid-Verhältnis = 1, während ein Überschuss an Ammoniak rechts von dem Ammoniak-Stickoxid-Verhältnis = 1 besteht.
In 3 stellt die y-Achse die Umwandlungsrate als eine Prozentzahl dar, die beispielsweise ausgedrückt werden kann in Prozent als: $(1 - \frac{t p N O_{x}}{r a w N O_{x}}) \cdot 100$
Dabei stellt tpNO_x den Wert von NO_x am Auspuff („tailpipe“) dar, das heißt das Vorhandensein von Stickoxiden, wenn der Abgasstrom vom Fahrzeug in die Umwelt gelangt, wie mit dem NO_x-Sensor 208 bestimmt.
Wie aus 3 ersichtlich kann die gleiche geschätzte Umwandlungsrate durch die Verwendung der NO_x-Sensoren 207, 208 für zwei verschiedene tatsächliche Verhältnisse entsprechend der Querempfindlichkeit der NO_x-Sensoren auf Ammoniak (NH₃) erzielt werden. Dies ist für eine Umwandlungsrate von etwa 90 % durch Punkt 301 und 302 in 3 dargestellt. Je näher die Umwandlung der maximalen Umwandlung (100 %) kommt, desto näher sind die Punkte aneinander, und wenn die Umwandlungsrate hoch ist, kann gegebenenfalls schwer mit Sicherheit bestimmt werden, ob sich die Dosierung tatsächlich am Punkt 301 befindet, woraufhin eine Vergrößern der Menge an zugeführtem Additiv erfolgen muss, oder ob sich die Umwandlung eigentlich am Punkt 302 befindet, was bedeutet, dass die Menge an zugeführtem Additiv stattdessen verringert werden muss.
Aus diesem Grund kann die Umwandlungsrate während der Anpassung auf eine Umwandlungsrate verringert werden, bei der sicher oder äußerst wahrscheinlich ein Defizit an Ammoniak (NH₃) eintritt. Dies ist durch Punkt 303 dargestellt, der in diesem Beispiel eine Umwandlungsrate von etwa 80 % darstellt, obgleich Umwandlungsraten in Verbindung mit der Anpassung verwendet werden können, die wesentlich niedriger als 80 % sind. Es kann ebenfalls der Fall vorliegen, dass während der Fahrt mit dem Fahrzeug eine Umwandlung erfolgt, die wesentlich geringer als 100 % ist, beispielsweise wenn nur eine bestimmte Reduktion zum Erfüllen der geltenden Vorschriften erforderlich ist. Wenn in solch einem Fall ermittelt wird, dass die erwartete Umwandlungsrate tatsächlich niedriger (oder höher) ist als die erwartete Umwandlungsrate, das heißt dass sich die geschätzte Umwandlungsrate am Punkt 304 statt am erwarteten Punkt 303 befindet, kann die Zufuhr von Additiv korrigiert (in diesem Fall erhöht) werden, so dass die erwartete Umwandlung erzielt wird, indem bewirkt wird, dass die Umwandlung der Kurve 305 statt der Kurve 306 folgt.
Durch diese Vorgehensweise kann die Zufuhr von Additiv mit keiner oder wenigstens einer verringerten Gefahr angepasst werden, dass ein Überschuss an Ammoniak das Ergebnis beeinflusst.
Wenn allerdings ein Rechenmodell zum Schätzen des Stickoxidgehalts stromaufwärts von der Zufuhr von Additiv verwendet wird, ist es nicht sicher, dass die Anpassung, die bei einer bestimmten Umwandlungsrate durchgeführt wird, für andere Umwandlungsraten richtig ist. Wenn beispielsweise eine Anpassung für eine Umwandlungsrate von 10 % durchgeführt wird und es sich herausstellt, dass bei dieser Umwandlungsrate eine sehr große prozentuale Änderung der Zufuhr an Additiv erforderlich ist, die bei dieser Umwandlungsrate sehr kleine Änderungen der berechneten Menge bedeuten könnte, hat der Korrekturfaktor die gleiche Wirkung bei höheren Umwandlungsraten, hat aber dann eine wesentliche größere Auswirkung auf die Menge an zugeführtem Additiv, da diese weiterhin durch die gleiche Korrektur nach oben (oder unten) berechnet wird.
Dieses Beispiel weist auf eine wesentliche Wirkung auf die Zufuhr hin, wenn es keineswegs sicher ist, dass der bestimmte Korrekturfaktor repräsentativ für höhere Umwandlungsraten ist. Kleinere Unterschiede in der Umwandlungsrate führen zu weniger „extremen“ Folgen in Verbindung mit der Anpassung, aber die grundlegenden Probleme und ihre Folgen bleiben die gleichen.
