DE102010022756B4

DE102010022756B4 - Verfahren zum Überwachen der NOx-Reduktionsleistung eines HC-SCR-Katalysators für Mager-Abgasanwendungen

Info

Publication number: DE102010022756B4
Application number: DE102010022756.0A
Authority: DE
Inventors: Michael B. Viola; Steven J. Schmieg; Thompson M. Sloane; David L. Hilden; Patricia A. Mulawa; Jong H. Lee; Shi-wai S. Cheng
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2009-06-09
Filing date: 2010-06-04
Publication date: 2015-12-17
Anticipated expiration: 2030-06-05
Also published as: US8186151B2; DE102010022756A1; US20100307140A1; CN101922339A; CN101922339B

Abstract

Verfahren zum Auslösen eines Regenerationsmodus in einer Vorrichtung (320, 420, 520) für selektive katalytische Reduktion eines Nachbehandlungssystems (300, 400, 500) unter Nutzen von Kohlenwasserstoffen als Reduktionsmittel, umfassend: Überwachen einer Temperatur in dem Nachbehandlungssystem (300, 400, 500); Überwachen einer Kraftstoffdosierrate zu der Vorrichtung (320, 420, 520) für selektive katalytische Reduktion; Überwachen eines anfänglichen Umwandlungswirkungsgrads; Erzeugen mehrerer Gleichungen durch Anpassen einer Kurve an Testdaten, um Änderungen des Umwandlungswirkungsgrads der Vorrichtung (320, 420, 520) für selektive katalytische Reduktion über der Zeit zu schätzen, wobei jede Gleichung für einen jeweiligen Temperaturbereich definiert ist; Wählen einer der mehreren Gleichungen beruhend auf der überwachten Temperatur und der überwachten Kraftstoffdosierrate; Schätzen von Änderungen des Umwandlungswirkungsgrads beruhend auf der Gleichung und dem anfänglichen Umwandlungswirkungsgrad; und Auslösen eines Regenerationsmodus für die Vorrichtung (320, 420, 520) für selektive katalytische Reduktion beruhend auf den geschätzten Änderungen des Umwandlungswirkungsgrads.

Description

Die U.S.-Regierung hat eine bezahlte Lizenz an dieser Erfindung und das Recht, unter bestimmten Umständen vom Patentinhaber zu fordern, zu angemessenen Bedingungen, die durch die Bedingungen der vom U.S.-Energieministerium vergebenen Kooperationsvereinbarung Nr. DE-FC26-02NT41218 vorgesehen sind, anderen eine Lizenz zu gewähren.
Technisches Gebiet
Diese Offenbarung betrifft die Steuerung von Nachbehandlung von NOx-Emissionen bei Verbrennungsmotoren.
Hintergrund
Die Angaben in diesem Abschnitt sehen lediglich Hintergrundinformationen bezüglich der vorliegenden Offenbarung vor und stellen eventuell nicht den Stand der Technik dar.
Die Schadstoffbegrenzung ist ein wichtiger Faktor beim Motorenbau und der Motorsteuerung. NOx, ein bestimmtes Nebenprodukt der Verbrennung, wird durch in der Motoransaugluft vorhandene Stickstoff- und Sauerstoffmoleküle erzeugt, die sich bei den hohen Verbrennungstemperaturen abspalten. Die Raten der NOx-Erzeugung umfassen bekannte Beziehungen zu dem Verbrennungsprozess, wobei zum Beispiel höhere Raten der NOx-Erzeugung mit höheren Verbrennungstemperaturen und einem längeren Einwirken der höheren Temperaturen auf die Luftmoleküle in Verbindung stehen. Die Reduktion von im Verbrennungsprozess erzeugtem NOx und die Steuerung von NOx in einem Abgasnachbehandlungssystem sind beim Fahrzeugbau Prioritäten.
Sobald NOx-Moleküle in dem Brennraum erzeugt werden, können sie in beispielhaften Vorrichtungen, die im Stand der Technik innerhalb der breiteren Kategorie der Nachbehandlungsvorrichtungen bekannt sind, zurück zu Stickstoff- und Sauerstoffmolekülen umgewandelt werden. Ein Durchschnittsfachmann wird aber verstehen, dass Nachbehandlungsvorrichtungen zum großen Teil von Betriebsbedingungen abhängig sind, beispielsweise der von Abgasstromtemperaturen gesteuerten Vorrichtungsbetriebstemperatur.
Moderne Motorsteuerverfahren nutzen verschiedene Betriebsstrategien, um die Verbrennung zu optimieren. Manche Betriebsstrategien, die die Verbrennung hinsichtlich der Kraftstoffwirtschaftlichkeit optimieren, umfassen magere, örtlich begrenzte oder geschichtete Verbrennung in dem Brennraum, um die Kraftstofffüllung zu verringern, die zum Erreichen der von dem Zylinder geforderten Arbeitsleistung nötig ist. Während die Temperaturen in dem Brennraum in Verbrennungstaschen hoch genug werden können, um signifikante Mengen an NOx zu erzeugen, kann die gesamte Energieabgabe des Brennraums, insbesondere die von dem Motor durch den Abgasstrom abgegebene Wärmeenergie, gegenüber normalen Werten stark verringert sein. Solche Bedingungen können für Abgasnachbehandlungsstrategien eine Herausforderung darstellen, da wie vorstehend erwähnt die Nachbehandlungsvorrichtungen häufig eine erhöhte Betriebstemperatur erfordern, die von der Abgasstromtemperatur gesteuert wird, um zum Behandeln von NOx-Emissionen angemessen zu arbeiten.
Es sind zum Beispiel Nachbehandlungsvorrichtungen bekannt, die Katalysatoren zum Behandeln des Abgasstroms und Katalysatoren, die eine gewisse Menge NOx steuern können, nutzen, und es wurden Motorsteuerungstechnologien entwickelt, um diese NOx-Filter oder NOx-Adsorber mit kraftstoffsparenden Motorsteuerungsstrategien zu kombinieren, um Kraftstoffwirkungsgrad zu verbessern und immer noch annehmbare NOx-Emissionswerte zu erreichen. Eine beispielhafte Strategie umfasst das Nutzen eines NOx-Filters, um NOx-Emissionen während kraftstoffmageren Betrieben zu speichern, und dann das Entfernen des gespeicherten NOx während kraftstoffreichen Motorbetriebsbedingungen höherer Temperatur mit herkömmlicher Dreiwegekatalyse zu Stickstoff und Wasser. Katalysatoren und NOx-Filter sind aber von Eigenschaften des Abgases abhängig, um effizient zu arbeiten. Diese Verfahren können einschränkend für den Temperatur- und Motorbereich sein. Zum zusätzlichen Behandeln des Abgasstroms unter Nutzen eines Reduktionsmittels ist eine Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion bekannt (SCR), die die Nachbehandlungsfähigkeiten des Nachbehandlungssystems erweitert.
Eine bekannte SCR-Konfiguration nutzt Ammoniak, das aus Harnstoffeinspritzung erhalten oder aus einem Normalbetrieb einer Dreiwegekatalysatorvorrichtung zurückgewonnen wird, als Reaktionsmittel zum Behandeln von NOx. Eine andere bekannte Konfiguration nutzt eine Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion mittels Kohlenwasserstoffen (HC-SCR), bei der unverbrannte Kohlenwasserstoffe, die entweder den Abgasstrom eingespritzt werden oder von dem Brennraum durchbefördert werden, als Reduktionsmittel zum Behandeln von NOx genutzt werden. Bei jedem Verfahren ist eine präzise Dosierung des Reduktionsmittels wichtig für die ordnungsgemäße Funktion der Vorrichtung. Ferner sind SCR von der ordnungsgemäßen Funktion des Katalysators in der Vorrichtung abhängig. Es können Bedingungen auftreten, die den Wirkungsgrad des Katalysators verringern. Ein bestimmtes Beispiel umfasst bei Dieselanwendungen Dieselkraftstoff- oder Schwefelvergiftung der Katalysatoren. Solche Bedingungen können häufig behoben werden, zum Beispiel durch einen Regenerationszyklus, wenn sie detektiert werden. Ein beispielhaftes Verfahren, um vergiftete oder anderweit nicht funktionierende Katalysatoren zu verfolgen und zu diagnostizieren, besteht darin, die Umwandlung von NOx in der Vorrichtung oder den Umwandlungswirkungsgrad der Vorrichtung zu überwachen. Solche Diagnosen erfordern das Überwachen von Parametern, die eine NOx-Behandlung anzeigen.
Ein NOx-Sensor oder ein Sauerstoffsensor erhöhen die Kosten und das Gewicht eines Fahrzeugs, und solche Sensoren erfordern häufig einen bestimmten Betriebstemperaturbereich, der nach einer gewissen Aufwärmzeit erreicht wird, um zu funktionieren. Es gibt Verfahren, um Rohemissions-NOx mittels detaillierter Verbrennungsmodellierung unter Verwenden eines Wärmefreisetzungsmodells, eines Mehrzonenverbrennungsmodells und von chemischen kinetischen Gleichungen nach Zodovich zu schätzen. Diese detaillierte Modellierung ist zwar gut für die Analyse, könnte aber aufgrund von komplizierten Programmierungs- und Kalibrierungsanforderungen für fahrzeugeigene Motorsteuermodul(ECM)-Anwendungen nicht geeignet sein. Zudem sind solche Modelle bezüglich Toleranz und Alterung der Sensoren empfindlich, stellen eine große rechnerische Belastung für das ECM dar und erfordern Verarbeitungszeit, die Ergebnisse nicht in Echtzeit liefert.
Aus der US 2008/0104946 A1 ist Verfahren zum Auslösen eines Regenerationsmodus in einer Vorrichtung für katalytische Reduktion eines Nachbehandlungssystems unter Nutzen von Kohlenwasserstoffen als Reduktionsmittel bekannt, bei dem eine Temperatur in dem Nachbehandlungssystem überwacht wird, eine Kraftstoffdosierrate zu der Vorrichtung für katalytische Reduktion überwacht wird, ein anfänglicher Umwandlungswirkungsgrad überwacht wird, eine Gleichung verwendet wird, um Änderungen des Umwandlungswirkungsgrads der Vorrichtung für katalytische Reduktion beruhend auf der überwachten Temperatur und der überwachten Kraftstoffdosierrate zu schätzen, und ein Regenerationsmodus für die Vorrichtung für katalytische Reduktion beruhend auf den geschätzten Änderungen des Umwandlungswirkungsgrads ausgelöst wird.
