DE112021001573T5

DE112021001573T5 - Steuerung und Verfahren zum Steuern des Betriebs eines Nachbehandlungssystems basierend auf kurz- und langfristigen Schätzungen der kumulativen Degredation

Info

Publication number: DE112021001573T5
Application number: DE112021001573.7T
Authority: DE
Inventors: James C. Clerc; Bradley V. Jones; Marc Alexander Greca; Santosh Kumar Ratan; Rohil Daya; Karthik Venkata Rama Krishna Dadi; Jinqian Gong; Bryon D. Staebler; Todd A. Corbet; Alain Ngoy Tschimwang; Premjee Sasidharan; David C. Hall
Original assignee: Cummins Emission Solutions Inc
Current assignee: Cummins Emission Solutions Inc
Priority date: 2020-03-12
Filing date: 2021-03-02
Publication date: 2022-12-22
Also published as: BR112022018135A2; WO2021183322A1; GB2609763B; CN115280002A; GB202213173D0; US11635011B2; GB2609763A; US20230003152A1; BR112022018135B1

Abstract

Steuerung zum Steuern des Betriebs eines Nachbehandlungssystems, das konfiguriert ist, um Bestandteile eines von einem Motor erzeugten Abgases zu behandeln, wobei das Nachbehandlungssystem einen Katalysator für selektive katalytische Reduktion (SCR-Katalysator) einschließt, wobei die Steuerung konfiguriert ist, um: eine kurzzeitige kumulative Degradationsschätzung des SCR-Katalysators, der einem reversiblen Abbau des SCR-Katalysators entspricht, aufgrund von Schwefel und/oder Kohlenwasserstoffen basierend auf einem SCR-Katalysatortemperaturparameter zu erzeugen; eine langfristige kumulative Abschätzung der Degradation des SCR-Katalysators entsprechend der thermischen Alterung des SCR-Katalysators auf der Grundlage des SCR-Katalysator-Temperaturparameters zu erzeugen; eine kombinierte Degradationsschätzung des SCR-Katalysators basierend auf der kurzfristigen kumulativen Degradationsschätzung und der langfristigen kumulativen Abbauschätzung zu erzeugen; und eine Menge an Reduktionsmittel und/oder eine Menge an Kohlenwasserstoffen einzustellen, die in das Nachbehandlungssystem eingeführt werden, basierend auf der kombinierten Degradationsschätzung des SCR-Katalysators.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität und den Vorteil der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 62/988.755 , eingereicht am 12. März 2020, deren gesamte Offenbarung hiermit durch Bezugnahme hierin aufgenommen wird.
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf Nachbehandlungssysteme zur Verwendung mit selbstzündenden Verbrennungsmotoren.
STAND DER TECHNIK
Viele Fahrzeuge mit selbstzündenden Verbrennungsmotoren schließen Nachbehandlungssysteme ein, um Emissionen unerwünschter Abgasbestandteile, wie z. B. Distickstoff- oder Stickstoffmonoxid (NO_x), CO, Kohlenwasserstoffe usw. zu reduzieren. Die Nachbehandlungssysteme schließen einen Katalysator für selektive katalytische Reduktion (SCR-Katalysator), der eine Verschlechterung und/oder eine verringerte Effizienz im Laufe der Zeit erfährt. Die Minderung der Effizienz kann die Umwandlungsfähigkeit des SCR-Katalysators und der Ammoniakspeicherkapazität des SCR-Katalysators beeinflussen. Der Abbau des SCR-Katalysators kann zu einer Verringerung der katalytischen Umwandlungseffizienz des SCR-Katalysators führen, was zu einem Anstieg der NO_x-Emissionen führt, was nicht hinnehmbar ist. Daher ist das Wissen über den SCR-Katalysator-Abbau in diesem Bereich von großem Interesse. Darüber hinaus kann die Erkennung des SCR-Katalysator-Abbaus durch die Einbeziehung mehrerer SCR-Katalysatoren mit unterschiedlichen Abbaumodi und -raten und durch andere Komplikationen, wie beispielsweise das Kreuzlesen mehrerer Bestandteile durch verfügbare Zusammensetzungssensoren, erschwert werden. Fortschrittliche Emissionskontrollstrategien müssen daher ein Modell für ein solches Verhalten enthalten, das auch für die praktische Umsetzung in Fahrzeugen ausreichend einfach sein muss.
KURZDARSTELLUNG
Die hierin beschriebenen Ausführungsformen beziehen sich im Allgemeinen auf Systeme und Verfahren zur Vorhersage der Verschlechterung der SCR-Katalysatorleistung im Hinblick auf die Regulierung oder Kontrolle der Abgasemissionen eines Verbrennungsmotors in einem Fahrzeug mit Hilfe von Echtzeit-Motor-Nachbehandlungsdaten und einem physikalisch basierten Modell für kumulative Schäden.
In einer Ausführungsform ist eine Steuerung zum Steuern des Betriebs eines Nachbehandlungssystems bereitgestellt, das konfiguriert ist, um Bestandteile eines von einem Motor erzeugten Abgases zu behandeln, wobei das Nachbehandlungssystem einen Katalysator für selektive katalytische Reduktion (SCR-Katalysator) einschließt, wobei die Steuerung konfiguriert ist, um: eine kurzfristige kumulative Abschätzung der Degradation des SCR-Katalysators zu erzeugen, die der reversiblen Degradation des SCR-Katalysators aufgrund von Schwefel und/oder Kohlenwasserstoffen auf der Grundlage eines SCR-Katalysatortemperaturparameters entspricht; eine langfristige kumulative Abschätzung der Degradation des SCR-Katalysators entsprechend der thermischen Alterung des SCR-Katalysators auf der Grundlage des SCR-Katalysator-Temperaturparameters zu erzeugen; eine kombinierte Degradationsschätzung des SCR-Katalysators basierend auf der kurzfristigen kumulativen Degradationsschätzung und der langfristigen kumulativen Abbauschätzung zu erzeugen; und eine Menge an Reduktionsmittel und/oder eine Menge an Kohlenwasserstoffen einzustellen, die in das Nachbehandlungssystem eingefügt werden, basierend auf der kombinierten Degradationsschätzung.
In einem Gesichtspunkt umfasst der Temperaturparameter des SCR-Katalysators eine Einlassabgabetemperatur an einem Einlass des SCR-Katalysators, eine Auslassabgabetemperatur an einem Auslass des SCR-Katalysators oder eine SCR-Katalysatortemperatur des SCR-Katalysators.
In einem Gesichtspunkt wird der Temperaturparameter des SCR-Katalysators unter Verwendung eines physischen Temperatursensors bestimmt.
In einem Gesichtspunkt wird die SCR-Katalysatortemperatur basierend auf Betriebsparametern des Abgases berechnet.
In einem Gesichtspunkt ist die Steuerung ferner konfiguriert zum: Modifizieren gespeicherter Ammoniakschlupfdaten, die dem Ammoniakschlupf durch den SCR-Katalysator relativ zu einer SCR-Katalysatortemperatur entsprechen, basierend auf mindestens der kombinierten Abbauschätzung und Anpassen der Menge an Reduktionsmittel und/oder der Menge an Kohlenwasserstoffen, die in das Nachbehandlungssystem eingeführt werden, basierend auf den modifizierten gespeicherten Ammoniakschlupfdaten.
In einem Gesichtspunkt ist die Steuerung ferner konfiguriert zum: Modifizieren der gespeicherten Ammoniakschlupfgrenzwerte als Reaktion auf einen Sollwert einer SCR-Katalysatortemperatur des SCR-Katalysators oder eines Ammoniak-zu-NO_x-Verhältnisses, der Ammoniakspeicherkapazität des SCR-Katalysators, einer Abgas-Durchsatzrate, einer SCR-Katalysatoreinlasstemperatur an einem Einlass des SCR-Katalysators und einer Abgaszusammensetzung des Abgases.
Die Ammoniakspeicherkapazität des SCR-Katalysators verschlechtert sich über ihre Lebensdauer und ihre Daten sind für die SCR-Steuerung nützlich.
In einem Gesichtspunkt ist die Steuerung ferner konfiguriert zum: Empfangen eines Populations-SCR-Katalysator-Schadenssignals, das einer Menge an SCR-Katalysatorschäden entspricht, die von einer Vielzahl von Fahrzeug-SCR-Katalysatoren, die in einer jeweiligen Vielzahl von Fahrzeugnachbehandlungssystemen eingeschlossen sind, erfahren wird, wobei jedes der Vielzahl von Fahrzeugnachbehandlungssystemen im Wesentlichen dem Nachbehandlungssystem ähnlich ist und die kurzfristige kumulative Degradationsschätzung und die langfristige kumulative Degradationsschätzung basierend auf dem Signal modifiziert.
In einem Gesichtspunkt wird das Populations-SCR-Katalysator-Schadenssignal von der Steuerung über ein Cloud-Netzwerk oder einen entfernten Server empfangen.
In einem Gesichtspunkt ist die Steuerung betriebsfähig mit einem Telematiksystem gekoppelt.
In einem Gesichtspunkt ist die Steuerung ferner eingerichtet zum: Bestimmen eines Alterungswerts des SCR-Katalysators basierend auf der kombinierten Degradationsschätzung des SCR-Katalysators und Übertragen des Alterungswerts des SCR-Katalysators an das Telematiksystem zum Einstellen einer präventiven Wartungswarnung.
In einer anderen Ausführungsform wird ein Verfahren für eine Steuerung zum Steuern eines Nachbehandlungssystems bereitgestellt, das konfiguriert ist, um Bestandteile eines von einem Motor erzeugten Abgases zu behandeln, wobei das Nachbehandlungssystem einen Katalysator für selektive katalytische Reduktion (SCR-Katalysator) einschließt, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Erzeugen einer kurzfristigen kumulativen Degradationsschätzung des SCR-Katalysators, der einem reversiblen Abbau des SCR-Katalysators aufgrund von Schwefel und/oder Kohlenwasserstoffen basierend auf einem SCR-Katalysator-Temperaturparameter entspricht; Erzeugen einer langfristigen kumulativen Degradationsschätzung des SCR-Katalysators, entsprechend der thermischen Alterung des SCR-Katalysators, basierend auf dem SCR-Katalysatortemperaturparameter, Erzeugen einer kombinierten Degradationsschätzung des SCR-Katalysators basierend auf der kurzfristigen kumulativen Degradationsschätzung und der langfristigen kumulativen Degradationsschätzung; und Einstellen einer Menge an Reduktionsmittel und/oder einer Menge an Kohlenwasserstoffen, die in das Nachbehandlungssystem eingeführt werden, basierend auf der kombinierten Degradationsschätzung.
In einem Gesichtspunkt umfasst der Temperaturparameter des SCR-Katalysator eine Einlassabgabetemperatur an einem Einlass des SCR-Katalysators, eine Auslassabgabetemperatur an einem Auslass des SCR-Katalysators oder eine SCR-Katalysatortemperatur des SCR-Katalysators; wobei der Temperaturparameter des SCR-Katalysators unter Verwendung eines physikalischen Temperatursensors bestimmt wird; wobei der Temperaturparameter des SCR-Katalysators basierend auf Betriebsparametern des Abgases berechnet wird.
In einem Gesichtspunkt umfasst das Verfahren ferner das Modifizieren gespeicherter Ammoniakschlupfdaten, die dem Ammoniakschlupf durch den SCR-Katalysator relativ zu einer SCR-Katalysatortemperatur entsprechen, basierend auf mindestens der kombinierten Abbauschätzung und Einstellen der Menge des Reduktionsmittels und/oder der Menge an Kohlenwasserstoffen, die in das Nachbehandlungssystem eingeführt werden, basierend auf den modifizierten gespeicherten Ammoniakschlupfdaten.
In einem Gesichtspunkt umfasst das Verfahren ferner das Modifizieren der gespeicherten Ammoniakschlupfdaten als Reaktion auf Folgendes: einen Sollwert einer SCR-Katalysatortemperatur des SCR-Katalysators oder eines Ammoniak-zu-NO_x-Verhältnisses, eine Abgas-Durchsatzrate, eine SCR-Katalysatoreinlasstemperatur an einem Einlass des SCR-Katalysators und eine Abgaszusammensetzung des Abgases.
In einem Gesichtspunkt umfasst das Verfahren ferner das Empfangen eines Populations-SCR-Katalysator-Schadenssignals, das einer Menge an SCR-Katalysatorschäden entspricht, die von einer Vielzahl von Fahrzeug-SCR-Katalysatoren, die in einer jeweiligen Vielzahl von Fahrzeugnachbehandlungssystemen eingeschlossen sind, erfahren wird, wobei jedes der Vielzahl von Fahrzeugnachbehandlungssystemen im Wesentlichen dem Nachbehandlungssystem ähnlich ist und die kurzfristige kumulative Degradationsschätzung und die langfristige kumulative Degradationsschätzung basierend auf dem Signal modifiziert.
In einem Gesichtspunkt umfasst das Verfahren ferner das Empfangen des Populations-SCR-Katalysator-Schadenssignals durch die Steuerung über ein Cloud-Netzwerk oder einen entfernten Server.
In einem Gesichtspunkt ist die Steuerung betriebsfähig mit einem Telematiksystem gekoppelt.
In einem Gesichtspunkt umfasst das Verfahren ferner das Bestimmen eines Alterungswerts des SCR-Katalysators basierend auf der kombinierten Degradationsschätzung des SCR-Katalysators und das Übertragen des Alterungswerts des SCR-Katalysators an das Telematiksystem zum Einstellen einer präventiven Wartungswarnung.
Es sei klargestellt, dass alle Kombinationen der vorstehenden Konzepte und weiterer Konzepte, die nachfolgend eingehender erörtert werden (vorausgesetzt, dass diese Konzepte nicht gegenseitig unvereinbar sind), als Teil des hierin offenbarten Gegenstands gedacht sind. Insbesondere sind alle Kombinationen des beanspruchten Gegenstands, die am Ende dieser Offenbarung aufgeführt sind, als Teil des hierin offenbarten Gegenstands gedacht.
Figurenliste
Die vorstehenden und weiteren Merkmale der vorliegenden Offenbarung werden anhand der folgenden Beschreibung und beigefügten Ansprüche deutlicher, die in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen zu lesen sind. Die Zeichnungen stellen nur mehrere Ausführungsformen gemäß der Offenbarung dar und sind daher nicht als Einschränkung ihres Umfangs zu betrachten. Die Offenbarung wird anhand der beiliegenden Zeichnungen genauer und detaillierter erläutert.