Ein Grund hierfür ist, dass die Unsicherheit in Bezug auf das Vorhandensein von Stickoxiden (NO_x) im Abgasstrom wie mit einem Rechenmodell geschätzt größer ist als die Unsicherheit bei Verwendung eines Sensors. Beispielsweise kann die Genauigkeit des Sensors bei verschiedenen Verbrennungsmotorlasten mit entsprechenden Variationen der Menge an NO_x im Abgasstrom im Wesentlichen konstant sein, während die Genauigkeit des Rechenmodells in einem größeren Umfang variieren kann, sowohl in Bezug auf die Verbrennungsmotorlast als auch in Bezug auf Variationen von Umweltparametern wie Umgebungsfeuchtigkeit usw.
Solche negativen Auswirkungen von Unsicherheit in Verbindung mit dem Bestimmen des Stickoxidgehalts vor der Zufuhr von Additiv werden gemäß der vorliegenden Erfindung verringert und der Unterschied zwischen dem Verfahren gemäß der Erfindung und anderen Lösungen ist in 4 und 5 dargestellt, wobei sich von der Erfindung unterscheidende Arten von Lösungen in 4 dargestellt sind.
4 zeigt ein schematisches Beispiel des Anpassungsprinzip. Die Menge / der Gehalt von rawNO_x wird gemäß dem dargestellten Beispiel mit einem beliebigen geeigneten Rechenmodell, etwa einem NO_x-Modell, berechnet und an einem Rechenblock 401 eingegeben. Einem Fachmann sind im Allgemeinen viele Arten von NO_x-Modellen bekannt und es kann ein beliebiges geeignetes Modell gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden, wobei die Berechnung des Vorhandenseins von rawNO_x durch die Verwendung von geeigneten Rechenparametern erfolgt. Ein erwünschter Wert von NO_x am Auspuff („tailpipe“) (tpNO_x), das heißt das gewünschte Vorhandensein von Stickoxiden, wenn der Abgasstrom vom Fahrzeug in die Umwelt gelangt, wird auf ähnliche Weise am Rechenblock 401 eingegeben. Eine erwünschte Umwandlung wird im Block 401 auf Basis dieser Daten bestimmt und an einem Block 402 eingegeben. Ein entsprechendes Ammoniak-Stickoxid-Verhältnis wird im Block 402 bestimmt, wobei dieses Verhältnis beispielsweise durch Verwenden einer geeigneten Darstellung einer Kurve der Art wie in 3 dargestellt bestimmt werden kann, woraufhin die erwünschte Umwandlungsrate in ein erwünschtes Ammoniak-Stickoxid-Verhältnis übersetzt werden kann.
Auf Basis des bestimmten Ammoniak-Stickoxid-Verhältnisses wird anschließend eine Dosierung von Additiv im Block 403 bestimmt, wobei die bestimmte Dosierung von der Menge an rawNO_x abhängt. Sobald diese Dosierung mit einem resultierenden Korrekturfaktor zur Folge angepasst wurde, wird der Korrekturfaktor auf die im Block 403 bestimmte Dosierung angewendet, das heißt die bestimmte Dosierung wird mit dem Anpassungsfaktor multipliziert, woraufhin eine tatsächliche Dosierung erzielt wird. Dies ist durch 404 in 4 dargestellt. Wie zuvor erwähnt wird anschließend der Korrekturfaktor ungeachtet des Umwandlungsfaktors angewendet. (Bekanntermaßen kann bei/um 100 % Umwandlung eine andere Art der Anpassung durchgeführt werden und diese kann auch so ausgebildet sein, dass sie kontinuierlich erfolgt. Die vorliegende Erfindung ist aber ebenfalls auf solch eine Anpassung anwendbar.) Die Anpassung kann auf jede geeignete Weise erfolgen und ein vorteilhaftes Beispiel, das ebenfalls in der anhängigen schwedischen Patentanmeldung 1450098-7 mit dem Titel „Förfarande och system för att adaptera tillförsel av tillsatsmedel till en avgasström“ [Verfahren und System zum Anpassen einer Zufuhr von Additiv zu einem Abgasstrom] vom gleichen Anmelder und mit dem gleichen Anmeldedatum wie die vorliegende Anmeldung beschrieben ist, wird nachfolgend erläutert. Für das in 4 dargestellte Beispiel und für die vorliegende Erfindung kann die Anpassung so ausgebildet sein, dass sie auf eine beliebige geeignete Weise erfolgt, und die Erfindung ist somit vollständig unabhängig von der Weise, wie ein Korrekturfaktor bestimmt wird.
