DE102014110780A1

DE102014110780A1 - System und verfahren zur steuerung einer dosierung von abgasfluid

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Publication number: DE102014110780A1
Application number: DE102014110780.2A
Authority: DE
Inventors: Igor Anilovich; Jeffrey F. Loo; Janean E. Kowalkowski; Justin Adam Shetney
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2013-08-05
Filing date: 2014-07-30
Publication date: 2015-02-05
Also published as: US20150033705A1; US10100695B2

Abstract

Ein Dosiersteuersystem für ein Abgassystem eines Motors umfasst: einen Tank, der eine Reduktionsmittellösung, die Harnstoff besitzt, enthält; eine Einspritzeinrichtung, die dazu dient, die Reduktionsmittellösung in eine Abgasströmung stromaufwärts einer SCR-Vorrichtung einzuspritzen; einen ersten und zweiten NOX-Sensor, die angeordnet sind, um NOx-Emissionen in der Abgasströmung stromaufwärts bzw. stromabwärts der SCR-Vorrichtung zu erfassen; und ein Steuermodul. Das Steuermodul ist in Signalkommunikation mit dem ersten und zweiten NOx-Sensor und in Wirkverbindung mit der Einspritzeinrichtung angeordnet, wobei das Steuermodul betreibbar ist, um ein ursprüngliches Dosierniveau zu setzen und eine Dosierung der Reduktionsmittellösung, die von der Einspritzeinrichtung eingespritzt wird, auf Grundlage einer aus Signalen, die von dem ersten und zweiten NOx-Sensor empfangen werden, erfolgenden Ermittlung, das eine Reduzierung eines Umwandlungswirkungsgrades der SCR-Vorrichtung unter ein definiertes Niveau des Umwandlungswirkungsgrades aufgetreten ist, verringert wird.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft Verbrennungsmotoren, insbesondere den Gebrauch von Abgasfluid-Reduktionsmittel zur Reduzierung von Emissionen aus Stickoxiden (NOx) in dem Abgas derartiger Motoren, und insbesondere die Steuerung der Dosierrate der Reduktionsmittellösung, um einen alternden Katalysator in einer Vorrichtung mit selektiver katalytischer Reduktion (SCR), die in derartigen Abgassystemen verwendet wird, zu kompensieren.
HINTERGRUND
Ein beispielhaftes Reduktionsmittel ist eine wässrige Harnstofflösung, die optimalerweise mit 32,5% Harnstoff und 67,5% deionisiertem Wasser gemischt und in Abgassystemen verwendet ist, die mit einer SCR-Vorrichtung ausgestattet sind, um NOx-Abgasemissionen zu senken. Bei einer SCR-Vorrichtung wird der Harnstoff in Ammoniak umgewandelt, der in den keramischen Wänden des Katalysators der SCR-Vorrichtung gespeichert wird. Der Zweck der Harnstoffeinspritzung in die SCR-Vorrichtung besteht darin, die Ammoniakspeicherung zu steuern, um eine NOx-Umwandlung zu unterstützen. Aufgrund dessen, dass in dem Abgasrohr des Motors hohe Temperaturen vorherrschen, Schmieröl während der Verbrennung verbrannt wird, aufgrund von Schwefel aus bestimmten Kraftstoffen und nicht verbrannten Kohlenwasserstoffen, die von dem Katalysator der SCR-Vorrichtung absorbiert werden, ist eine irreversible natürliche Alterung des Katalysators vorhanden. Wenn der Katalysator der SCR-Vorrichtung bis zu einem Grad altert, so dass er eine reduzierte Kapazität zur Ammoniakspeicherung aufweist, steigen die NOx-Emissionen des Auspuffs, und es findet ein Ammoniakschlupf statt. Je mehr sich die SCR-Vorrichtung verschlechtert, umso größer ist die Menge an Ammoniakschlupf. Demgemäß wird die Technik zur Steuerung von NOx-Emissionen und Ammoniakschlupf in dem Abgas von Verbrennungsmotoren dadurch verbessert, dass ein Steuersystem bereitgestellt wird, das die Dosierung des Reduktionsmittels einstellen kann, wenn der Katalysator der SCR-Vorrichtung altert.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Bei einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ist ein Dosiersteuersystem für ein Abgassystem vorgesehen, wobei das Abgassystem einen Abgasströmungsdurchlass, der derart konfiguriert und angeordnet ist, um eine Abgasströmung von einem Verbrennungsmotor aufzunehmen, und eine Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion (SCR) aufweist, die in stromabwärtiger Strömungskommunikation mit dem Abgasströmungsdurchlass angeordnet ist. Das Dosiersteuersystem umfasst: einen Reduktionsmitteltank, der zu einer Aufnahme einer Reduktionsmittellösung, die Harnstoff umfasst, dient; eine Einspritzeinrichtung, die in Wirkverbindung zwischen dem Reduktionsmitteltank und der SCR-Vorrichtung angeordnet ist und dazu dient, die Reduktionsmittellösung in eine Abgasströmung stromaufwärts der SCR-Vorrichtung einzuspritzen; einen ersten NOx-Sensor, der so angeordnet ist, NOx-Emissionen in der Abgasströmung stromaufwärts der SCR-Vorrichtung zu erfassen; einen zweiten NOx-Sensor, der so angeordnet ist, NOx-Emissionen in der Abgasströmung stromabwärts der SCR-Vorrichtung zu erfassen; und ein Steuermodul. Das Steuermodul ist in Signalkommunikation mit dem ersten und zweiten NOx-Sensor und in Wirkverbindung mit der Einspritzeinrichtung angeordnet, wobei das Steuermodul betreibbar ist, ein ursprüngliches Dosierniveau zu setzen und eine Dosierung der Reduktionsmittellösung, die durch die Einspritzeinrichtung eingespritzt wird, auf Grundlage einer aus Signalen, die von dem ersten und zweiten NOx-Sensor empfangen werden, erfolgenden Ermittlung, dass eine Reduzierung eines Umwandlungswirkungsgrades der SCR-Vorrichtung unter ein definiertes Niveau an Umwandlungswirkungsgrad stattgefunden hat, zu verringern.
