DE202009017815U1

DE202009017815U1 - Optimiertes Erfassungssystem für diskrete Pegel für ein Fahrzeugreduktionsreservoir

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Publication number: DE202009017815U1
Application number: DE202009017815U
Authority: DE
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2008-10-15
Filing date: 2009-10-12
Publication date: 2011-09-02
Anticipated expiration: 2019-10-13
Also published as: US20100089037A1

Abstract

Emissionskontrollsystem (100), operativ an ein Abgassystem eines Fahrzeugs gekoppelt, wobei das Emissionskontrollsystem Folgendes umfasst: ein Reservoir (104), das konfiguriert ist, eine Flüssigkeit zu enthalten; eine in dem Abgassystem angeordnete SCR-Einrichtung (102); ein Reduktionsmittelzufuhrsystem (106), das konfiguriert ist, die Flüssigkeit von dem Reservoir mit einer Nennrate und einer Maximalrate, größer als die Nennrate, abzuziehen, und weiterhin konfiguriert ist, die Flüssigkeit zu der SCR-Einrichtung zu pumpen; einen Basissensor (108), der darauf reagiert, ob ein Flüssigkeitsvolumen in dem Reservoir ein Basisvolumen übersteigt, das größer ist als ein Totvolumen (D) des Reservoirs; wenigstens einen erhöhten Sensor (118A, 118B, 118C), der darauf reagiert, ob das Flüssigkeitsvolumen in dem Reservoir ein erhöhtes Volumen übersteigt, wobei das erhöhte Volumen ein Produkt aus dem Basisvolumen mal einem Verhältnis der Maximalrate zu der Nennrate ist; einen Emissionssensor (114), der auf einen NOX-Grad in dem Abgassystem reagiert; und einen Falschformulierungsindikator (116), der operativ...

Description

Erfindungsgebiet
Die vorliegende Anmeldung betrifft das Gebiet der Emissionskontrolle in Fahrzeugen und insbesondere der Kontrolle von Stickoxidemissionen von dieselbetriebenen Fahrzeugen.
Allgemeiner Stand der Technik und kurze Darstellung der Erfindung
Ein Emissionskontrollsystem in einem Fahrzeug kann eine SCR-Einrichtung (Selective Catalytic Reduction Device – Einrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion) enthalten, wobei Stickoxidemissionen (NOX) von einem Motor mit Ammoniak zusammengeführt werden, um Distickstoff (N2) und Wasserdampf zu bilden. Ammoniak kann dem Abgassystem des Fahrzeugs über eine Reduktionsmittellösung zugeführt werden, zum Beispiel wässrige Urea (Harnstoff). Aufrechterhaltung der Quantität und Qualität der Reduktionsmittellösung ermöglicht es, dass die Vorzüge der SCR-Einrichtung während der ganzen Betriebsdauer des Systems erzielt werden.
Deshalb beschreibt das US-Patent Nr. 6,363,771 B1 ein Diagnosesystem für ein Fahrzeug. Das darin beschriebene Diagnosesystem ist konfiguriert zu detektieren, wenn ein Pegel der Reduktionsmittellösung in einem Reservoir unter einen Schwellwert absinkt und auf der Basis dieser Detektion den Betreiber des Fahrzeugs darauf aufmerksam zu machen, dass ein Nachfüllen erforderlich ist. Weiterhin kann das Diagnosesystem konfiguriert sein zu detektieren, wenn die in dem Reduktionsmittelreservoir enthaltende Lösung falsch formuliert ist, auf der Basis eines abträglichen Effekts einer falsch formulierten Reduktionsmittellösung auf NOX-Emissionen. Um zu bestimmen, ob NOX-Emissionen abträglich beeinflusst sind, arbeitet das Diagnosesystem mit dem Emissionskontrollsystem des Fahrzeugs zusammen.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben jedoch bei diesem Ansatz einen Fehler erkannt. Insbesondere kann ein Diagnosesystem wie oben beschrieben möglicherweise nicht in der Lage sein, eine falsch formulierte Reduktionsmittellösung von anderen Ursachen für Emissionskontrollfehler zu unterscheiden. Wenn das Diagnosesystem inkorrekt bestimmt, dass die Reduktionsmittellösung in einem Fahrzeug falsch formuliert ist, kann es fehlerhafte Warnungen ausgeben oder eine unangemessene korngierende Aktion ergreifen – beispielsweise Begrenzen der Geschwindigkeit oder Motorleistung –, was dem Bediener des Fahrzeugs widerstreben kann. Deshalb haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung einen Weg bereitgestellt zum Testen auf ein unzureichendes oder falsch formuliertes Reduktionsmittel in einem integrierten Ansatz, der das falsch formulierte Reduktionsmittel heuristisch von anderen Ursachen für Emissionskontrollfehler unterscheidet.
Bei einer Ausführungsform wird ein beispielhaftes Emissionskontrollsystem eines Fahrzeugs bereitgestellt. Das Emissionskontrollsystem ist operativ an ein Abgassystem des Fahrzeugs gekoppelt; es enthält ein Reservoir, das konfiguriert ist, eine Reduktionsmittellösung zu enthalten, und eine SCR-Einrichtung, die in dem Abgassystem angeordnet und konfiguriert ist, die Reduktionsmittellösung zu verbrauchen. Das beispielhafte Emissionskontrollsystem enthält weiterhin einen Basissensor, der darauf reagiert, ob ein Volumen der Reduktionsmittellösung ein Basisvolumen übersteigt, wobei das Basisvolumen eine Summe aus einem Totvolumen des Reservoirs plus einem Standardvolumen ist, und eine Reihe von erhöhten Sensoren, entsprechend einer Reihe von erhöhten Volumina, wobei jedes erhöhte Volumen ein Produkt aus dem Basisvolumen mal einer positiven ganzen Zahl hoch zwei ist, und wobei jeder erhöhte Sensor, bzw. erhöht angeordnete Sensor, darauf reagiert, ob das Volumen der Reduktionsmittellösung ein entsprechendes erhöhtes Volumen übersteigt. Das beispielhafte Emissionskontrollsystem enthält weiterhin einen Emissionssensor, der auf einen NOX-Grad in dem Abgassystem reagiert, und einen Falschformulierungsindikator, der operativ an den Emissionssensor und den Basissensor und/oder irgendeinen erhöhten Sensor gekoppelt ist und konfiguriert ist anzuzeigen, wenn eine zu große NOX-Emission innerhalb eines Intervalls auf einen Zuwachs bei dem Volumen der Reduktionsmittellösung über das Basisvolumen oder irgendein erhöhtes Volumen in der Reihe von erhöhten Volumina folgt. Das beispielhafte Emissionskontrollsystem kann weiterhin einen Mangelindikator enthalten, der an den Basisvolumensensor gekoppelt und konfiguriert ist anzuzeigen, wenn das Volumen der Reduktionsmittellösung kleiner wird als das Basisvolumen.