5 stellt die vorliegende Erfindung dar. Die Blöcke 501 bis 503 entsprechen im Wesentlichen den Blöcken 401 bis 403 in 4. Im Gegensatz hingegen zu 4 ist die im Block 503 bestimmte Dosierung die tatsächliche Dosierung, das heißt das Steuersignal, das beispielsweise für ein Stellglied zum Steuern der Einspritzdüse zum Einspritzen des Additivs ausgegeben wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird statt der Anwendung des bestimmten Korrekturfaktors auf die Dosierung des erforderlichen Additivs wie in 4 die Schätzung des Stickoxidgehalts stromaufwärts von der Zufuhr von Additiv korrigiert, das heißt statt der Korrektur der bestimmten Dosierung von Additiv wird der Stickoxidgehalt wie mit dem Rechenmodell berechnet durch Verwenden des in Verbindung mit der Anpassung bestimmten Korrekturfaktors korrigiert.
Dies bedeutet, dass die erwünschten Emissionen tpNOx im Block 501 mit dem berechneten nicht verringerten Vorhandensein von Stickoxiden (rawNO_x) verglichen werden, woraufhin das Vorhandensein von rawNO_x wie mit dem Rechenmodell berechnet mit dem in Verbindung mit der Anpassung bestimmten Anpassungsfaktor korrigiert wird. Eine erwünschte Umwandlungsrate kann somit im Block 501 bestimmt werden, wobei die Umwandlungsrate so bestimmt wird, dass der erwünschte Wert tpNO_x auf Basis des aktuellen Vorhandenseins von rawNO_x erzielt wird. Die Umwandlungsrate wird anschließend im Block 502 in ein entsprechendes Ammoniak-Stickoxid-Verhältnis wie zuvor übersetzt, das wie zuvor beschrieben beispielsweise durch die Verwendung einer geeigneten Darstellung einer Kurve der in 3 dargestellten Art bestimmt werden kann. Anschließend wird im Block 503 eine Dosierung von Additiv auf Basis des bestimmten Ammoniak-Stickoxid-Verhältnisses bestimmt, wobei die bestimmte Dosierung von der Menge an rawNO_x abhängt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird somit die Zufuhr von Additiv durch Korrigieren von einem Parameter (rawNO_x) korrigiert, bevor die Umwandlungsrate usw. überhaupt berechnet wird, das heißt bevor die Dosierung bestimmt wird, woraufhin die dann berechnete Dosierung an und für sich nicht weiter korrigiert werden muss. Dies bietet den Vorteil, dass beispielsweise proportionale Fehler, welche die Genauigkeit des Rechenmodells beim Berechnen von rawNO_x beeinflussen können, bei den Berechnungen ausgeglichen werden. Beispielsweise werden Unsicherheiten beispielsweise aufgrund von Änderungen von Umweltfaktoren wie die herrschenden Umgebungsfeuchtigkeitsbedingungen durch eine Vorgehensweise gemäß der Erfindung ausgeglichen. Das Korrigieren der Zufuhr von Additiv durch Korrigieren der Schätzung von rawNO_x statt der Korrektur der bestimmten Dosierung wie nach dem Stand der Technik bewirkt eine Korrektur, die keine Gefahr des Erzeugens übermäßiger Wirkungen auf die gleiche Weise beinhaltet, wenn sich die Umwandlungsrate gegenüber der Umwandlungsrate, bei der die Anpassung erfolgt ist, ändert.
Die Anpassung kann auf jede geeignete Weise erfolgen gemäß einem beliebigen der Anpassungsverfahren nach dem Stand der Technik. Wie zuvor erwähnt kann die Anpassung vorteilhafterweise ebenfalls so ausgebildet sein, dass sie gemäß dem Anpassungsverfahren erfolgt, das in der schwebenden Anmeldung „Förfarande och system för att adaptera tillförsel av tillsatsmedel till en avgasström“ [Verfahren und System zum Anpassen einer Zufuhr von Additiv zu einem Abgasstrom] beschrieben ist. Eine hohe Umwandlungsrate wird mehrmals angewendet und wie zuvor erwähnt wird die Umwandlungsrate häufig während der Anpassung abgesenkt, um das Erhalten eines fehlerhaften Anpassungsergebnisses aufgrund der Querempfindlichkeit des NO_x-Sensors auf Ammoniak zu vermeiden. Solch eine Anpassung weist aber den Nachteil auf, dass das Absenken der Umwandlungsrate unausweichlich zu höheren Emissionen von Stickoxiden (NO_x) führt. Dies führt wiederum dazu, dass die Anpassung aufgrund der höheren Emissionen nicht in einer beliebigen Frequenz erfolgen kann und die Optionen in Bezug auf die Anpassung (etwa die zulässige Zeit zum Durchführen der Anpassung) können ebenfalls gesetzlichen Vorschriften unterliegen.