Die DE 10 2006 056 857 A1 beschreibt ein Verfahren, bei dem in einer Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion eines Nachbehandlungssystems ein Regenerationsmodus ausgelöst wird, wenn ein Umwandlungswirkungsgrad der Vorrichtung unterhalb eines vorbestimmten Wertes liegt.
Ferner ist in der DE 101 35 759 A1 ein Verfahren beschrieben, bei dem ein in Echtzeit ermittelter Umwandlungswirkungsgrad eines Katalysators mit einer Referenzkurve verglichen wird, um die Katalysatorleistung zu ermitteln.
Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Auslösen eines Regenerationsmodus bzw. zum Schätzen eines Umwandlungswirkungsgrads in einer Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion zu schaffen, das eine möglichst schnelle Schätzung des Umwandlungswirkungsgrads gestattet, ohne dass eine solche im Betrieb befindliche Vorrichtung NOx- oder Sauerstoffsensoren verwendet.
Zusammenfassung
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen der Ansprüche 1 oder 9.
Ein Nachbehandlungssystem umfasst eine Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion, die Kohlenwasserstoffe als Reduktionsmittel nutzt. Ein Verfahren zum Auslösen eines Regenerationsmodus in der Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion umfasst das Überwachen einer Temperatur in dem Nachbehandlungssystem, das Überwachen einer Kraftstoffdosierrate zu der Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion, das Überwachen eines anfänglichen Umwandlungswirkungsgrads, das Wählen einer ermittelten Gleichung, um Änderungen eines Umwandlungswirkungsgrads der Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion beruhend auf der überwachten Temperatur und der überwachten Kraftstoffdosierrate zu schätzen, das Schätzen von Änderungen des Umwandlungswirkungsgrads beruhend auf der ermittelten Gleichung und dem anfänglichen Umwandlungswirkungsgrad und das Auslösen eines Regenerationsmodus für die Vorrichtung für selektive katalytische Reduktion beruhend auf den geschätzten Änderungen des Umwandlungswirkungsgrads.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nun werden eine oder mehrere Ausführungsformen beispielhaft unter Bezug auf die Begleitzeichnungen beschrieben, wobei:
1 schematisch ein beispielhaftes Verbrennungsmotor- und Steuersystem darstellt, das gemäß der vorliegenden Offenbarung konstruiert wurde;
2 schematisch ein beispielhaftes Nachbehandlungssystem, das die Konfiguration einer HC-SCR-Vorrichtung umfasst, gemäß der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht;
3 graphisch beispielhafte Ergebnisse eines HC-SCR-Katalysators darstellt, der einer Anzahl von Kohlenwasserstoffreduktionsmitteln bei unterschiedlichen Temperaturen ausgesetzt wurde, gemäß der vorliegenden Offenbarung;
4 graphisch beispielhafte Testergebnisse eines Katalysators, der in zwei Temperaturbereichen betrieben wird, und die sich ergebenden Wirkungen für den Umwandlungswirkungsgrad gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt;
5 und 6 graphisch beispielhafte Testergebnisse und ermittelte Gleichungen zeigt, die das Verhalten der Testergebnisse darstellen und durch ein Kurvenanpassungsverfahren gemäß der vorliegenden Offenbarung erreicht werden;
5 Daten darstellt, die von einem unter konstanter Kraftstoffdosierung von Kohlenwasserstoffen bei einer konstanten Abgastemperatur arbeitenden Katalysator gemäß der vorliegenden Offenbarung erfasst werden;
6 Daten darstellt, die von einem unter konstanter Kraftstoffdosierung mit steigender Temperatur arbeitenden Katalysator gemäß der vorliegenden Offenbarung erfasst werden;
7 bis 9 schematisch Temperaturmessungen darstellen, die an verschiedenen Punkten in dem Nachbehandlungssystem gemäß der vorliegenden Offenbarung genommen werden;
7 graphisch ein Nachbehandlungssystem gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt, das einen stromaufwärts befindlichen Temperatursensor umfasst;
8 graphisch ein Nachbehandlungssystem gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt, das einen im Katalysator befindlichen Temperatursensor umfasst;
9 graphisch ein Nachbehandlungssystem gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt, das einen stromabwärts befindlichen Temperatursensor umfasst;
10 schematisch ein beispielhaftes NOx-Modellmodul gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt, das in einem Motorsteuermodul genutzt wird und eine Schätzung einer NOx-Erzeugung ermittelt;
11 graphisch eine beispielhafte Massenanteilverbrennungskurve gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt;
12 schematisch einen beispielhaften Zylinderdruck gemäß der vorliegenden Offenbarung, der gegen Kurbelwinkel während eines Verbrennungsprozesses aufgetragen ist, veranschaulicht;
13 eine Anzahl unterschiedlicher Temperaturen darstellt, die gemäß der vorliegenden Offenbarung in dem Brennraum schätzbar sind und wichtig für das Beschreiben des Verbrennungsprozesses sind;
14 eine graphische Darstellung von beispielhaften modellierten Ergebnissen gemäß der vorliegenden Offenbarung ist, die die standardisierten Wirkungen einer Anzahl von Eingaben zu den NOx-Emissionen unter einer vorgegebenen Reihe von Bedingungen beschreiben; und
15 schematisch ein beispielhaftes System gemäß der vorliegenden Offenbarung darstellt, das eine Schätzung der NOx-Erzeugung erzeugt, Modelle in einem neuronalen Netz nutzt, um Schätzungen der NOx-Erzeugung zu erzeugen, und ein dynamisches Modellmodul umfasst, um Schätzungen der NOx-Erzeugung für die Wirkungen von dynamischen Motor- und Fahrzeugbedingungen auszugleichten.
Eingehende Beschreibung
Unter Bezug nun auf die Zeichnungen, bei denen das Gezeigte lediglich dem Zweck des Veranschaulichens bestimmter beispielhafter Ausführungsformen und nicht dem Zweck des Beschränkens derselben dient, ist 1 eine Schnittdarstellung eines beispielhaften Dieselmotors gemäß der vorliegenden Offenbarung. Der Motor 10 umfasst herkömmlicherweise mehrere Zylinder 12, die darin Hubkolben 14, die mit einer Kurbelwelle 16 verbunden sind, aufweisen. Diese Offenbarung ist im Allgemeinen auf Viertakt-Kompressionszündungsmotoren mit Direkteinspritzung anwendbar. Die Enden des Zylinders sind durch einen Zylinderkopf 18 verschlossen, so dass die Zylinder und Kolben Brennräume 20 veränderlichen Volumens festlegen.
Der Zylinderkopf ist mit Einlassventilen 22 versehen, die die zeitlichen Einstellungen und das Strömen von Ansaugluft in die Zylinder während Ansaugtakten der Kolben steuern. Auslassventile 24 in dem Zylinderkopf steuern die zeitlichen Einstellungen und das Strömen von Abgasprodukten von den Brennräumen während der Auspufftakte der Kolben. In dem gezeigten Motor befinden sich zwei Einlassventile und zwei Auslassventile für jeden Zylinder, doch kann jede geeignete Anzahl an Ventilen, die für den Betrieb des Motors vorgesehen sind, gemäß der Offenbarung verwendet werden.
Die Einlass- und die Auslassventile werden durch separate Ventilbetätigungsvorrichtungen 26, 28 betätigt. Die Ventilbetätigungsvorrichtungen betreiben ausschließlich ihre jeweiligen Einlass- und Auslassventile, aber beide werden von der Kurbelwelle 16 durch eine Steuerkette 30 angetrieben.
Der beispielhafte Motor 10 umfasst einen Gussmetall-Motorblock mit mehreren darin ausgebildeten Zylindern und einem Motorkopf. Der Motorblock umfasst vorzugsweise Kühlmittelkanäle 32, durch die Motorkühlfluid strömt. Ein Kühlmittel-Temperatursensor, der zum Überwachen von Temperatur des Kühlfluids dient, ist an einer geeigneten Stelle positioniert und sieht eine parametrische Signaleingabe zu einem Steuersystem vor, die die bei der Motorsteuerung nützliche Motorbetriebstemperatur anzeigt. Der Motor umfasst vorzugsweise bekannte Systeme, einschließlich eines Ventils für externe Abgasrückführung (AGR) und einer Ansaugluftdrosselklappe (nicht gezeigt).
Jeder Kolben 14 ist mittels eines Bolzens und einer Pleuelstange mit der Kurbelwelle 16 verbunden. Die Kurbelwelle 16 ist an einer Hauptlagerfläche nahe einem unteren Teil des Motorblocks drehbar an dem Motorblock angebracht, so dass die Kurbelwelle um eine Achse drehen kann, die senkrecht zu einer durch jeden Zylinder festlegten Längsachse ist. Ein (nicht gezeigter) Kurbelwellenwinkelgeber ist an einer geeigneten Stelle platziert, wobei er zum Erzeugen eines Signals dient, das durch das Steuergerät zum Messen von Kurbelwinkel verwendbar ist und das umwandelbar ist, um Maße für Kurbelwellendrehung, Drehzahl und Beschleunigung zu liefern, die bei verschiedenen Steuerabläufen verwendbar sind. Während des Betriebs des Motors bewegt sich jeder Kolben 14 in dem Zylinder aufgrund der Verbindung mit und Drehung der Kurbelwelle 16 sowie aufgrund des Verbrennungsprozesses hin- und herbewegend auf und ab. Der Drehvorgang der Kurbelwelle bewirkt eine Umwandlung einer linearen Kraft, die auf jeden Kolben während der Verbrennung ausgeübt wird, in eine Winkeldrehmomentabgabe von der Kurbelwelle, die auf eine andere Vorrichtung, z. B. einen Fahrzeugantriebsstrang, übertragen werden kann.