Eine weitere Ausführungsform stellt ein Verfahren bereit zum Evaluieren einer an Bord eines Fahrzeugs in einem Reservoir gelagerten Reduktionsmittellösung, wobei das Fahrzeug ein Reduktionsmittelzufuhrsystem zum Zuführen der Reduktionsmittellösung zu einer SCR-Einrichtung (z. B. SCR-Katalysator) in einem Abgassystem des Fahrzeugs aufweist. Dieses beispielhafte Verfahren beinhaltet: Variieren einer Reduktionsmittellösungszuführrate als Reaktion auf eine Reduktionsmittellösungskonzentration, um die Emissionskontrollleistung aufrechtzuerhalten und Unterscheiden einer Falschformulierung der Reduktionsmittellösung von anderen Emissionskontrollsystemfehlern auf der Basis einer Volumenänderung in dem Reservoir in Kombination mit einer Emissionskontrollleistungsprüfung.
Noch weitere Ausführungsformen liefern andere Emissionskontrollsysteme und verwandte Verfahren zum Detektieren mindestens einer unzureichenden Reduktionsmittellösung und einer falsch formulierten Reduktionsmittellösung in einem Fahrzeug. Zusätzlich zu zahlreichen weiteren Vorteilen können diese Systeme und Verfahren die Wahrscheinlichkeit reduzieren, dass ein von einem Emissionskontrollsystem in einem Fahrzeug erfasster Fehler fälschlicherweise einer nicht ordnungsgemäßen Wartung der Reduktionsmittellösung zugeschrieben wird, wodurch eine präzisere Diagnose der Ursache des Fehlers ermöglicht wird.
Es versteht sich, dass die obige Zusammenfassung bereitgestellt wird, um in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten einzuführen, die in der ausführlichen Beschreibung näher beschrieben werden. Sie soll keine Schlüssel- oder essentiellen Merkmale des beanspruchten Gegenstandes identifizieren, dessen Schutzbereich durch die Ansprüche, die auf die ausführliche Beschreibung folgen, definiert wird. Weiterhin ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Implementierungen beschränkt, die etwaige, oben oder in einem beliebigen Teil dieser Offenbarung angemerkte Nachteile lösen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt Elemente eines beispielhaften Emissionskontrollsystems eines Fahrzeugs, gemäß der vorliegenden Offenbarung.
2 zeigt Elemente eines beispielhaften Emissionskontrollsystems eines Fahrzeugs, das mit einem beispielhaften Pegelsensor ausgestattet ist, gemäß der vorliegenden Offenbarung.
3 veranschaulicht ein beispielhaftes Verfahren zum Liefern von Ammoniak an eine in einem Abgassystem eines Fahrzeugs angeordnete SCR-Einrichtung, gemäß der vorliegenden Offenbarung.
Ausführliche Beschreibung
1 zeigt Elemente eines Emissionskontrollsystems eines Fahrzeugs in einem Ausführungsbeispiel. Das Emissionskontrollsystem 100 enthält eine SCR-Einrichtung 102 und ein Reservoir 104. Die SCR-Einrichtung ist in einem Abgassystem des Fahrzeugs angeordnet; sie enthält eine katalytisch aktive Oberfläche, wo stickstoffbasierte reduzierende Mittel (Ammoniak, Urea usw.) mit NOX unter Ausbildung von Distickstoff und Wasserdampf reagieren können. Das Reservoir ist konfiguriert, eine Flüssigkeit zu enthalten, die eine Reduktionsmittellösung sein soll, die entsprechend an die SCR-Einrichtung angepasst ist. Beispielsweise kann die Flüssigkeit eine wässrige Urealösung (Harnstofflösung) mit einer zur Verwendung mit der SCR-Einrichtung empfohlenen Konzentration sein. Weiterhin kann die Kapazität des Reservoirs auf der Basis einer Nennrate u_N der Zufuhr der Reduktionsmittellösung zu der SCR-Einrichtung und weiterhin auf der Basis eines gewünschten Laufleistungsbereichs des Fahrzeugs gewählt werden. Beispielsweise kann die Kapazität des Reservoirs ausreichen, um zu gestatten, dass das Fahrzeug mit dem gewünschten Laufleistungsbereich fährt, während es die Reduktionsmittellösung mit der Nennverbrauchsrate verbraucht.
Das Emissionskontrollsystem 100 enthält ein Reduktionsmittelzufuhrsystem 106, das konfiguriert ist, Flüssigkeit von dem Reservoir 104 mit der Nennrate u_N abzuziehen. Wie in 1 gezeigt, wird die von dem Reservoir abgezogene Flüssigkeit der SCR-Einrichtung 102 zugeführt. Das Reduktionsmittelzufuhrsystem 106 kann eine beliebige Pumpe enthalten, die sich dafür eignet, eine wässrige Lösung von dem Reservoir an die SCR-Einrichtung zu liefern; sie kann eine mechanische Pumpe enthalten, eine Zentrifugalpumpe, eine Hubkolbenpumpe usw., oder bei anderen Ausführungsformen eine Quelle von Druckluft oder Druckgas, die konfiguriert ist, das Reservoir unter Druck zu setzen und die Flüssigkeit dort herauszudrücken. Bei einigen Ausführungsformen kann das Reduktionsmittelzufuhrsystem konfiguriert sein, Flüssigkeit mit mehreren unterschiedlichen Raten aus dem Reservoir abzuziehen, die die Nennrate u_N beinhalten können, Raten kleiner als die Nennrate und Raten größer als die Nennrate. Bei einer Ausführungsform kann das Reduktionsmittelzufuhrsystem konfiguriert sein, Flüssigkeit aus dem Reservoir über einen Bereich von Raten von null (keine Zufuhr) bis zu einer Maximalrate u_M > u_N abzuziehen.