Die schwebende Anmeldung „Förfarande och system för att adaptera tillförsel av tillsatsmedel till en avgasström“ [Verfahren und System zum Anpassen einer Zufuhr von Additiv zu einem Abgasstrom] beschreibt ein Anpassungsverfahren, das die verfügbare Anpassungszeit besser nutzt. Es wird allgemein auf die Anwendung in Bezug auf eine allgemeine Beschreibung des dort dargestellten Anpassungsverfahrens verwiesen; das in der Anmeldung beschriebene Anpassungsverfahren ist aber ebenfalls in 6 angepasst an die vorliegende Erfindung dargestellt. Das Verfahren beginnt in Schritt 601, in dem bestimmt wird, ob eine Anpassung durchzuführen ist. Wenn dies der Fall ist, fährt das Verfahren mit Schritt 602 fort. Die Anpassung kann beispielsweise so ausgebildet sein, dass sie in geeigneten Intervallen durchgeführt wird oder wenn der NO_x-Sensor 208 Werte ausgibt, die darauf hinweisen, dass eine Anpassung durchgeführt werden muss, bzw. aus einem anderen passenden Grund.
In Schritt 602 wird die Umwandlungsrate auf eine erste Umwandlungsrate OMV1 abgesenkt (eingestellt), die aus einer beliebigen geeigneten Umwandlungsrate bestehen kann, etwa 80 % gemäß dem in 3 dargestellten Beispiel, oder einer anderen geeigneten Umwandlungsrate. Wie ersichtlich ist, erfolgt das Einstellen auf die erste Umwandlungsrate durch ein Reduzieren der Zufuhr von Additiv auf eine Zufuhr, die der gewünschten Umwandlungsrate entspricht. Das Verfahren fährt anschließend mit Schritt 603 fort, in dem bestimmt wird, ob ein Wechsel zur ersten Umwandlungsrate OMV1 erfolgt ist. Im System herrscht im Allgemeinen eine gewisse Trägheit, beispielsweise aufgrund des im SCR-Katalysators 201 gespeicherten NH₃. Es kann somit eine gewisse Zeit dauern, bis das gespeicherte/aufgebaute Ammoniak (NH₃) verbraucht und die Umwandlungsrate tatsächlich reduziert ist. Die Reduzierung kann somit vermutlich eine bestimmte Zeit erfordern; aber gemäß der vorliegenden Ausführungsform erfolgt stattdessen eine Bestimmung, ob eine Menge an Arbeit W2 vom Verbrennungsmotor 101 verrichtet wurde, seitdem die Reduzierung der Umwandlungsrate auf die erste Umwandlungsrate angefordert wurde. Beispielsweise kann die Menge an Arbeit aus einer Menge an Arbeit bestehen, die voraussichtlich das aufgebaute Ammoniak NH₃ im gewünschten Ausmaß reduziert.
Dies ist in 7 dargestellt, in welcher der Anpassungsprozess gemäß 6 dargestellt ist. Bis zum Zeitpunkt T₁ wird das Fahrzeug mit einer geeigneten erwarteten Umwandlungsrate wie etwa 95 % betrieben. In Verbindung mit der Anpassung wird anschließend ein Absenken des Sollwerts für die Stickoxidumwandlung auf OMV1 (beispielsweise 80 %) zum Zeitpunkt T₁ angestoßen. Mit dem Eintritt des Zeitpunkts T₁ wird eine Einschwingzeit angewendet, so dass beispielsweise im SCR-Katalysator 201 aufgebautes Ammoniak auf das gewünschte Maß reduziert wird, und wobei die Einschwingzeit somit gemäß einer Ausführungsform aus einer Menge an Arbeit besteht, die vom Verbrennungsmotor 101 verrichtet wird. Die tatsächliche Zeit, die der Einschwingprozess erfordert, das heißt die Zeit vom Zeitpunkt T₂ in 7, kann somit von einem Zeitpunkt zum anderen je nach der herrschenden Last des Verbrennungsmotors 101 und somit der pro Zeiteinheit erzeugten Menge an Stickoxiden variieren.