1 veranschaulicht ein beispielhaftes System, das einen Motor und ein Nachbehandlungssystem einschließt.
2 veranschaulicht ein Blockdiagramm eines vorhandenen Systems zur Erkennung eines SCR-Katalysator-Abbaus.
3 veranschaulicht ein Blockdiagramm eines beispielhaften Systems, das das physikalisch basierte kumulative Schadensmodell zur Erkennung eines SCR-Katalysator-Abbaus gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung enthält.
4 veranschaulicht ein Blockdiagramm eines anderen beispielhaften Systems, das das physikalisch basierte kumulative Schadensmodell zur Erkennung der SCR-Katalysator-Verschlechterung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung enthält.
5 ist ein schematisches Flussdiagramm eines bestehenden Verfahrens zur Erkennung eines SCR-Katalysator-Abbaus.
6 ist ein schematisches Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur Erkennung des SCR-Katalysator-Abbaus gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
7 veranschaulicht ein Blockdiagramm eines vorhandenen Modells für den Motor 102 und das Nachbehandlungssystem 106 von 1.
8A veranschaulicht ein Blockdiagramm eines Beispiels eines kumulativen Schadensmodells zum Berechnen des SCR-Katalysator-Abbaus gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
8B stellt ein Diagramm bereit, das ein Beispiel für hydrothermale Alterung eines SCR-Katalysators darstellt.
9 ist eine grafische Veranschaulichung von beispielhaften Funktionen und ein NO_x-System-Modell, das in dem physikalisch basierten Abbaumodell angewendet werden kann, gemäß einer Ausführungsform.
10 ist eine grafische Veranschaulichung beispielhafter Charakterisierungen basierend auf der Fahrzeugpopulation, die für das physikalisch basierte Abbaumodell gemäß einer Ausführungsform verwendet werden können.
11 veranschaulicht ein beispielhaftes Zustandsmaschinenmodell zur Erkennung der SCR-Katalysatorreduktion gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
12 veranschaulicht ein beispielhaftes Blockdiagramm von Zuverlässigkeitsdaten für verschiedene SCR-Katalysator-Architekturen und Nachbehandlungssysteme, die den verfahrenstechnischen Fakten entsprechen.
13 veranschaulicht ein beispielhaftes architekturbasiertes Systemmodell zur Erkennung des SCR-Katalysator-Abbaus gemäß einer Ausführungsform.
14 veranschaulicht ein Diagramm von experimentellen Daten einer DOC-Katalysatoraustrittstemperatur in Abhängigkeit von der Katalysatoreinlasstemperatur (T_In) und der Abgasstrom-Raumgeschwindigkeit (SSV).
15 veranschaulicht eine Kalibrierungstabelle für einen in 14 gezeigten gealterten Dieseloxidationskatalysator (DOC), der die Effizienz der Kohlenwasserstoffe-Umwandlungseffizienz zeigt.
16 veranschaulicht eine beispielhafte Implementierung einer Integration des physikalisch basierten Degradationsmodells gemäß einer Ausführungsform.
17 veranschaulicht eine weitere beispielhafte Implementierung einer Integration des physikalisch basierten Degradationsmodells gemäß einer Ausführungsform.
18 veranschaulicht noch eine weitere beispielhafte Implementierung einer Integration des physikalisch basierten Degradationsmodells gemäß einer Ausführungsform.
19 veranschaulicht eine beispielhafte Implementierung einer Integration des physikalisch basierten Degradationsmodells mit einem Maschinenlernmodell gemäß einer Ausführungsform.
20 veranschaulicht eine beispielhafte Implementierung der Verwendung einer cloudbasierten Datenanalytik zum Abrufen von Aktualisierungen von einem Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform.
21 veranschaulicht eine beispielhafte Implementierung der Integration von On-Board-Analysen und cloudbasierten Analysen mit dem physikalisch basierten Degradationsmodell gemäß einer Ausführungsform.
22 ist eine grafische Veranschaulichung eines Beispiels einer Anwendung von Prognosen mit maschinellem Lernen gemäß einer Ausführungsform.
23 veranschaulicht eine beispielhafte Implementierung einer Integration des physikalisch basierten Degradationsmodells mit herkömmlichen Feedforward-(FF) und Feedback-(FB)Steuerungen und Datenanalysen gemäß einer Ausführungsform.
24 veranschaulicht eine weitere beispielhafte Implementierung einer Integration des physikalisch basierten Degradationsmodells einschließlich eines Degradationsmodells vor der Regeneration, gemäß einer Ausführungsform.
25 veranschaulicht eine bestehende Implementierung von modellbasierten Steuerungen in einem Nachbehandlungssystem für eine Echtzeitanlage.
26 veranschaulicht eine beispielhafte Implementierung der Integration des auf kumulativen Schäden basierenden Modells in der Implementierung von 25, gemäß einer Ausführungsform.
27 veranschaulicht eine beispielhafte Implementierung der Integration der Datenanalytik mit dem Echtzeitanlagenmodell und dem physikalisch basierten Degradationsmodell und einer herkömmlichen PID-Steuerung, gemäß einer Ausführungsform.

In der gesamten folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen. In den Zeichnungen kennzeichnen ähnliche Symbole in der Regel ähnliche Komponenten, sofern der Kontext nichts anderes vorgibt. Die veranschaulichenden Ausführungen, die in der ausführlichen Beschreibung, in den Zeichnungen und in den Ansprüchen beschrieben werden, sind nicht als einschränkend zu verstehen. Andere Ausführungen können genutzt werden, und es können andere Änderungen vorgenommen werden, ohne vom Grundgedanken oder Schutzumfang des hier vorgestellten Gegenstands abzuweichen. Es wird vorausgesetzt, dass die Gesichtspunkte der vorliegenden Offenbarung wie allgemein hierin beschrieben und in den Zeichnungen veranschaulicht, in vielen verschiedenen Konfigurierungen angeordnet, ersetzt, kombiniert und konzipiert werden können, die alle ausdrücklich berücksichtigt und Teil dieser Offenbarung sind.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die hierin beschriebenen Ausführungsformen beziehen sich im Allgemeinen auf Systeme und Verfahren zur Vorhersage der Verschlechterung der SCR-Katalysatorleistung im Hinblick auf die Regulierung oder Kontrolle der Abgasemissionen eines Verbrennungsmotors in einem Fahrzeug mit Hilfe von Echtzeit-Motor-Nachbehandlungsdaten und einem physikalisch basierten Modell für kumulative Schäden.
Wie bereits erwähnt, ist der SCR-Katalysator-Abbau bei Fahrzeugen mit Nachbehandlungssystemen entscheidend. Viele Strategien zur Emissionskontrolle von Motoren umfassen daher ein Modell zur Erkennung und Berechnung des SCR-Katalysator-Abbaus.
Vorhandene SCR-Katalysator-Abbaumodelle verwenden jedoch einfache Regressionsmodelle, die nur Betriebsstunden, Laufleistung und eine Anzahl von Regenerationsereignissen, um die Degradationsrate des SCR-Katalysators vorherzusagen, ohne dabei die Echtzeit-Rauschfaktoren zu berücksichtigen. Darüber hinaus können die stark schematischen Regressionsmodelle üblicherweise nur dazu beitragen, eine durchschnittliche SCR-Katalysatoralterung oder -verschlechterung für eine Gruppe von Fahrzeugen zu identifizieren.
Daher können die stark schematischen Regressionsmodelle keinen Flottenbetreiber, einen Wartungsmanager oder ein beliebiges adaptives Steuersystem unterstützen, die Alterung des SCR-Katalysators in einem einzelnen Fahrzeug oder einer Untergruppe innerhalb einer Fahrzeugpopulation zu erkennen, die unter verschiedenen Fahrzeuganwendungen, Arbeitszyklen oder Umgebungsbedingungen usw. betrieben wird. Daher sind weitere technologische Entwicklungen in diesem Bereich wünschenswert.
In jüngster Zeit hat sich die Kenntnis kumulativer Schäden der SCR-Katalysatorkomponenten aufgrund der detaillierten Leistung und der chemischen Analyse von realen, weltweit gealterten (feldgestützten) Motor-Nachbehandlungssystemen und der Verfügbarkeit entsprechender Echtzeitdatenfähigkeit des Motorsteuermoduls (ECM) und der damit verbundenen Datenerfassung/-übertragung (z. B. Datenlogger) erheblich erweitert. Die Echtzeit-Daten (z. B. 1 Hz) von physischen und virtuellen Sensoren, kombiniert mit der Kenntnis der Physik/Chemie von SCR-Katalysator-Abbausystemen, haben die Entwicklung von physikalisch basierten Modellen ermöglicht, die die kumulative Schädigung und die daraus resultierende Verschlechterung der Emissionsleistung der SCR-Katalysatorelemente im Nachbehandlungssystem verfolgen. Informationen über die kumulativen Schäden in einzelnen Nachbehandlungssystemen im Vergleich zu den erwarteten kumulativen Schäden in der Fahrzeugpopulation können als Grundlage für vorbeugende Wartungspraktiken (z. B. Wartungsüberwachung) oder adaptive Emissionssteuerungsalgorithmen dienen.
Vorteilhafterweise verwenden die offenbarten Ausführungsformen des Modells die vorstehend erwähnten Informationen, wodurch es für das Nachbehandlungssystem und den Fahrzeughersteller erleichtert wird, die Einhaltung der Emissionsgrenzwerte für die anspruchsvollsten Arbeitszyklen und Anwendungen zu erhöhen, ohne übermäßige Kosten, Größe und Gewicht für eine überdimensionierte Komponente. Darüber hinaus führen zunehmend strenge CO-₂-Standards (z. B. Treibhausgas-Emissionsstandards) und erhöhte empfohlene Emissionslebensdauer (EUL) Anforderungen (über 1 Mio. Meilen) zu niedrigeren Abgastemperaturen und längeren Anforderungen an die Haltbarkeit der Fahrzeugkomponenten und -teilsysteme. Vorteilhafterweise können vorbeugende Wartungsverfahren unter Verwendung von offenbarten Ausführungsformen des physikalisch basierten kumulativen Schadensmodells kombiniert mit adaptiven Steuerungen und cloudbasierten Datenanalysen wirksam sein, um die langfristige Emissionsfähigkeit der Fahrzeuge zu verbessern.
Gemäß bestimmten Ausführungsformen sind hierin eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Berechnen des SCR-Katalysator-Abbaus in einem Nachbehandlungssystem unter Verwendung eines physikalisch basierten kumulativen Schadensmodells offenbart. Das physikalisch basierte kumulative Schadensmodell, auch als Abbaumodell bezeichnet, kann als ein System oder als Teil des Motorsteuermoduls (ECM) eines Fahrzeugs eingebaut sein.
Das offenbarte Modell kann in Hardware, Software oder einer beliebigen Kombination davon implementiert sein. Darüber hinaus kann das Modell als Teil des ECM in einem Fahrzeug implementiert sein. Darüber hinaus kann das offenbarte Modell als ein System oder ein Modul betrachtet werden. Das offenbarte Modell, Modul oder System kann Teil eines adaptiven Steuersystems sein, das von Flottenbetreibem bei einer Fahrzeugherstellungs- oder Prüfanlage verwendet wird.
In einigen Ausführungsformen basiert das offenbarte physikalisch basierte Schadensmodell auf physikalischen Parametern wie Umgebungstemperatur, SCR-Katalysator-Auslasstemperatur, Flottentrends, NO_x-Variation usw. Weiterhin kann das offenbarte Modell in bestimmten Ausführungsformen ein kurzfristiges kumulatives Abbaumodell sein, das auf den Kraftstoffdurchsatz und die SCR-Katalysatortemperatur reagiert, oder ein langfristiges kumulatives Degradationsmodell, das auf die Signale von verschiedenen Temperatursensoren im SCR-Katalysator reagiert. Zusätzlich offenbaren bestimmte Ausführungsformen eine Vorrichtung und Verfahren zur Kombination von Datenanalysen mit dem physikalisch basierten Modell. Ein kombiniertes System als solches kann Flottenlernfähigkeiten bereitstellen und kann für die Verwendung mit einem Telematiksystem konfiguriert werden.
Fachleute erkennen, dass ein Schlüssel zur erfolgreichen Steigerung der Energieeffizienz, zur Verringerung der Emissionen und zur Senkung der Energiekosten bei bestimmten Fahrzeugen, wie Lastkraftwagen, in einer fundierten Kenntnis der Fahr- und Arbeitszyklen liegt. Ein gutes Verständnis des Fahrzyklus (wie ein Fahrzeug verwendet wird) und Arbeitszyklus (wie viel ein Fahrzeug verwendet wird) kann dazu beitragen, die Energieeffizienz des LKW zu erhöhen, Emissionen und Energiekosten zu reduzieren. Das Telematiksystem wird üblicherweise verwendet, um Informationen aus grafischen Daten während Fahrzyklen und Arbeitszyklen zu sammeln.
Zum Beispiel können aus den grafischen Daten des Fahrzyklus kritische Fahrzeugbetriebsstatistiken bestimmt werden, die Folgendes einschließen können: maximale Geschwindigkeit, durchschnittliche Geschwindigkeit, Anzahl und Häufigkeit von Fahrzeugstarts und -stopps, Leerlaufzeit, Motorabschaltzeit, Gesamtmotorstunden pro Zyklus oder andere kritische Daten wie die Leistungsexportzeit, Leistungsexportanforderungen, Nebenabtrieb (PTO), Verweilzeit während des Leistungsexports (d. h., wenn der Motor in Betrieb ist, aber keine Leistung exportiert wird), Motordrehzahl während des Leistungsexportzyklus, Leistungsexport-Lastanforderungszyklus (Minimum, Maximum, Durchschnitt, Dauer usw.) oder mehr. In ähnlicher Art und Weise können die Daten während der Arbeitszyklen üblicherweise Informationen über Stunden/Schichten pro Tag, Tage pro Woche oder andere Messzyklen, Gesamtkilometer pro Messzyklus, typisches (durchschnittliches) Lastprofil, Spitzenlastprofil und mehr einschließen.
In einem Beispiel können das offenbarte physikalisch basierte Schadensmodell und die Datenanalytik Aktualisierungen von einem Telematiksystem in Bezug auf Folgendes erhalten:

a. Gesamtflottengröße und Statistiken über den in der Flotte enthaltenen Arbeitszyklus/die Anwendungen (d. h. Flottenzusammensetzung):
b. Größe der Anwendungsflotte und Statistiken über den Arbeitszyklus/die Anwendungen, die in dieser Untergruppe eingeschlossen sind; und/oder
c. Größe der Kundenflotte und Statistiken über den Arbeitszyklus/die Anwendungen, die in dieser Untergruppe eingeschlossen sind