Das in dem Reservoir 104 enthaltene Flüssigkeitsvolumen kann während des Betriebs des Fahrzeugs variieren. So zeigt 1 einen variablen Flüssigkeitspegel L in dem Reservoir und unter dem Pegel ist ein variables Flüssigkeitsvolumen V enthalten. 1 zeigt auch bestimmte feste Volumina innerhalb des Reservoirs; diese beinhalten das Totvolumen D und das Basisvolumen B. Das Totvolumen D ist ein Flüssigkeitsvolumen, das von dem Reduktionsmittelzufuhrsystem 106 nicht zuverlässig aus dem Reservoir abgezogen werden kann. Das Totvolumen ist eine Folge der detaillierten Konfiguration des Reservoirs und des Reduktionsmittelzufuhrsystems. Wenngleich das Reservoir und Reduktionsmittelzufuhrsystem konfiguriert sein können, das Totvolumen zu minimieren, können einige Designüberlegungen dazu führen, dass ein gewisses Totvolumen übrig bleibt.
Das Emissionskontrollsystem 100 enthält einen Basissensor 108, einen Mangelindikator 110 und einen Controller 112. Der Basissensor kann ein Sensor sein, der darauf reagiert, ob das variable Volumen V das Basisvolumen B übersteigt. Bei einer Ausführungsform kann der Basissensor ein entsprechend konfigurierter Pegelsensor sein, wie im Folgenden unter Bezugnahme auf 2 beschrieben. Der Mangelindikator kann verschiedene Indikatoren enthalten, visuelle, hörbare usw., die konfiguriert sind anzuzeigen, wenn das variable Volumen V unter das Basisvolumen B abfällt. Dazu kann der Mangelindikator über den Controller operativ an den Basissensor gekoppelt sein. Bei einigen Ausführungsformen kann eine Aktivierung des Mangelindikators eine Sequenz von Drosselungszuständen in dem Fahrzeug initiieren, die die Motorleistung begrenzen soll, wenn Reduktionsmittellösung für die SCR-Einrichtung nicht länger verfügbar ist. Die Drosselungszustände können beispielsweise Fahrzeuggeschwindigkeitssteuerung, Drosselsteuerung, Zündungsunterdrückung usw. beinhalten. Das Emissionskontrollsystem kann konfiguriert sein, den Mangelindikator dann zurückzusetzen, wenn das variable Volumen V das Basisvolumen B übersteigt, wie von dem Basissensor gemeldet.
Bei einigen Ausführungsformen ist das Basisvolumen B die Summe aus Totvolumen D plus einem Standardvolumen S. Das Standardvolumen S kann ein festes Volumen sein; es kann ein Einheitsvolumen oder ein ganzzahliges Vielfaches eines Einheitsvolumens sein: eine Gallone, drei Liter, usw. Bei einigen Ausführungsformen kann das Standardvolumen das Volumen einer Reduktionsmittellösung sein, die in einem kaufbaren Behälter von Reduktionsmittellösung geliefert wird, die für die Verwendung in dem Fahrzeug angemessen ist. Das Standardvolumen kann auf diese Weise ausgewählt werden, um sicherzustellen, dass der ganze Inhalt eines kaufbaren Behälters von Reduktionsmittellösung dazu führt, dass variables Volumen V das Basisvolumen B übersteigt. Wie oben angegeben kann dieser Zustand ein Rücksetzen des Mangelindikators 110 auslösen und dadurch eine oder mehrere Drosselungszustände, die gelten können, aufheben.
Das Emissionskontrollsystem 100 enthält weiterhin einen Emissionssensor 114. Der Emissionssensor kann ein beliebiger Sensor sein, der auf einen NOX-Grad in dem Abgassystem des Fahrzeugs reagiert. Der Emissionssensor kann konfiguriert sein, eine Emissionskontrollprüfung durchzuführen, zum Beispiel den NOX-Grad im Abgassystem, einen Anteil an einem beliebigen NOX-Bestandteil, Parameter, die Emissionsgrade anzeigen, oder einen anderen Zustand, der zu NOX-Abgasgehalten in Beziehung steht, zu detektieren oder zu messen oder Rückschlüsse daraus zu ziehen. Der Emissionssensor kann weiterhin konfiguriert sein, einen zu großen NOX-Grad (NOX-Gehalt) in dem Abgassystem zu erfassen oder zu detektieren. Bei einigen Ausführungsformen kann das Reduktionsmittelzufuhrsystem 106 auf eine Weise mit geschlossener Schleife über den Controller 112 operativ an den Emissionssensor 114 gekoppelt sein. Beispielsweise kann der Controller konfiguriert sein, die Zuführrate der Reduktionsmittellösung zu der SCR-Einrichtung 102 zu variieren, um so wenig Reduktionsmittellösung wie möglich zu verwenden und dabei gleichzeitig den NOX-Grad unter einer akzeptablen Grenze zu halten. Dabei kann der Controller die Zuführrate der Reduktionsmittellösung unter mehreren Zuführraten variieren, die bereitzustellen das Reduktionsmittelzufuhrsystem konfiguriert ist.