In Schritt 603 erfolgt somit eine Bestimmung, ob eine gewünschte Menge an Arbeit W2 vom Verbrennungsmotor 101 verrichtet wurde, und solange dies nicht der Fall ist, verweilt das Verfahren beim Schritt 603; das Verfahren fährt hingegen mit Schritt 604 fort, sobald die gewünschte Arbeit W2 zum Zeitpunkt T₂ in 7 verrichtet wurde. Die Arbeit W2 kann auf jede beliebige geeignete Weise geschätzt werden und die Steuerung des Fahrzeugs 100 umfasst üblicherweise wirksame Funktionen zum Schätzen der Arbeit, die vom Verbrennungsmotor 101 verrichtet wird. Die Arbeit kann beispielsweise als eine in Kilowattstunden (kWh) oder eine andere geeignete Einheit ausgedrückte Arbeit oder alternativ als eine dem Verbrennungsmotor 101 zugeführte Kraftstoffmenge, beispielsweise ein bestimmtes Volumen oder ein bestimmtes Gewicht oder ein berechneter Energiegehalt des zugeführten Kraftstoffs, dargestellt werden. Gemäß einer Ausführungsform wird stattdessen eine Einschwingzeit verwendet, die aus einer geeigneten Zeitmenge besteht, die somit nicht durch die vom Verbrennungsmotor verrichtete Arbeit gesteuert werden muss.
In Schritt 604 wird die tatsächliche Anpassung eingeleitet und während der Zeit T₂-T₃ in 7 durch Setzen einer ersten Variable N₁ und einer zweiten Variable N₂ auf Null durchgeführt, wobei die Variablen N₁ und N₂ jeweils kumulative Stickoxidmengen nach und vor dem SCR-Katalysator darstellen, das heißt tpNO_x, _ack und rawNO_x, _ack. Eine Variable zur Darstellung der erzeugten Verbrennungsmotorarbeit kann ebenfalls auf Null gesetzt werden. Die NO_x-Sensoren 207, 208 geben einen im Abgasstrom vorhandenen NO_x-Gehalt an und die tatsächliche Menge an Stickoxid NO_x kann durch Verwenden des NO_x-Gehalts zusammen mit dem Abgasstrom bestimmt werden, der auf eine geeignete Weise etwa mit einem Durchflussmesser bestimmt werden kann. Die Stickoxidmengen N₁ und N₂ sammeln sich kontinuierlich an, solange eine Arbeit W1 in Schritt 605 bestimmt wird, wobei die Arbeit beispielsweise aus einer immer größeren Arbeit im Vergleich zur vom Verbrennungsmotor 101 des Fahrzeugs 100 noch nicht verrichteten Arbeit W2 seit Einleiten der Ansammlung von Stickoxiden NO_x bestehen kann.
Die Mengen an Stickoxiden (NO_x) vor und nach dem SCR-Katalysator 201 werden angesammelt, solange die gewünschte Arbeit W1 noch nicht erreicht ist, seitdem die Ansammlung eingeleitet wurde.
Sobald die gewünschte Arbeit W1 während der laufenden Ansammlung erreicht ist, wird die Ansammlung von Stickoxid beendet und das Verfahren fährt mit Schritt 606 fort, in dem die NO_x-Umwandlung geschätzt wird, was beispielsweise mit der vorhergehenden Gleichung 1 oder durch Verwenden einer entsprechenden Gleichung erfolgen kann. Beispielsweise kann die Umwandlungsrate wie folgt beschrieben werden (in diesem Beispiel nicht in Prozent ausgedrückt): $(1 - \frac{t p N O_{x, a c k}}{r a w N O_{x, a c k}}) = (1 - \frac{N 1}{N 2})$
Anschließend erfolgt in Schritt 607 eine Bestimmung, ob eine Korrektur der Zufuhr von Additiv auszuführen ist und, wenn dies nicht der Fall ist, weil beispielsweise die geschätzte Umwandlungsrate der gewünschten Umwandlungsrate entspricht, wird das Verfahren in Schritt 609 abgeschlossen, wohingegen die Zufuhr von Additiv andernfalls in Schritt 608 korrigiert wird, bevor das Verfahren in Schritt 609 endet. Diese Korrektur kann beispielsweise als ein Korrekturfaktor bestimmt werden, beispielsweise mit $\frac{O M V_{b \ddot{o} r}}{O M V_{e s t}}$
beschrieben werden kann. Der Korrekturfaktor kann ebenfalls auf eine andere geeignete Weise auf Basis einer geschätzten Umwandlungsrate berechnet werden. Sobald die Ansammlung von Stickoxid NO_x zum Zeitpunkt T3 in 7 abgeschlossen wurde, kann der Sollwert für die Reduktion von Stickoxiden NO_x, beispielsweise in einen beliebigen geeigneten der Schritte 606 bis 609, auf den bestehenden Sollwert vor der Anpassung oder einen anderen geeigneten Sollwert zurückgesetzt werden.