Darüber hinaus können in einigen Beispielen die Faktoren, die in einer Flottenzusammensetzung eingeschlossen sind, die Leistung des Motors, den Maschinentyp (Fahrzeug), den geografischen Standort des Fahrzeugs oder andere Faktoren einschließen. Zusätzlich kann die Gesamtflottengröße als gleich der Summe des gleichen Hubraums und der gleichen Nachbehandlung definiert werden. Einige Beispiele für Kundenflotten wie die Penske Flotte oder Swift Flotte. Die von diesen Untergruppen über Telematiken gesammelten Informationen können verwendet werden, um alle verwandten Maschinen zu verbessern. Sie kann auch zur Anpassung des kumulativen Schadensmodells verwendet werden, um die vorbeugenden (geplanten) Wartungsgrenzen zu bestimmen.
Die offenbarten Ausführungsformen werden in Bezug auf SCR-Katalysatoren oder Dieseloxidationskatalysatoren (DOC) erläutert, können jedoch auch auf andere Arten von Katalysatoren anwendbar sein, die in anderen Arten von Motoren in Fahrzeugen, Kesseln, elektrischen Heizungen oder anderen Maschinen verwendet werden.
1 veranschaulicht ein beispielhaftes System 100, das einen Motor 102 und ein Nachbehandlungssystem 106 einschließt. Das System 100 schließt einen Verbrennungsmotor 102 ein, der fluidisch mit einem Abgasstromweg 104 gekoppelt ist, und ein Nachbehandlungssystem 106, das in dem Abgasstromweg 104 angeordnet ist. Wie der Fachmann erkennen kann, ist das Nachbehandlungssystem dazu konfiguriert, Bestandteile eines von dem Motor 102 erzeugten Abgases zu behandeln.
Das Nachbehandlungssystem 106 schließt ferner einen SCR-Katalysator 108, einen Partikelfilter 114 und einen Ammoniakoxidationskatalysator 110 ein, der Ammoniak und/oder Harnstoff oxidiert, der durch den SCR-Katalysator 108 hindurchrutscht, einen Temperatursensor 120 zwischen dem Partikelfilter 114 und dem SCR-Katalysator 108, einen NO_x-Sensor 116 dem SCR-Katalysator 108 vorgelagert und einen Reduktionsmittelinjektor 126. In einem Beispiel ist der Partikelfilter 114 ein Dieselpartikelfilter. Der NO_x-Sensor 116 kann entweder vorgelagert oder nachgelagert des Partikelfilters 114 liegen. Das System 100 schließt ferner einen Temperatursensor 118 dem Nachbehandlungssystem 106 vorgelagert und einen Temperatursensor 122 dem Nachbehandlungssystem 106 nachgelagert ein, einen NO_x-Sensor 112 dem Ammoniakoxidationskatalysator 110 nachgelagert und einen Injektor 124, der Kohlenwasserstoffe injiziert, um das Regenerieren des Partikelfilters 114 zu unterstützen.
Zusätzlich kann ein Temperatursensor (nicht gezeigt) auch innerhalb des SCR-Katalysators 108 zum Messen einer Betttemperatur des SCR-Katalysators 108 angeordnet sein. In anderen Ausführungsformen kann die SCR-Katalysatortemperatur basierend auf einer Abgastemperatur, Abgasdurchflussrate (z. B. an einem Einlass des Katalysators 108), physikalischen Eigenschaften des Katalysators 108 und/oder Abmessungen des SCR-Katalysators 108 geschätzt werden. In einigen Ausführungsformen kann eine Vielzahl von SCR-Katalysatortemperaturen verwendet werden, die an verschiedenen Punkten entlang der Länge des Katalysators 108 gemessen oder geschätzt werden.
Das Nachbehandlungssystem 106 kann beliebige andere in dem Gebiet der Technik bekannte Komponenten einschließen, und die Komponenten können in jeder beliebigen Anordnung angeordnet sein. Die Auswahl und der Ort der Sensoren ist nicht beschränkt und jede Anordnung von Sensoren sowie die Auswahl dieser Sensoren, die einzuschließen sind, sind für Fachleute unter Berücksichtigung der vorliegenden Offenbarungen verständlich.
Das beispielhafte System 100 schließt ferner ein Motorsteuermodul (ECM) 128 ein, das auch als Steuerung 128 bezeichnet wird, und strukturiert ist, um bestimmte Vorgänge durchzuführen, um einen SCR-Katalysator-Abbau zu bestimmen. Die Steuerung 128 bildet einen Abschnitt eines Verarbeitungsuntersystems, das ein oder mehrere Rechenvorrichtungen mit Speicher-, Verarbeitungs- und Kommunikations-Hardware einschließt. Die Steuerung 128 kann eine einzelne Vorrichtung oder eine Anzahl von verteilten Vorrichtungen sein, und die Funktionen der Steuerung können von Hardware oder Software durchgeführt werden. Die Steuerung 128 schließt ein oder mehrere Module ein, die für die Durchführung der verschiedenen Vorgänge der Steuerung konfiguriert sind. Die hierin einschließlich der Module wiedergegebene Beschreibung betont die strukturelle Unabhängigkeit der Gesichtspunkte der Steuerung 128 und veranschaulichen eine Zusammenstellung von Vorgängen und Funktionen der Steuerung 128. Andere Gruppierungen, die ähnliche Gesamtvorgänge durchführen, sind als innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Anmeldung eingeschlossen zu betrachten. Module können in Hardware und/oder Software auf computerlesbaren Medien implementiert sein, und Module können über verschiedene Hardware- oder Software-Komponenten verteilt sein. Die Vorgänge spezifischer Modelle können in einigen Ausführungsformen kombiniert oder geteilt werden.
2 veranschaulicht ein Blockdiagramm eines vorhandenen Verarbeitungsuntersystems 200 mit der Steuerung 128 zur Erkennung des SCR-Katalysator-Abbaus bei der Nachbehandlung. Die Steuerung 128 schließt ein Überwachungsmodul 212, ein Testbedingungsmodul 202, ein Testmodul 208 und ein SCR-Katalysator-Alterungsmodul 216, ein Benutzereingabemodul 236, ein Feedforward-SCR-Alterungsmodul 230 und ein Ammoniakkorrekturmodul 224 ein. Das Testbedingungensmodul 202 interpretiert ein Testbedingungsereignis für den SCR-Katalysator, wobei das Testmodul 208 einen SCR-Katalysatoreffizienztest als Reaktion auf das Auftreten von Testbedingungen umfasst, wobei das Überwachungsmodul 212 die Betriebszustände interpretiert, die eine NO_x-Umwandlungseffizienz während des SCR-Katalysatoreffizienztests anzeigen, und das Katalysatoralterungsmodul 216 einen SCR-Katalysatoralterungswert als Reaktion auf den mindestens einen Betriebszustand bestimmt. Das Feedforward-SCR-Katalysator-Alterungsmodul 230 interpretiert einen SCR-Katalysator-Alterungsparameter, und ein Nachbehandlungsregenerationsmodell führt intermittierend ein Regenerationsereignis durch, um Partikel aus dem Partikelfilter zu entfernen. Das Feedforward-SCR-Katalysator-Alterungsmodul 230 bestimmt ferner einen Feedforward-SCR-Katalysator-Alterungswert als Reaktion auf das Regenerationsereignis, und das SCR-Katalysator-Alterungsmodul 230 stellt den SCR-Katalysatoralterungswert als Reaktion auf den Feedforward-SCR-Alterungswert ein. Der SCR-Katalysator-Alterungsparameter 232 schließt alle Informationen in dem System 100 ein, die sich schätzungsweise auf den Abbau des SCR-Katalysators 108, auch als SCR-Katalysator bezeichnet, auswirken.
Die Steuerung 128 schließt ein Benutzereingabemodul 236 ein, das eine Benutzereingabe 238 interpretiert und einen aktualisierten SCR-Katalysator-Alterungswert 240 bereitstellt. Das Katalysator-Alterungsmodul 216 stellt als Reaktion auf den aktualisierten SCR-Katalysator-Alterungswert 240 einen SCR-Katalysator-Alterungswert 218 ein. Die Einstellung des SCR-Katalysator-Alterungswerts 218 als Reaktion auf den aktualisierten SCR-Katalysator-Alterungswert 240 kann vollständig oder teilweise sein. Ein Wartungsvorgang kann das Ersetzen des SCR-Katalysators 108 beinhalten, und ein Techniker kann die Benutzereingabe 238 verwenden, um einen aktualisierten SCR-Katalysator-Alterungswert 240 bereitzustellen, der den SCR-Katalysator-Alterungswert 218 auf einen Wert zurücksetzt, der mit einem neuen SCR-Katalysator übereinstimmt.
Weitere Informationen über die vorhandenen Ausführungsformen des Untersystems sind in dem US-Patent Nr. 8,726,723 B2 offenbart, das hierin durch Bezugnahme vollständig aufgenommen wird.
3 veranschaulicht ein Blockdiagramm eines beispielhaften Untersystems 300, das ein physikalisch basiertes kumulatives Schadensmodell zur Erkennung des SCR-Katalysator-Abbaus bei der Nachbehandlung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung enthält. Das Subsystem 300 kann als eine Modifikation des Untersystems 200 betrachtet werden, wobei das kumulative Schadensmodell in das ECM 128 eingebettet ist. Unter erneuter Bezugnahme auf 2 kann anstelle der Benutzereingabe 238 ein Telematikeingabe-/Ausgabemodul 302 verwendet werden, und das Katalysatoralterung-Parameteranpassungsmodul 304 kann in einer Ausführungsform anstelle des Benutzereingabemoduls 236 verwendet werden. In einem Beispiel kann das Telematikeingabe-/Ausgabemodul 302 konfiguriert sein, um die Telematikeingabe an das Modul 304 zu empfangen. In einem Beispiel kann das Modul 304 konfiguriert sein, um die SCR-Katalysator-Alterungsparameter basierend auf einer Vielzahl von Flottentrends anzupassen. Darüber hinaus kann in einem Beispiel das Subsystem 300 auch die Module 306, 308 und 310 einschließen. Das Modul 306 kann überprüfen, ob der SCR-Katalysatoralterungswert einen vordefinierten Grenzwert überschreitet oder nicht. Wenn das der Fall ist, kann das Modul 308 ein Wartungsüberwachungsflag aktivieren, um den Fahrer des Fahrzeugs zu warnen. Ferner kann das Modul 310 den SCR-Katalysator-Alterungswert über Telematiken zur Verwendung in der Flottendatenanalyse, wie zuvor in der Patentschrift erläutert, übertragen. Zum Beispiel kann die Flottendatenanalyse Informationen bezüglich der Flottengröße, der Motorleistung, der Maschinen-(Fahrzeug-)Art, des geografischen Standorts des Fahrzeugbetriebs oder anderer Faktoren einschließen.
Mit anderen Worten kann die Steuerung 128 als betriebsfähig mit einem Telematiksystem gekoppelt betrachtet werden. Ferner ist die Steuerung 128 konfiguriert, um einen Alterungswert des SCR-Katalysators basierend auf einer kombinierten Degradationsschätzung des SCR-Katalysators zu bestimmen und den Alterungswert des SCR-Katalysators zum Einstellen einer präventiven Wartungswarnung für einen Benutzer an das Telematikeingabe-/Ausgabemodul 302 zu übertragen. Der SCR-Katalysator-Alterungswert kann auch in der Flottendatenanalyse verwendet werden.
4 veranschaulicht ein Blockdiagramm eines anderen beispielhaften Untersystems 400, das das physikalisch basierte kumulative Schadensmodell zur Erkennung des SCR-Katalysator-Abbaus bei der Nachbehandlung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung enthält. Das Untersystem 400 kann als modifiziertes Untersystem 300 betrachtet werden, das zusätzliche Module 502 und 504 einschließt. Das Modul 402 kann verwendet werden, um den angeforderten Wert des Motorwärmemanagements anzupassen, und das Modul 404 könnte die Motorsteuerungssoftware für das Kraftstoffsystem und die Luftbehandlung modifizieren.
5 ist ein schematisches Flussdiagramm eines bestehenden Verfahrens 500 zum Bestimmen des SCR-Katalysator-Abbaus. Das Verfahren 500 schließt einen Vorgang 502 ein, um einen Feedforward-SCR-Katalysator-Alterungswert und einen Vorgang 504 zu bestimmen, um zu bestimmen, ob ein Testbedingungsereignis vorliegt.
Als Reaktion auf den Vorgang 504, der bestimmen, dass ein Ereignis mit Testbedingungen vorliegt, schließt das Verfahren 500 einen Vorgang 506 ein, um die NO_x-Betriebsbedingungen zu interpretieren, und einen Vorgang 508 zur Anweisung eines SCR-Katalysatoreffizienztests.
Das Verfahren 500 schließt ferner einen Vorgang 510 ein, um zu bestimmen, ob der SCR-Katalysatoreffizienztest abgeschlossen, laufend oder fehlgeschlagen ist. Als Reaktion darauf, dass der Vorgang 510 bestimmt, dass der SCR-Katalysatoreffizienztest andauert, schließt das Verfahren 500 Vorgänge 506, 508 ein, um die Überwachung und Steuerung des Tests fortzusetzen, bis der Test abgeschlossen ist oder fehlschlägt.
Als Reaktion darauf, dass der Vorgang 510 bestimmt hat, dass der Test fehlgeschlagen ist, und/oder als Reaktion darauf, dass der Vorgang 504 bestimmt, dass ein Testbedingungsereignis nicht vorliegt, schließt das Verfahren 500 einen Vorgang 512 ein, um einen SCR-Katalysator-Alterungswert gemäß einem Feedforward-SCR-Alterungswert einzustellen.
Als Reaktion darauf, dass der Vorgang 510 bestimmt hat, dass der Test abgeschlossen ist, schließt das Verfahren 500 ferner einen Vorgang 514 ein, um den SCR-Katalysator-Alterungswert zu bestimmen. Das Verfahren 500 schließt ferner einen Vorgang 516 ein, um zu bestimmen, ob eine Benutzereingabe vorhanden ist, und einen Vorgang 518, um den SCR-Katalysator-Alterungswert als Reaktion auf die Feststellung, dass die Benutzereingabe vorhanden ist, anzupassen.
6 ist ein schematisches Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 600 zur Erkennung des SCR-Katalysator-Abbaus gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Das Verfahren 600 kann als eine Modifikation des Verfahrens 500 betrachtet werden, bei dem die Module 516 und 518 durch die Module 602 und 604 ersetzt werden können. In einem Beispiel kann das Modul 602 konfiguriert sein, um zu überprüfen, ob ein aktualisierter Alterungsgrenzwert durch die Telematik bereitgestellt wird. Wenn ja, kann das Modul 604 den Wert der SCR-Katalysatoralterung als Reaktion auf die Telematikeingabe basierend auf verschiedenen Flottentrends einstellen. Wie zuvor erläutert, können die Flottentrends Informationen bezüglich Flottengröße, Motorleistung, Maschinen-(Fahrzeug-)Typ, geografischer Standort des Fahrzeugbetriebs oder anderer Faktoren einschließen.
7 veranschaulicht ein Blockdiagramm eines vorhandenen technischen Modells 700 für den Motor 102 und das Nachbehandlungssystem 106 von 1. Insbesondere handelt es sich bei dem Modell 700 um ein SCR-Modell, das hauptsächlich auf der NO_x-Variation basiert. Das Modell 700 schließt ferner Module 702 (Motorinformationsfluss, NO_x-Konzentration, Abgas-Durchsatzrate, Temperatur usw.), 704 (Steueralgorithmus zum Umwandeln von Eingaben in einen Harnstoffdosierungsbefehl), 706 (Messung durch Harnstoffdosierung zur Umwandlung des Dosierbefehls in eine Hamstoff-Durchflussrate (gm/sec)), 708 (Pyrolyse und Hydrolyse von Harnstoff zu NH₃), 710 (Reaktion von NO_x mit NH₃ am SCR-Katalysator zur Umwandlung von NH₃ und Nox_x in Stickstoff), 712 (Oxidation von Ammoniak zu Stickstoff (und NO_x), um ppm NH₃ in N₂ und NO_x umzuwandeln), 714 (Messung der NO_x-Auspuffemissionen, um die NO_x-Konzentration (ppm) in (gm/hp-hr) umzuwandeln), 716 (NO_x-Erzeugung im Motor, Abgasdurchsatz, Temperatur usw.), 718 (NO_x-Transport und Oxidation zu NO₂ im DOC/DPF), 720 (Vermischung und Verdampfung von Harnstoff im deComp-Reaktor) und 722 (vorübergehende Speicherung/Freisetzung von NH₃ auf der SCR-Katalysatorbeschichtung).
7 veranschaulicht auch Signale 701 (Kraftstoffzusammensetzung einschließlich Schwefel), 703 (Motortest-Arbeitszyklus), 705 (Umgebungsluftfeuchte, Temperatur), 707 (Harnstoff, Variation der Zusammensetzung und Verunreinigungen) und 709 (Motorleistung, Drehmoment, Drehzahltestzykluszeit für Berechnungen). Alle Module und Signale sind so konfiguriert, dass sie Variationen der NO_x-Werte (Stickoxide) berechnen, erkennen oder vorhersagen.
In einem Beispiel können die Module 716, 718, 706, 720, 708, 722, 710 und 712 Steuerungen darstellen. Die Module 702 und 704 stellen die Software-Steueralgorithmen dar, die innerhalb des ECM 128 implementiert sein können. Das Signal 709 und das Modul 714 entsprechen den Messsystemen, die von den Regulierungsbehörden (z. B. Environmental Protection Agency (EPA) oder California Air Resources Board (CARB)) verwendet werden, um die Emissionen in technischen Einheiten (z. B. Gramm/PS-Stunde oder Gramm/Meile) zu messen und zu berechnen, die mit den veröffentlichten Regulierungsstandards für NO_x, N₂O, und Ammoniak verglichen werden.
Wie leicht zu verstehen ist, steuert das Modul 702 in dem Modell 700 die Parameter wie Motorinformationsfluss, NO_x-Konzentration, Abgas-Durchsatzrate und Temperatur usw. und gibt eine Ausgabe an das Modul 704, das einen Steueralgorithmus einschließt, um Eingaben in einen Harnstoffdosierungsbefehl umzuwandeln. Die Ausgabe des Blocks 704 ist mit dem Modul 706 gekoppelt. Das Modul 706 kann die Hamstoff-Durchflussrate als Reaktion auf die Eingangsparameter steuern, die durch die Variation der Harnstoffzusammensetzung und Verunreinigungen und die Eingabe aus dem Block 704 definiert sind. Das Modul 716 steuert die NO_x-Erzeugung des Motors, die Abgas-Durchsatzrate, die Temperatur usw. als Reaktion auf die Signale oder Eingangsparameter wie die Kraftstoffzusammensetzung 701, den Motortest-Arbeitszyklus 703, die Luftfeuchtigkeit und die Temperatur 705.
Das Modul 718 steuert den NO_x-Transport und die Oxidation zu NO₂ innerhalb eines Dieseloxidations-SCR-Katalysators (DOC)/Dieselpartikelfilters (DPF) als Reaktion auf die Eingabe des Moduls 716. Das Modul 706 kann konfiguriert sein, um die Dosierung durch Harnstoffdosierung zu steuern, um den Dosierbefehl in die Harnstoff-Durchflussrate umzuwandeln (gm/sec). Das Modul 720 steuert das Mischen und Verdampfen von Harnstoff in der Zersetzungsreaktion (DeComp-Reaktor) als Reaktion auf das Empfangen von Eingaben von den Modulen 706 und 718. Das Modul 708 steuert die Pyrolyse und Hydrolyse von Harnstoff zu NH₃. Das Modul 722 steuert die transiente Speicherung/Freisetzung von NH₃ auf der SCR-Katalysatorbeschichtung als Reaktion auf eine Eingabe aus dem Block 708.
Das Modul 710 kann die Reaktion von NO_x mit NH₃ am SCR-Katalysator steuern, um NH₃ und NO_x in Reaktion auf die Eingaben von den Modulen 708 und 722 in Stickstoff umzuwandeln. Das Modul 712 kann Ammoniak zu Stickstoff (und NO_x) oxidieren, um ppm NH₃ in Reaktion auf eine Eingabe aus dem Block 710 zu N₂ und NO_x zu konvertieren. Das Modul 714 kann die NO_x-Auspuffemissionen messen, um die NO_x-Konzentration (ppm) auf (gm/hp-hr) als Reaktion auf eine Eingabe aus dem Block 712 umzuwandeln. Das Modul 724 kann konfiguriert sein, um eine Systemanalyse durchzuführen. In einem Beispiel kann das Systemanalysemodul 724 konfiguriert sein, um Interaktionen zwischen Modulen 716, 718, 720, 708, 722, 710, 712 und 714 zu ermöglichen. In einem Beispiel kann ein durch das Modul 718 berechneter Abbau mit einem durch das Modul 710 über das Systemanalysemodul 724 berechneten Abbau kombiniert werden. Weitere beispielhafte Details dazu werden später in der Patentschrift erörtert.
Schließlich stellt 709 eine Testzykluszeit zum Messen der Motorleistung, des Drehmoments und der Drehzahl und der Testzykluszeit für Berechnungen dar.
Wie angemerkt, berücksichtigt das Modell 700 keine Rauschfaktoren wie die SCR-Katalysatortemperatur oder den Kraftstoffdurchsatz oder andere Faktoren, die sich auf den Abbau des SCR-Katalysators auswirken. Wie in Bezug auf 8A erläutert, ist ein kumulatives Schadensmodell für den katalytischen Abbau oder SCR konfiguriert, um die Rauschfaktoren zu berechnen.
8A veranschaulicht ein Blockdiagramm eines Beispiels eines kumulativen Schadensmodells 800 zum Berechnen des SCR-Katalysator-Abbaus gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. In einigen Beispielen kann das Modell 800 als kumulatives Schadensmodell betrachtet werden. In einigen anderen Beispielen kann das Modell 800 als eine Kombination aus dem NO_x-Variationsmodell 700 von 7 und zusätzlichen Blöcken betrachtet werden, die zusammen ein kumulatives Schadensmodell gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung bilden. 8A veranschaulicht ein beispielhaftes Modell 800 für ein Nachbehandlungssystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Wie durch einen einfachen Vergleich ersichtlich ist, teilt das Modell 800 viele gemeinsame Module und Merkmale mit dem Modell 700. Zusätzlich schließt das Modell 800 ein paar unabhängige kumulative Schadensmodelle wie ein Kraftstoffsystemabbaumodell 802, ein Turbolader-Abbaumodell 804, ein Leistungszylinder-Abbaumodell 806, ein kurzfristiges kumulatives Degradationsmodell 808 und ein langfristiges kumulatives Degradationsmodell 810 sowie ein kombiniertes Modell für eine SCR-Katalysatoranlage basierend auf einer Degradationsschätzung 814 ein. Jedes dieser Modelle kann verwendet werden, um eine Degradation des SCR-Katalysators, der einem spezifischen physikalischen oder chemischen Parameter entspricht, zu schätzen. Zum Beispiel kann das kurzfristige kumulative Degradationsmodell 808, im Folgenden das Kurzzeitdegradationsmodell oder Kurzzeitmodell oder Modell 808, einen Abbau schätzen, der einer Menge an Schwefel oder Kohlenwasserstoffen entspricht, die in dem SCR-Katalysator über einen Zeitraum gespeichert oder gebildet werden. Das langfristige kumulative Degradationsmodell 810, im Folgenden das Langzeitdegradationsmodell oder Langzeitmodell oder Modell 810, kann einen Abbau schätzen, der einer thermischen Alterung des SCR-Katalysators über einen Zeitraum entspricht.
In einigen anderen Beispielen kann jedes der Module oder Blöcke 802, 804, 806, 808, 810 und 814 unabhängig als separate Modelle implementiert sein.
In einem Beispiel ist das kurzfristige kumulative Degradationsmodell 808 gekoppelt, um Signale oder Parameter wie die SCR-Katalysatortemperatur 801 und den Kraftstoffdurchsatz 803 zu empfangen. In ähnlicher Art und Weise ist das langfristige kumulative Degradationsmodell 810 gekoppelt, um ein Signal von dem Temperatursensor-SCR-Katalysator 805 zu empfangen. Die Ausgaben des kurzfristigen kumulativen Degradationsmodells 808 und des langfristigen kumulativen Degradationsmodells 810 können ferner durch einen Signalmischer 812 kombiniert werden, um eine kombinierte Degradationsschätzung zu bilden. Die Ausgabe des Signalmischers 812 kann ferner als Eingabe für das kombinierte, auf der Degradationsabschätzung basierende SCR-Katalysatoranlagenmodell 814 bereitgestellt werden.
Wie zuvor in der Patentschrift dargelegt, bezieht sich eine kurzfristige Degradation auf die Schwefellagerung und -freisetzung. Ferner kann es für Fachleute ersichtlich sein, dass Schwefel in einem Cu-Z-SCR-Katalysator in der Regel hauptsächlich an aktiven Cu-Stellen in einem Molverhältnis von 1:1 adsorbiert wird. Daher kann, wenn die Gesamtzahl der aktiven Kupferstellen pro Volumeneinheit des Washcoats, wie sie durch Ω_Cu dargestellt wird, der Rückgang der durch die Schwefeladsorption in der Anzahl aktiver Kupferstellen, die an SCR teilnehmen kann, verursacht wird, mathematisch als Ω_Cu(1-θS) dargestellt werden.
Mit anderen Worten kann die Anzahl der Kupferstellen vor und nach der Adsorption wie folgt dargestellt werden: $Die Anzahl der Kupferstellen vor Schwefelexposition = Ω_{C u}$
$Anzahl von Kupferstellen nach Schwefelexposition = Ω_{C u (1 - θ_{S})}$
In der vorstehenden Gleichung (2)steht θ_S für die Abdeckung von Schwefel auf Kupferstellen, die durch die folgende Gleichung für die Adsorptionsisotherme bestimmt wird: $θ_{S} = \frac{K e q y S o x}{1 + K e q y S O x}$
In der obigen Gleichung (3) steht Keq für die Adsorptionsgleichgewichtskonstante und ySOx für den SO_x-Molanteil am SCR-Einlass. Die Abnahme des aktiven Kupfers führt zu einer Verringerung der SCR-Raten. Im Folgenden werden SCR-Raten vor und nach der Schwefelexposition unter Verwendung der Standard-SCR als Beispiel dargestellt: $SCR - Rate vor der Schwefelexposition r_{s c r_{p r e}} = k_{s c r} y_{N O} y_{O_{2}}^{0.3} θ_{N H_{3}} Ω_{C u}$
$SCR - Rate vor der Schwefelexposition r_{s c r_{p r e}} = k_{s c r} y_{N O} y_{O_{2}}^{0.3} θ_{N H_{3}} Ω_{C u} (1 - θ_{S})$
In den obigen Gleichungen (4) und (5) steht r_scr für die SCR-Rate in mol/m³ _washcoats,k_scr für die Arrhenius-SCR-Ratenkonstante in 1/s, y_NO für den NO-Moleanteil, y_O2, für den O₂-Moleanteil und θ_NH3 für die gesamte Oberflächenabdeckung mit NH₃. Fachleute können erkennen, dass ein Deaktivierungsmechanismus ein generischer Begriff ist, um die Katalysatoralterung darzustellen. Dies schließt alle physiochemischen Mechanismen ein, die den Zustand des Katalysators verändern können, was zu Leistungsverlust führt. Eine Möglichkeit, die Leistung zu verlieren, besteht durch Verlust reduzierbarer Cu-Stellen, was bei Schwefelvergiftung stattfindet. Die vorstehend erwähnte Abnahme aktiver Kupferstellen, auch als Deaktivierungsmechanismus bezeichnet, ist reversibel, da die Desorption von Schwefel zu einer Abnahme des Theta-Werts und einer entsprechenden Rückgewinnung der SCR-Leistung führen kann.
In einem Beispiel kann die Gleichung (5) als eine kurzfristige kumulative Degradationsgleichung betrachtet werden. Wie zu erkennen ist, führen die Gleichungen (1) bis (4) zu der Gleichung (5), die ferner einen ersten Referenzwert für eine kombinierte Degradationsschätzung bereitstellt, wie später in der Patentschrift erläutert wird.
Wie zuvor in der Patentschrift dargelegt, hängt ein langfristiger Abbau mit hydrothermaler Alterung zusammen. Fachleute können erkennen, dass die hydrothermale Alterung zu einem Verlust von Bronsted-Säure-Stellen führt, die unter Verwendung der folgenden Gleichungen modelliert werden können: $\frac{1}{Ω_{H_{n o r m}}} = 2,53 * 10^{8} e^{(\frac{- 168733}{R T_{a g e}}) t_{a g e}} + 1$
$Ω_{H_{n o r m}} = \frac{Ω_{H}}{Ω_{H 550 ° C - 1 h}}$
$Ω_{C u . N H_{3}} = 530,48 - 1,31 Ω_{H}$
wobei k_age die Ratenkonstante für die hydrothermale Alterung, Ω_H die Anzahl der Bronsted-Säure-Stellen, die Anzahl der Bronsted-Säure-Stellen in mol/m³ _washcoat und Ω_Cu.NH3, die Speicherkapazität von Kupferstellen in mol/m³ _washcoat darstellt. Aus den vorstehenden Gleichungen kann der Fachmann erkennen, dass Ω_H mit der Alterung abnimmt.
Diese Änderungen können zur Schätzung der NH₃-Speicherverluste herangezogen werden: $ω_{N H_{3}} = (M W_{N H_{3}} \frac{W L}{ρ_{w}}) (Ω_{C u . N H_{3}} θ_{E q_{C u}} + Ω_{H} (θ_{E q_{Z N H_{4}}} + 2 θ_{E q Z N H_{4} N H_{3}}) + Ω_{p} θ_{E q_{P}})$
In der vorstehenden Gleichung (9) ist ω_NH3 die NH₃-Speicherung in g/l_cat, MW_NH3 ist das Molekulargewicht von NH₃ in kg/mol, WL ist die Beladung des Washcoats in g/l_cat, ρ_w ist die Washcoat-Dichte in kg/m³, Ω_i ist die Dichte der aktiven Stelle i in mol/m³ _washcoat und θ_Eqi ist die Gleichgewichtsoberflächenbedeckung der aktiven Stelle i.
In einem Beispiel kann die Gleichung (9) als eine langfristige kumulative Degradationsgleichung betrachtet werden. Wie zu erkennen ist, führen die Gleichungen (6) bis (8) zu der Gleichung (9), die ferner einen zweiten Referenzwert für eine kombinierte Degradationsschätzung bereitstellt, wie später in der Patentschrift erläutert wird.
In einem Beispiel kann eine kombinierte Degradationsschätzung durch Folgendes gegeben sein:

kombinierte Degradationsschätzung = kurzfristiger kumulativer Abbau (gegeben durch (5)) + langfristiger kumulativer Abbau, der durch ((9)) gegeben ist, der ferner durch Folgendes gegeben sein kann: $Zusammengesetzte Degraditionssch \ddot{a} tzung = r_{S C T_{p r o s t}} + ω_{N H_{3}}$

In anderen Beispielen kann die kombinierte Degradationsschätzung durch Folgendes gegeben sein:

kombinierte Degradationsschätzung = (1- kurzzeitiger kumulativer Abbau) *(1-langfristiger kumulativer Abbau), der ferner durch Folgendes gegeben werden kann: $Kombienierte Degradationssh \ddot{a} tzung= (1 - r_{S C T_{p o s t}}) * (1 - ω_{N H_{3}})$

Die obige Gleichung (11) entspricht dem in [00116] beschriebenen Zuverlässigkeitsblockdiagramm.
8B stellt ein beispielhaftes Diagramm 850 bereit, das tatsächliche Ergebnisse der thermischen Alterung eines SCR-Katalysators veranschaulicht, die unter Verwendung eines kinetischen Modells und einer Regression geschätzt werden. Das Diagramm 850 ist ein Diagramm von Ω_H, das die Dichte der Brønsted-Säure-Stellen in mol/m³ _washcoat gegen die Alterungszeit (h) in Stunden darstellt. Wie zu sehen ist, schließt das Diagramm 850 verschiedene Punkte 851, 853, 855, 857 und 859 ein, die nach dem kinetischen Modell geschätzte Standortdichten (Ω_H) bei Temperaturen von 550 °C, 600 °C, 650 °C, 700 °C und 750 °C sind.
Ein kinetisches Modell für eine Standortdichte schließt das Identifizieren von NH₃ Speicherkinetiken auf Bronsted-, Kupfer- und Physisorb Stellen ein. Zum Beispiel repräsentiert jeder Punkt in dem Satz 851 NH₃ die Speicherkinetik auf einer individuellen aktiven Stelle bei 550 °C. Die anderen Sätze stellen auch die für die NH₃ Speicherkinetik für dieselben oder andere Stellen dar. Ein kinetisches Modell kann durch Berücksichtigung von NH₃-Adsorption mit mindestens vier verschiedenen Arten von Kraftstoffen gebildet werden, die verschiedenen Arten von aktiven Stellen zugeordnet sind. Zum Beispiel können aktive Stellen als schwache oder starke Reaktionsstellen der Bronsted-Säure oder konzentrierte ZCu, z2Cu- und ZCuOH-Kupfer-Stellen oder konzentrierte physisorbierte Reaktionsstellen kategorisiert werden. Ferner kann in einem Beispiel eine Typ-II-BET-Isotherme zur Schätzung der Adsorption an Reaktionsstellen der Brønsted-Säure verwendet werden, eine Temkin-Isotherme kann zur Schätzung der Adsorption an konzentrierten Kupferstellen verwendet werden, und eine Langmuir-Isotherme kann zur Schätzung der Adsorption an konzentrierten physisorbierten Reaktionsstellen verwendet werden. Einige andere Verfahren nach dem Stand der Technik können auch zum Herstellen des kinetischen Modells verwendet werden, wie in dem Diagramm 850 gezeigt.
Das Diagramm 850 veranschaulicht ferner verschiedene Kurven 861, 863, 865, 867, 869, die Regressionsanpassungen für die Temperaturen 550 °C, 600 °C, 650 °C, 700 °C und 750 °C sind, die jeweils unter Verwendung einer oder mehrerer der Gleichungen (6) bis (11) berechnet werden.
Es versteht sich für den Fachmann, dass der SCR-Katalysator üblicherweise eine Stelle (Säurestelle) einschließt, die für die NH3-Speicherung bei niedrigen Temperaturen verantwortlich ist, die sich bei einer hydrothermischen Alterung nicht ändert und daher in Bezug auf das Alterungsmodell oder das Diagramm nicht gezeigt ist. Diese Säurestelle mit niedriger Temperatur kann auf physiosorbiertes NH₃ zurückgeführt werden und ist eine feste Niedertemperaturspeicherstelle, die daher nicht mit der Alterung verfolgt wird, sondern in der Gleichung zum Schätzen der NH3-Speicherung erforderlich ist. Diese Stelle hat einen vernachlässigbaren Beitrag zur Lagerung über 250 °C.
Wie zu sehen ist, stimmen die Regressionsgeraden 861, 863, 865, 867 und 869 eng mit den kinetischen Modellsätzen der Punkte 851, 853, 855, 857 und 859 überein.
Signale 801 und 805 können zwei unterschiedliche Signale sein. In einer Ausführungsform kann das Signal 801 von einem tatsächlichen Ablufttemperatursensor am Einlass oder Auslass oder beiden des SCR-Katalysators abgeleitet werden. In einer zweiten Ausführungsform kann das Signal 801 von einem virtuellen Sensor für die Einlassgastemperatur des SCR-Katalysators abgeleitet werden. In einer dritten Ausführungsform kann das Signal 801 von einem Temperatursensor abgeleitet werden, der innerhalb eines SCR-Katalysators angeordnet ist, um die Temperatur des SCR-Katalysatorbettes zu messen. Unter erneuter Bezugnahme auf 1 kann ein Temperatursensor vorgelagert oder auf dem SCR-Katalysator 108 angeordnet sein.
In ähnlicher Art und Weise kann das Signal 805 von einem Sensor für die tatsächliche Abgastemperatur am Einlass oder Auslass oder beiden des SCR-Katalysators abgeleitet werden. In einigen Beispielen kann das Signal 805 auch von einem virtuellen Sensor oder einem auf dem Katalysatorbett angeordneten Sensor abgeleitet werden.
In einem Beispiel kann die Zeitskala für das kurzfristige kumulative Abbaumodell 808 im einstelligen oder zehnstelligen Bereich liegen, während die Zeitskala des langfristigen Modells 810 Hunderte oder Tausende von Stunden sein kann. Darüber hinaus ist das kurzfristige Modell des kumulativen Abbaus 808 in Bezug auf seine Implementierung einzigartig, da es Abbaumechanismen entsprechen kann, die in der realen Welt reversibel sind. Beispielsweise kann das Modell 808 für die kurzfristige kumulative Degradation der Schwefelspeicherung auf der SCR-Katalysatorbeschichtung bei niedrigen Abgastemperaturen oder der Schwefelfreisetzung aus dem SCR-Katalysator bei hohen Abgastemperaturen oder beidem entsprechen oder dazu verwendet werden, diese abzuschätzen.
Mit anderen Worten ist in einem Beispiel das Kurzzeitmodell 808 konfiguriert, um eine kurzfristige kumulative Degradationsschätzung des SCR-Katalysators zu erzeugen, die einem reversiblen Abbau des SCR-Katalysators aufgrund von Schwefel und/oder Kohlenwasserstoffen basierend auf einem SCR-Katalysatortemperaturparameter entspricht. Zusätzlich ist das Langzeitmodell 810 konfiguriert, um eine langfristige kumulative Degradationsschätzung zu erzeugen, die der thermischen Alterung des SCR-Katalysators basierend auf dem SCR-Katalysatortemperaturparameter entspricht. Weiterhin kann der SCR-Katalysatortemperaturparameter eine Einlassabgabetemperatur an einem Einlass des SCR-Katalysators, eine Auslassabgabetemperatur an einem Auslass des SCR-Katalysators oder eine SCR-Katalysatortemperatur des SCR-Katalysators oder mehr umfassen. In einem Beispiel kann die Einlassabgastemperatur, die Auslassabgastemperatur oder die SCR-Katalysatortemperatur unter Verwendung eines physikalischen Temperatursensors bestimmt werden oder basierend auf Betriebsparametern des Abgases berechnet werden.
Diese Temperaturen werden im Abgasstrom dem Oxidationskatalysator (z. B. eines Dieselpartikelfilters) vorgelagert und nachgelagert gemessen, wobei die virtuellen internen Temperatursensoren (unter Verwendung eines eingebetteten Wärmeübertragungs-/thermodynamischen Softwaremodells im ECM) innerhalb des zylindrischen SCR-Katalysatorelements an einer oder mehreren axialen und radialen Positionen innerhalb des SCR-Katalysatorelements vorhergesagt werden.
Das kombinierte SCR-Katalysator-Anlagenmodell 814 auf der Grundlage von Abbauabschätzungen kann eine Kombination aus einem Echtzeit-SCR-Katalysator-Anlagenmodell (nicht dargestellt) sein, das eine Echtzeitsimulation oder ein Anlagenmodell der physikalischen und chemischen Reaktionen sein kann, die in den in 7 dargestellten Modulen 710 und 712 ablaufen. Die kombinierte Degradationsschätzung aus dem Kurzzeitmodell 808 und dem langfristigen 810 Modell kann in das Echtzeit-SCR-Systemanlagenmodell (nicht gezeigt) integriert werden, um das auf der kombinierten Degradationsabschätzung basierende SCR-Katalysatoranlagenmodell 814 zu bilden. Darüber hinaus können die erwarteten Ergebnisse des auf der kombinierten Degradationsschätzung basierenden SCR-Katalysator-Anlagenmodells 814 mit den beobachteten Ergebnissen des Auspuff-NO_x-Sensors verglichen werden, wie sie im Modul 714 innerhalb des ECM 128 oder über das Telematik-Ein-/Ausgabemodul 302 oder über die Datenanalyse angezeigt werden.
Der Block 802 für das Degradationsmodell des Kraftstoffsystems, der Block 804 für das Degradationsmodell des Turboladers und der Block 806 für das Degradationsmodell des Leistungszylinders sind so konfiguriert, dass sie die Hauptleistung der Motorkomponenten anhand von Echtzeitdaten verfolgen. Die Motorkomponenten können Kraftstoffeinspritzventil, Turbolader, Leistungszylinder, Sensoren und Aktoren einschließen, die Emissionsleistung, Ölverbrauch und Temperatur aus dem Motor bewirken, wobei alle die Emissionsfähigkeit des Motors über lange Zeiträume gemeinsam bestimmen können.
Verschiedene Degradationsmodelle innerhalb des Motors, die als Blöcke 802, 804 und 806 dargestellt sind, können die Emissionswerte des Motors, die Abgas-Durchsatzrate und die Abgastemperatur (716) verursachen, um die Lebensdauer der Motoren allmählich zu verschieben (z. B. 1 Millionen Meilen). Diese entsprechen Langzeitmodellen, die eine allmähliche Reduzierung der Emissionen verursachen können. Das Einschließen eingebetteter Modelle für die kritischen Komponenten oder Untersysteme, die Emissionen des Motors beeinflussen, kann ein besseres Verständnis und Vorhersagen der am System (714) beobachteten Langzeitemissionen für ein Motornachbehandlungssystem bereitstellen. Dies liegt an der Interaktion zwischen Motor- und SCR-Katalysator-Abbau.
Im Modell 800 sind die Blöcke 710 und 712 so gekoppelt, dass sie Eingaben vom kombinierten, auf der Degradationsschätzung basierenden SCR-Katalysator-Anlagenmodell 814, das auf die SCR-Katalysatortemperatur 801 und den Kraftstoffdurchfluss 803 anspricht, und das Temperatursensorsignal am SCR-Katalysator 805 über das Modell der kurzfristigen kumulativen Degradation 808 und das Modell der langfristigen kumulativen Degradation 810 empfangen. Als solches erfolgt die Reaktion, wenn NO_x im Block 710 und die Oxidation von Ammoniak am Block 712 als Reaktion auf die Rauschfaktoren stattfindet, die durch die Signale 801, 803 und 805 definiert sind.
Darüber hinaus ist das NO_x-Transportmodul 718 auch gekoppelt, um über das Modul 716 Eingaben vom Block 802 für das Degradationsmodell des Kraftstoffsystems, vom Block 804 für das Degradationsmodell des Turboladers und vom Block 806 für das Degradationsmodell des Arbeitszylinders zu empfangen.
Daher berücksichtigt das Modell 800 im Gegensatz zu dem vorhandenen Typ des Modells 700 in 7 die Rauschfaktoren oder Echtzeitdaten; Das macht es robuster und praktisch für die Zwecke der Verwendung in Fertigungsanlagen.
9 ist eine grafische Veranschaulichung 900 von beispielhaften Funktionen und einem NO_x-System-Modell, das in dem kumulativen Degradationsmodell 800 angewendet werden kann, gemäß einer Ausführungsform. 9 schließt Diagramme 902, 904 und 906 ein. Das Diagramm 902 veranschaulicht eine lineare Funktion des tatsächlichen NO_x-Flusses in Gramm pro Sekunde im Vergleich zu dem NO_x-Fluss des virtuellen Sensors in Gramm pro Sekunde und eine ideale Linie 901 für die No_x-Flussinformationen des Motors. Das Diagramm 904 veranschaulicht eine ideale lineare Funktion des befohlenen Harnstoffflusses in Gramm pro Sekunde gegenüber einem tatsächlichen Fluss in Gramm pro Sekunde und einer idealen Linie 903 zum Umwandeln des Dosierungsbefehls an Harnstofffluss. Das Diagramm 906 veranschaulicht eine lineare Funktion einer tatsächlichen NO_x-Konzentration in Teilen pro Million gegenüber der vom Sensor gemeldeten NO_x-Konzentration in Teilen pro Million und eine ideale Linie 905 zur Erkennung von NO_x am Systemausgang.
Die Diagramme 902, 904 und 906 entsprechen den Modulen 702, 706 bzw. 714. Dies sind die kritischen Aktoren und Sensoren in dem System, die die NO_x-Kontrolle effektiv steuern (unter Verwendung der chemischen Reaktionen in den SCR-Katalysatorelementen, wie in den Modulen 718, 720, 708, 722, 710, 712 gezeigt; und die Steueralgorithmen im ECM, wie im Modul 704 gezeigt. 9 stellt einen robusten Konstruktionsansatz bereit, der eine Bewertung des Signal-Rausch-Verhältnisses der Sensoren, SCR-Katalysatorelemente und Aktuatoren in den neuen Zuständen sowie im verschlechterten Zustand einschließt. Dieses Signal-Rausch-Verhältnis kann auch zusätzliche Rauschfaktoren einschließen, wie z. B. Schwankungen von Teil zu Teil und Schwankungen bei Anwendung/Konstruktion/Betriebszyklus, die die NOx-Emissionsleistung beeinträchtigen können.
10 ist eine grafische Veranschaulichung beispielhafter Charakterisierungen von Komponenten und der Degradationsrate von Teilsystemen basierend auf der Unterpopulation unter Verwendung von Lebensgruppen von Fahrzeugen, die für das kumulative Schadensmodell 800 verwendet werden können, gemäß einer Ausführungsform. Die Charakterisierungen basieren auf Hunderten und Tausenden von Lastkraftwagen. Die Daten können auch von anderen Fahrzeugen verwendet werden. Wie in der Figur dargestellt, sind die Fahrzeugdaten in drei Kategorien eingeteilt: Anfang der Lebensdauer (Diagramm 1002), Mitte der Lebensdauer (Diagramm 1004) und Ende der Lebensdauer (Diagramm 1006). Die Diagramme 1002, 1004 und 1006 stellen den Belastungsfaktor gegen die Leistung dar. Die gepunktete Linie 1001 stellt eine ideale Leistung und die Leitungen 1003, 1005 und 1007 stellen die tatsächliche Leistung der Fahrzeuge dar.
10 zeigt, wie Daten von Datenanalytik verarbeitet und interpretiert werden können, um die NO_x-Emissionsleistung (oder NO_x-Reduktion) als Funktion des Betriebszustands von Komponenten/Teilsystemen zu interpretieren. Ein Beispiel für einen Belastungsfaktor für eine SCR-Katalysatorkomponente könnte Raumgeschwindigkeit sein. In einem Beispiel können kumulative Schadensmodelle (innerhalb des ECM) basierend auf den Informationen angepasst werden, die von der Telematikanalyse aus der Datenanalytik übertragen werden. Es ist zu beachten, dass die Differenz zwischen 1001 und 1003 in dem Diagramm 1002 ziemlich klein und schwierig zu messen ist, aber die Differenz zwischen 1001 und 1007 in dem Diagramm 1006 ist ziemlich groß und leichter zu messen. Zusätzlich ist die Steigung der Leitung 1007 deutlich größer als die Leitung 1003. Es versteht sich daher, dass die frühe, die mittlere Lebensphase und das Lebensende mit zunehmenden kumulativen Schäden einhergehen, die durch die kurzfristigen und langfristigen Modelle 808 und 810 simuliert werden.