Im Verlaufe des Betriebs des Fahrzeugs kann Flüssigkeit gemäß verschiedenen Plänen oder Szenarien zum Reservoir 104 hinzugefügt werden. Einige Szenarien beinhalten die versehentliche oder absichtliche Falschformulierung der Reduktionsmittellösung durch einen Bediener des Fahrzeugs. Beispielsweise verzögern einige Bediener möglicherweise das Hinzufügen von Reduktionsmittellösung zu dem Reservoir, bis der Mangelindikator 110 aktiv wird und angibt, dass ein Drosselungszustand folgen kann. Der Bediener des Fahrzeugs, der sich darüber im Klaren ist, dass der Drosselungszustand mit dem Flüssigkeitsvolumen in dem Reservoir verknüpft ist, kann zu diesem Zeitpunkt Flüssigkeit hinzufügen und dadurch den Mangelindikator zurücksetzen und den Drosselungszustand aufheben.
Idealerweise wird die Flüssigkeit, die der Bediener zum Reservoir 104 hinzufügt, eine Reduktionsmittellösung mit einer Zusammensetzung und Konzentration sein, die für das Fahrzeug angemessen sind. In einigen Fällen aber kann ein Bediener eine andere Flüssigkeit hinzufügen, was dazu führt, dass die Reduktionsmittellösung falsch formuliert ist; der Bediener fügt möglicherweise beispielsweise eine Reduktionsmittellösung mit einer falschen Zusammensetzung, eine zu verdünnte Reduktionsmittellösung oder Wasser hinzu.
Das Emissionskontrollsystem 100 kann konfiguriert sein, eine Verdünnung einer ansonsten korrekt formulierten Reduktionsmittellösung innerhalb bestimmter Grenzen zu tolerieren. Beispielsweise kann der Controller 112 konfiguriert sein, die Zuführrate der Reduktionsmittellösung zu der SCR-Einrichtung 102 heraufzusetzen, wenn die Zuführnennrate den NOX-Grad nicht unter einer annehmbaren Grenze hält. Bei einer Ausführungsform kann das Reduktionsmittelzufuhrsystem 106 konfiguriert sein, die Flüssigkeit mit einer Nennrate u_N und mit einer Maximalrate u_M, die größer ist als die Nennrate, aus dem Reservoir abzuziehen. Der Controller kann konfiguriert sein, die Zuführrate von Reduktionsmittellösung von der Nennrate auf die Maximalrate umzuschalten, wie dies erforderlich ist, um den NOX-Grad unter der annehmbaren Grenze zu halten. Bei anderen Ausführungsformen kann das Reduktionsmittelzufuhrsystem 106 konfiguriert sein, die Flüssigkeit über einen Bereich von Raten von im Wesentlichen null bis zur Maximalrate u_M aus dem Reservoir abzuziehen. Solche Ausführungsformen können eine Schwellwertkonzentration von Reduktionsmittellösung zulassen, unter der der NOX-Grad nicht unter der annehmbaren Grenze gehalten werden kann. Beispielsweise kann eine Schwellwertkonzentration C_M zu der Nennrate u_N und zu der Maximalrate u_M in Beziehung stehen durch C_Nu_N = C_Mu_M, wobei C_N eine für die Verwendung im Fahrzeug beabsichtigte Nennkonzentration der Reduktionsmittellösung ist.
Wenn die Reduktionsmittellösung weiterhin verdünnt wird, so dass die Konzentration unter C_M fällt, kann es zu einem Emissionskontrollfehler kommen. Beispielsweise kann der Emissionssensor 114 angeben, dass ein NOX-Grad über einer annehmbaren Grenze liegt, obwohl das Reduktionsmittelzufuhrsystem 106 Flüssigkeit mit der Maximalrate u_M der SCR-Einrichtung zuführt. Deshalb enthält das Emissionskontrollsystem 100 weiterhin einen Falschformulierungsindikator 116, der über den Controller 112 operativ an den Emissionssensor 114 gekoppelt und konfiguriert ist anzugeben, dass die Reduktionsmittellösung im Reservoir 104 falsch formuliert ist. Da jedoch der NOX-Grad die annehmbare Grenze aufgrund verschiedener anderer Fehlfunktionen übersteigen kann, die mit der Reduktionsmittellösung nichts zu tun haben, kann das Emissionskontrollsystem 100 weiter konfiguriert sein, eine Heuristik anzuwenden, um zu beurteilen, ob der Emissionskontrollfehler wahrscheinlich durch eine Falschformulierung der Reduktionsmittellösung verursacht wird oder ob irgendein anderer Fehler angezeigt wird. Bei einem Beispiel ermöglicht die hierin beschriebene Operation eine derartige Heuristik unter Verwendung einer einfachen und preiswerten Konfiguration – einer, die einige wenige diskrete Pegelsensoren umfasst, im Vergleich zu teureren Alternativen. Dennoch kann der hierin beschriebene Ansatz mit solchen anderen Ansätzen kombiniert werden, ohne von dem Schutzbereich dieser Offenbarung abzuweichen.
Folgendes veranschaulicht eine beispielhafte Heuristik zum Beurteilen einer Ursache eines Emissionskontrollfehlers gemäß der hierin beschriebenen beispielhaften Konfiguration.
Ein Emissionskontrollfehler kann auftreten, wenn der Mangelindikator 110 inaktiv ist, wenn zum Beispiel das variable Volumen V das Basisvolumen B übersteigt. Es sei t_B die Zeit, seit das variable Volumen V zuletzt das Basisvolumen durchquerte, und es sei τ die Zeit, die erforderlich ist, um die Ammoniakatmosphäre in der SCR-Einrichtung 102 unter gegenwärtigen Fahrzeugbetriebsbedingungen im Wesentlichen zu leeren und wieder zu füllen. Wenn t_B < τ, dann kann es als wahrscheinlich angesehen werden, dass der Emissionskontrollfehler auf eine Falschformulierung der Reduktionsmittellösung zurückzuführen ist, die seit dem jüngsten Hinzufügen von Flüssigkeit zu dem Reservoir 104 aufgetreten ist. Wenn jedoch t_B > τ, dann kann es als wahrscheinlich angesehen werden, dass der Emissionskontrollfehler zu dem jüngsten Hinzufügen von Flüssigkeit zum Reservoir nicht in Beziehung steht.