Bei einer anderen beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ist ein Verfahren zur Lieferung einer Lösung aus Abgasfluid-Reduktionsmittel in eine Abgasströmung stromaufwärts einer Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion (SCR), die in Strömungskommunikation mit einem Verbrennungsmotor angeordnet ist, vorgesehen. Das Verfahren umfasst, dass: ein NOx-Umwandlungswirkungsgrad der SCR-Vorrichtung ermittelt wird; auf Grundlage der Ermittlung, dass der NOx-Umwandlungswirkungsgrad unter ein definiertes Niveau an Umwandlungswirkungsgrad gefallen ist, die Dosierung der Reduktionsmittellösung, die in die Abgasströmung stromaufwärts der SCR-Vorrichtung eingespritzt werden soll, um eine definierte Menge verringert wird; und die verringerte Dosierung der Reduktionsmittellösung in die Abgasströmung stromaufwärts der SCR-Vorrichtung eingespritzt wird.
Bei einer anderen beispielhaften Ausführungsform der Erfindung weist ein Fahrzeug einen Verbrennungsmotor, ein Abgassystem, das einen Abgasströmungsdurchlass, der derart konfiguriert und angeordnet ist, eine Abgasströmung von dem Motor aufzunehmen, eine Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion (SCR), die in stromabwärtiger Strömungskommunikation mit dem Abgasströmungsdurchlass angeordnet ist, sowie ein Dosiersteuersystem auf. Das Dosiersteuersystem umfasst: einen Reduktionsmitteltank, der zur Aufnahme einer Reduktionsmittellösung, die Harnstoff umfasst, dient; eine Einspritzeinrichtung, die in Wirkverbindung zwischen dem Reduktionsmitteltank und der SCR-Vorrichtung angeordnet ist und dazu dient, die Reduktionsmittellösung in eine Abgasströmung stromaufwärts der SCR-Vorrichtung einzuspritzen; einen ersten NOx-Sensor, der so angeordnet ist, NOx-Emissionen in der Abgasströmung stromaufwärts der SCR-Vorrichtung zu erfassen; einen zweiten NOx-Sensor, der so angeordnet ist, NOx-Emissionen in der Abgasströmung stromabwärts der SCR-Vorrichtung zu erfassen; und ein Steuermodul, das in Signalkommunikation mit dem ersten und zweiten NOx-Sensor und in Wirkverbindung mit der Einspritzeinrichtung angeordnet ist, wobei das Steuermodul dazu dient, eine Dosierung der Reduktionsmittellösung, die von der Einspritzeinrichtung eingespritzt wird, auf Grundlage einer aus Signalen, die von dem ersten und zweiten NOx-Sensor empfangen werden, erfolgenden Ermittlung, dass eine Reduzierung eines Umwandlungswirkungsgrades der SCR-Vorrichtung unter ein definiertes Niveau von Umwandlungswirkungsgrad stattgefunden hat, zu verringern.
Die obigen Merkmale und Vorteile wie auch weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden leicht aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen offensichtlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Andere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten werden nur beispielhaft in der folgenden detaillierten Beschreibung von Ausführungsformen deutlich, wobei die detaillierte Beschreibung Bezug auf die Zeichnungen nimmt, in welchen:
1 ein Schema eines Blockdiagramms eines Systems zur Steuerung einer Dosierung von Abgasfluid gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt; und
2 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Dosieren und Liefern einer Lösung aus Abgasfluid-Reduktionsmittel gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur und nicht dazu bestimmt, die vorliegende Offenbarung, ihre Anwendung oder Nutzungen zu beschränken. Es sei zu verstehen, dass in den Zeichnungen entsprechende Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile und Merkmale angeben.
Wie hier verwendet ist, ist der Begriff Fahrzeug nicht nur auf ein Kraftfahrzeug, einen Lastwagen, einen Lieferwagen oder einen Geländewagen beschränkt, sondern umfasst jegliche selbst angetriebene oder gezogene Fördereinrichtung, die zum Transport einer Last geeignet ist, oder jede stationäre oder nicht die Straße betreffende Motorausstattung.