Der Motorkopf umfasst eine Gussmetallvorrichtung, die ein oder mehrere Einlasskanäle und ein oder mehrere Auslasskanäle aufweist, die zu dem Brennraum 20 verlaufen. Der Einlasskanal liefert dem Brennraum 20 Luft. Verbrennungsgase (verbrannte Gase) strömen mittels des Auslasskanals von dem Brennraum 20. Das Strömen von Luft durch jeden Einlasskanal wird durch Betätigung des einen oder der mehreren Einlassventile 22 gesteuert. Das Strömen von Verbrennungsgasen durch jeden Auslasskanal wird durch Betätigung eines oder mehrerer Auslassventile 24 gesteuert.
Die Einlass- und Auslassventile 22, 24 weisen jeweils einen Kopfabschnitt auf, der einen oberen Abschnitt umfasst, der dem Brennraum ausgesetzt ist. Jedes der Ventile 22, 24 weist einen Schaft auf, der mit einer Ventilbetätigungsvorrichtung verbunden ist. Eine Ventilbetätigungsvorrichtung 26 dient zum Steuern des Öffnens und Schließens jedes der Einlassventile 22, und eine zweite Ventilbetätigungsvorrichtung 28 dient zum Steuern des Öffnens und Schließens jedes der Auslassventile 24. Jede der Ventilbetätigungsvorrichtungen 26, 28 umfasst eine Vorrichtung, die mit dem Steuersystem signalverbunden ist und zum Steuern von zeitlichen Einstellungen, Dauer und Größenordnung des Öffnens und Schließens jedes Ventils, entweder gemeinsam oder einzeln, dient. Eine Ausführungsform des beispielhaften Motors umfasst ein System mit zwei oben liegenden Nockenwellen, das Vorrichtungen für eine variable Hubsteuerung (VLC, kurz vom engl. Variable Lift Control) und eine variable Nockenphaseneinstellung (VCP, kurz vom engl. Variable Cam Phasing) als Teil der Ventilbetätigungsvorrichtungen 26, 28 umfasst. VCP-Vorrichtungen dienen zum Steuern der Zeiten des Öffnens und Schließens jedes Einlassventils und jedes Auslassventils im Verhältnis zur Drehstellung der Kurbelwelle und öffnen jedes Ventil eine feste Kurbelwinkeldauer lang. VLC-Vorrichtungen dienen zum Steuern der Größenordnung des Ventilhubs zu einer von zwei Positionen: ein beispielhafte Konfiguration umfasst eine Position zu 3–5 mm Hub für eine offene Dauer von 120–150 Kurbelwinkelgrad und eine andere Position zu 9–12 mm Hub für eine offene Dauer von 220–260 Kurbelwinkelgrad umfasst. Einzelne Ventilbetätigungsvorrichtungen können der gleichen Funktion mit der gleichen Wirkung dienen. Die Ventilbetätigungsvorrichtungen werden vorzugsweise durch das Steuersystem 25 gemäß vorbestimmten Steuerprogrammen gesteuert. Es können auch alternative variable Ventilbetätigungsvorrichtungen, einschließlich zum Beispiel voll flexible elektrische oder elektrohydraulische Vorrichtungen, verwendet werden und haben den weiteren Vorteil einer unabhängigen Öffnungs- und Schließphasensteuerung sowie einer im Wesentlichen stufenlosen Ventilhubvariabilität innerhalb der Grenzen des Systems. Hierin wird eine spezifische Ausgestaltung eines Steuerprogramms zum Steuern des Öffnens und Schließens der Ventile beschrieben.
Durch einen Ansaugkrümmerkanal 34, der durch eine bekannte Luftdosiervorrichtung und eine Drosselvorrichtung (nicht gezeigt) strömende gefilterte Luft aufnimmt, wird Luft zu dem Einlasskanal eingelassen. Abgas strömt von dem Auslasskanal zu einem Abgaskrümmer, der Abgassensoren umfasst, die dazu dienen, Bestandteile des Abgasstroms zu überwachen und diesen zugeordnete Parameter zu ermitteln. Die Abgassensoren können eine beliebige von mehreren bekannten Erfassungsvorrichtungen umfassen, die zum Bereitstellen von Parameterwerten für den Abgasstrom, einschließlich des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, oder der Messung von Abgasbestandteilen, z. B. NOx, CO, HC usw. dienen. Das System kann einen im Zylinder befindlichen Sensor zum Überwachen von Verbrennungsdrücken oder nicht intrusive Drucksensoren oder eine folgernd ermittelte Druckermittlung (z. B. durch Kurbelwellenbeschleunigungen) umfassen. Die vorstehend erwähnten Sensoren und Dosiervorrichtungen liefern dem Steuersystem jeweils ein Signal als Parametereingabe. Diese Parametereingaben können von dem Steuersystem zum Ermitteln von Verbrennungsleistungsmessungen verwendet werden.
Das Steuersystem umfasst vorzugsweise eine Teilmenge einer Gesamtsteuerarchitektur, die zum Vorsehen einer koordinierten Systemsteuerung des Motors 10 und anderer Systeme dient. Beim Gesamtbetrieb dient das Steuersystem zum Synthetisieren von Fahrereingaben, Umgebungsbedingungen, Motorbetriebsparametern und Verbrennungsleistungsmessungen und zum Ausführen von Algorithmen, um verschiedene Aktuatoren zu so zu steuern, dass Ziele für Steuerparameter erreicht werden, einschließlich solcher Parameter wie Kraftstoffwirtschaftlichkeit, Emissionen, Leistung und Fahrverhalten. Das Steuersystem ist mit mehreren Vorrichtungen funktionell verbunden, durch die ein Fahrer den Betrieb des Motors steuert oder lenkt. Beispielhafte Fahrereingaben umfassen ein Gaspedal, ein Bremspedal, einen Gangwählhebel und eine automatische Fahrzeuggeschwindigkeitsregelung, wenn der Motor in einem Fahrzeug verwendet wird. Das Steuersystem kann mit anderen Steuergeräten, Sensoren und Aktuatoren mittels eines Busses (nicht gezeigt) eines lokalen Netzwerks (LAN) kommunizieren, was vorzugsweise eine strukturierte Übermittlung von Steuerparametern und Befehlen zwischen verschiedenen Steuergeräten ermöglicht.
Das Steuersystem ist funktionell mit dem Motor 10 verbunden und dient zum Beschaffen von Parameterdaten von Sensoren und Steuern verschiedener Aktuatoren des Motors 10 über geeignete Schnittstellen. Das Steuersystem empfängt einen Motordrehmomentbefehl und erzeugt beruhend auf den Fahrereingaben eine Solldrehmomentabgabe. Beispielhafte Motorbetriebsparameter, die von dem Steuersystem unter Verwenden der vorstehend erwähnten Sensoren erfasst werden, umfassen Motorkühlmitteltemperatur, Kurbelwellendrehzahl (RPM) und -stellung, Krümmerunterdruck, Umgebungsluftstrom und -temperatur sowie Umgebungsluftdruck. Ein Sensor, der die Kurbelwellendrehstellung überwachen kann, kann genutzt werden, um ein Durchlaufen verschiedener Stufen eines Verbrennungszyklus von Motor und verschiedenen Zylindern zu überwachen oder zu ermitteln. Verbrennungsleistungsmessungen können gemessene und gefolgerte Verbrennungsparameter umfassen, die Luft/Kraftstoff-Verhältnis und Ort des Spitzenverbrennungsdrucks u. a. umfassen.
Von dem Steuersystem gesteuerte Aktuatoren umfassen: Kraftstoffeinspritzvorrichtungen (nicht gezeigt); die VCP/VLC-Ventilbetätigungsvorrichtungen 26, 28; AGR-Ventil (nicht gezeigt) und ein elektronisches Drosselsteuermodul (nicht gezeigt). Kraftstoffeinspritzvorrichtungen dienen vorzugsweise zum direkten Einspritzen von Kraftstoff in jeden Brennraum 20.
Das Steuersystem umfasst vorzugsweise einen digitalen Universalrechner, der im Allgemeinen einen Mikroprozessor oder einen Hauptprozessor, einen Festspeicher (ROM), einen Arbeitsspeicher (RAM), einen elektrisch programmierbaren Festspeicher (EPROM), einen Hochgeschwindigkeits-Taktgenerator, einen Analog-Digital(A/D)-Schaltkreis und Digital-Analog(D/A)-Schaltkreis sowie Eingangs-/Ausgangsschaltkreise und -vorrichtungen (E/A) und geeignete Signalaufbereitungs- und Pufferschaltkreise einschließen. Jedes Steuergerät weist einen Satz von Steueralgorithmen auf, wobei es residente Programmbefehle und Kalibrierungen umfasst, die im ROM gespeichert sind und zum Vorsehen der erwünschten Funktionen ausgeführt werden.
Algorithmen für die Motorsteuerung können während einer vorab festgelegten Schleife ausgeführt werden. In den nicht flüchtigen Speichervorrichtungen gespeicherte Algorithmen werden von dem Hauptprozessor ausgeführt und dienen zum Überwachen von Eingaben von den Erfassungsvorrichtungen und zum Ausführen von Steuer- und Diagnoseroutinen zum Steuern des Betriebs des Motors unter Verwendung vorab festgelegter Kalibrierungen. Schleifendurchläufe können bei regelmäßigen Abständen, zum Beispiel alle 3,125, 6,25, 12,5, 25 und 100 Millisekunden während des laufenden Motorbetriebs, durchgeführt werden. Alternativ können Algorithmen als Reaktion auf das Eintreten eines Ereignisses oder einer Unterbrechungsforderung ausgeführt werden.
1 beschreibt einen beispielhaften Dieselmotor. Es versteht sich aber, dass NOx-Behandlungs- und Nachbehandlungssysteme bei anderen Motorkonfigurationen, einschließlich Benzinmotoren, verwendet werden, und die Offenbarung soll nicht auf die hierin beschriebene spezifische beispielhafte Motorausführungsform beschränkt sein.