Das in 6 dargestellte Verfahren bietet den Vorteil, dass die Anpassung kontinuierlich erfolgen kann und dass durch Durchführen der Schätzung für eine vorgegebene Arbeit die Anpassung kontinuierlich unabhängig davon erfolgen kann, ob der Verbrennungsmotor 101 zum jeweiligen Zeitpunkt viel oder wenig Leistung erbringt. Die Zeit, welche die Anpassung erfordert, das heißt die Zeit zwischen den Zeitpunkten T2 und T3 in 7 variiert somit von einem Zeitpunkt zum anderen, woraufhin die Anpassung bei einer niedrigen Verbrennungsmotorlast eine längere Zeit erfordert, da es eine längere Zeit braucht, bis sich die gewünschte Menge an Stickoxiden angesammelt hat.
Die vorliegende Erfindung wurde vorhergehend in Verbindung mit der Reduktion von Stickoxid (NO_x) beschrieben; einem Fachmann ist aber klar, dass die Erfindung ebenfalls auf die Reduktion von beliebigen Stoffen anwendbar ist, bei der die Umwandlung durch die Verwendung eines zugeführten Additivs erfolgt. Die Zufuhr von Additiv folgt im Allgemeinen einer geeigneten Kurve, wobei die Kurve in Motorprüfkabinen mit extrem genauen Sensoren gemessen werden kann und die Menge an zugeführtem Additiv auf Basis beispielsweise der Menge an Stickoxiden (NO_x) gesteuert wird, die durch die Verwendung der Berechnungen wie zuvor ausgeführt ermittelt wird. Die vorliegende Erfindung liefert somit einen Kompensationsfaktor zum Kompensieren des berechneten Stickoxidgehalts stromaufwärts von der Zufuhr von Additiv, um Abweichungen von solch einer Kurve zu verringern oder zu verhindern.
Die vorliegende Erfindung wurde vorhergehend in Verbindung mit Fahrzeugen erläutert. Die Erfindung ist aber auf beliebige Transportmittel wie Luft- oder Wasserfahrzeuge und auf Industrieanlagen anwendbar, bei denen eine Steuerung zum Steuern der vorhandenen Funktionen verwendet wird, und wobei Parameter in Bezug auf die physikalischen Bedingungen für eine Einheit, die von der Steuerung gesteuert wird, bestimmt werden können.
Weitere Ausführungsformen des Verfahrens und des Systems gemäß der Erfindung sind in den beigefügten Ansprüchen enthalten. Es ist darauf hinzuweisen, dass das System gemäß verschiedenen Ausführungsformen des Verfahrens gemäß der Erfindung (und umgekehrt) modifiziert werden kann und dass die vorliegende Erfindung in keinerlei Hinsicht auf die zuvor beschriebenen Ausführungsformen des Verfahrens gemäß der Erfindung beschränkt ist, sondern alle Ausführungsformen im Umfang der beigefügten unabhängigen Ansprüche betrifft und umfasst.
Die vorliegende Erfindung kann wie zuvor erwähnt beispielsweise auch angewendet werden, wenn ein Sensor zum Bestimmen des Vorhandenseins von NO_x im durch die Verbrennung erzeugten Abgasstrom stromaufwärts von der Zufuhr von Additiv verwendet wird. Gemäß dieser Ausführungsform wird die Menge an NO_x (oder eines anderen geeigneten Stoffs) ausgeglichen, bevor die Umwandlungsrate usw. bestimmt wird, das heißt das Rechenmodell in 5 wird durch einen Sensor ersetzt, woraufhin das dargestellte Verfahren anders ausgeführt wird wie zuvor dargelegt. Ferner kann die vorliegende Erfindung beispielsweise auf die Anpassung aller momentan bekannten und zukünftigen Additive angewendet werden, die dem Abgasstrom zum Reduzieren eines beliebigen im Abgasstrom vorhandenen Stoffs zugeführt werden. Die Erfindung wie zuvor beschrieben kann ebenfalls angewendet werden, ungeachtet dessen, welcher Stoff im Abgasstrom reduziert werden soll. Die Erfindung ist somit nicht auf die Reduktion von Stickoxiden oder auf Additive, aus denen Ammoniak gebildet wird, beschränkt.