Bei einer Ausführungsform betrifft der Begriff ”Motor”, wie er hier verwendet ist, jeden Verbrennungsmotor, der in der Lage ist, Stickoxide zu erzeugen. Bei einer Ausführungsform betrifft der Begriff ”Motor” einen Dieselmotor. Bei einer anderen Ausführungsform betrifft der Begriff ”Motor” einen Funkenzündungsmotor, der durch Benzin oder irgendein anderes geeignetes brennbares Fluid mit Kraftstoff beliefert wird.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung und nimmt Bezug auf 1 ist ein Dosiersteuersystem 200 für einen Abschnitt eines Abgassystems 100 eines Fahrzeugs 300 gezeigt. Das Abgassystem 100 weist einen Abgasströmungsdurchlass 102, der derart konfiguriert und angeordnet ist, eine Abgasströmung 104 von einem Verbrennungsmotor 106 oder einem Abgaskrümmer davon aufzunehmen, und eine SCR-Vorrichtung 108 auf, die in stromabwärtiger Strömungsverbindung mit dem Abgasströmungsdurchlass 102 angeordnet ist. Ein stromabwärtiger Abgasströmungsdurchlass 110, der in der Form eines Abgasrohres oder Auspuffs vorliegen kann, dient dazu, die stromabwärtige Abgasströmung 112 an die Umgebung zu liefern. Das Dosiersteuersystem 200 weist einen Reduktionsmitteltank 202 auf, der dazu dient, eine Reduktionsmittellösung 204, die Harnstoff enthält, zu enthalten. Wie oben erwähnt ist, ist eine beispielhafte Reduktionsmittellösung 204 eine wässrige Harnstofflösung, die optimalerweise mit 32,5% Harnstoff und 67,5% deionisiertem Wasser gemischt ist. Die Reduktionsmittellösung 204 wird in der SCR-Vorrichtung 108 verwendet, um die Konzentration von NOx in den Abgasemissionen des Motors 106 zu senken. Das Dosiersteuersystem 200 weist ferner eine Einspritzeinrichtung 206, einen stromaufwärtigen NOx-Sensor 220, einen stromabwärtigen NOx-Sensor 224 und ein Steuermodul 210 auf. Die Einspritzeinrichtung 206 ist in Wirkverbindung zwischen dem Reduktionsmitteltank 202 und der SCR-Vorrichtung 108 über einen Strömungsdurchlass 212 angeordnet. Die Einspritzeinrichtung 206 dient dazu, die Reduktionsmittellösung 204 aus dem Reduktionsmitteltank 202 über den Strömungsdurchlass 212 aufzunehmen und die Reduktionsmittellösung 204 in den Abgasströmungsdurchlass 102 stromaufwärts der SCR-Vorrichtung 108 einzuspritzen.
Die NOx-Sensoren 220, 224 sind derart konfiguriert, ein Niveau von NOx-Emissionen in der Abgasströmung in den jeweiligen stromaufwärtigen und stromabwärtigen Abgasströmungsdurchlässen 102, 110 zu überwachen. Die NOx-Sensoren 220, 224 kommunizieren das Niveau an stromaufwärtiger bzw. stromabwärtiger NOx-Emission an das Steuermodul 210 über Signalleitungen 222, 226, und aus derartiger Information ermittelt das Steuermodul 210 über die Verarbeitungsschaltung 218 oder andere geeignete Mittel ein Niveau an NOx-Umwandlungswirkungsgrad. Das Steuermodul 210 steht in Wirkverbindung mit der Einspritzeinrichtung 206 über die Steuerleitung 216. Das Steuermodul 210 dient dazu, eine Dosierung der Reduktionsmittellösung 204, die von der Einspritzeinrichtung 206 eingespritzt wird, auf Grundlage des Niveaus an NOx-Umwandlungswirkungsgrad einzustellen, der von der Menge an Ammoniak, die in dem Katalysator der SCR-Vorrichtung 108 gespeichert ist, abhängig ist. Die Menge an gespeichertem Ammoniak hängt von der Alterung des Katalysators der SCR-Vorrichtung 108 und der Qualität der Reduktionsmittellösung 204, die in die Abgasströmung stromaufwärts der SCR-Vorrichtung 108 eingespritzt wird, ab. Wenn der Katalysator der SCR-Vorrichtung altert, nimmt die Ammoniakspeicherkapazität des Katalysators der SCR-Vorrichtung 108 ab, was in erhöhten NOx-Emissionen und Ammoniakschlupf resultieren würde, wenn an der Dosierung der Reduktionsmittellösung 204, die in den Abgasströmungsdurchlass 102 eingespritzt wird, keine Einstellung durchgeführt würde.
Wenn von dem Controller 210 ermittelt wird, dass der NOx-Umwandlungsgrad innerhalb eines akzeptablen Bereiches liegt, wie beispielsweise gleich oder größer als 70%, dann führt das Steuermodul 210 keine Einstellung an der Dosierung der Reduktionsmittellösung 204 aus, da ein Wirkungsgradniveau innerhalb des Bereiches von dem Steuermodul 210 als eine Angabe dafür betrachtet wird, dass der Katalysator der SCR-Verbindung 108 nicht gehaltert ist. Wenn von dem Controller 210 ermittelt wird, dass der NOx-Umwandlungswirkungsgrad außerhalb des akzeptablen Bereiches liegt, wie beispielsweise, jedoch nicht darauf beschränkt, weniger als 70%, dann führt das Steuermodul 210 eine Abwärtseinstellung an der Dosierung der Reduktionsmittellösung 204 aus, da ein derartiges Wirkungsgradniveau außerhalb des Bereiches von dem Steuermodul 210 als Angabe dafür betrachtet wird, dass der Katalysator der SCR-Vorrichtung 108 gealtert ist.