Das obige Beispiel zeigt, wie eine Durchquerungszeit des variablen Volumens V über dem Basisvolumen B in eine Heuristik zum Bestimmen, ob eine Falschformulierung der Reduktionsmittellösung eine wahrscheinliche Ursache eines Emissionskontrollfehlers ist, eingehen kann. Es ist jedoch möglich, dass eine Falschformulierung der Reduktionsmittellösung eintreten kann und einen Emissionskontrollfehler verursachen kann, wenn das variable Volumen das Basisvolumen nicht quert. Um eine Beurteilung unter solchen Bedingungen zu ermöglichen, enthält das Emissionskontrollsystem 100 weiterhin einen erhöhten Sensor 118A, der ein Sensor sein kann, der darauf reagiert, ob das variable Volumen V ein erhöhtes Volumen E₁ übersteigt. Bei einer Ausführungsform kann der erhöhte Sensor ein entsprechend konfigurierter Pegelsensor sein, wie im Folgenden unter Bezugnahme auf 2 beschrieben. Wie in 1 gezeigt, kann das erhöhte Volumen E₁ das Produkt B × R sein, wobei R = u_M/u_N ist.
Angenommen, das variable Volumen V ist zwischen dem Basisvolumen B und dem erhöhten Volumen E₁, der NOX-Grad ist unter der annehmbaren Grenze und das Reduktionsmittelzufuhrsystem 106 führt die Reduktionsmittellösung mit der Nennrate u_N zu. Es wird beobachtet, dass eine Verdünnung der Reduktionsmittellösung auf ein Volumen kleiner als E₁ eine Konzentration über der Schwellwertkonzentration C_M ergibt. Es sollte unter solchen Bedingungen möglich sein, einen Emissionskontrollfehler zu vermeiden, indem die Reduktionsmittellösung der SCR-Einrichtung 102 mit einer beschleunigten Rate zugeführt wird, wie oben beschrieben. Wenn jedoch die Reduktionsmittellösung derart verdünnt ist, dass das Endvolumen den Wert E₁ übersteigt, dann ist es möglich, dass die Konzentration der Reduktionsmittellösung unter C_M abfällt, was einen Emissionskontrollfehler auslöst.
Die beispielhafte Heuristik kann nun wie folgt erweitert werden. Ein Emissionskontrollfehler kann, wie zuvor, dann eintreten, wenn der Mangelindikator 110 inaktiv ist. Es sei t_E die Zeit, seit das variable Volumen V zuletzt das erhöhte Volumen E₁ querte. Wenn t_E < τ, dann kann es als wahrscheinlich angesehen werden, dass der Emissionskontrollfehler auf eine Falschformulierung der Reduktionsmittellösung zurückzuführen ist, die während der jüngsten Zugabe von Flüssigkeit zum Reservoir 104 auftrat. Wenn jedoch t_E > τ, dann kann es als wahrscheinlich angesehen werden, dass der Emissionskontrollfehler zu der jüngsten Hinzufügung von Flüssigkeit zu dem Reservoir nicht in Beziehung steht.
Das heißt, auf einer Heuristikebene kann eine Beurteilung, ob ein Emissionskontrollfehler auf eine Falschformulierung der Reduktionsmittellösung zurückzuführen ist, darauf basieren, ob ein Basisvolumen und/oder ein erhöhtes Volumen in einem Intervall vor dem Emissionskontrollfehler überstiegen worden sind, wobei das Intervall der Zeit entspricht, die erforderlich ist, um die Ammoniakatmosphäre in der SCR-Einrichtung 102 im Wesentlichen zu leeren und wiederzufüllen. Deshalb kann bei einer Ausführungsform der Falschformulierungsindikator operativ an den Emissionssensor 114, an den Basissensor 108 und an den erhöhten Sensor 118A gekoppelt sein. Der Falschformulierungsindikator kann konfiguriert sein anzugeben, wenn eine zu große NOX-Emission innerhalb des Intervalls auf einen Zuwachs beim variablen Volumen V über das Basisvolumen B und/oder das erhöhte Volumen E₁ folgt.
Wie in 1 dargestellt, kann der erhöhte Sensor 118A einer in einer Reihe von erhöhten Sensoren (d. h. 118A, 118B, 118C usw.) entsprechend einer Reihe von erhöhten Volumina sein, wobei jedes erhöhte Volumen E_i gegeben ist durch E_i = B × R', und wobei jeder erhöhte Sensor darauf reagiert, ob das variable Volumen V ein entsprechendes erhöhtes Volumen E_i übersteigt. Weiterhin kann bei Ausführungsformen, die eine Reihe von erhöhten Sensoren umfassen, der Falschformulierungsindikator 116 weiterhin konfiguriert sein anzuzeigen, ob eine zu große NOX-Emission innerhalb des oben beschriebenen Intervalls auf einen Zuwachs bei dem variablen Volumen V über ein etwaiges erhöhtes Volumen E_i in der Reihe von erhöhten Volumina folgt.
Die Funktionalität des Emissionskontrollsystems 100 lässt sich am leichtesten unter Bezugnahme auf ein nichtbeschränkendes Ausführungsbeispiel verstehen, bei dem die Maximalzuführrate u_M im Wesentlichen das Doppelte der Nennzuführrate u_N ist, d. h. R ≈ 2. Bei dieser Ausführungsform umfasst die Reihe von erhöhten Volumina eine geometrische Reihe, E₁ = 2B, E₂ = 4B, E₃ = 8B usw.
Es versteht sich, dass ein vollständig mit dieser Offenbarung übereinstimmendes Emissionskontrollsystem verschiedene andere, nicht in 1 gezeigte Komponenten enthalten kann: NOX-Speicherkatalysatoren (Lean NOX Traps), Dieseloxidationskatalysatormodule, Dieselpartikelfilter, als Beispiele.