Eine andere Ausführungsform besteht darin, die Trendlinien (Steigung) und die Variation (Standardfehler des Achsenabschnitts) der beobachteten Trends mit Hilfe des maschinellen Lernens in Verbindung mit physikalisch begründeten Degradationsregeln zu nutzen, um Anzeichen für Abnutzungserscheinungen (Weibull-Kurve, Bathtub-Kurve) über lange Zeiträume in einem Fahrzeug oder einer Teilpopulation (Sub-Cluster) zu interpretieren, einschließlich der geografischen Lage und der Umgebungsbedingungen (Staub, chemische Verunreinigungen durch Kraftstoff: S, luftgestützte chemische Kontaminationen: Na, S usw.), um vorbeugende Wartungspläne und/oder die Verwendung hochwertiger Komponenten (einzigartige Serviceteile) zur Optimierung der Lebenszykluskosten zu ermöglichen. Dies würde die Charakterisierungen von Populationen von Abbauraten während der frühen, der mittleren und der späten Lebensphase einschließen, wie in 5 gezeigt.
11 veranschaulicht ein Beispiel eines Zustandsmaschinenmodells 1100, das als Teil des kumulativen Schadensmodells verwendet werden kann, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Wie zu sehen ist, schließt das Modell 1100 Zustände ein, nämlich einen Zustand_1 1102, einen Zustand_2 1104 und einen Zustand_3 1106. Im Zustand_1 1102 wird der NO_x-Ausstoß des Motors gemessen. Im Zustand_2 kann eine prozentuale Reduktion von NO_x gemessen werden, und im Zustand_3 1106 wird erneut der NO_x-Ausstoß des Motors gemessen. Bei diesem vorhandenen Typ von Zustandsmaschinenmodell ist der Zustand_2 für verschiedene Nachbehandlungsregime gleich, einschließlich des begrenzten Ammoniakabgabe-Regimes (geeignet für Temperaturen von 150-200 C), des kinetisch begrenzten Regimes (geeignet für Temperaturen von 200-275 C), des Übergangsregimes (geeignet für Temperaturen von 275-325 C), des begrenzten Massentransfer-Regimes (geeignet für Temperaturen von 325-450 C) und des begrenzten parasitären Oxidationsregimes (geeignet für Temperaturen von 450-600 C).
Wie dem Fachmann bekannt sein dürfte, beziehen sich die für die oben genannten Bereiche angegebenen Temperaturen auf die Abgastemperatur, die von einem physikalischen Sensor oder einem modellbasierten virtuellen Sensor für den SCR-Katalysator abgeleitet wird. Zum Beispiel lässt sich DEF im Bereich von 130 bis 200 Grad Celsius Abgastemperatur nur sehr schwer zu Ammoniak zersetzen, sodass die NO_x-Reduktion des Nachbehandlungssystems durch die Ammoniakzufuhr (z. B. DEF-Zersetzung im Abgas) begrenzt wird. Der vorhandene Typ des Zustandsmaschinenmodells 1100 berücksichtigt die Details verschiedener Regime nicht.
12 veranschaulicht ein Beispiel für ein Zuverlässigkeitsdatenblockdiagramm-Modell 1200 basierend auf den Zuverlässigkeitsdaten für verschiedene SCR-Katalysator-Architekturen und Nachbehandlungssystemregime gemäß den chemischtechnischen Fakten. Unter erneuter Bezugnahme auf 8A können die Zuverlässigkeitsdaten mit der Gleichung (11) verwendet werden, um eine kombinierte Degradationsschätzung des SCR-Katalysators zu berechnen. Zum Beispiel kann, wie gezeigt, die begrenzte Ammoniakabgabe (150-200 C) so verstanden werden, dass sie einen Prozess 1221 einschließt, in dem Pyrolyse und Hydrolyse von DEF zu NH₃ stattfindet, einen Block 1223, in dem SCR NH₃ an Stellen speichert/freisetzt, und 1225, in dem SCR NO_x an Stellen mit niedriger Temperatur reduziert.
Der kinetisch begrenzte Bereich (200-275 C) kann so verstanden werden, dass er einen Prozess 1231, bei dem ein Prozentsatz von DOC/DPF NO zu NO₂ oxidiert, einen Prozess 1233, bei dem SCR NH₃ an Standorten speichert/freisetzt, und einen Prozess 1225, bei dem SCR NO_x an Standorten reduziert, einschließt.
Der Übergangsregler (275-325 C) kann so verstanden werden, dass er einen Prozess 1241 einschließt, bei dem ein Prozentsatz von DOC/DPF NO zu NO₂ oxidiert, einen Prozess 1243, bei dem SCR an Stellen NH₃ speichert/freisetzt, und einen Prozess 1245 bei dem SCR an Stellen NO_x reduziert.
Der Bereich mit begrenztem Stoffaustausch (325-450 C) kann so verstanden werden, dass er einen Prozess 1251 umfasst, bei dem SCR NO_x und NH₃ zu den Standorten transportiert; einen Prozess 1253, bei dem SCR NH₃ an Stellen speichert/freisetzt; SCR reduziert NO_x an Stellen; und einen Prozess 1255, bei dem AMO_x überschüssiges NH₃ in N₂.umwandelt.
Der parasitäre oxidationsbegrenzte Bereich (450-600 C) kann so verstanden werden, dass er einen Prozess 1261 einschließt, bei dem SCR NH₃ an die Stellen transportiert; einen Prozess 1263, wobei SCR NO_x an den Stellen reduziert; und einen Prozess 1265, wobei AMOx überschüssiges NH₃ in N₂.umwandelt.
Diese Zuverlässigkeitsdaten können mit dem Zustandsmaschinenmodell 1100 kombiniert werden, dessen Details in Bezug auf 13 erläutert werden.
13 veranschaulicht ein beispielhaftes architekturbasiertes Systemmodell 1300 zur Erkennung katalytischer Degradation gemäß einer Ausführungsform. Das Modell 1300 ist eine Kombination aus dem Zustandsmaschinenmodell 1100 und dem Zuverlässigkeitsdatenblockdiagramm. Mit anderen Worten ist das Modell 1300 ein modifiziertes Zustandsmaschinenmodell, das als Teil des kumulativen Schadensmodells verwendet werden kann. Wie zu sehen ist, schließt der Zustand_2 des Modells 1300 spezifische Zustände ein, die sich auf die Zuverlässigkeitsdaten für jedes Nachbehandlungssystem beziehen. Unter Bezugnahme auf den kinetischen begrenzten Bereich versteht es sich, dass der DOC für die Reduzierung von NO_x bei 200-275 Grad Celsius NO zu NO₂ oxidiert und der SCR NH₃ speichert und freisetzt, und der SCR NO_x reduziert. Daraus kann geschlossen werden, dass ein thermischer Abbau von DOC und thermischer und/oder chemischer Abbau von SCR additiv ist.
Aus 11, 12 und 13 ist anzumerken, dass im Allgemeinen die SCR-Katalysatorkomponenten-Abbaumodelle basierend auf der Nachbehandlungsarchitektur kombiniert werden können, um ein Systemabbaumodell zu bilden. Die Struktur dieses Architektur-basierten Systemmodells 1300 ist eine Kombination aus dem Zuverlässigkeitsblockdiagrammmodell 1200 und einem Zustandsmaschinenmodell 1100, das auf dem Abgasvektor des Motors (z. B. Turbinenaustrittstemperatur) basiert. Der Motorausgangsvektor repräsentiert oder bezieht sich auf die kombinierte Abgas-Durchsatzrate, die Abgastemperatur und die Konzentrationen der Abgasemissionen (Sauerstoff, NO_x, Kohlenwasserstoff, CO, Partikel usw.).
14 veranschaulicht ein Diagramm von experimentellen Daten einer SCR-Katalysator-Auslasstemperatur. Insbesondere sind die gezeigten Daten für einen Dieseloxidations-SCR-Katalysator (DOC). Das Diagramm 1400 veranschaulicht eine DOC-Auslasstemperaturfähigkeit mit 2500-ppm Kohlenwasserstoff (HC) Schlupfgrenze. Auf der x-Achse und y-Achse sind Raumgeschwindigkeit SSV (k/h) und Temperatur in Grad Celsius dargestellt. Der Bereich des SCR-Katalysators, auf den 1402 verweist, ist der durch die chemische Kinetik gesteuerte Betriebsbereich, der sich mit der Alterung und/oder dem Abbau verändert.
15 veranschaulicht eine Kalibrierungstabelle für eine gealterte DOC, die in 14 gezeigt ist und die Effizienz der KohlenwasserstoffUmwandlung zeigt. In einem Beispiel kann das kumulative Schadensmodell für die vorgelagerten SCR-Katalysatorelemente (z. B. Dieseloxidationskatalysatorelemente) mit der Funktion der Kohlenwasserstoffdosierung während einer aktiven Regeneration auf einem hochgealterten DOC verwendet werden, um eine fortschreitende Beschädigung der nachgelagerten SCR-Katalysatorelemente zu verhindern oder zu vermeiden. Ein Ansatz dazu wäre, die experimentellen DOC Wärmedaten von 14 oder die Tabelle der HC-Umwandlungseffizienz von 15, d. h. Effizienz vs. Temperatur und Raumgeschwindigkeit, anzupassen. Wie aus der Tabelle von 15 ersichtlich ist, ist die Interpolation der Tabelle der DOC-Dosierbefehle nicht linear mit der Alterung, um die physikalisch basierte Reaktion für die Kohlenwasserstoffumwandlung mit normalisierter Effizienz nachzuahmen.
Die Daten in der Tabelle 1500 beziehen sich auf die Kohlenwasserstoffdosierbefehle und sind ein Beispiel für eine der Kalibrierungstabellen, wie beispielsweise ein Schlupfbegrenzungstabellenblock, der später in 16 für eine Temperatursteuerung gezeigt ist. Eine stark vereinfachte Veranschaulichung, um die Tabelle 1500 zu verstehen, wäre, einen Wert in der Tabelle (z. B. 0,25) zu entnehmen, diesen mit dem Wert eines Signals 1621 in 16 zu multiplizieren, um den Wert eines Signals 1615 zu bestimmen. Ein Steuersoftwarealgorithmus, wie in Modul 704 gezeigt, wäre jedoch viel komplexer als diese stark vereinfachte Darstellung unter Verwendung einer Multiplikation. Die Daten in der Tabelle sind gespeicherte Ammoniakschlupfdaten, die dem Ammoniakschlupf durch den SCR-Katalysator relativ zu einer SCR-Katalysatortemperatur entsprechen.
In einem Beispiel können die Ammoniakschlupfdaten in einer Nachschlagetabelle innerhalb der Steuerung 128 in einem Speicher gespeichert sein oder auf einer externen Speichervorrichtung gespeichert sein. Die Steuerung 128 kann konfiguriert sein, um gespeicherte Ammoniakschlupfdaten zu modifizieren und die Menge an Reduktionsmittel, die in das Nachbehandlungssystem eingeführt wird, basierend auf den modifizierten gespeicherten Ammoniakschlupfdaten weiter einzustellen.
16 veranschaulicht eine beispielhafte Implementierung 1600 einer Integration der physikalisch basierten Degradationsmodelle, die auch als kumulative Schadensmodelle bezeichnet werden, wie in 8A mit herkömmlichen Feedforward-(FF) und Feedback-(FB)Steuerungen gemäß einer Ausführungsform gezeigt. 16 veranschaulicht eine Feedforward-(FF)Steuerung 1602, eine Feedback-(FB)Steuerung 1604, einen Schlupfbegrenzungstabellenblock 1606, einen ersten Signalmischer 1608, einen zweiten Signalmischer 1610, ein kurzfristiges kumulatives Abbaumodell 808 und ein langfristiges kumulatives Abbaumodell 810. Wie gezeigt, können in der beispielhaften Implementierung 1600 das Kurzzeitmodell 808 und das Langzeitmodell 810 Teil des ECM 128 sein. In anderen Beispielen können diese diskret sein.
Die FF-Steuerung 1602 und die FB-Steuerung 1604 können eine herkömmliche Art von Modell zusammen mit dem Schlupfgrenzwert-Tabellenblock 1606 bilden. Die FF-Steuerung 1602 ist gekoppelt, um ein angefordertes Zielsignal 1601, ein Abgasdurchsatzratensignal 1603, ein Katalysator_in_Temperatur Signal 1605 und ein Abgas-Zusammensetzungssignal 1607 zu empfangen. Das angeforderte Zielsignal 1601 in einem Beispiel kann eine Temperatur (T) oder ein Ammoniak zu Nox_x-Verhältnis (ANR) sein. Das Abgas-Zusammensetzungssignal 1607 kann NO_x, O₂ usw. einschließen. Die FB-Steuerung 1604, die in einem Beispiel eine PID-Steuerung sein kann, ist gekoppelt, um das angeforderte Zielsignal 1601 und ein Signal 1611 vom nachgelagerten Sensor des SCR-Katalysators zu empfangen.
Ein Ausgangssignal 1613 der FF-Steuerung 1602 kann auch als Feedforward-Ausgangssignal 1613 bezeichnet werden, und ein Ausgangssignal 1621 der FB-Steuerung 1604 kann auch als Feedback-Ausgangssignal 1621 bezeichnet werden. Sowohl das Feedforward-Ausgangssignal 1613 als auch das Feedback-Ausgangssignal 1621 werden ferner über den zweiten Signalmischer 1610 gemischt, um ein gemischtes Feedforward-Feedback-Signal 1623 zu erzeugen, das ferner dem Schlupfgrenzwert-Tabellenblock 1606 bereitgestellt wird. Der Schlupfbegrenzungstabellenblock 1606, der eine einzelne Schlupfbegrenzungstabelle oder eine Vielzahl von Schlupfbegrenzungstabellen einschließen kann, ist ferner gekoppelt, um einen Befehl an das Aktuatorsignal 1625 auszugeben, das in einem Beispiel die Mengen von Dieselabgasflüssigkeit oder HC-Dosierer steuern oder anpassen kann. Unter erneuter Bezugnahme auf 1 kann der Befehl zum Aktuatorsignal 1625 in einem Beispiel der Steuerung 128 bereitgestellt werden.
Das kurzfristige kumulative Abbaumodell 808 ist gekoppelt, um die Signale oder Parameter SCR-Katalysatortemperatur 801 und Brennstoffstrom 803 zu empfangen. Das langfristige kumulative Abbaumodell 810 ist gekoppelt, um das Signal 805 von einem Temperatursensor am SCR-Katalysator zu empfangen. In einem Beispiel kann der SCR-Katalysator eine Vielzahl von Temperatursensoren aufweisen und das Signal 805 kann eine kollektive oder durchschnittliche Temperatur von allen Sensoren sein. Ein Ausgangssignal 1615 aus dem kurzfristigen kumulativen Abbaumodell 808 und einem Ausgangssignal 1617 aus dem langfristigen kumulativen Abbaumodell 810 werden durch den ersten Signalmischer 1608 gemischt. Der erste Signalmischer 1608 ist ferner gekoppelt, um ein Modifikationssignal 1619 basierend auf den Signalen 1615 und 1617 zu erzeugen; und es den Schlupfbegrenzungstabellen bereitzustellen. Es versteht sich, dass das Modifikationssignal 1619 auf der kombinierten Degradation basiert und die Schlupfbegrenzungstabellen basierend darauf modifiziert werden können. In einem Beispiel können die Schlupfbegrenzungstabellen Grenzwerte für die Mengen an Ammoniakschlupf einschließen.
Es versteht sich, dass in einer herkömmlichen Modellkonfiguration der Schlupfbegrenzungstabellenblock 1606 den Befehl zum Aktuatorsignal 1625 im Wesentlichen basierend auf der FF-Steuerung 1602 und der FB-Steuerung 1604 erzeugt.
Die Integration des kurzfristigen kumulativen Abbaumodells 808 und des langfristigen kumulativen Abbaumodells 810 mit dem herkömmlichen Modell bietet jedoch eine Möglichkeit, die kombinierten Informationen sowohl aus den Modellen 808 und 810 zu verwenden, um Eingaben an die Steuerung 128 bereitzustellen. Die Steuerung kann diese kombinierten Informationen für die aktive Regeneration oder Kohlenwasserstoffsteuerung oder NO_x-Steuerung in SCR-Katalysatoren verwenden. Das kurzfristige kumulative Abbaumodell 808 kann in einem Beispiel auch ein reversibles Modell sein.