Claims

Verfahren in Verbindung mit dem Zuführen eines ersten Additivs zum Behandeln eines durch Verbrennung in einem Verbrennungsmotor (101) erzeugten Abgasstroms, wobei das erste Additiv dem Abgasstrom zugeführt wird, und wobei das erste Additiv zur Reduktion wenigstens eines ersten Stoffs (NO_x) verwendet wird, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: - Schätzen einer Reduktion des ersten Stoffs (NO_x) auf Basis einer ersten Messung (tpNO_x) eines Vorhandenseins des ersten Stoffs (NO_x) im Abgasstrom stromabwärts von der Zufuhr des ersten Additivs und einer zweiten Messung (rawNO_x) eines Vorhandenseins des ersten Stoffs (NO_x) im Abgasstrom stromaufwärts von der Zufuhr von Additiv, - Vergleichen der geschätzten Reduktion mit einer ersten Reduktion (OMV1), und - Korrigieren der zweiten Messung (rawNO_x) des ersten Stoffs (NO_x) auf Basis des Vergleichs, wobei das Verfahren ferner umfasst: - Reduzieren der Zufuhr von Additiv, vor dem Schätzen der Reduktion des ersten Stoffs (NO_x), auf eine erste Menge, wobei die erste Menge aus einer Menge entsprechend einer Reduktion besteht, bei der eine kleinere Menge von Additiv zugeführt wird, als für eine vollständige Reduktion des ersten Stoffs erforderlich ist, wobei die erste Reduktion (OMV1) der erwarteten Reduktion in Verbindung mit der Zufuhr der ersten Menge entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend: - Bestimmen der ersten Messung (tpNO_x) durch Verwenden der von einem stromabwärts von der Zufuhr des Additivs angeordneten ersten Sensor (208) gesendeten Signale.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die zweite Messung (rawNO_x) aus einer geschätzten Messung besteht, wobei die Korrektur der zweiten Messung (rawNO_x) eine Korrektur einer Schätzung der zweiten Messung (rawNO_x) darstellt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die zweite Messung (rawNO_x) durch das Verwenden eines Rechenmodells geschätzt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Rechenmodell wenigstens teilweise aus einem Modell der Verbrennung im Verbrennungsmotor (101) besteht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend, auf Basis des Vergleichs der geschätzten Reduktion mit der ersten Reduktion (OMV1): - Bestimmen eines Korrekturfaktors zum Korrigieren der Schätzung der zweiten Messung (rawNO_x).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, ferner umfassend: - Korrigieren der Schätzung der zweiten Messung (rawNO_x), wenn die geschätzte Reduktion unter der ersten Reduktion (OMV1) liegt, so dass das geschätzte Vorhandensein des ersten Stoffs (NO_x) nach der Korrektur das geschätzte Vorhandensein ohne Korrektur überschreitet, und/oder - Korrigieren der Schätzung der zweiten Messung (rawNO_x), wenn die geschätzte Reduktion die erste Reduktion (OMV1) überschreitet, so dass das geschätzte Vorhandensein des ersten Stoffs (NO_x) nach der Korrektur unter dem geschätzten Vorhandensein ohne Korrektur liegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend: - Bilden einer ersten Ansammlung (N1) einer Menge des ersten Stoffs (NO_x) stromabwärts von der Zufuhr des Additivs während einer ersten Zeit (T3-T2), - Bilden einer zweiten Ansammlung (N2) einer Menge des ersten Stoffs (NO_x) stromaufwärts von der Zufuhr des Additivs während der ersten Zeit (T3-T2), und - Schätzen der Reduktion des ersten Stoffs (NO_x) auf Basis der ersten (N1) und zweiten (N2) Ansammlung.