Bei einigen Ausführungsformen können ein oder mehrere des Basissensors 108 und der erhöhten Sensoren 118A, 118B usw. einen Pegelsensor enthalten. Deshalb zeigt 2 in schematischem Detail einen beispielhaften Pegelsensor 200. Wie im Folgenden beschrieben, kann ein Pegelsensor konfiguriert sein zu erfassen, ob ein variables Flüssigkeitsvolumen V in einem Reservoir ein festes Volumen quert (z. B. das Basisvolumen oder ein erhöhtes Volumen). Es versteht sich jedoch, dass einige, vollständig mit dieser Offenbarung übereinstimmende Ausführungsformen einen anderen Ansatz als das Erfassen eines Pegels verwenden können, um zu erfassen, ob ein Flüssigkeitsvolumen in einem Reservoir ein festes Volumen quert.
Weiter in 2 enthält der Pegelsensor 200 ein pegelerfassendes Element 202, das von einer Stützstruktur 204 festgehalten wird. Das pegelerfassende Element kann ein beliebiges Element sein, elektronisches, optisches, akustisches usw., – das darauf reagiert, ob sich ein variabler Flüssigkeitspegel L einem Schwellwertpegel L₀ innerhalb eines Toleranzintervalls annähert, das ein beliebiges Intervall sein kann, das den Schwellwertpegel L₀ einkreist. Beispielsweise kann das Toleranzintervall das Intervall L₀ – α ≤ L ≤ L₀ + β sein, wobei die Parameter α und β gleich sein können oder nicht gleich sein können (vide infra).
Wie in 2 gezeigt, ist das pegelerfassende Element 202 operativ an den Controller 112 gekoppelt, somit kann der Controller konfiguriert sein, eine Vorspannung an das pegelerfassende Element zu liefern sowie eine Reaktion von dort zu registrieren. Bei einigen Ausführungsformen kann das pegelerfassende Element immer dann eine stetige Antwort geben, wenn der variable Pegel innerhalb des Toleranzintervalls liegt, während das pegelerfassende Element bei anderen Ausführungsformen transient darauf reagieren kann, dass der variable Pegel L in das Toleranzintervall eintritt oder aus diesem austritt. Weiterhin kann das pegelerfassende Element konfiguriert sein, je nachdem, ob der variable Pegel von oben in das Toleranzintervall eintritt oder ob er von unten in das Toleranzintervall eintritt, unterschiedlich zu reagieren. Eine derartige Funktionalität kann auf eine Konfiguration des pegelerfassenden Elements, des Controllers oder beider zurückzuführen sein.
Bei der dargestellten Ausführungsform kann das pegelerfassende Element 202 darauf reagieren, dass sich der variable Pegel L dem Schwellwertpegel L₀ annähert, weil es im Wesentlichen an dem Schwellwertpegel angeordnet ist, in Flüssigkeit eingetaucht ist, wenn sich der variable Pegel über dem Toleranzintervall befindet, und nicht in Flüssigkeit eingetaucht ist, wenn der variable Pegel unter dem Toleranzintervall liegt. Bei solchen Ausführungsformen fixiert die Stützstruktur 204 die vertikale Position des pegelerfassenden Elements und fixiert deshalb den Schwellwertpegel L₀ relativ zum niedrigsten Punkt im Reservoir 104. In 2 koppelt die Stützstruktur das pegelerfassende Element an eine innere Oberfläche des Reservoirs. Es versteht sich jedoch, dass verschiedene andere Ausführungsformen in Betracht gezogen werden, einschließlich jener, bei denen sich die Stützstruktur von der Oberseite des Reservoirs nach unten erstreckt, wodurch das pegelerfassende Element in einem festen vertikalen Abstand von der Oberseite des Reservoirs aufgehängt wird. Bei noch weiteren Ausführungsformen kann das pegelerfassende Element selbst dann auf den Flüssigkeitspegel reagieren, wenn es nicht in die Flüssigkeit eingetaucht ist (wenn es z. B. außerhalb des Reservoirs angeordnet ist).
Bei Ausführungsformen, die einen Pegelsensor verwenden, wie etwa den Pegelsensor 200, um zu bestimmen, ob ein variables Volumen ein festes Volumen übersteigt, können das feste Volumen V₀ und der Schwellwertpegel L₀ gemäß
zueinander in Beziehung stehen, wobei S(h) ein Flächeninhalt der Flüssigkeit in dem Reservoir ist, wenn eine Oberfläche der Flüssigkeit eine Höhe h über einem untersten Punkt innerhalb des Reservoirs ist.
Bei einer bestimmten Ausführungsform, bei der der Basissensor 108 den Pegelsensor 200 enthält, kann das feste Volumen V₀ in der obigen Gleichung dem Basisvolumen B entsprechen, und das Toleranzintervall kann so angeordnet sein, dass 0 ≤ β ≤ α. Ein asymmetrisches Toleranzintervall wie dieses kann so gewählt sein, dass eine Antwort des Basissensors auf eine Addition des Standardvolumens von Flüssigkeit zu dem Reservoir, wenn das Flüssigkeitsvolumen in dem Reservoir anfänglich unter dem Basisvolumen liegt, statistisch auf einer 3σ-Ebene auftritt, auf der Basis von erwarteten Betriebszuständen des Fahrzeugs.
3 veranschaulicht ein beispielhaftes Verfahren zum Detektieren einer unzureichenden Reduktionsmittellösung und/oder einer falsch formulierten Reduktionsmittellösung in einem Fahrzeug auf eine mit den oben dargelegten Konfigurationsbeispielen übereinstimmende Weise.
Das Verfahren 300 beginnt bei 302, wo eine Reduktionsmittellösung innerhalb eines Reservoirs eingeschlossen ist. Wie oben angemerkt kann das Reservoir mit einem pegelerfassenden System ausgestattet sein. Das pegelerfassende System kann einen Basissensor enthalten, der darauf reagiert, ob ein Flüssigkeitsvolumen in dem Reservoir ein Basisvolumen B übersteigt, wobei das Basisvolumen eine Summe aus einem Totvolumen des Reservoirs plus ein Standardvolumen ist. Das pegelerfassende System kann weiterhin eine Reihe von erhöhten Sensoren entsprechend einer Reihe von erhöhten Volumina E_i enthalten, wobei jedes erhöhten Volumen das Basisvolumen mal einer positiven ganzen Zahl hoch zwei ist und wobei jeder erhöhte Sensor darauf reagiert, ob das Flüssigkeitsvolumen in dem Reservoir ein entsprechendes erhöhtes Volumen übersteigt.