Es sollte beachtet werden, dass sich das Katalysator_in_Temperatur Signal 1605 auf die Abgastemperatur bezieht, die an oder nahe der SCR-Katalysatoreinlassfläche gemessen wird. In einem Beispiel kann das Katalysator_in_Temperatur Signal 1605 von einem physikalischen Temperatursensor im Abgas abgeleitet sein. In einem anderen Beispiel kann es von einem virtuellen Sensor abgeleitet werden, der andere Temperatursensoren in der Nachbehandlung und ein einfaches eingebettetes Modell verwendet, um die Abgastemperatur an der SCR-Katalysatoreinlassfläche zu schätzen. Unter erneuter Bezugnahme auf 1 entspricht es dem Temperatursensor 118 stromaufwärts des Oxidations-SCR-Katalysators 108 oder des Partikelfilters 114. Somit kann es in einer Ausführungsform dem Signal 801 ähnlich sein.
Wie zuvor in Bezug auf 8A erläutert, werden diese Temperaturen im Abgasstrom dem SCR-Katalysator 108 oder dem in 1 gezeigten Partikelfilter 114 vorgelagert und nachgelagert gemessen. Die virtuellen internen Temperatursensoren werden (unter Verwendung eines eingebetteten Wärmeübertragungs-/thermodynamischen Softwaremodells im ECM) innerhalb des zylindrischen SCR-Katalysatorelements an einer oder mehreren axialen und radialen Positionen innerhalb des SCR-Katalysatorelements vorhergesagt.
Die Implementierung 1600 kann für zwei verschiedene Aktuatoren verwendet werden: [1] Für eine Temperatursteuerung (wie sie mit einem Dieseloxidationskatalysator verwendet wird) oder [2] für eine SCR-Steuerung. Im Beispiel einer Temperatursteuerung kann das angeforderte Zielsignal 1601 die gewünschte d. h. Abgastemperatur am Auslass des SCR-Katalysators sein. Die Temperatursteuerung (Steueralgorithmus) verwendet die Abgastemperatur und Massenströmungsrate am Einlass des SCR-Katalysators, um zu bestimmen, wie viel Energie (als Kohlenwasserstoff, Kraftstoffeinspritzung oder elektrische Heizung) zum Abgasstrom (über externe HC-Dosierung bei der Zylinderdosierung) hinzugefügt werden soll, um die angeforderte Zieltemperatur im Abgas zu erreichen, einschließlich Einschränkungen, um unerwünschten unverbrannten Kohlenwasserstoffschlupf am Auslass des Oxidationskatalysators zu minimieren.
Im Beispiel einer SCR-Steuerung (wie z. B. Modul 706, das zum Steuern eines Harnstoff-/DEF-Dosierinjektors verwendet wird) kann das angeforderte Ziel ANR das gewünschte (d. h. angeforderte Ziel) Ammoniak-zu-NO_x-Verhältnis im Abgas am Auslass des SCR-Katalysators sein. In einer Ausführungsform kann die Implementierung 1600 so ausgelegt werden, dass die SCR-Steuerung oder der Steueralgorithmus die Abgastemperatur, die Zusammensetzung (NO_x-Konzentration, Sauerstoffkonzentration) und die Massenströmungsrate der Einlassfläche des SCR-Katalysators vorgelagert verwendet, um zu bestimmen, wie viel Reduktionsmittel (als DEF, Harnstoff oder gasförmiges Ammoniak) zum Abgasstrom (über Harnstoff/DEF-Dosierinjektor) hinzugefügt werden soll, um die gewünschte NO_x-Reduktion zu erreichen, einschließlich Einschränkungen, um unerwünschten Ammoniakschlupf am Auslass des SCR-Katalysators zu minimieren.
In einem Beispiel können die FF-Steuerung 1602 und die FB-Steuerung 1604 Softwarealgorithmen darstellen, die innerhalb des ECM arbeiten, zusammen mit einigen Begleitsoftware-Algorithmen, die verwendet werden, um das Motorbrennstoffsystem, den Turbolader, das Abgasrückführungsventil, die Ansaug- und/oder die Abluftdrossel usw. zu steuern. Weiterhin können die Steuerungssoftwarealgorithmen innerhalb/integriert mit der Steuerung 128 implementiert werden. Zusätzlich kann ein zweites Steuermodul für die Nachbehandlungssteuerung vorhanden sein, das wir als Nachbehandlungs-Steuermodul (ACM) im Nachbehandlungssystem 100 bezeichnen.
Unter erneuter Bezugnahme auf 1 kann darauf hingewiesen werden, dass die Implementierung 1600 im Allgemeinen für Nachbehandlungssysteme verwendet werden kann, bei denen der NO_x-Sensor 116 im Abgas dem SCR-Katalysator 108 vorgelagert angeordnet ist.
Wenn die Implementierung 1600 für eine SCR-Steuerung ist, dann würde das Signal 1611 auf den NO_x-Sensor 112 Bezug nehmen, aber es könnten auch andere Sensoren, wie ein NH₃-Sensor im Mittelbett, ein nachgelagerter NH₃ oder andere Sensorsysteme verwendet werden. Wenn die Implementierung für eine Temperatursteuerung durchgeführt würde, die mit einem Oxidations-SCR-Katalysator verwendet wird, würde sich das Signal 1611 auf den nachgeschalteten Temperatursensor 120 beziehen.
Unter erneuter Bezugnahme auf 15 beziehen sich die Daten in der Tabelle 1500 auf die Kohlenwasserstoffdosierbefehle und sind ein Beispiel für eine der Kalibrierungstabellen, wie der Schlupfbegrenzungstabellenblock 1606 für eine Temperatursteuerung. Wie später in der Patentschrift erläutert wird, kann ein Wert in der Tabelle 1500 (z. B. 0,25) mit einem Wert eines Signals in 16 multipliziert werden, um einen Wert eines anderen Signals zu bestimmen, das einen Befehl an einen Aktuator bereitstellen kann. Ein Steuersoftwarealgorithmus, wie in Modul 704 gezeigt, wäre jedoch viel komplexer als diese stark vereinfachte Darstellung unter Verwendung einer Multiplikation. Zusätzlich sind, wie zuvor in Bezug auf 15 erwähnt, das Kurzzeitmodell 808 und das Langzeitmodell 810 konfiguriert, um die gespeicherten Ammoniakschlupfdaten zu modifizieren. Es sei angemerkt, dass in einem Beispiel die gespeicherten Ammoniakschlupfdaten die in dem ECM gespeicherten Daten für die Tabellen für die Ammoniakschlupfgrenze einschließen können und sich von der Ammoniakspeicherkapazität der SCR-Katalysatorbeschichtung unterscheiden können. Die FF-Steuerung 1602 und die FB-Steuerung 1604 können auch konfiguriert sein, um die gespeicherten Ammoniakschlupfdaten als Reaktion auf einen Sollwert einer SCR-Katalysatortemperatur des SCR-Katalysators oder eines Verhältnisses von Ammoniak zu NO_x, wie durch das Signal 1601 angegeben, eine Abgas-Durchsatzrate, wie durch das Abgasdurchflusssignal 1603 angegeben, eine SCR-Katalysatoreinlasstemperatur an einem Einlass des SCR-Katalysators, wie durch das Signal SCR-Katalysator_in_Temperatur 1605 angegeben, eine Abgaszusammensetzung, wie durch das Abgaszusammensetzungssignal 1607 angegeben, zu modifizieren.
17 veranschaulicht eine weitere beispielhafte Implementierung 1700 einer Integration des physikalisch basierten Degradationsmodells, wie in 8A gezeigt mit herkömmlichen Feedforward (FF) Steuerungen und Feedback (FB) Steuerungen gemäß einer Ausführungsform. Die Implementierung 1700 teilt viele gemeinsame Blöcke und Signale mit der Implementierung 1600.
Eine Art und Weise, in der sich die Implementierung 1700 von 1600 unterscheidet, besteht darin, dass die Modifikation aufgrund des kombinierten Degradationssignals 1619 der FB-Steuerung 1604 bereitgestellt wird, die den Soll- (T) oder ANR-Wert modifiziert, wodurch ein De-Rate-Merkmal bereitgestellt werden kann, d. h. es wird sichergestellt, dass der SCR-Katalysator unterhalb seiner maximalen Betriebswerte arbeitet.
Es versteht sich für den Fachmann, dass in einer bestehenden Art von Modellen, insbesondere für Dieselmotoren, die Regenerationsvektorzieltabellen für DOC-Auslass- oder DOC-Schlupf-Steuertabellen unabhängig voneinander verwendet werden. Zusätzlich ist ein integraler Wind auch ein häufiges Problem bei Systemen mit den PID-Steuerungen.
Die Implementierung 1700 ermöglicht jedoch das Verwenden des De-Rate-Merkmals, um die Regenerationsvektorzieltabellen für einen DOC-Ausgang parallel zu einer DOC-Schlupf-Steuertabelle anzupassen, um das Integrator-Wind-up-Problem zu überwinden.
18 veranschaulicht eine weitere beispielhafte Implementierung 1800 einer Integration des physikalisch basierten Degradationsmodells, wie in 8A mit herkömmlichen Feedforward-(FF) und Feedback-(FB)Steuerungen gemäß einer Ausführungsform gezeigt. Die Implementierung 1800 teilt viele gemeinsame Blöcke und Signale mit der Implementierung 1600.
Zusätzlich schließt die Implementierung 1800 ein thermisches SCR oder DOC-Katalysatorbett-Temperaturmodell ein, das auch als ein thermisches Katalysatormodell für virtuelle Innentemperatur(en) 1802 bezeichnet wird, als Eingabe für das langfristige kumulative Schadensmodell für die SCR-Katalysatorbeschichtung. Das Modell 1802 ist gekoppelt, um eine Vielzahl von Parametern zu empfangen, einschließlich einer Abgas-Durchsatzrate, die durch das Abgas-Durchsatzratensignal 1603 angegeben wird, das Abgas-Zusammensetzungssignal 1607 und das Signal 805 von mehreren Temperatursensoren am SCR oder DOC-Katalysator. In anderen Beispielen kann ein einziger Temperatursensor vorhanden sein. Eine Softwarelogik kann verwendet werden, um zwischen T (Einlass) und T (Auslass) als dominante Eingabe in das thermische Modell umzuschalten, abhängig davon, ob das DOC-Katalysatorelement eine exotherme Reaktion erfährt (wie durch T (Einlass) und T (Auslass) bestimmt), die den Temperatursensoren 118 bzw. 120 entsprechen, wie in 1 gezeigt, und im Abgasstrom dem Oxidationskatalysator (oder Dieselpartikelfilter) vorgelagert und nachgelagert gemessen werden, werden die virtuellen Innentemperatur(en) (unter Verwendung eines eingebetteten Wärmeübertragungs-/thermodynamischen Softwaremodells im ECM) innerhalb des zylindrischen SCR oder DOC-Katalysatorelements an einer oder mehreren axialen und radialen Positionen innerhalb des SCR oder DOC-Katalysatorelements vorhergesagt.
19 veranschaulicht eine beispielhafte Implementierung 1900 einer Integration des physikalisch basierten Degradationsmodells mit einem maschinellen Lernmodell gemäß einer Ausführungsform. Die Implementierung schließt ein physikalisch basiertes Abbaumodell 1902 und ein künstliches Intelligenz (AI) -basiertes Maschinenlernmodell 1904 ein. Das Modell 1902 kann ein Beispiel für das kurzfristige kumulative Abbaumodell 808 oder das langfristige kumulative Abbaumodell 810 oder eine Kombination davon sein. Das Modell 1902 kann auch mit PID-Steuerungen integriert sein, wie in 16 oder 17 gezeigt.
Das Modell 1902 ist gekoppelt, um einen ECM-Parameter wie die dosierte DEF oder HC 1901 und Parameter oder Signale, einschließlich Abgas-Durchsatzrate 1903, SCR-Katalysatortemperatur 1805 und Abgaszusammensetzung 1907 zu empfangen. In einem Beispiel kann die SCR-Katalysatortemperatur 1905 eine Innentemperatur des SCR-Katalysators sein. In anderen Beispielen kann es auch eine Außentemperatur des SCR-Katalysators sein. Das Modell 1902 ist ferner gekoppelt, um eine Inferenz 1909 auszugeben. Das AI-basierte ML-Modell 1904 ist gekoppelt, um Daten 1911 zu empfangen, die in einem Beispiel Betriebsbedingung, Sensoren, zusätzliche ECM-Parameter, Servicehistorie des Fahrzeugs, z. B. Führung, Telematik usw. einschließen können. Das AI-basierte ML-Modell 1904 ist ferner gekoppelt, um eine Inferenz 1913 auszugeben. Wie der Fachmann erkennen kann, sind die Inferenzen 1909 und 1913 statistische Ergebnisse. In einem Beispiel kann die Inferenz 1913, die von dem AIbasierten ML-Modell 1904 hergestellt wird, auf das physikalisch basierte Modell 1902 angewendet werden, um die Verteilung von Residuen zu vergleichen und diese Verteilung zu verwenden, um einen Rückschluss auf den Abbau zu ziehen. Dieser Ansatz erkennt auch Verschiebungen in der Systemleistung wie Anomalieerkennung innerhalb eines einzelnen Fahrzeugs oder einer Unterpopulation von Fahrzeugen. 20 veranschaulicht eine beispielhafte Implementierung der Verwendung einer cloudbasierten Datenanalytik zum Abrufen von Aktualisierungen von einem Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform. Wie gezeigt, kann ein Fahrzeug 2002 konfiguriert sein, um entfernte Trimmaktualisierungen von einem Cloud-Netzwerk oder einem entfernten Server 2004 über Arbeitszyklus, Geografie, Umgebung (z. B. Rauschfaktoren) zu empfangen, um die Emissionskonformität sicherzustellen und Fehlalarme wie Fehlercodes, basierend auf statischen Einschränkungen (Höhe, Luftfeuchtigkeit, Umgebungstemperatur) und Informationen aus der Unterpopulation in diesem Bereich zu vermeiden, um präventive Maßnahmen zu ergreifen. Zum Beispiel die Zeit zwischen aktiven Regenerationen auf Zeitbasis oder ANR, um Rauschfaktoren zu berücksichtigen und unnötige Reparaturen, Ausfallzeiten des Fahrzeugs einschließlich falscher On-Board-Diagnose-Fehler zu vermeiden.
21 veranschaulicht eine beispielhafte Implementierung 2100 der Integration von On-Board-Analysen und cloudbasierten Analysen mit dem physikalisch basierten kumulativen Schadensmodell gemäß einer Ausführungsform. 2 schließt ein Fahrzeug 2102 mit einem On-Board-Analysemodul 2106 ein, das so konfiguriert ist, dass es mit einem cloudbasierten Analysemodul 2108 interagiert; beide können dazu konfiguriert sein, ferner mit physikalisch basierten Modellen 2110 zu interagieren, die wiederum eine analysegeleitete Konstruktion und Validierung bereitstellen können. Darüber hinaus können die Module 2106 oder 2108 ferner mit maschinellem Lernen integriert werden, um das physikalisch basierte Modell zu verbessern. In einem Beispiel können Echtzeit-Fahrzeugnutzungsmuster im Vergleich zur definierten Anwendung (über Clustering-Analyse) als Erweiterung für das physikalisch basierte Modell verwendet werden. Die Nutzungsmuster können dann für einzelne Fahrzeuge beobachtet werden. So kann z. B. ein Linienfahrzeug wie ein Lkw vorübergehend auf einen Abhol- und Auslieferungsfahrzyklus umgestellt werden, was es dem maschinellen Lernen und der Verbesserung des physikalisch basierten Modells ermöglicht, Anpassungen an der Motor-/Nachbehandlungskalibrierung mit Hilfe von OTA-Kalibrierungsanpassungen (over-the-air) vorzunehmen.
22 ist eine grafische Veranschaulichung eines Beispiels einer Anwendung von Prognosen mit maschinellem Lernen, um kumulative Schäden zu verlängern, gemäß einer Ausführungsform. 22 schließt eine Diagramm 2200 des kumulativen Schadensfaktors im Vergleich zur Zeit ein. Ein Diagramm 2202 im Diagramm 2200 kann Probendaten aus dem Serviceleistungstest für ein einzelnes Fahrzeug darstellen. Ein Bereich 2201 stellt die historischen Diagnosedaten dar, bei denen als Bereich 2203 die Prognostikregion darstellt. Die Daten aus dem Bereich 2201 können dazu verwendet werden, den kumulativen Schadensfaktor in Zukunft zu verlängern oder zu extrapolieren. Zum Beispiel kann aus einem gezeigten Datencluster das Diagramm 2202 als Linie 2204, 2206 oder 2208 erweitert werden, wobei 2208 ein Mittelwert der Linie 2204 und der Linie 2206 ist.