Bei einer Ausführungsform kann das Steuermodul 210 eine zweite und dritte Abwärtseinstellung an der Dosierung der Reduktionsmittellösung 204 ausführen, wenn ermittelt wird, dass der NOx-Umwandlungswirkungsgrad unter andere definierte Niveaus fällt, wie beispielsweise, jedoch nicht darauf beschränkt, kleiner als 50% bzw. kleiner als 30%. In einem Zustand einer emsthaften Schädigung der SCR-Vorrichtung 108, die dadurch begleitet sein kann, dass keine Ammoniakspeicherung vorhanden ist, würde der Controller 210 keine Einspritzung der Reduktionsmittellösung 204 anweisen.
Diese Abwärtseinstellung von einer Nenndosierung zu einer modifizierten Dosierung berücksichtigt direkt eine Abnahme der Ammoniakspeicherkapazität des Katalysators der SCR-Vorrichtung 108, die aus einer Alterung des Katalysators resultiert. Wie hier verwendet ist, wird der Begriff Nenndosierung auf eine Dosierung angewendet, die auf einer Rückkopplung von den NOx-Sensoren 220, 224 ohne Katalysatoralterung basiert, und der Begriff modifizierte Dosierung wird auf eine Dosiereinstellung angewendet, die auf einer Rückkopplung von den NOx-Sensoren 220, 224 basiert, die eine Katalysatoralterung angibt. Bei einer Ausführungsform spricht die Verarbeitungsschaltung 218 auf ausführbare Anweisungen an, um die Dosierung der Reduktionsmittellösung 204 von der Nenndosierung zu der modifizierten Dosierung durch Verwendung einer Nachschlagetabelle, einer mathematischen Funktion, eines Multiplikators oder irgendeines anderen Mittels zur Änderung eines Nennwertes in einen modifizierten Wert, das für die hier offenbarten Zwecke geeignet ist, einzustellen.
Bei einer Ausführungsform weist das Steuermodul 210 eine Verarbeitungsschaltung 218 auf, die auf ausführbare Anweisungen anspricht, die, wenn sie von der Verarbeitungsschaltung 218 ausgeführt werden, eine Abwärtseinstellung der Dosierung der Reduktionsmittellösung 204 in Ansprechen darauf unterstützen, dass Signale von den NOx-Sensoren 220, 224 von dem Controller 210 als eine Angabe für einen alternden Katalysator in der SCR-Vorrichtung 108 interpretiert werden.
Wenn das Steuermodul 210 betriebsfähig ist, wie beispielsweise während eines Betriebs des Fahrzeugs 300, weist eine Ausführungsform auf, dass das Steuermodul 210 so konfiguriert ist, einen passiven Steuerprozess zur Verringerung der Dosierung der Reduktionsmittellösung 204 in Ansprechen darauf zu unterstützen, dass Rückkopplungssignale von NOx-Sensoren 220, 224 zu dem Controller 210 eine Katalysatoralterung in der SCR-Vorrichtung 108 angeben. In dem passiven Steuerprozess ist der Controller 210 so konfiguriert, um eine Diagnoseprüfung des Umwandlungswirkungsgrades der SCR-Vorrichtung 108 nach einer definierten Zeitperiode, wie beispielsweise, jedoch nicht darauf beschränkt, 15 Minuten, die das Fahrzeug 300 gelaufen ist, auszuführen und die Dosierrate der Reduktionsmittellösung 204 um eine definierte Menge zu verringern, wie beispielsweise, jedoch nicht darauf beschränkt, 10%, falls von dem Controller 210 ermittelt wird, dass der NOx-Umwandlungswirkungsgrad außerhalb des vorher erwähnten akzeptablen Bereiches liegt, der eine Katalysatoralterung angeben würde. Wenn keine Katalysatoralterung von dem Controller 210 ermittelt wird, würde dann keine Einstellung an der Dosierrate der Reduktionsmittellösung 204 durchgeführt werden. In dem passiven Steuerprozess würde der Controller 210 das Niveau der Dosierung, das von der Diagnoseprüfung ermittelt ist, für den dann vorliegenden Zündzyklus beibehalten und würde dieses Niveau der Dosierung zur Verwendung in dem nächsten Zündzyklus sichern, wobei zu diesem Zeitpunkt eine andere Diagnoseprüfung und Einstellvorgehensweise, falls erforderlich, bei Ablauf der vorher erwähnten Zeitperiode, beispielsweise 15 Minuten, ausgeführt würde. Bei einer Ausführungsform und während des dann vorliegenden Zündzyklus würde keine zusätzliche Diagnoseprüfung laufen gelassen werden, jedoch kann bei einer anderen Ausführungsform eine zusätzliche Diagnoseprüfung bei einem definierten Zeitintervall, bei dem der Motor 106 konstant gelaufen ist, laufen gelassen werden, wie beispielsweise einmal eine Stunde. Wie hier verwendet ist, wird der Zündzyklus als Betriebszeit des Motors 106 des Fahrzeugs 300 zwischen sequentiellen Ein- und Aus-Zuständen der Fahrzeugzündung betrachtet.