Das Verfahren 300 geht weiter zu 304, wo bestimmt wird, ob ein variables Flüssigkeitsvolumen V in dem Reservoir das Basisvolumen B übersteigt. Wenn das variable Volumen das Basisvolumen nicht übersteigt, dann wird bei 306 ein Mangel an der Reduktionsmittellösung angegeben. Ein Mangel an der Reduktionsmittellösung kann über einen Mangelindikator angegeben werden, im Wesentlichen wie oben beschrieben. Die Angabe eines Reduktionsmittellösungsmangels kann bei 308 eine Warnkette auslösen; sie kann weiterhin eine Drosselungssequenz auslösen, die Emissionen von dem Fahrzeug begrenzen soll. Es versteht sich, dass eine „Warnkette”, wie hierin verwendet, einen beliebigen Anreiz oder eine Reihe von Anreizen umfassen kann, die den Bediener des Fahrzeugs ermutigen sollen, die Quantität und/oder Qualität der Reduktionsmittellösung aufrechtzuerhalten. Die Warnkette kann mindestens teilweise auf einen Weg reagieren, den das Fahrzeug nach dem Angeben eines Reduktionsmittellösungsmangels zurücklegt, z. B. von einem Ausgang eines Fahrzeugentfernungsmessers oder einer anderen, auf den Weg reagierenden Fahrzeugkomponente. Bei mit dieser Offenbarung vollständig übereinstimmenden Ausführungsformen kann die Warnkette mindestens teilweise auf eine Anzahl von Motorumdrehungen oder ein anderes geeignetes Surrogat reagieren. Bei einer bestimmten Ausführungsform kann die Warnkette auf einer mittleren Verbrauchsrate von Reduktionsmittellösung (beispielsweise in Millilitern pro Meile) oder auf dem in dem Reservoir verbleibenden geschätzten Volumen an Reduktionsmittellösung basieren, auf der Basis des nach dem Angeben des Reduktionsmittellösungsmangels zurückgelegten Wegs. Somit kann die mittlere Verbrauchsrate dazu verwendet werden, verschiedene in der Warnkette verwendete Schwellwertdistanzen zu berechnen.
Wenn weiter bei Verfahren 300 bei 304 bestimmt wird, dass das variable Volumen das Basisvolumen übersteigt, dann wird bei 310 eine etwaige bereits existierende Mangelangabe gelöscht und eine etwaige assoziierte Warnkette und/oder Drosselungssequenz wird aufgehoben. Dieser Schritt kann weiterhin die Angabe beinhalten, dass Reduktionsmittellösung zu dem Reservoir hinzugefügt worden ist.
Das Verfahren 300 geht dann weiter zu 312, wo bestimmt wird, ob ein NOX-Grad in dem Abgassystem unter einer annehmbaren Grenze liegt. Diese Bestimmung kann einer Emissionskontrollprüfung entsprechen, die durch einen in einem Abgassystem des Fahrzeugs angeordneten Emissionssensor ermöglicht werden kann, wie hier oben beschrieben. Bei einigen Ausführungsformen kann diese Bestimmung die Beurteilung beinhalten, ob der NOX-Grad auf erwartete Weise einer gestiegenen Zuführrate von Reduktionsmittellösung zu einer SCR-Einrichtung des Fahrzeugs entspricht oder nicht entspricht. Wenn der NOX-Grad unter der annehmbaren Grenze liegt, dann geht die Ausführung bei 304 weiter. Wenn jedoch bestimmt wird, dass der NOX-Grad die annehmbare Grenze übersteigt, dann wird bei 314 bestimmt, ob die zu große NOX-Emission innerhalb eines Intervalls auf einen Zuwachs bei dem Flüssigkeitsvolumen in dem Reservoir über entweder das Basisvolumen oder irgendein erhöhtes Volumen in der Reihe von erhöhten Volumina gefolgt ist. Bei einer Ausführungsform kann das für diesen Zweck ausgewählte Intervall eine Zeit zum Leeren und Wiederfüllen einer Betriebsnennmenge von Ammoniak in der SCR-Einrichtung des Fahrzeugs beinhalten. Wenn bestimmt wird, dass die zu große NOX-Emission auf einen Zuwachs bei Volumen innerhalb des Intervalls gefolgt ist, dann wird bei 316 eine Falschformulierung der Reduktionsmittellösung angegeben. Eine Falschformulierung der Reduktionsmittellösung kann über einen Falschformulierungsindikator angegeben werden, im Wesentlichen wie oben beschrieben.
Wenn jedoch bei 314 bestimmt wird, dass die zu große NOX-Emission innerhalb des Intervalls nicht auf einen Zuwachs bei dem Flüssigkeitsvolumen in dem Reservoir über entweder das Basisvolumen oder irgendein erhöhtes Volumen in der Reihe von erhöhten Volumina folgte, dann können bei 320 andere Warnungen und/oder Diagnosen angewendet werden, um die Ursache der zu großen NOX-Emission zu beurteilen. Dann kehrt das Verfahren von 316 oder 320 zurück zu 304.
Es versteht sich, dass die hierin offenbarten beispielhaften Kontroll- und Schätzroutinen mit verschiedenen Systemkonfigurationen verwendet werden können. Diese Routinen können eine oder mehrere verschiedene Verarbeitungsstrategien wie etwa ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Multitasking, Multi-Threading und dergleichen darstellen. Die offenbarten Prozessschritte (Operationen, Funktionen und/oder Handlungen) können somit einen in ein computerlesbares Speichermedium in einem Kontrollsystem zu programmierenden Code darstellen. Es versteht sich, dass einige der hierin beschriebenen und/oder dargestellten Prozessschritte bei einigen Ausführungsformen entfallen können, ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Gleichermaßen ist die angegebene Sequenz der Prozessschritte möglicherweise nicht immer erforderlich, um die beabsichtigten Ergebnisse zu erreichen, wird aber zur leichten Darstellung und Beschreibung geliefert. Eine oder mehrere der dargestellten Handlungen, Funktionen oder Operationen können je nach der verwendeten besonderen Strategie wiederholt ausgeführt werden.