Somit können die Daten aus dem Diagramm 2200 als Prognosen unter Verwendung von maschinellem Lernen verwendet werden. Die Verwendung von Probendaten aus Serviceleistungstests, die an anderen Fahrzeugen und/oder Maschinen innerhalb einer Population durchgeführt werden, hilft, die Zuverlässigkeit der Extrapolation der kumulativen Schadensfunktion oder Faktoren für dieses bestimmte einzelne Fahrzeug zu verbessern. Dies könnte durch die Verwendung von Histogrammen, die aus Abgastemperaturdaten im Zeitbereich und Abgasmassenstromdaten reduziert werden (die mit der Zeitkonstante des auf der kombinierten Degradationsschätzung basierenden SCR-Katalysator-Anlagenmodells 814 in 8A vergleichbar sind), weiter verbessert werden und eine effizientere Datenübertragung von der Maschine zur cloudbasierten Datenanalyse ermöglichen. Dieser Ansatz hat den Vorteil, dass er unabhängig (unempfindlich) von den Einstellungen des SCR-Katalysators ist. Dies kann ferner die Identifizierung von Fahrzeugsubpopulationen ermöglichen und eine Datenanalyse ermöglichen, um zu bestimmen, ob die Dienstleistungstests an anderen Fahrzeugen und/oder Motornachbehandlungssystemen auf ein bestimmtes Fahrzeug anwendbar sind. Die Fahrzeuge können Autos, LKWs, Busse usw. einschließen, die auf der Straße (befestigt oder unbefestigt) betrieben werden und den Emissionsvorschriften für den Straßenverkehr unterliegen. Zu den Motornachbehandlungssystemen können Nachbehandlungssysteme in Stromaggregaten, landwirtschaftlichen Geräten, Bau- oder Bergbaumaschinen gehören, die abseits der Straße betrieben werden und den Emissionsvorschriften für den Off-Highway-Bereich unterliegen.
23 veranschaulicht eine beispielhafte Implementierung 2300 der Integration von Datenanalysen mit einem physikalisch basierten Abbaumodell kombiniert mit einer herkömmlichen PID-Steuerung, wie in 16 gezeigt, gemäß einer Ausführungsform. 23 kann ein Beispiel einer Implementierung 1600 eines integrierten physikalisch basierten Modells mit PID-Steuerung von 16 mit zusätzlichen Datenanalyseblöcken oder -modulen sein. Insbesondere schließt es eine Datenanalyse auf Populationsebene (Block 2302) ein, eine Datenanalyse auf Teilpopulationsebene (Block 2304) und eine Datenanalyse auf individueller Ebene (Block 2306), von denen jede oder alle Daten oder Aktualisierungen und/oder Parameter für das integrierte kumulative Schadensmodell (siehe 1600) für zukünftige Berechnungen bereitstellen können. In einem Beispiel können die Datenanalyseblöcke 2302, 2304 und 2306 dazu verwendet werden, den Schadenswert des kumulativen Schadensmodells an die Trenddaten der Fahrzeugflotte anzupassen und den kumulativen Schadenswert bis heute zu aktualisieren sowie das kumulative Schadensmodell für zukünftige Berechnungen zu aktualisieren.
In einer beispielhaften praktischen Implementierung kann die Steuerung 128 konfiguriert sein, um ein Populations-SCR-Katalysatorschadenssignal zu empfangen, das einem Ausmaß an SCR-Katalysatorschäden entspricht, die von einer Vielzahl von SCR-Katalysatoren in einer entsprechenden Vielzahl von Fahrzeugnachbehandlungssystemen verursacht wurden, wobei jedes der Vielzahl von Fahrzeugnachbehandlungssystemen dem Nachbehandlungssystem 160 im Wesentlichen ähnlich ist. Darüber hinaus kann das ECM 128 konfiguriert sein, um die kurzfristige kumulative Degradationsschätzung und die langfristige kumulative Degradationsschätzung basierend auf dem Populations-SCR-Katalysator-Schadenssignals zu modifizieren. In einem Beispiel kann die Steuerung 128 das Populations-SCR-Katalysator-Schadenssignal über ein Cloud-Netzwerk oder einen entfernten Server empfangen.
24 veranschaulicht eine andere beispielhafte Implementierung 2400 der Integration von Datenanalytik mit physikalisch basiertem Abbaumodell kombiniert mit einer herkömmlichen PID-Steuerung, wie in 16 gezeigt, gemäß einer Ausführungsform. Die Implementierung 2400 ähnelt der Implementierung 2300, schließt jedoch ein zusätzliches Signal oder einen zusätzlichen Parameter mit der Bezeichnung SCR-Katalysatortemperatur während des Regenerationssignals 2401 als Eingabe für das kumulative Kurzzeitdegradationsmodell ein. Darüber hinaus kann es einen Abbau vor dem Regenerationsmodell 2408 in dieser Implementierung geben.
In einem Beispiel kann das kurzfristige kumulative Abbaumodell 808 ein Schwefelexpositionsmodell sein, um eine Schädigung des SCR-Katalysatorsystems zu bestimmen. Eine Software-Implementierung davon kann die Gesamtbrennstoffverbrennung, die SCR-Leistung einschließen, um die Menge an Schwefelexposition zu bestimmen. Wenn aktiviert, kann dieses Merkmal die Entschwefelung (d. h. Ereignisse zur Schwefelentfernung) als Eingabe zusammen mit der Gesamtbrennstoffverbrennung verwenden. Eine Erweiterung dieses Konzepts für das Modell der kumulativen Schäden kann eine berechnete Schwefelexposition auf der Grundlage des gesamten verbrannten Kraftstoffs zusätzlich zur Zeit- und Temperaturexposition verwenden, um die Schäden am SCR-Katalysatorsystem zu bestimmen. Die Software kann diese Informationen zur Vorhersage der SCR-Leistung verwenden, für die Messungen von Feldrücklaufgeräten und telematikgestützte Datenanalysen Korrekturen für ein einzelnes Fahrzeug liefern können. Die Verwendung einer modellbasierten SCR-NO_x-Umwandlungsleistung (einschließlich kurzfristiger Änderungen der NO_x-Umwandlung bei niedrigen Temperaturen (10 Stunden und mehr)) kann die Ermittlung der Schwefelexposition eines einzelnen Lastkraftwagens (oder einer Teilpopulation) auf der Grundlage der in der größeren Population beobachteten langfristigen kumulativen Degradationstrends unter Verwendung von Datenanalysen ermöglichen.
25 veranschaulicht eine bestehende Implementierung 2500 von modellbasierten Steuerungen in einem Nachbehandlungssystem für eine Echtzeitanlage. Wie gezeigt, schließt 25 ein Echtzeit-Anlagenmodell 2502 ein, das konfiguriert ist, um ein Signal 2503 auszugeben, das ein modellbasiertes Signal dem SCR-Katalysator nachgelagert ist. Dieses Signal kann mit dem Signal von einem Sensor dem SCR-Katalysator nachgelagert durch den ersten Signalmischer 1608 gemischt werden. Ein Ausgangssignal 2505 kann dann der FF-Steuerung 1602 oder der FB-Steuerung 1604 oder dem Schlupfbegrenzungstabellenblock 1606 bereitgestellt werden.
26 veranschaulicht eine beispielhafte Implementierung 2600 der Integration des physikalisch basierten Abbaumodells mit dem Echtzeit-Anlagenmodell 2502 gemäß einer Ausführungsform. Die Implementierung 2600 ist eine Kombination der Implementierung 2500 und 1800. Die Schadensereignisse innerhalb der SCR-Katalysatorsysteme sind abhängig von den internen SCR-Katalysatorbetttemperaturen, und die Verwendung eines SCR-Katalysator-Thermomodells für virtuelle interne Temperatursensoren kombiniert mit physikalisch basierten eingebetteten Schadensmodellen kann die Fähigkeit des Kontrollsystems verbessern, kumulative Schäden im Laufe der Zeit zu verfolgen. Aufgrund der zylindrischen Form von SCR-Katalysatorelementen können die virtuellen internen Temperatursensoren auf zweidimensionale (radiale und axiale) Modelle vereinfacht werden und das eingebettete kumulative Schadensmodell kann innerhalb von radialen und axialen Zonen des zylindrischen SCR-Katalysatorelements angewendet werden. Die gesamte kumulative Schädigung innerhalb des SCR-Katalysatorbetts ist ein Aggregat der lokalen kumulativen Schädigung innerhalb der radialen/axialen Zone.
27 veranschaulicht eine beispielhafte Implementierung 2700 der Integration von Datenanalysen mit einem Echtzeitanlagenmodell und physikalisch basierten Abbaumodellen (808 und 810) und einer herkömmlichen PID-Steuerung gemäß einer Ausführungsform. Die Implementierung 2700 ist eine Kombination der Implementierung 2600 und 2300. Wie zu sehen ist, werden die Datenanalyseblöcke 2302, 2304 und 2306 den kurzfristigen und langfristigen kumulativen Abbaumodellen 808 und 810 bereitgestellt, deren Ausgänge ferner als Eingabe in das Echtzeit-Anlagenmodell 2502 angegeben sind. In einem Beispiel wird auch maschinelles Lernen zusammen mit den Datenanalyseblöcken verwendet. Diese Implementierung ermöglicht es, dass die modellbasierten Steuerungen auch als digitale Doppelsteuerungen bezeichnet werden, wobei die kumulativen Schadensmodelle 808 und 810 auf unterschiedlichen Zeitskalen arbeiten. Zum Beispiel können die modellbasierten Steuerungen in einer Zeitskala von Millisekunden arbeiten, während das Kurzzeitmodell 808 und das Langzeitmodell 810 oder ein Echtzeitanlagenmodell, das später in der Spezifikation gezeigt wird, in einer Zeitskala von Stunden arbeiten kann und die Datenanalytik auf einer Zeitskala von Wochen oder Monaten ausgeführt wird.
Es sollte in Bezug auf alle vorstehenden Ausführungsformen angemerkt werden, dass das physikalisch basierte Degradationsmodell oder ein kumulatives Schadensmodell dazu konfiguriert ist, verschiedene Arten von Daten zu extrahieren, zu speichern und zu organisieren, einschließlich, aber nicht beschränkt auf SCR-Katalysatortemperatur, Kraftstofffluss, Abgas-Durchsatzrate, Abgaszusammensetzung, Soll-SCR-Katalysatortemperatur, Ammoniak-zu-NO_x-Verhältnis von verschiedenen Arten von Sensoren, die in einem Nachbehandlungssystem eines einzelnen von mehreren Fahrzeugen enthalten sind. Darüber hinaus ist das physikalisch basierte Degradationsmodell konfiguriert, um Daten, die sich auf den Degradationsfaktor, den Arbeitszyklus, den Fahrzyklus, die Lastfaktoren, andere Leistungsindikatoren für die frühe Lebensphase, die mittlere Lebensphase und das Lebensende für ein einzelnes Fahrzeug oder mehrere Fahrzeuge beziehen, zu extrahieren, zu speichern und zu organisieren. Darüber hinaus ist das offenbarte physikalisch basierte Degradationsmodell dazu konfiguriert, NO_x-Reduktionsdaten, die sich auf verschiedene Nachbehandlungssystemregime beziehen, zu extrahieren, zu speichern und zu organisieren. Jedes oder alle davon können unter Verwendung von Datenanalysen oder cloudbasierten Systemen oder On-Board-Analysen oder Hardware oder Software oder maschinellem Lernen oder künstlicher Intelligenz oder einer beliebigen Kombination davon extrahiert, gesammelt, gespeichert und/oder organisiert werden.
Es gilt zu beachten, dass der Begriff „Beispiel“, wie hierin zur Beschreibung verschiedener Ausführungsformen verwendet, angeben soll, dass solche Ausführungsformen mögliche Beispiele, Veranschaulichungen und/oder Abbildungen möglicher Ausführungsformen sind (und dass ein solcher Begriff nicht notwendigerweise darauf schließen lassen soll, dass solche Ausführungsformen außergewöhnliche oder hervorragende Beispiele sind).
Wie hierin verwendet, bedeuten die Begriffe „etwa“ und „ungefähr“ im Allgemeinen plus oder minus 10 % des angegebenen Werts. Beispielsweise würde „etwa 0,5“ die Werte 0,45 und 0,55 einschließen, „etwa 10“ würde 9 bis 11 einschließen, „etwa 1000“ würde 900 bis 1100 einschließen.
Der hierin verwendete Begriff „gekoppelt“ und dergleichen bedeutet die direkte oder indirekte Verbindung von zwei Elementen miteinander. Dieses Verbinden kann stationär (z. B. permanent) oder beweglich (z. B. abnehmbar oder lösbar) geschehen. Eine solche Verbindung kann dadurch erreicht werden, dass die beiden Elemente, oder die beiden Elemente und beliebige weitere Zwischenelemente, einstückig als ein einheitlicher Körper miteinander ausgebildet werden, oder dadurch, dass die beiden Elemente, oder die beiden Elemente und beliebige weitere Zwischenelemente, aneinander befestigt werden.
Der Begriff „Katalysator“ kann in dieser Patentschrift verwendet werden, um „SCR-Katalysator“ zu bedeuten.
Der Begriff „kurzfristiges kumulatives Abbaumodell“ kann alternativ mit dem Begriff „Kurzzeitmodell“ in dieser Patentschrift verwendet werden.
Der Begriff „langfristiges kumulatives Abbaumodell“ kann alternativ mit dem Begriff „Langzeitmodell“ in dieser Patentschrift verwendet werden.
Es sei darauf hingewiesen, dass der Aufbau und die Anordnung der verschiedenen, beispielhaften Ausführungsformen lediglich der Veranschaulichung dienen. Obwohl nur einige Ausführungsformen in dieser Offenbarung ausführlich beschrieben wurden, erkennt der Fachmann beim Lesen dieser Offenbarung unschwer, dass viele Modifikationen möglich sind (z. B. Variationen in Größen, Abmessungen, Strukturen, Formen und Proportionen der verschiedenen Elemente; Werte von Parametern, Montageanordnungen; Verwendung von Materialien, Farben, Ausrichtungen usw.), ohne wesentlich von den neuen Lehren und Vorteilen des offenbarten Gegenstands abzuweichen. Zusätzlich versteht es sich, dass Merkmale aus einer hierin offenbarten Ausführungsform mit Merkmalen von anderen hierin offenbarten Ausführungsformen kombiniert werden können, wie es einem Fachmann bekannt ist. Weitere Ersetzungen, Modifikationen, Änderungen und Auslassungen können ebenfalls an der Konstruktion, den Betriebsbedingungen und der Anordnung der verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen vorgenommen werden, ohne vom Umfang der vorliegenden Ausführungsformen abzuweichen.
Obgleich diese Beschreibung viele spezielle Ausführungseinzelheiten enthält, sollten diese nicht als Einschränkung des Umfangs der Ausführungsformen oder der Ansprüche gedacht sein, sondern vielmehr als Beschreibungen von Merkmalen, die für bestimmte Ausführungen von bestimmten Ausführungsformen spezifisch sind. Bestimmte, in dieser Patentschrift im Kontext separater Ausführungen beschriebene Merkmale können auch in Kombination in einer einzigen Ausführung umgesetzt werden. Im Gegensatz dazu können verschiedene, im Kontext einer einzigen Ausführung beschriebene Merkmale auch in mehreren Ausführungen separat oder in einer beliebigen, geeigneten Unterkombination umgesetzt werden. Obwohl Merkmale vorstehend so beschrieben sein können, dass sie in bestimmten Kombinationen wirksam sind und auch anfänglich als solche beansprucht sein können, können zudem ein oder mehrere Merkmale aus einer beanspruchten Kombination in manchen Fällen aus der Kombination ausgesondert werden, und die beanspruchte Kombination kann sich auf eine Unterkombination oder Variation einer Unterkombination beziehen.
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 62988755 [0001]
US 8726723 B2 [0048]