2 veranschaulicht schematisch ein beispielhaftes Nachbehandlungssystem gemäß der vorliegenden Offenbarung, das eine Konfiguration einer HC-SCR-Vorrichtung umfasst. Das Nachbehandlungssystem 200 umfasst ein Steuermodul 205, einen DOC 210, eine HC-SCR 220, einen stromaufwärts befindlichen NOx-Sensor 230, einen stromabwärts befindlichen NOx-Sensor 240, einen Temperatursensor 250 und ein Kraftstoffdosiermodul 260. Wie im Stand der Technik bekannt ist, übernimmt ein DOC 210 eine Reihe von katalytischen Funktionen, die für eine Nachbehandlung eines Abgasstroms erforderlich sind. Die HC-SCR 220 nutzt Kraftstoff als Reduktionsmittel, um NOx zu umweltfreundlichen Molekülen zu reduzieren. Der stromaufwärts befindliche NOx-Sensor 230 detektiert und quantifiziert NOx in dem Abgasstrom, der in das Nachbehandlungssystem 200 strömt. Während der stromaufwärts befindliche NOx-Sensor 230 als beispielhaftes Mittel zum Quantifizieren von NOx, das in das Nachbehandlungssystem strömt, veranschaulicht ist, ist anzumerken, dass in das System eindringendes NOx zur Verwendung bei der Beurteilung des Umwandlungswirkungsgrads in einer HC-SCR durch andere Mittel quantifiziert werden kann, zum Beispiel durch einen zwischen dem DOC 210 und der SCR 220 angeordneten NOx-Sensor. Diese Offenbarung erläutert im Allgemeinen eine Sensoreingabe, die in das Nachbehandlungssystem eindringendes NOx beschreibt, gemäß der beispielhaften Ausführungsform, doch versteht sich, dass abhängig von einer stromaufwärts befindlichen Anordnung des Sensors die Eingabe tatsächlich den NOx-Gehalt beschreiben könnte, der in einen Teil des Nachbehandlungssystems eindringt. Weiterhin sind Verfahren bekannt, um den NOx-Gehalt in einem in das Nachbehandlungssystem eindringenden Abgasstrom beruhend auf dem Motorbetrieb zu schätzen, wobei diese Schätzung als virtueller NOx-Sensor beschrieben werden kann. Der Betrieb eines beispielhaften virtuellen NOx-Sensors wird nachstehend näher beschreben. Die HC-SCR 220 nutzt Kohlenwasserstoffe, um NOx durch aus dem Stand der Technik bekannte Verfahren in umweltfreundliche Moleküle umzuwandeln. Es ist ein Temperatursensor 250 abgebildet, der in einem Bereich positioniert ist, um Abgasstromtemperaturen in dem Nachbehandlungssystem 200 zu erfassen. Ein Kraftstoffdosiermodul 260 ist an einer Position stromaufwärts der HC-SCR 220 abgebildet. Der Kraftstoff kann direkt in den Abgasstrom, der in die HC-SCR eindringt, eingespritzt werden. Es wird aber ein bevorzugtes Verfahren dargestellt, das eine Mischvorrichtung 270 nutzt. Das Kraftstoffdosiermodul 260 spritzt Kraftstoff auf die Mischvorrichtung 270, und dann wird der Kraftstoff durch den Abgasstrom in einer im Wesentlichen gleichmäßigen Verteilung auf die Katalysatorflächen auf dem Inneren der HC-SCR 220 befördert. Zusätzlich oder alternativ ist es möglich, dem Abgasstrom HC durch späte Einspritzung oder Nachverbrennungseinspritzung in dem Brennraum zuzugeben. Der stromabwärts befindliche NOx-Sensor 240 detektiert und quantifiziert NOx in dem Abgasstrom, der aus dem Nachbehandlungssystem 200 austritt. Das Steuermodul 205 umfasst eine Programmierung, die erforderlich ist, um Eingaben in Verbindung mit dem Nachbehandlungssystem und Steuerparameter bei der Behandlung von NOx in dem System zu verarbeiten.
Durch Positionieren von NOx-Sensoren vor und nach einer Nachbehandlungsvorrichtung kann eine Schätzung bezüglich der Wirksamkeit der Vorrichtung beim Umwandeln von NOx vorgenommen werden. Das vorstehend beschriebene beispielhafte Nachbehandlungssystem beschreibt einen gemessenen oder geschätzten NOx-Gehalt des Abgasstroms, der stromaufwärts der analysierten Nachbehandlungsvorrichtung gemessen wird. Dieses Maß an NOx, das in das Nachbehandlungssystem eindringt, kann zu einer beliebigen Zeit t als x(t) beschrieben werden. Das vorstehend beschriebene beispielhafte Nachbehandlungssystem beschreibt einen gemessenen oder geschätzten NOx-Gehalt des Abgasstroms, der stromabwärts der analysierten Nachbehandlungsvorrichtung gemessen wird. Dieses Maß an NOx, das aus dem Nachbehandlungssystem austritt, kann zu einer beliebigen Zeit als y(t) beschrieben werden. Der Umwandlungswirkungsgrad zu einer beliebigen vorgegebenen Zeit ist durch die folgende Gleichung gegeben. η_TATSÄCHLICH(t) = 1 – y(t) / x(t) [1]
Es versteht sich, dass diese Gleichung den Umwandlungswirkungsgrad zu einem beliebigen Zeitpunkt vorsieht. Solche Momentanmessungen oder -berechnungen sind beruhend auf Signalrauschen fehleranfällig. Aus dem Stand der Technik sind Verfahren zum Anlegen eines Tiefpassfilters bekannt. Eine Integration von x(t) oder y(t) ergibt eine Beschreibung einer Menge von tatsächlichem NOx, das während eines Zeitraums jeweils in das Nachbehandlungssystem eindringt oder aus diesem austritt. Eine beispielhafte Gleichung zum Ermitteln eines integrierten Umwandlungswirkungsgrads, wobei anomale Messungen in x(t) und y(t) gefiltert werden, kann wie folgt beschrieben werden. η = f(T_BETT, SV, θ_NH3, x(t), V_HARNSTOFF, ρ_ZELLE) [2]
Auf diese Weise können gemessene oder geschätzte Werte von NOx, das in das Nachbehandlungssystem eindringt oder aus diesem austritt, genutzt werden, um einen geschätzten oder berechneten tatsächlichen Umwandlungswirkungsgrad des Nachbehandlungssystems zu ermitteln.
Der Umwandlungswirkungsgrad kann auf diese Weise entsprechend dem in die Nachbehandlungsvorrichtung eindringenden NOx und dem aus der Nachbehandlungsvorrichtung austretenden NOx ermittelt werden. Der auf diese Weise ermittelte Umwandlungswirkungsgrad wird als Nettoumwandlung nachverfolgt, die in der Vorrichtung zum Zeitpunkt t erreicht wird. Es sind aber andere Verfahren möglich, um Umwandlungswirkungsgrad nachzuverfolgen, zu schätzen oder zu prognostizieren.
Die Umwandlung von NOx in einer Nachbehandlungsvorrichtung unterliegt im Laufe der Zeit und unter bestimmten Bedingungen beruhend auf Vergiftung oder Verunreinigung des Katalysators verringertem Wirkungsgrad, was zur Deaktivierung des Katalysators führt. Tests haben gezeigt, dass dieser Prozess des Vergiftens des Katalysators ein vorhersehbar wiederholbares Verhalten ist, das auf dem verwendeten Reduktionsmittel, der Temperatur des Katalysators in der Vorrichtung und der Dauer des Ausgesetztseins des Katalysators unter diesen Bedingungen beruht. 3 stellt gemäß der vorliegenden Offenbarung graphisch beispielhafte Ergebnisse eines HC-SCR-Katalysators dar, der einer Anzahl von Kohlenwasserstoffreduktionsmitteln bei unterschiedlichen Temperaturen ausgesetzt wird. Eine Prüfung der Testergebnisse ergibt unterschiedliche Schlussfolgerungen für unterschiedliche Reduktionsmittel. Die meisten dargestellten Reduktionsmittel weisen bei niedrigeren Betriebstemperaturen im Laufe der Zeit größere Rückgänge des Umwandlungswirkungsgrads auf. Dieses Verhalten steht mit der Anforderung im Einklang, den SCR-Katalysator nach einer Zeit des Arbeitens bei Betriebstemperaturen in einem niedrigeren Bereich zu regenerieren, wie es bei magerem Motorbetrieb typisch ist. Oberhalb einer bestimmten Betriebstemperatur weisen Reduktionsmittel aber wenig oder keine Degradation des Umwandlungswirkungsgrads im Laufe der Zeit auf. Der Betrieb bei diesen höheren Temperaturen steht mit einem Betrieb in Einklang, der Verunreinigungen von dem Katalysator spült oder regeneriert. 4 stellt graphisch beispielhafte Testergebnisse eines Katalysators dar, der in zwei Temperaturbereichen betrieben wird und zu Wirkungen des Umwandlungswirkungsgrads gemäß der vorliegenden Offenbarung führt. Die Testbedingungen umfassten einen Vierzylinder-Dieselmotor und konstante Kohlenwasserstoffdosierung von extrem schwefelarmem Dieselkraftstoff (ULSD), der stromaufwärts des gezeigten HC-SCR-Katalysators eingespritzt wird. Das Dosieren wird an einem frischen, nicht vergifteten Katalysator ausgelöst, und das Arbeiten des Katalysators, um NOx mit Kohlenwasserstoffen umzuwandeln, beginnt mit hohem Wirkungsgrad. Während des Arbeitens bei niedriger Temperatur weist der Katalysator im Einklang mit 3 einen zunehmend verschlechterten Wirkungsgrad auf. Einhergehend mit dem verringerten Wirkungsgrad steigen die Nach-SCR-Konzentrationen von Kohlenwasserstoffen (HCscr_out) und NOx (NOx_scr_out), was im Einklang damit steht, dass das Reduktionsmittel und das NOx nicht die geplante Reaktion durchlaufen. In der Mitte des Graphen wird eine Regeneration bei hoher Temperatur ausgelöst. Hohe Temperaturen bewirken eine Regeneration des Katalysators und eine Wiederherstellung eines Teils des oder des gesamten Umwandlungswirkungsgrads, der während des vorherigen Niedertemperaturbetriebs verloren ging. Nach-SCR-Konzentrationen (HCscr_out) und NOx (NOx_scr_out) sinken nach Auslöse von Regeneration im Einklang damit, dass das Reduktionsmittel und das NOx die geplante Reaktion durchlaufen.