Schließlich versteht sich, dass die hierin beschriebenen Systeme und Verfahren von beispielhafter Natur sind und dass diese spezifischen Ausführungsformen oder Beispiele nicht in einem beschränkenden Sinne anzusehen sind, weil zahlreiche Variationen in Betracht gezogen werden. Dementsprechend beinhaltet die vorliegende Offenbarung alle neuartigen und nicht offensichtlichen Kombinationen und Teilkombinationen der hierin offenbarten verschiedenen Systeme und Verfahren sowie beliebige und alle Äquivalente davon.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 6363771 B1 [0003]

Claims

Emissionskontrollsystem (100), operativ an ein Abgassystem eines Fahrzeugs gekoppelt, wobei das Emissionskontrollsystem Folgendes umfasst: ein Reservoir (104), das konfiguriert ist, eine Flüssigkeit zu enthalten; eine in dem Abgassystem angeordnete SCR-Einrichtung (102); ein Reduktionsmittelzufuhrsystem (106), das konfiguriert ist, die Flüssigkeit von dem Reservoir mit einer Nennrate und einer Maximalrate, größer als die Nennrate, abzuziehen, und weiterhin konfiguriert ist, die Flüssigkeit zu der SCR-Einrichtung zu pumpen; einen Basissensor (108), der darauf reagiert, ob ein Flüssigkeitsvolumen in dem Reservoir ein Basisvolumen übersteigt, das größer ist als ein Totvolumen (D) des Reservoirs; wenigstens einen erhöhten Sensor (118A, 118B, 118C), der darauf reagiert, ob das Flüssigkeitsvolumen in dem Reservoir ein erhöhtes Volumen übersteigt, wobei das erhöhte Volumen ein Produkt aus dem Basisvolumen mal einem Verhältnis der Maximalrate zu der Nennrate ist; einen Emissionssensor (114), der auf einen NOX-Grad in dem Abgassystem reagiert; und einen Falschformulierungsindikator (116), der operativ an den Emissionssensor und den Basissensor und/oder den erhöhten Sensor gekoppelt ist und konfiguriert ist anzuzeigen, wenn eine zu große NOX-Emission innerhalb eines Intervalls auf einen Zuwachs bei dem Flüssigkeitsvolumen in dem Reservoir über das Basisvolumen und das erhöhte Volumens folgt.
Emissionskontrollsystem nach Anspruch 1, wobei die Flüssigkeit eine entsprechend an die SCR-Einrichtung angepasste Reduktionsmittellösung umfasst.
Emissionskontrollsystem nach Anspruch 1, weiterhin umfassend einen Mangelindikator (110), der operativ an den Basissensor gekoppelt und konfiguriert ist anzuzeigen, wenn das Flüssigkeitsvolumen in dem Reservoir unter das Basisvolumen abfällt.
Emissionskontrollsystem nach Anspruch 1, wobei der erhöhte Sensor eine in einer Reihe von erhöhten Sensoren (118A, 118B, 118C), entsprechend einer Reihe von erhöhten Volumina, ist, wobei jedes erhöhte Volumen E_i gegeben ist durch E_i = B × R', wobei B das Basisvolumen, R ein Verhältnis der Maximalrate zu der Nennrate, i eine ganze Zahl größer als null ist, wobei jeder erhöhte Sensor darauf reagiert, ob das Flüssigkeitsvolumen in dem Reservoir ein entsprechendes erhöhtes Volumen übersteigt; und wobei der Mangelindikator (110) weiterhin konfiguriert ist anzuzeigen, wenn eine zu große NOX-Emission innerhalb des Intervalls auf einen Zuwachs bei dem Flüssigkeitsvolumen in dem Reservoir über ein beliebiges erhöhtes Volumen in der Reihe von erhöhten Volumina folgt.
Emissionskontrollsystem nach Anspruch 1, wobei der Basissensor darauf reagiert, ob ein Flüssigkeitspegel in dem Reservoir sich einem Schwellwertpegel innerhalb eines Toleranzintervalls annähert, wobei das Basisvolumen B gemäß
zu dem Schwellwertpegel L₀ in Beziehung steht, wobei S(h) ein Flächeninhalt der Flüssigkeit in dem Reservoir ist, wenn eine Oberfläche der Flüssigkeit eine Höhe h über einem untersten Punkt innerhalb des Reservoirs ist.
Emissionskontrollsystem nach Anspruch 5, wobei das Toleranzintervall nicht um den Schwellwertpegel symmetrisch ist.
Emissionskontrollsystem nach Anspruch 5, wobei das Toleranzintervall derart gewählt ist, dass eine Antwort des Basissensors auf eine Addition des Standardvolumens von Flüssigkeit zu dem Reservoir, wenn das Flüssigkeitsvolumen in dem Reservoir anfänglich unter dem Basisvolumen liegt, statistisch auf einer 3σ-Ebene auftritt, auf der Basis von erwarteten Betriebszuständen des Fahrzeugs ist.
Emissionskontrollsystem nach Anspruch 1, wobei der erhöhte Sensor darauf reagiert, ob ein Flüssigkeitspegel in dem Reservoir sich einem Schwellwertpegel innerhalb eines Toleranzintervalls annähert, wobei das erhöhte Volumen E_i gemäß
zu dem Schwellwertpegel L_i in Beziehung steht, wobei S(h) ein Flächeninhalt der Flüssigkeit in dem Reservoir ist, wenn eine Oberfläche der Flüssigkeit eine Höhe h über einem untersten Punkt innerhalb des Reservoirs ist.