Eine andere Ausführungsform umfasst, dass das Steuermodul 210 derart konfiguriert ist, einen intrusiven Steuerprozess zur Verringerung der Dosierung der Reduktionsmittellösung 204 in Ansprechen darauf zu unterstützen, dass Rückkopplungssignale von NOx-Sensoren 220, 224 zu dem Controller 210 eine Katalysatoralterung in der SCR-Vorrichtung 108 angeben. Bei dem intrusiven Steuerprozess ist der Controller 210 derart konfiguriert, um eine Diagnoseprüfung des Umwandlungswirkungsgrades der SCR-Vorrichtung 108 nach einer definierten Zeitperiode auszuführen, wie beispielsweise, jedoch nicht darauf beschränkt, 15 Minuten, die das Fahrzeug 300 gelaufen ist, und um die Dosierrate der Reduktionsmittellösung 204 um eine definierte Menge zu verringern, wie beispielsweise, jedoch nicht darauf beschränkt, 10%, falls von dem Controller 210 ermittelt wird, dass der NOx-Umwandlungswirkungsgrad außerhalb des vorher erwähnten akzeptablen Bereiches liegt, der eine Katalysatoralterung angeben würde. Wenn von dem Controller 210 keine Katalysatoralterung ermittelt wird, dann würde keine Einstellung an der Dosierrate der Reduktionsmittellösung 204 durchgeführt. Bei dem intrusiven Steuerprozess würde der Controller 210 das Niveau der Dosierung, das durch die Diagnoseprüfung ermittelt wird, für den dann vorhandenen Zündzyklus, beibehalten, würde dieses Niveau der Dosierung zur Verwendung bei dem nächsten Zündzyklus sichern, würde jedoch zu dem ursprünglichen Dosierniveau zurückkehren, wenn eine andere Diagnoseprüfung und Einstellvorgehensweise, falls notwendig, bei dem nächsten Zündzyklus und bei Ablauf der vorher definierten Zeitperiode, beispielsweise 15 Minuten, ausgeführt wird. Bei einer Ausführungsform und während des dann vorhandenen Zündzyklus würde keine zusätzliche Diagnoseprüfung laufen gelassen werden, jedoch kann bei einer anderen Ausführungsform eine zusätzliche Diagnoseprüfung bei einem definierten Zeitintervall betrieben werden, bei dem der Motor 106 konstant gelaufen ist, wie beispielsweise einmal eine Stunde.
Angesichts der vorhergehenden Beschreibung sei angemerkt, dass eine Ausführungsform der Erfindung auch ein Verfahren 400, das über ausführbare Anweisungen ausgeführt wird, die beispielsweise von der Verarbeitungsschaltung 218 ausgeführt werden, zur Lieferung einer Reduktionsmittellösung 204 an eine Abgasströmung 104 stromaufwärts einer SCR-Vorrichtung 108 aufweist, die in Strömungskommunikation mit einem Verbrennungsmotor 106 angeordnet ist, der nun mit Bezug auf 2 in Kombination mit 1 beschrieben ist.
Bei einer Ausführungsform ist das Verfahren 400 ein Prozess mit geschlossenem Schleife, der bei Logikblock 402 beginnt, wo ein Zündzyklus ausgelöst wird, und wo ein Speicher 228 über den Logikblock 404 mit einem ursprünglichen Dosierniveau für die Reduktionsmittellösung 204 gesetzt wird.
Bei Logikblock 406 wird eine Diagnoseprüfung ausgeführt, um den Umwandlungswirkungsgrad der SCR-Vorrichtung 108 nach einer definierten Zeitperiode, wie beispielsweise 15 Minuten, die der Motor 106 gelaufen ist, zu ermitteln. Bei einer Ausführungsform wird die Diagnoseprüfung einmal pro Zündzyklus betrieben; jedoch kann sie bei einer anderen Ausführungsform bei einem definierten Zeitintervall, bei dem der Motor 106 konstant gelaufen ist, wie beispielsweise einmal eine Stunde, betrieben werden.
Bei Logikblock 408 wird ein erstes Niveau von NOx-Emissionen in der Abgasströmung stromaufwärts der SCR-Vorrichtung 108 über den NOx-Sensor 220 erfasst.
Bei Logikblock 410 wird ein zweites Niveau von NOx-Emissionen in der Abgasströmung stromabwärts der SCR-Vorrichtung 108 über den NOx-Sensor 224 erfasst. Die Erfassung bei den Logikblöcken 408 und 410 kann gleichzeitig oder zu verschiedenen Zeiten stattfinden.
Bei Logikblock 412 ermittelt die Verarbeitungsschaltung 218 einen NOx-Umwandlungswirkungsgrad der SCR-Vorrichtung 108 auf Grundlage des erfassten ersten und zweiten Niveaus von NOx-Emissionen von den Logikblöcken 408, 410.