Tests haben gezeigt, dass Verringerungen und Wiederherstellungen des Umwandlungswirkungsgrads unter vorgegebenen Bedingungen wiederholbare Änderungen unter den gleichen Betriebsbedingungen durchlaufen. Durch Prüfen von Testergebnissen eines beispielhaften Testsystems und Anpassen einer Kurve, die eine Polynomgleichung umfasst, durch aus dem Stand der Technik bekannte Verfahren kann der sich ergebende Umwandlungswirkungsgrad nach einer Betriebsdauer beruhend auf der ermittelten Kurve prognostiziert werden. Auf diese Weise kann das Testen einer beispielhaften SCR-Vorrichtung verwendet werden, um Gleichungen zur Verwendung bei der Steuerung von im Betrieb befindlichen SCR-Vorrichtungen zu ermittelten. 5 und 6 zeigen graphisch beispielhafte Testergebnisse und ermittelte Gleichungen gemäß der vorliegenden Offenbarung, die das Verhalten der Testergebnisse darstellen, die durch Kurvenanpassungsverfahren erreicht werden. 5 zeigt von einem Katalysator erfasste Daten, der unter konstanter Kraftstoff(ULSD)-Dosierung von Kohlenwasserstoffen bei einer konstanten Abgastemperatur von 330°C arbeitet. Es ist eine sich ergebende ermittelte Gleichung gezeigt, die an die Datenpunkte angepasst ist, die aus experimentellen Daten erfasst wurden und eine zunehmende Deaktivierung des Katalysators beschreiben. Da die Verringerung des Umwandlungswirkungsgrads bei der getesteten Bedingung wiederholbar ist, kann unter Vorgabe eines Startpunkts der sich ergebende Umwandlungswirkungsgrad der Vorrichtung nach einer gewissen Betriebszeit bei der getesteten Bedingung prognostiziert werden. Analog zeigt 6 Daten, die von einem Katalysator erfasst wurden, der unter konstanter Kraftstoffdosierung bei einer Temperatur arbeitet, die von 330°C auf 450°C steigt. Es wird eine sich ergebende ermittelte Gleichung gezeigt, die an die Datenpunkte angepasst ist, die aus den experimentellen Daten erfasst wurden und eine zunehmende Regeneration des Katalysators beschreiben. Durch Zusammenstellen von Gleichungen für verschiedene Betriebsbedingungen können beruhend auf Änderungen der Betriebsbedingungen und der Zeit bei jeder Betriebsbedingung Änderungen des Umwandlungswirkungsgrads prognostiziert werden.
Der Betrieb eines Katalysators in einer Nachbehandlungsvorrichtung mit einem bekannten Ausgangszustand ergibt unter bekannten Bedingungen vorhersehbare Änderungen des Umwandlungswirkungsgrads in der Vorrichtung. Dieses wiederholbare Verhalten erlaubt ein Nachverfolgen des prognostizierten Umwandlungswirkungsgrads durch Überwachen von Betriebsbedingungen. Eine beispielhafte Gleichung zum Nachverfolgen des Umwandlungswirkungsgrads kann durch die folgende beispielhafte Gleichung ausgedrückt werden. η(t_N) = η(t₀) + Σ N / x=1(ermittelte Gleichung_x(t)) tx / tx-1 [3]
Der Umwandlungswirkungsgrad kann einer Sollzeit η(t_N) beruhend auf einem anfänglichen Umwandlungswirkungsgrad η(t₀) und einer Summierung der Wirkungen von Betrieb während einer Anzahl N von Zeiträumen bei bekannten Betriebsbedingungen ermittelt werden. Für jeden Zeitraum x von N Zeiträumen des Betriebs kann ein Zeitraum t_x-1 bis t_x festgelegt werden, und die ermittelte Gleichung für jeden Zeitraum x, die durch vorstehend beschriebene Verfahren ermittelt wird, wird genutzt, um die Wirkungen des Betriebs bei den Bedingungen für diesen Zeitraum zu ermitteln.
Wie vorstehend beschrieben pflegt ein Betrieb bei hohen Temperaturen den Umwandlungswirkungsgrad zu steigern. Bei oder oberhalb von bestimmten Temperaturen können hohe Temperaturen zu unbeabsichtigter Regeneration führen. Ermittelte Gleichungen sollten kalibriert werden und es sollten Temperaturbereiche für die Gleichungen gewählt werden, um diese unbeabsichtigte Regeneration zu berücksichtigen. Bei beispielhaften Katalysatorvorrichtungen trat unbeabsichtigte Regeneration bei Abgasstromtemperaturen von über 400°F (204°C) und insbesondere über 450°F (232°C) auf. Es versteht sich aber, dass Regenerationstemperaturbereiche stark katalysatorabhängig sind.
Wie vorstehend beschrieben kann das Verhalten eines Katalysators für verschiedene Bedingungen, beispielsweise Temperaturbereiche, beschrieben werden. Die Temperaturabhängigkeit einer Vorrichtung kann abhängig von der Katalysatorformulierung variieren. Da ermittelte Gleichungen für einen spezifischen Katalysator entwickelt werden, können Gleichung 3 oder ähnliche Gleichungen genutzt werden, um die Auswirkung des Betriebs auf den Umwandlungswirkungsgrad zu beurteilen. Anhand einer Reihe von bekannten ermittelten Gleichungen kann Gleichung 3 wie folgt umformuliert werden. η(t_N) = η(t₀) + ∫(A_T=330-350 + B_T=351-380 + C_T=381-410 + ...) – D_T=411-449 – E_T>450 [4]
Wie in Bezug auf Gleichung 3 beschrieben wird der Umwandlungswirkungsgrad durch Ermitteln von η(t₀) und Summieren einer Änderung des Wirkungsgrads mit Zeit berechnet. Die Gleichungen für die verschiedenen überwachten Temperaturbereiche können durch jedes Verfahren entwickelt werden, das ausreichend ist, um einen Umwandlungswirkungsgrad für eine bestimmte Nachbehandlungsvorrichtung durch verschiedene Temperaturbereiche zu schätzen. Beispielhafte ermittelte Gleichungen sind in 5 und 6 dargestellt. Auf diese Weise kann ein Umwandlungswirkungsgrad für einen SCR-Katalysator beruhend auf überwachten Temperaturen in dem Abgasstrom prognostiziert werden.
Der anfängliche Umwandlungswirkungsgrad kann auf unterschiedliche Weise ermittelt oder geschätzt werden. Ein neuer Katalysator kann einen festgelegten sauberen Umwandlungswirkungsgrad umfassen. Ein bevorzugtes Verfahren, um einen anfänglichen Umwandlungswirkungsgrad während des Betriebs des Systems festzulegen, ist das Zurücksetzen des geschätzten Umwandlungswirkungsgrads, sobald die Betriebsbedingungen anzeigen, dass eine vollständige Regeneration stattgefunden hat. In einer anderen Ausführungsform kann ein anfänglicher Umwandlungswirkungsgrad beruhend auf einer bestimmten Bedingung, die eine solche Schätzung zulässt, zu einem geschätzten Umwandlungswirkungsgrad zurückgesetzt werden. Zum Beispiel ergibt eine teilweise Regeneration selbst bei einer ungenauen Schätzung des Umwandlungswirkungsgrads bei Start der Regeneration eine vorhersehbare Wiederherstellung des Umwandlungswirkungsgrads. Der geschätzte Umwandlungswirkungsgrad, der nach einer Bedingung wie einer teilweisen Regeneration zurückgesetzt wird, kann gemäß jedem Verfahren gesetzt werden, das ausreichend ist, um den Umwandlungswirkungsgrad in der betroffenen Nachbehandlungsvorrichtung zu beurteilen. Wenn die Betriebsbedingungen für den Katalysator einen Hochtemperaturbetrieb über einer Schwellentemperatur über mehr als eine Schwellendauer umfassen, kann der anfängliche Umwandlungswirkungsgrad auf einen Maximalwert zurückgesetzt werden oder es kann beruhend auf den Regenerationsbedingungen, dem verwendeten Reduktionsmittel, dem Zustand des Katalysators innerhalb einer erwarteten Lebensspanne des Katalysators oder anderen Faktoren, die den Umwandlungswirkungsgrad eines Katalysators nach vollständiger Regeneration beeinflussen, ein Wert auf den Katalysator kalibriert werden.