Claims

Steuerung zum Steuern des Betriebs eines Nachbehandlungssystems, das konfiguriert ist, um Bestandteile eines von einem Motor erzeugten Abgases zu behandeln, wobei das Nachbehandlungssystem einen Katalysator für selektive katalytische Reduktion (SCR-Katalysator) einschließt, wobei die Steuerung konfiguriert ist, um: eine kurzfristige kumulative Degradationsschätzung des SCR-Katalysators zu erzeugen, der einem reversiblen Abbau des SCR-Katalysators aufgrund von Schwefel und/oder Kohlenwasserstoffen entspricht, basierend auf einem SCR-Katalysatortemperaturparameter; eine langfristige kumulative Abschätzung der Degradation des SCR-Katalysators entsprechend der thermischen Alterung des SCR-Katalysators auf der Grundlage des SCR-Katalysator-Temperaturparameters zu erzeugen; eine kombinierte Degradationsschätzung des SCR-Katalysators basierend auf der kurzfristigen kumulativen Degradationsschätzung und der langfristigen kumulativen Abbauschätzung zu erzeugen; und eine Menge an Reduktionsmittel und/oder eine Menge an Kohlenwasserstoffen einzustellen, die in das Nachbehandlungssystem eingeführt werden, basierend auf der kombinierten Degradationsschätzung.
Steuerung nach Anspruch 1, wobei: der SCR-Katalysatortemperaturparameter eine Einlassabgabetemperatur an einem Einlass des SCR-Katalysators, eine Auslassabgabetemperatur an einem Auslass des SCR-Katalysators oder eine SCR-Katalysatortemperatur des SCR-Katalysators umfasst.
Steuerung nach Anspruch 2, wobei der SCR-Katalysatortemperaturparameter unter Verwendung eines physischen Temperatursensors bestimmt wird.
Steuerung nach Anspruch 2, wobei die SCR-Katalysatortemperatur basierend auf Betriebsparametern des Abgases berechnet wird.
Steuerung nach Anspruch 1, ferner konfiguriert zum: Modifizieren gespeicherter Ammoniakschlupfdaten, die dem Ammoniakschlupf durch den SCR-Katalysator relativ zu einer SCR-Katalysatortemperatur entsprechen, basierend auf mindestens der kombinierten Abbauschätzung, und Einstellen der Menge an Reduktionsmittel und/oder der Menge an Kohlenwasserstoffen, die in das Nachbehandlungssystem eingeführt werden, basierend auf den modifizierten gespeicherten Ammoniakschlupfdaten.
Steuerung nach Anspruch 1, ferner konfiguriert zum: Modifizieren gespeicherter Kohlenwasserstoffschlupfdaten, die einem Kohlenwasserstoffschlupf durch den DOC-Katalysator relativ zu einer DOC-Katalysatortemperatur entsprechen, basierend auf mindestens der kombinierten Abbauschätzung, und Anpassen der Menge an Kohlenwasserstoffen, die in das Nachbehandlungssystem eingefügt werden, basierend auf den modifizierten gespeicherten Kohlenwasserstoffschlupfdaten.
Steuerung nach Anspruch 6, wobei die Steuerung ferner konfiguriert ist zum: Modifizieren der gespeicherten Ammoniakschlupfdaten als Reaktion auf: einen Sollwert einer SCR-Katalysatortemperatur des SCR-Katalysators oder eines Verhältnisses von Ammoniak zu NO_x, eine Abgas-Durchsatzrate, eine SCR-Katalysatoreinlasstemperatur an einem Einlass des SCR-Katalysators, und eine Abgaszusammensetzung des Abgases.
Steuerung nach Anspruch 1, ferner konfiguriert zum: Empfangen eines Populations-SCR-Katalysatorschadenssignals, das dem Ausmaß des SCR-Katalysatorschadens entspricht, den eine Vielzahl von Fahrzeug-SCR-Katalysatoren aufweist, die in einer entsprechenden Vielzahl von Fahrzeugnachbehandlungssystemen enthalten sind, wobei jedes aus der Vielzahl von Fahrzeugnachbehandlungssystemen dem Nachbehandlungssystem im Wesentlichen ähnlich ist, und Modifizieren der kurzfristigen kumulativen Degradationsschätzung und der langfristigen kumulativen Degradationsschätzung basierend auf dem Signal.
Steuerung nach Anspruch 8, wobei das Populations-SCR-Katalysatorschadenssignals von der Steuerung über ein Cloud-Netzwerk oder einen entfernten Server empfangen wird.
Steuerung nach Anspruch 1, wobei die Steuerung funktionsfähig mit einem Telematiksystem gekoppelt ist.
Steuerung nach Anspruch 10, ferner konfiguriert zum: Bestimmen eines Alterungswerts des SCR-Katalysators basierend auf der kombinierten Degradationsschätzung des SCR-Katalysators und Übertragen des Alterungswerts des SCR-Katalysators an das Telematiksystem zum Einstellen einer präventiven Wartungswarnung.
Verfahren für eine Steuerung zum Steuern des Betriebs eines Nachbehandlungssystems, das konfiguriert ist, um Bestandteile eines von einem Motor erzeugten Abgases zu behandeln, wobei das Nachbehandlungssystem einen SCR-Katalysator für selektive katalytische Reduktion (SCR) oder einen Dieseloxidationskatalysator einschließt, das Verfahren umfassend: Erzeugen einer kurzfristigen kumulativen Degradationsschätzung des SCR-Katalysators, der einem reversiblen Abbau des SCR-Katalysators aufgrund von Schwefel und/oder Kohlenwasserstoffen entspricht, basierend auf einem SCR-Katalysatortemperaturparameter; Erzeugen einer langfristigen kumulativen Degradationsschätzung des SCR-Katalysators entsprechend der thermischen Alterung des SCR-Katalysators, basierend auf dem SCR-Katalysatortemperaturparameter, Erzeugen einer kombinierten Degradationsschätzung des SCR-Katalysators basierend auf der kurzfristigen kumulativen Degradationsschätzung und der langfristigen kumulativen Degradationsschätzung; und Einstellen einer Menge an Reduktionsmittel und/oder einer Menge an Kohlenwasserstoffen, die in das Nachbehandlungssystem eingeführt werden, basierend auf der kombinierten Degradationsschätzung.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei: der SCR-Katalysatortemperaturparameter eine Einlassabgabetemperatur an einem Einlass des SCR-Katalysators, eine Auslassabgabetemperatur an einem Auslass des SCR-Katalysators oder eine SCR-Katalysatortemperatur des SCR-Katalysators umfasst.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei der SCR-Katalysatortemperaturparameter unter Verwendung eines physischen Temperatursensors bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei der SCR-Katalysatortemperaturparameter basierend auf Betriebsparametern des Abgases berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 12, umfassend: Modifizieren gespeicherter Ammoniakschlupfdaten, die dem Ammoniakschlupf durch den SCR-Katalysator relativ zu einer SCR-Katalysatortemperatur entsprechen, basierend auf mindestens der kombinierten Degradationsschätzung, und Einstellen der Menge an Reduktionsmittel und/oder der Menge an Kohlenwasserstoffen, die in das Nachbehandlungssystem eingeführt werden, basierend auf den modifizierten gespeicherten Ammoniakschlupfdaten.
Verfahren nach Anspruch 12, ferner umfassend: Modifizieren gespeicherter Kohlenwasserstoffschlupfdaten, die einem Kohlenwasserstoffschlupf durch den DOC-Katalysator relativ zu einer DOC-Katalysatortemperatur entsprechen, basierend auf mindestens der kombinierten Degradationsschätzung, und Einstellen der Menge an Reduktionsmittel und/oder der Menge an Kohlenwasserstoffen, die in das Nachbehandlungssystem eingeführt werden, basierend auf den modifizierten gespeicherten Kohlenwasserstoffschlupfdaten.
Verfahren nach Anspruch 16, umfassend: Modifizieren der gespeicherten Ammoniakschlupfdaten als Reaktion auf: einen Sollwert einer SCR-Katalysatortemperatur des SCR-Katalysators oder eines Verhältnisses von Ammoniak zu NO_x, eine Abgas-Durchsatzrate, eine SCR-Katalysatoreinlasstemperatur an einem Einlass des SCR-Katalysators, und eine Abgaszusammensetzung des Abgases.
Verfahren nach Anspruch 12, umfassend: Empfangen eines Populations-SCR-Katalysatorschadenssignals, die einer Menge an SCR-Katalysatorschäden entspricht, die von einer Vielzahl von Fahrzeug-SCR-Katalysatoren, die in einer jeweiligen Vielzahl von Fahrzeugnachbehandlungssystemen enthalten sind, wobei jedes der Vielzahl von Fahrzeugnachbehandlungssystemen im Wesentlichen dem Nachbehandlungssystem ähnlich ist, und Modifizieren der kurzfristigen kumulativen Degradationsschätzung und der langfristigen kumulativen Degradationsschätzung basierend auf dem Signal.
Verfahren nach Anspruch 19, umfassend: Empfangen des Populations-SCR-Katalysatorschadenssignals durch die Steuerung über ein Cloud-Netzwerk oder einen entfernten Server.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Steuerung betriebsfähig mit einem Telematiksystem gekoppelt ist.
Verfahren nach Anspruch 12, ferner umfassend: Bestimmen eines Alterungswerts des SCR-Katalysators basierend auf der kombinierten Degradationsschätzung des SCR-Katalysators, und Übertragen des Alterungswerts des SCR-Katalysators an das Telematiksystem zum Einstellen einer präventiven Wartungswarnung.