Bei Logikblock 414 läuft, wenn von Logikblock 412 ermittelt wird, dass der NOx-Umwandlungswirkungsgrad der SCR-Vorrichtung 108 unter ein definiertes Niveau an Umwandlungswirkungsgrad gesunken ist, wie beispielsweise, jedoch nicht darauf beschränkt, 70%, dann die Steuerlogik über Logikpfad 416 zu dem Logikblock 418, ansonsten läuft die Steuerlogik über Logikpfad 420 zu Logikblock 422, der nun separat beschrieben ist.
Bei Logikblock 418, bei dem ermittelt worden ist, dass der NOx-Umwandlungswirkungsgrad der SCR-Vorrichtung 108 unter das definierte Niveau an Umwandlungswirkungsgrad abgenommen hat, wird das Niveau an Dosierung der Reduktionsmittellösung 204 zur Einspritzung in die Abgasströmung stromaufwärts der SCR-Vorrichtung 108 um eine definierte Menge verringert, wie beispielsweise, jedoch nicht darauf beschränkt, 10%.
Bei Logikblock 422, bei dem ermittelt worden ist, dass der NOx-Umwandlungswirkungsgrad der SCR-Vorrichtung 108 nicht unter das definierte Niveau des Umwandlungswirkungsgrades verringert worden ist, wird das Niveau der Dosierung der Reduktionsmittellösung 204 zur Einspritzung in die Abgasströmung stromaufwärts der SCR-Vorrichtung 108 nicht verringert, sondern stattdessen bei dem vorher hergestellten Dosierniveau gehalten. Das vorher hergestellte Dosierniveau kann das ursprüngliche Dosierniveau sein, das bei Logikblock 404 gesetzt ist, oder kann ein vorher verringertes Dosierniveau, das bei Logikblock 418 gesetzt wird, von einer vorhergehenden Diagnoseprüfung sein.
Von entweder Logikblock 418 oder Logikblock 422 läuft die Steuerlogik zu Logikblock 224, wo das definierte Niveau der Dosierung der Reduktionsmittellösung 204, das vorher über den Logikblock 418 oder Logikblock 422 definiert wurde, in die Abgasströmung stromaufwärts der SCR-Vorrichtung 108 eingespritzt wird.
Von Logikblock 424 läuft die Steuerlogik zurück zu Logikblock 402, wo das Auslösen eines neuen Zündzyklus beginnt, und zwar über einen von zwei separaten Logikpfaden abhängig von den Einstellungen des Controllers 210, wobei der erste Logikpfad 426 einem passiven Steuerprozess folgt und der zweite Logikpfad 430 einem intrusiven Steuerprozess folgt, der nun separat beschrieben ist.
In dem passiven Steuerprozess läuft die Steuerlogik über den Logikpfad 426 zu Logikblock 428, wo das definierte Niveau der Dosierung von Logikblock 424 für den vorhandenen Zündzyklus beibehalten wird und wo ein verringertes Niveau an Dosierung, wenn eine solche bei Logikblock 418 aufgetreten ist, in Speicher 228 zur Verwendung bei dem nächsten Zündzyklus des Motors 106 gesichert wird.
Bei dem intrusiven Steuerprozess läuft die Steuerlogik über den Logikpfad 430 zu Logikblock 432, wo das definierte Niveau der Dosierung von Logikblock 424 für den vorhandenen Zündzyklus beibehalten wird, wo jedoch das verringerte Niveau an Dosierung, wenn eine solche bei Logikblock 418 aufgetreten ist, nicht in Speicher 228 gesichert wird, sondern stattdessen für das Niveau der Dosierung der Reduktionsmittellösung 204 zur Verwendung für den nächsten Zündzyklus des Motors 106 auf das ursprüngliche Niveau der Dosierung, das bei Logikblock 404 hergestellt ist, zurückgegriffen wird.
Von entweder Logikblock 428 oder 432 läuft die Steuerlogik zurück zu Logikblock 402, wo das Verfahren 400 für einen neuen Zündzyklus rückgesetzt wird.
Während eine Ausführungsform hier unter Verwendung von zwei NOx-Sensoren 220, 224, einem stromabwärtigen (Sensor 220) der SCR-Vorrichtung 108 und einem stromaufwärtigen (Sensor 224) der SCR-Vorrichtung 108, für Steuerung und Diagnose der SCR-Vorrichtung 108 verwendet ist, sei angemerkt, dass der Schutzumfang der Erfindung nicht so beschränkt ist und dass andere Steuerszenarien für die NOx-Analyse anstelle der beiden Sensoren 220, 224 verwendet werden können. Beispielsweise kann die Einlass-NOx-Konzentration zu der SCR-Vorrichtung 108 (stromaufwärts der SCR-Vorrichtung 108) direkt mit dem NOx-Sensor 220 gemessen werden oder kann basierend auf Eingängen von verschiedenen Motorsensoren und/oder Aktoren und/oder Verbrennungsparametern vorhergesagt oder modelliert werden. Beispielhafte Verbrennungsparameter würden umfassen, sind jedoch nicht darauf beschränkt, sowohl AGR (Abgasrückführung) und Luftströmung zusätzlich zu Einspritzsystemparametern. Beispielhafte Einspritzsystemparameter würden umfassen, sind jedoch nicht darauf beschränkt, die zeitliche Steuerung und Menge jeder Einspritzung, Einspritzdruck und/oder Verteilerdruck. Abhängig von der Komplexität der Motorsteuerstrategie kann eine kennfeldbasierte Vorgehensweise verwendet werden, um das den Motor verlassende NOx vorherzusagen, wobei der Motor bei jeder Drehzahl und jedem Drehmoment gemäß einem Kennfeld für jeden Verbrennungsmodus betrieben wird, wobei die Einlass-NOx-Konzentration an jedem Punkt in dem Kennfeld gemessen wird. Demgemäß kann die durch den NOx-Sensor (Sensor 224) stromaufwärts der SCR-Vorrichtung 108 bereitgestellte Information hier allgemeiner als ein Wert der Konzentration von den Motor verlassendem NOx interpretiert werden, der entweder direkt erfasst oder modelliert wird.