Durch Anpassen einer Kurve an Testdaten, wie vorstehend beschrieben wurde, können ermittelte Gleichungen erzeugt werden, um den sich aus dem Betrieb eines Katalysators unter bekannten oder gemessenen Bedingungen ergebenden Umwandlungswirkungsgrad zu schätzen oder zu prognostizieren. Zur Verwendung bei einer einzelnen ermittelten Gleichung geeignete Bedingungen können abhängig von der Nachbehandlungsvorrichtung; der Empfindlichkeit des verwendeten Katalysators gegenüber Änderungen von Temperatur, Kraftstoffzusammensetzung oder anderen Faktoren; vorübergehenden Bedingungen in dem Abgasstrom; und anderen Faktoren, die bei dem sich ergebenden Umwandlungswirkungsgrad gegenüber dem von den ermittelten Gleichungen prognostizierten Umwandlungswirkungsgrad Variabilität oder Fehler erzeugen können, variieren. Zum Beispiel kann eine ermittelte Gleichung zur Verwendung in einem Zeitraum gesetzt werden, wobei das Maß Abgastemperatur zwischen 350°C und 375°C liegt, wenn Tests zeigen, dass der sich ergebende Umwandlungswirkungsgrad bei Betreiben dieses Bereichs innerhalb einer zulässigen Fehlermarge durchgehend betroffen ist. Es können Gleichungen für Betriebsbedingungsbereiche festgelegt werden, die alle 10, 20, 50°C oder jede Stufe von Abgastemperatur überspannen, die durch Analyse von Testergebnissen als sinnvoll gezeigt wurden. Analog können andere Gleichungen für andere Bereiche der Kraftstoffdosiermenge festgelegt werden. Die Kurven und Gleichungen unterscheiden sich abhängig von Katalysatorgröße, Beladung, Kraftstoffreduktionsmittelart und -formulierung sowie Dosiermenge. Analog kann wie in 6 beschrieben eine ermittelte Gleichung zur Verwendung bei einem vorübergehenden Zeitraum gesetzt werden, wobei die Abgastemperatur wie erwartet oder gemessen von einem Wert zu einem anderen wechselt, zum Beispiel bei Auslösen eines Regenerationszyklus. Die Ermittlung der zu verwendenden richtigen Gleichung kann in Echtzeit gesetzt und überwacht werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Wahl der anzuwendenden ermittelten Gleichung mit gewisser Zeitverzögerung gesetzt werden, um die kumulierten Wirkungen des Betriebs auf den sich ergebenden Umwandlungswirkungsgrad des Katalysators präziser festzulegen. Zusätzlich können Ergebnisse, die in Echtzeit erhalten und durch die ermittelten Gleichungen angewendet werden, hinterher gegenüber historischen Kurven, die den Umwandlungswirkungsgrad beeinflussen, geprüft werden. Weiterhin können die ermittelten Gleichungen anfänglich beruhend auf dem Verhalten eines Testsystems oder -fahrzeugs gesetzt werden. Alternativ oder zusätzlich können Umwandlungswirkungsgrade gemäß dem Betrieb von Einrichtungen in dem Gebiet geprüft werden, die auf Messwerte kalibriert sind, die von Sensoren in dem Nachbehandlungssystem oder Sensoren, die zeitweilig für den Zweck des Korrigierens der ermittelten Gleichungen angebracht werden, gemessen werden. Falls ein NOx-Sensor oder ein Maß, der/das NOx in dem Abgasstrom prognostizieren kann, beispielsweise Druckmesswerte im Zylinder, zur Verfügung stehen, können solche Messungen mit den hierin beschriebenen Verfahren gekoppelt werden, um korrigierende Rückkopplung vorzusehen. Ferner können durch aus dem Stand der Technik bekannte Verfahren Gleichungen in einem bestimmten Nachbehandlungssystem zur Verwendung in dem System angepasst werden und bezüglich Änderungen des Systems mit Zeit durch aus dem Stand der Technik bekannte Verfahren anpasst werden, beispielsweise durch maschinelles Einlernen von Algorithmen und Fuzzy-Logik. Durch diese bekannten Verfahren können Fehler- und Abweichungsquellen bei Betrieb des Systems von den anfänglich ermittelten Gleichungen durch Anpassung mit Zeit korrigiert werden.
Wie vorstehend beschrieben sind eine Reihe von Parametern für das Nachverfolgen und Prognostizieren des Umwandlungswirkungsgrads gemäß den hierin beschriebenen Verfahren brauchbar. Wie vorstehend beschrieben ist die Temperatur der Reaktion an dem Katalysator wesentlich für das Verstehen der Rate, bei der der Katalysator verringerten Umwandlungswirkungsgrad erfährt. Die Temperatur des Abgasstroms, entweder stromaufwärts oder stromabwärts der HC-SCR-Vorrichtung, oder Temperaturen in dem Katalysator können verwendet werden, um die Betriebstemperatur in der Vorrichtung zu überwachen oder zu schätzen. Die Dosierrate, die das Vorhandensein von Kohlenwasserstoffen und ähnlichen Verunreinigungen in der HC-SCR-Vorrichtung beschreibt, ist ebenfalls für das Verstehen von Änderung des Umwandlungswirkungsgrads in der Vorrichtung wichtig. Da die Vergiftung des Katalysators ein kumulativer Prozess ist, ist ferner Zeit in jedem Betriebsbereich wichtig für das Nachverfolgen oder Prognostizieren des Umwandlungswirkungsgrads der Vorrichtung.
Eine Messung von Temperatur in einem Nachbehandlungssystem zur Verwendung bei hierin beschriebenen Verfahren kann an einer Anzahl von Stellen in dem Nachbehandlungssystem genommen werden. 7–9 zeigen schematisch Temperaturmessungen, die gemäß der vorliegenden Offenbarung an verschiedenen Punkten in dem Nachbehandlungssystem genommen werden. 7 zeigt graphisch ein Nachbehandlungssystem 300, das ein Steuermodul 305, einen DOC 310, einen HC-SCR 320, einen stromaufwärts befindlichen Temperatursensor 330 und ein Kraftstoffdosiermodul 360 umfasst. 8 zeigt graphisch ein Nachbehandlungssystem 400, das ein Steuermodul 405, einen DOC 410, einen HC-SCR 420, einen im Katalysator befindlichen Temperatursensor 430 und ein Kraftstoffdosiermodul 460 umfasst. 9 zeigt graphisch ein Nachbehandlungssystem 500, das ein Steuermodul 505, einen DOC 510, einen HC-SCR 520, einen stromabwärts befindlichen Temperatursensor 530 und ein Kraftstoffdosiermodul 560 umfasst. Es kann jede Position eines Temperatursensors in dem Nachbehandlungssystem genutzt werden, solange die Temperatur in dem HC-SCR aus der Messung präzis geschätzt werden kann. Wenn alternativ Messwerte zur Verfügung stehen, um eine präzise Schätzung oder Modellierung von Temperatur in der HC-SCR-Vorrichtung zu erlauben, zum Beispiel Messungen im Zylinder, die detaillierte Informationen bezüglich des Verbrennungsprozesses und der durch die Abgasanlage abgeführten Wärme vorsehen, kann eine virtuelle Temperaturmessung synthetisiert und für die hierin beschriebenen Verfahren verwendet werden.
Wie vorstehend beschrieben verringert eine Verunreinigung oder Vergiftung des Katalysators den Umwandlungswirkungsgrad des Katalysators. Sobald der Umwandlungswirkungsgrad unter einen bestimmten Wert fällt, kann der Katalysator als deaktiviert oder nicht länger funktionierend bezeichnet werden. Sobald eine Katalysatordeaktivierung aufgetreten ist, muss ein Regenerationsmodus ausgelöst werden, um die Brauchbarkeit des Katalysators für das Behandeln von NOx wiederherzustellen. Die hierin beschriebenen Verfahren können genutzt werden, um Regeneration auszulösen, zum Beispiel als Reaktion auf das Fallen des geschätzten Umwandlungswirkungsgrads unter einen bestimmten Schwellenwirkungsgrad. Dieser Schwellenwert kann eine feste Zahl sein, die zum Beispiel eine Regeneration in dem Fall auslöst, dass der Umwandlungswirkungsgrad unter 50% fällt. Alternativ kann der Schwellenwirkungsgrad zum Auslösen von Regeneration eine anpassbare Zahl sein. Zum Beispiel beruht der geschätzte Umwandlungswirkungsgrad auf kumulierten Schätzungen durch iterative Betriebszeiträume, bis der anfängliche Umwandlungswirkungsgrad zurückgesetzt wird. Der Schwellenumwandlungswirkungsgrad kann auf einen Wert gesetzt werden, der durch staatliche Verordnungen gefordert wird, oder der Schwellenwert kann auf einem Wert beruhen, der über staatlichen Verordnungen liegt. Da die Schätzung des Umwandlungswirkungsgrads auf vorherigen Schätzungen beruhen kann, können sich bei der Schätzung des Umwandlungswirkungsgrads Fehler aufbauen. Der Schwellenwirkungsgrad zum Auslösen von Regeneration kann diesen zunehmenden Fehler berücksichtigen. Zum Beispiel kann zu jeder Zeit des Betriebs binnen zehn Stunden nach dem letzten Ruhen des anfänglichen Wirkungsgrads der Schwellenumwandlungswirkungsgrad 30% betragen, und für alle inkrementellen 10 Stunden Betrieb kann der Schwellenumwandlungswirkungsgrad um 5% steigen. Auf diese Weise kann eine Regeneration des Katalysators mit Zeit einen zunehmenden Sicherheitsfaktor umfassen, um einen kumulierenden Fehler bei der Schätzung des Umwandlungswirkungsgrads zu berücksichtigen.
Ermittelte Gleichungen, die in den hierin beschriebenen Verfahren verwendet werden, können in einem Steuermodul oder einem computerisierten Modul bzw. einer computerisierten Referenzvorrichtung gespeichert werden, auf die das Steuermodul, das die Auslösung des Regenerationszyklus steuert, zugreifen kann.
Die Detektion von NOx ist wichtig für das Verstehen des Betriebs des Nachbehandlungssystems und das Steuern von NOx als Komponente für Ammoniakerzeugung. Ein NOx-Sensor oder ein Sauerstoffsensor erhöhen Kosten und Gewicht eines Fahrzeugs, und solche Sensoren erfordern häufig einen bestimmten Betriebstemperaturbereich, der nach einer gewissen Aufwärmzeit erreicht wird, um funktionsfähig zu sein. Wie vorstehend beschrieben kann ein virtueller NOx-Sensor verwendet werden, um das Vorhandensein von NOx in einem Nachbehandlungssystem zu schätzen. 10 stellt schematisch ein beispielhaftes NOx-Modellmodul gemäß der vorliegenden Offenbarung dar, das in einem Motorsteuermodul genutzt wird und eine NOx-Erzeugungsschätzung ermittelt. Das beispielhafte NOx-Mo-dellmodul 600 wird in einem NOx-Erzeugungsschätzsystem 610 betrieben und umfasst ein Modellmodul 620 und ein NOx-Schätzmodul 630. Motorsensoreingaben x₁ bis x_n sind Eingaben in das NOx-Modellmodul und können eine Reihe von Faktoren umfassen, einschließlich Temperaturen, Drücke, Motorsteuereinstellungen einschließlich Ventil- und Zündeinstellungen, und andere Messwerte, die einen Verbrennungszustand in dem Brennraum anzeigen. Das Modellmodul 620 erhält diese Eingaben und legt bekannte Beziehungen an, um eine Anzahl von Parametern zu ermitteln, um die Verbrennung in dem Brennraum zu beschreiben. Beispiele für diese beschreibenden Parameter umfassen AGR%, der Prozentsatz von Abgas, das in den Brennraum zurückgeleitet wird, um den Verbrennungsprozess zu steuern; ein Luft-Kraftstoff-Ladungsverhältnis (AFR), das das Gemisch von Luft und Kraftstoff beschreibt, das in dem Brennraum vorhanden ist; Verbrennungstemperaturmessgrößen, einschließlich zum Beispiel entweder Verbrennungstemperatur des verbrannten Gases oder mittlere Verbrennungstemperatur; eine Verbrennungszeitmessgröße, die das Fortschreiten der Verbrennung während eines Verbrennungsprozesses verfolgt, zum Beispiel CA50, eine Messung, bei welchem Kurbelwinkel 50% der Masse des ursprünglich in dem Brennraum vorhandenen Kraftstoffs verbrannt sind; und einen Kraftstoffverteilerrohrdruck, der den Druck von Kraftstoff anzeigt, der Kraftstoffeinspritzvorrichtungen zur Verfügung steht, um in den Brennraum gespritzt zu werden. Diese beschreibenden Parameter können verwendet werden, um in dem Brennraum während des Verbrennungsprozesses vorhandene Bedingungen zu schätzen. Wie vorstehend beschrieben beeinflussen in dem Brennraum vorliegende Bedingungen die Erzeugung von NOx in dem Verbrennungsprozess. Diese beschreibenden Parameter können dem NOx-Schätzmodul 630 zugeführt werden, in dem programmierte Berechnungen die beschreibenden Parameter als Eingaben nutzen, um eine Schätzung der NOx-Erzeugung aufgrund des Verbrennungsprozesses zu erzeugen. Wie jedoch vorstehend beschrieben können Modelle, die eine Variable analysieren, die den Verbrennungsprozess beschreibt, komplexe Berechnungen umfassen, deren Berechnung länger dauert als zum Erzeugen von Echtzeitergebnissen erforderlich ist, die große Mengen an Verarbeitungsfähigkeit erfordern und nur so genau sind, wie es der vorprogrammierte Algorithmus erlaubt. Infolge dieser Herausforderungen und einer Notwendigkeit genauer und rechtzeitiger Information ist die Schätzung der NOx-Erzeugung in einem Motorsteuergerät als Teil einer Nachbehandlungssteuerstrategie derzeit nicht bevorzugt.