Verfahren nach Anspruch 8, ferner umfassend: - Schätzen der Reduktion des ersten Stoffs (NO_x) durch Bestimmen eines Verhältnisses zwischen der ersten Ansammlung (N1) und der zweiten Ansammlung (N2), - Vergleichen des bestimmten Verhältnisses mit einem ersten Verhältnis, und - Korrigieren der Schätzung der zweiten Messung auf Basis des Vergleichs.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, ferner umfassend, wenn die erste Ansammlung (N1) und die zweite Ansammlung (N2) eingeleitet wurden: - Bestimmen, ob eine erste Arbeit (W1) vom Verbrennungsmotor (101) während der Ansammlung des ersten Stoffs (NO_x) verrichtet wurde, und - Beenden der Ansammlung des ersten Stoffs (NO_x), sobald die erste Arbeit (W1) vom Verbrennungsmotor (101) verrichtet wurde.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Additiv stromaufwärts von einem ersten Katalysator (201) zugeführt wird, und wobei das Vorhandensein des ersten Stoffs (NO_x) im Abgasstrom stromabwärts von der Zufuhr des ersten Additivs aus einem Vorhandensein des erstens Stoffs (NO_x) stromabwärts vom ersten Katalysator (201) besteht.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der erste Katalysator aus einem SCR-Katalysator besteht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Menge aus einer Menge besteht, bei die erwartete Umwandlungsrate für die Reduktion des ersten Stoffs maximal einer beliebigen der Umwandlungsraten entspricht umfassend: 90 % der vollständigen Reduktion, 80 % der vollständigen Reduktion, 50 % der vollständigen Reduktion.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend, vor der Schätzung der Reduktion: - Reduzieren der Zufuhr des ersten Additivs auf die erste Menge, und - Einleiten der Schätzung der Reduktion zum ersten Mal nach dem Reduzieren der Zufuhr des ersten Additivs.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend: - Bestimmen, ob eine zweite Arbeit (W2) vom Verbrennungsmotor (101) verrichtet wurde, nachdem die Reduzierung der Zufuhr des ersten Additivs eingeleitet wurde, und - Einleiten der Schätzung der Reduktion, wenn die zweite Arbeit (W2) vom Verbrennungsmotor (101) verrichtet wurde.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend: - Beenden der Reduzierung der Zufuhr des ersten Additivs, wenn die zweite Messung (rawNO_x) korrigiert wurde.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Reduktion (OMV1) aus einer erwarteten oder festgelegten Reduktion besteht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zufuhr von Additiv so gesteuert wird, dass die erwartete Reduktion aus der ersten Reduktion (OMV1) besteht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend das Steuern der Zufuhr des ersten Additivs auf Basis der korrigierten zweiten Messung (rawNO_x).
Computerprogramm umfassend Programmcode, das beim Ausführen des Programmcodes auf einem Computer den Computer zum Ausführen des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 19 veranlasst.
Computerprogrammprodukt umfassend ein computerlesbares Medium und ein Computerprogramm nach Anspruch 20, wobei das Computerprogramm im computerlesbaren Medium enthalten ist.
System zur Verwendung in Verbindung mit dem Zuführen eines ersten Additivs zum Behandeln eines durch Verbrennung in einem Verbrennungsmotor (101) erzeugten Abgasstroms, wobei das erste Additiv dem Abgasstrom zugeführt wird, und wobei das erste Additiv zur Reduktion wenigstens eines im Abgasstrom vorhandenen ersten Stoffs (NO_x) verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass das System Elemente umfasst, die ausgebildet sind zum: - Schätzen einer Reduktion des ersten Stoffs (NO_x) auf Basis einer ersten Messung (tpNO_x) eines Vorhandenseins des ersten Stoffs (NO_x) im Abgasstrom stromabwärts von der Zufuhr des ersten Additivs und einer zweiten Messung (rawNO_x) eines Vorhandenseins des ersten Stoffs (NO_x) im Abgasstrom stromaufwärts von der Zufuhr von Additiv, - Vergleichen der geschätzten Reduktion mit einer ersten Reduktion (OMV1), und - Korrigieren der zweiten Messung (rawNO_x) des ersten Stoffs (NO_x) auf Basis des Vergleichs, wobei die Elemente ferner ausgebildet sind zum Reduzieren der Zufuhr von Additiv, vor dem Schätzen der Reduktion des ersten Stoffs (NO_x), auf eine erste Menge, wobei die erste Menge aus einer Menge entsprechend einer Reduktion besteht, bei der eine kleinere Menge von Additiv zugeführt wird, als für eine vollständige Reduktion des ersten Stoffs erforderlich ist, wobei die erste Reduktion (OMV1) der erwarteten Reduktion in Verbindung mit der Zufuhr der ersten Menge entspricht.
Fahrzeug (100), dadurch gekennzeichnet, dass es ein System nach Anspruch 22 umfasst.