Während die Erfindung unter Bezugnahme auf beispielhafte Ausführungsformen beschrieben worden ist, sei dem Fachmann zu verstehen, dass verschiedene Änderungen durchgeführt und Äquivalente gegen Elemente derselben ersetzt werden können, ohne von dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Zusätzlich können viele Modifikationen durchgeführt werden, um eine bestimmte Situation oder ein bestimmtes Material an die Lehren der Erfindung anzupassen, ohne von dem wesentlichen Schutzumfang davon abzuweichen. Daher ist es beabsichtigt, dass die Erfindung nicht auf die bestimmten Ausführungsformen, die offenbart sind, beschränkt ist, sondern dass die Erfindung alle Ausführungsformen umschließt, die in den Schutzumfang der Anmeldung fallen.

Claims

Dosiersteuersystem für ein Abgassystem, wobei das Abgassystem einen Abgasströmungsdurchlass, der derart konfiguriert und angeordnet ist, um eine Abgasströmung von einem Verbrennungsmotor aufzunehmen, sowie eine Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion (SCR) aufweist, die in stromabwärtiger Strömungskommunikation mit dem Abgasströmungsdurchlass angeordnet ist, wobei das Dosiersteuersystem umfasst: einen Reduktionsmitteltank, der dazu dient, eine Reduktionsmittellösung, die Harnstoff enthält, aufzunehmen; eine Einspritzeinrichtung, die in Wirkverbindung zwischen dem Reduktionsmitteltank und der SCR-Vorrichtung angeordnet ist und dazu dient, die Reduktionsmittellösung in eine Abgasströmung stromaufwärts der SCR-Vorrichtung einzuspritzen; einen ersten NOx-Sensor, der angeordnet ist, um NOx-Emissionen in der Abgasströmung stromaufwärts der SCR-Vorrichtung zu erfassen; einen zweiten NOx-Sensor, der angeordnet ist, um NOx-Emissionen in der Abgasströmung stromabwärts der SCR-Vorrichtung zu erfassen; und ein Steuermodul, das in Signalkommunikation mit dem ersten und zweiten NOx-Sensor und in Wirkverbindung mit der Einspritzeinrichtung angeordnet ist, wobei das Steuermodul dazu dient, ein ursprüngliches Dosierniveau zu setzen und eine Dosierung der Reduktionsmittellösung, die durch die Einspritzeinrichtung eingespritzt wird, auf Grundlage einer aus Signalen, die von dem ersten und zweiten NOx-Sensor empfangen werden, erfolgenden Ermittlung, dass eine Reduzierung eines Umwandlungswirkungsgrades der SCR-Vorrichtung unter ein definiertes Niveau an Umwandlungswirkungsgrad aufgetreten ist, verringert wird.
Dosiersteuersystem nach Anspruch 1, wobei: das Steuermodul eine Verarbeitungsschaltung umfasst, die auf ausführbare Anweisungen anspricht, die, wenn sie von der Verarbeitungsschaltung ausgeführt werden, eine Abwärtseinstellung der Dosierung der Reduktionsmittellösung in Ansprechen darauf unterstützen, dass Signale von dem ersten und zweiten NOx-Sensor die Reduzierung des Umwandlungswirkungsgrades der SCR-Vorrichtung angeben.
Dosiersteuersystem nach Anspruch 2, wobei die Verarbeitungsschaltung ferner auf ausführbare Anweisungen anspricht, um die Dosierung der Reduktionsmittellösung in Ansprechen darauf abwärts einzustellen, dass der Umwandlungswirkungsgrad der SCR-Vorrichtung unter ein definiertes Niveau des Umwandlungswirkungsgrades fällt.
Dosiersteuersystem nach Anspruch 1, wobei das Steuermodul, wenn es betriebsfähig ist, so konfiguriert ist, einen passiven Steuerprozess zur Verringerung der Dosierung der Reduktionsmittellösung um eine definierte Menge in Ansprechen darauf zu unterstützen, dass Signale von dem ersten und zweiten NOx-Sensor angeben, dass der Umwandlungswirkungsgrad der SCR-Vorrichtung unter ein definiertes Niveau an Umwandlungswirkungsgrad gefallen ist, wobei bei dem passiven Steuerprozess der Controller konfiguriert ist, um: eine Diagnoseprüfung des Umwandlungswirkungsgrades der SCR-Vorrichtung nach einer definierten Zeitperiode auszuführen, die der Motor gelaufen ist; die Dosierung der Reduktionsmittellösung um eine definierte Menge zu verringern, wenn von dem Steuermodul ermittelt wird, dass der Umwandlungswirkungsgrad der SCR-Vorrichtung unter einem definierten Niveau an Umwandlungswirkungsgrad liegt; das verringerte Dosierniveau für einen vorhandenen Zündzyklus des Motors beizubehalten; und das verringerte Dosierniveau zur Verwendung bei dem nächsten Zündzyklus des Motors in einem Speicher zu speichern.