Das Überwachen von NOx durch einen virtuellen NOx-Sensor kann das Überwachen des Verbrennungsprozesses umfassen, um die NOx-Produktion des Motors präzis zu schätzen. Ferner kann eine präzise Steuerung von mehreren Einspritzungen, wie in dem vorstehenden Verfahren beschrieben, durch Überwachen des Verbrennungsprozesses unterstützt werden. Es können verschiedene Motorsensoreingaben verwendet werden, um die Parameter zu quantifizieren, die den Verbrennungsprozess beschreiben. Es ist aber schwierig, die in dem Motor erfolgende Verbrennung direkt zu überwachen. Sensoren können Kraftstoffstrom und Luftstrom in den Zylinder detektieren und messen, ein Sensor kann eine bestimmte elektrische Spannung überwachen, die an einer Zündkerze angelegt wird, oder ein Prozessor kann eine Summe von Informationen erfassen, die Bedingungen vorhersagen würden, die zum Erzeugen einer Selbstzündung erforderlich sind, doch sind diese Messwerte für die Verbrennung zusammen lediglich prädiktiv und messen nicht die tatsächlichen Verbrennungsergebnisse. Ein beispielhaftes Verfahren, das tatsächliche Verbrennungsergebnisse misst, nutzt Druckmessungen, die im Brennraum während eines Verbrennungsprozesses genommen werden. Zylinderdruckmesswerte liefern konkrete Messwerte, die Bedingungen in dem Brennraum beschreiben. Beruhend auf einem Verständnis des Verbrennungsprozesses können Zylinderdrücke analysiert werden, um den Zustand des Verbrennungsprozesses in einem bestimmten Zylinder zu schätzen, wobei die Verbrennung bezüglich sowohl der Verbrennungsphasenregelung als auch der Verbrennungsstärke beschrieben wird. Die Verbrennung einer bekannten Ladung bei bekannten Zeiten unter bekannten Bedingungen erzeugt einen vorhersehbaren Druck in dem Zylinder. Durch Beschreiben der Phase und Stärke der Verbrennung bei bestimmten Kurbelwinkeln können die Auslösung und das Fortschreiten eines bestimmten Verbrennungsprozesses als geschätzter Verbrennungszustand beschrieben werden. Durch Schätzen des Zustands des Verbrennungsprozesses für einen Zylinder können Faktoren, die die NOx-Erzeugung während des Verbrennungsprozesses beeinflussen, ermittelt und zur Verwendung bei der Schätzung der NOx-Erzeugung verfügbar gemacht werden.
Ein bekanntes Verfahren zum Überwachen einer Verbrennungsphasenregelung ist das Schätzen des Massenanteilverbrennungsverhältnisses für einen vorgegebenen Kurbelwinkel beruhend auf bekannten Parametern. Das Massenanteilverbrennungsverhältnis beschreibt, welcher Prozentsatz der Ladung in dem Brennraum verbrannt wurde, und dient als gute Schätzung der Verbrennungsphasenregelung. 11 zeigt graphisch eine beispielhafte Massenanteilsverbrennungskurve gemäß der vorliegenden Offenbarung. Bei einem vorgegebenen Kurbelwinkel beschreibt die dargestellte Kurve den geschätzten Prozentsatz eines Kraftstoff/Luft-Gemisches in der Ladung, das für diesen Verbrennungsprozess verbrannt wurde. Um als Maß der Verbrennungsphasenregelung verwendet zu werden, ist es bekannt, entweder einen bestimmten interessierenden Massenanteilverbrennungsprozentsatz oder einen bestimmten interessierenden Kurbelwinkel festzustellen. 11 bestimmt CA50% als Kurbelwinkel, bei dem die Massenanteilverbrennung gleich 50% ist. Durch Prüfen dieses bestimmten Maßes über mehrere Verbrennungsprozesse in diesem Zylinder oder über eine Anzahl von Zylindern kann die vergleichsweise Phasenregelung der bestimmten Verbrennungsprozesse beschrieben werden.
Wie vorstehend beschrieben kann die Verbrennungsphasenregelung genutzt werden, um den Zustand eines bestimmten Verbrennungsprozesses zu schätzen. Es wird ein beispielhaftes Verfahren zum Überwachen der Verbrennungsphasenregelung zum Diagnostizieren ineffektiver Verbrennung offenbart, wodurch Verbrennung in einem Motor überwacht wird, Massenanteilverbrennungsverhältnisse für jeden Zylinderverbrennungsprozess erzeugt werden und die Verbrennungsphasenregelung über den Zylindern verglichen werden. Wenn sich die Verbrennungsphase für einen Zylinder bei einem bestimmten Kurbelwinkel für diesen ersten Zylinder um mehr als eine Schwellenphasendifferenz von der Verbrennungsphase für einen anderen Zylinder bei dem gleichen Kurbelwinkel für diesen zweiten Zylinder unterscheidet, kann eine anomale Verbrennung gefolgert werden. Durch dieses Verfahren können viele Quellen anomaler Verbrennung diagnostiziert werden. Wenn zum Beispiel eine bestimmte Bedingung eine frühzeitige Zündung oder Klopfen in dem Brennraum hervorruft, weisen die Zylinderdruckmesswerte andere Werte als die normale Verbrennung auf. Zudem verursachen Kraftstoffanlagen-Einspritzzeitfehler, die eine Einspritzung der Ladung zu falschen Zeiten bewirken, anomale Zylinderdruckmesswerte. Wenn weiterhin ein Zylinder eine Fehlzündung aufweist oder nie Verbrennung erreicht, weisen die Zylinderdruckmesswerte andere Werte als normale Verbrennung auf. Analog können Druckkurven verwendet werden, um andere anomale Verbrennungsbedingungen zu diagnostizieren, beispielsweise Änderungen des Luft/Kraftstoff-Gemisches, Änderungen der Nockenwellenphaseneinstellung und Wartungsstörungen bei zugehörigen Komponenten. Alle solche Diagnosen der Verbrennungsgesundheit haben Auswirkungen auf NOx und können hilfreich sein, um die NOx-Erzeugung zu schätzen.
Es sind viele Verfahren zum Schätzen der Massenanteilverbrennung bekannt. Ein Verfahren prüft Druckdaten aus dem Brennraum, wobei es das Analysieren des Druckanstiegs in dem Raum einschließt, der auf die Verbrennung zurückzuführen ist. Es gibt verschiedene Verfahren, um einen Druckanstieg in einem Zylinder zu quantifizieren, der auf Verbrennung zurückführbar ist. Druckverhältnissteuerung (PRM, kurz vom engl. Pressure Ratio Management) ist ein Verfahren, das auf dem Rassweiler-Ansatz beruht, der besagt, dass die Massenanteilverbrennung durch den anteiligen Druckanstieg aufgrund Verbrennung approximiert werden kann. Die Verbrennung einer bekannten Ladung bei einer bekannten Zeit unter bekannten Bedingungen pflegt einen einheitlich vorhersehbaren Druckanstieg in dem Zylinder zu erzeugen. PRM leitet aus dem Verhältnis eines gemessenen Zylinderdrucks unter Verbrennung bei einem vorgegebenen Kurbelwinkel (P_ZYL(θ)) zu einem berechneten Zylinderdruck ohne Verbrennung, dem so genannten „motored pressure”, ein Druckverhältnis (PR) ab, wobei sie, wenn in dem Zylinder keine Verbrennung erfolgte, einen Druckwert bei einem vorgegebenen Kurbelwinkel (P_MOT(θ)) schätzt, was die folgende Gleichung ergibt.
12 zeigt graphisch einen beispielhaften Zylinderdruck, der gegen Kurbelwinkel während eines Verbrennungsprozesses aufgetragen ist, gemäß der vorliegenden Offenbarung. P_MOT(θ) weist eine gleichmäßige, inverse Parabolspitze von dem Kolben auf, der eine zurückgehalte Gastasche ohne Verbrennung verdichtet. Bei dem Kolben am UT sind alle Ventile geschlossen, der Kolben bewegt sich nach oben, wobei das Gas verdichtet wird, der Kolben erreicht bei der Spitze der Druckkurve den OT, und der Druck sinkt, wenn der Kolben von dem OT abfällt. Durch P_ZYL(θ) ist ein Druckanstieg über P_MOT(θ) dargestellt. Die Verbrennungszeiten variieren von Anwendung zu Anwendung. Bei dieser bestimmten beispielhaften Kurve beginnt P_ZYL(θ) um den OT von P_MOT(θ) anzusteigen, was einen Zündvorgang zu einem Zeitpunkt vor dem OT beschreibt. Wenn die Ladung verbrennt, ergeben sich Wärme und Arbeit aus der Verbrennung, was zu einem Druckanstieg in dem Brennraum führt. PR ist ein Verhältnis von P_MOT zu P_ZYL, und P_MOT ist eine Komponente von P_ZYL. Der Nettoverbrennungsdruck (NCP(θ)) ist die Differenz zwischen P_ZYL(θ) und P_MOT(θ) bzw. der Druckanstieg in dem Brennraum, der auf eine Verbrennung bei einem vorgegebenen Kurbelwinkel zurückzuführen ist. Es versteht sich, dass durch Subtrahieren von eins von PR ein Verhältnis von NCP zu P_MOT wie folgt ermittelt werden kann.