Dosiersteuersystem nach Anspruch 1, wobei das Steuermodul, wenn es betriebsfähig ist, derart konfiguriert ist, um einen intrusiven Steuerprozess zur Verringerung der Reduzierung der Reduktionsmittellösung um eine definierte Menge in Ansprechen darauf zu unterstützen, dass Signale von dem ersten und zweiten NOx-Sensor angeben, dass der Umwandlungswirkungsgrad der SCR-Vorrichtung unter ein definiertes Niveau an Umwandlungswirkungsgrad gefallen ist, wobei bei dem intrusiven Steuerprozess der Controller konfiguriert ist, um: eine Diagnoseprüfung des Umwandlungswirkungsgrades der SCR-Vorrichtung nach einer definierten Zeitperiode auszuführen, die der Motor gelaufen ist; die Dosierung der Reduktionsmittellösung um eine definierte Menge zu verringern, wenn von dem Steuermodul ermittelt wird, dass der Umwandlungswirkungsgrad der SCR-Vorrichtung unter einem definierten Niveau an Umwandlungswirkungsgrad liegt; das verringerte Dosierniveau für einen vorhandenen Zündzyklus des Motors beizubehalten; das verringerte Dosierniveau zur Verwendung bei dem nächsten Zündzyklus des Motors in einem Speicher zu sichern; und auf das ursprüngliche Dosierniveau zur Verwendung bei einer nächsten Diagnoseprüfung zurückzugreifen.
Verfahren zur Lieferung einer Lösung von Abgasfluid-Reduktionsmittel zu einer Abgasströmung stromaufwärts einer Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion (SCR), die in Strömungskommunikation mit einem Verbrennungsmotor angeordnet ist, wobei das Verfahren umfasst, dass: ein NOx-Umwandlungswirkungsgrad der SCR-Vorrichtung ermittelt wird; auf Grundlage der Ermittlung, dass der NOx-Umwandlungswirkungsgrad unter ein definiertes Niveau des Umwandlungswirkungsgrades abgenommen hat, die Dosierung der Reduktionsmittellösung zur Einspritzung in die Abgasströmung stromaufwärts der SCR-Vorrichtung um eine definierte Menge verringert wird; und die verringerte Dosierung der Reduktionsmittellösung in die Abgasströmung stromaufwärts der SCR-Vorrichtung eingespritzt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Ermittlung eines NOX-Umwandlungswirkungsgrades der SCR-Vorrichtung umfasst, dass: ein erstes Niveau von NOx-Emissionen in der Abgasströmung stromaufwärts der SCR-Vorrichtung erfasst wird; ein zweites Niveau von NOX-Emissionen in der Abgasströmung stromabwärts der SCR-Vorrichtung erfasst wird; und über eine Verarbeitungsschaltung aus dem ersten und zweiten Niveau von NOx-Emissionen ein NOx-Umwandlungswirkungsgrad der SCR-Vorrichtung ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, ferner umfassend, dass: eine Diagnoseprüfung des Umwandlungswirkungsgrades der SCR-Vorrichtung nach einer definierten Zeitperiode, die der Motor gelaufen ist, ausgeführt wird; die Dosierung der Reduktionsmittellösung um eine definierte Menge verringert wird, wenn durch die Diagnoseprüfung ermittelt wird, dass sich der Umwandlungswirkungsgrad der SCR-Vorrichtung unter einem definierten Niveau des Umwandlungswirkungsgrades befindet; das verringerte Dosierniveau für einen vorhandenen Zündzyklus des Motors beibehalten wird; und das verringerte Niveau der Dosierung zur Verwendung bei einem nächsten Zündzyklus des Motors in einem Speicher gespeichert wird.
Verfahren nach Anspruch 6, ferner umfassend, dass: eine Diagnoseprüfung des Umwandlungswirkungsgrades der SCR-Vorrichtung nach einer definierten Zeitperiode, die der Motor gelaufen ist, ausgeführt wird; die Dosierung der Reduktionsmittellösung um eine definierte Menge verringert wird, wenn durch die Diagnoseprüfung ermittelt wird, dass sich der Umwandlungswirkungsgrad der SCR-Vorrichtung unterhalb eines definierten Niveaus des Umwandlungswirkungsgrades befindet; das verringerte Dosierniveau für einen vorhandenen Zündzyklus des Motors beibehalten wird; und auf das ursprüngliche Niveau der Dosierung zur Verwendung bei einem nächsten Zündzyklus des Motors zurückgegriffen wird.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Verringern der Dosierung der Reduktionsmittellösung zur Einspritzung in die Abgasströmung stromaufwärts der SCR-Vorrichtung um eine definierte Menge umfasst, dass die Dosierung der Reduktionsmittellösung gemäß zumindest einem aus: einer Nachschlagetabelle, einer mathematischen Funktion; oder eines Multiplikators eingestellt wird.