Das durch die vorstehende Gleichung gemessene PR kann daher verwendet werden, um die Stärke der Verbrennung in einem Zylinder direkt zu beschreiben. Das Normalisieren von PR minus eins bei einem Kurbelwinkel θ zu einem erwarteten oder theoretischen maximalen PR-Wert minus eins ergibt ein anteiliges Druckverhältnis des Druckanstiegs aufgrund Verbrennung bei Kurbelwinkel θ zu dem erwarten gesamten Druckanstieg aufgrund Verbrennung bei der Beendigung des Verbrennungsprozesses. Diese Normalisierung kann durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden. FPR(θ) = PR(θ) – 1 / PR(90°) – 1 ∝ Massenanteilverbrennung(θ) [7]
Dieses anteilige Druckverhältnis beschreibt durch Gleichstellen des auf Verbrennung zurückführbaren Druckanstiegs mit dem Fortschreiten der Verbrennung die Massenanteilverbrennung für diesen bestimmten Verbrennungsprozess. Durch Nutzen von PRM können Druckmesswerte von einem Zylinder verwendet werden, um eine Massenanteilverbrennung für diesen Zylinder zu schätzen.
Das vorstehende Verfahren, das PRM nutzt, ist für breite Bereiche von Temperatur, Zylinderladung und Steuerzeiten in Verbindung mit Kompressionszündungsmotoren anwendbar, mit dem zusätzlichen Vorteil, dass es keine kalibrierten Drucksensoren benötigt. Da PR ein Verhältnis von Drücken ist, kann ein nicht kalibrierter linearer Druckwandler genutzt werden, um Druckdatenmesswerte von jedem Zylinder zu erfassen.
Ein anderes Verfahren zum Schätzen von Massenanteilverbrennung ist das direkte Nutzen des Rassweiler-Ansatzes zum Ermitteln von Massenanteilverbrennung durch Berechnen der gesamten Wärme, die bei einem vorgegebenen Kurbelwinkel freigesetzt wird. Der Rassweiler-Ansatz nutzt Druckmesswerte von einem Zylinder, um die inkrementale Wärmefreisetzung in dem Zylinder zu approximieren. Dieser Ansatz wird durch die folgende Gleichung gegeben.
Die Massenanteilverbrennung, ein Maß, wie viel der Ladung bei einem bestimmten Kurbelwinkel verbrannt ist, kann durch Ermitteln, welcher Anteil an Wärmefreisetzung für einen Verbrennungsprozess bei einem vorgegebenen Kurbelwinkel stattgefunden hat, approximiert werden. Die inkrementale Wärmefreisetzung, die durch den Rassweiler-Ansatz ermittelt wird, kann über einen Bereich von Kurbelwinkeln addiert werden, mit der gesamten erwarteten oder theoretischen Wärmefreisetzung für den Verbrennungsprozess verglichen werden und genutzt werden, um die Massenanteilverbrennung zu schätzen. Wenn zum Beispiel 75% der gesamten erwarteten Wärmefreisetzung bei einem vorgegebenen Kurbelwinkel realisiert wurden, können wir schätzen, dass 75% der Verbrennung für den Zyklus bei diesem Kurbelwinkel stattgefunden hat.
Es können andere Verfahren verwendet werden, um die Massenanteilverbrennung zu schätzen. Ein Verfahren quantifiziert die Änderungsrate von Energie in dem Brennraum aufgrund von Verbrennung durch eine Analyse klassischer Wärmefreisetzungsmaße beruhend auf Analyse der freigesetzten Wärme und erbrachten Arbeit während der Verbrennung der Ladung. Solche Analysen sind auf den ersten Hauptsatz der Thermodynamik abgestellt, der besagt, dass die Nettoänderung von Energie in einem geschlossenen System gleich der Summe der Wärme und Arbeit ist, die dem System zugegeben werden. Angewandt auf einen Brennraum ist der Energieanstieg in dem Brennraum und den eingeschlossenen Gasen gleich der Wärme, die auf die Wände des Raums und die Gase übertragen wird, plus die expansive Arbeit, die durch die Verbrennung durchgeführt wird.
Ein beispielhaftes Verfahren, das diese klassischen Wärmefreisetzungsmaße nutzt, um eine Schätzung der Massenanteilverbrennung zu approximieren, analysiert die Rate der Wärmefreisetzung durch Ladungsverbrennung während des gesamten Verbrennungsprozesses. Diese Rate der Wärmefreisetzung, dQ_ch/dθ, kann über einen Bereich von Kurbelwinkeln integriert werden, um die in Form von Wärme freigesetzte Nettoenergie zu beschreiben. Durch Ableitungen, die aus dem Stand der Technik gut bekannt sind, kann diese Wärmefreisetzung durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden.
Gamma, γ, umfasst ein Verhältnis von spezifischen Wärmen und wird nominell als das für Luft bei der Temperatur, die denen zum Berechnen des Signal-Bias verwendeten und ohne AGR entspricht, gewählt. Somit ist nominell oder anfänglich γ = 1,365 bei Dieselmotoren und nominell γ = 1,30 bei herkömmlichen Benzinmotoren. Diese können jedoch beruhend auf den Daten von den spezifischen Wärmen für Luft und stöchiometrischen Produkten unter Verwenden einer Schätzung des Aquivalenzverhältnisses Φ und des für die Betriebsbedingung angestrebten AGR-Molanteils und unter Verwenden der Beziehung, dass [γ = 1+ (R/c_v)], wobei R die universale Gaskonstante ist, und des gewichteten Mittels von Luft und Produkteigenschaften durch den folgenden Ausdruck angepasst werden. c_v(T) = (1,0 – Φ·AGR)·c_vluft(T) + (Φ·AGR)·c_vstöchprod(T) [10]
Wobei der Ausdruck bei der Gastemperatur beurteilt wird, die der für Drücke entspricht, die für die Berechnung von Signalbias genommen werden.
Ob durch das vorstehende Verfahren oder durch ein anderes aus dem Stand der Technik bekanntes Verfahren berechnet kann die Berechnung von Energie, die in dem Verbrennungsprozess bei einem vorgegebenen Kurbelwinkel freigesetzt wird, mit einer erwarteten oder theoretischen gesamten Energiefreisetzung für den Verbrennungsprozess verglichen werden. Dieser Vergleich ergibt eine Schätzung von Massenanteilverbrennung zur Verwendung beim Beschreiben der Verbrennungsphasenregelung.
Die hierin vorstehend beschriebenen Verfahren werden mühelos reduziert, um wie folgt in einen Mikrocontroller oder eine andere Vorrichtung zur Ausführung während eines laufenden Betriebs eines Verbrennungsmotors programmiert zu werden.
Sobald eine Massenanteilverbrennungskurve für einen bestimmten Verbrennungsprozess erzeugt ist, ist die Kurve brauchbar, um die Verbrennungsphasenregelung für diesen bestimmten Verbrennungsprozess zu beurteilen. Unter erneutem Bezug auf 11 wird ein Bezugspunkt genommen, von dem Schätzungen der Massenanteilverbrennung aus verschiedenen Verbrennungsprozessen verglichen werden. In dieser bestimmten Ausführungsform wird CA50%, das den Kurbelwinkel darstellt, bei dem 50% der Ladung verbrannt sind, gewählt. Es können andere Maße gewählt werden, solange für jeden Vergleich das gleiche Maß verwendet wird.
Die Ermittlung von Massenanteilverbrennungswerten ist eine Vorgehensweise, die aus dem Stand der Technik gut bekannt ist. Auch wenn vorstehend beispielhafte Verfahren zum Ermitteln von Massenanteilverbrennung beschrieben werden, können die hierin offenbarten Verfahren zum Nutzen von Massenanteilverbrennungswerten zum Diagnostizieren von Zylinderverbrennungsproblemen mit jedem Verfahren zum Ermitteln von Massenanteilverbrennung verwendet werden. Es kann jede Vorgehensweise zum Entwickeln von Massenanteilverbrennung genutzt werden, und diese Offenbarung soll nicht auf die hierin beschriebenen spezifischen Verfahren beschränkt sein.
Es gibt weitere Verfahren zum Analysieren von Zylinderdrucksignalen. Es sind Verfahren zum Verarbeiten von komplexen oder verrauschten Signalen und zum Reduzieren derselben zu brauchbaren Informationen bekannt. Ein solches Verfahren umfasst Spektralanalyse durch schnelle Fourier-Transformation (FFT). FFT reduzieren ein periodisches oder sich wiederholendes Signal zu einer Summe von harmonischen Signalen, die zum Umwandeln des Signals in Komponenten seines Frequenzspektrums brauchbar sind. Sobald die Komponenten des Signals bestimmt sind, können sie analysiert werden und es können Informationen von dem Signal genommen werden.
Druckmesswerte von den Druckwandlern, die sich in oder in Verbindung mit den Verbrennungszylindern befinden, enthalten Informationen, die direkt mit der in dem Brennraum erfolgenden Verbrennung in Beziehung stehen. Motoren sind aber sehr komplexe Mechanismen, und diese Druckmesswerte können zusätzlich zu einem Maß P_ZYL(θ) eine Vielzahl von Druckschwankungen von anderen Quellen enthalten. Schnelle Fourier-Transformationen (FFT) sind mathematische Verfahren, die aus dem Stand der Technik gut bekannt sind. Ein FFT-Verfahren, das als Spektralanalyse bekannt ist, analysiert ein komplexes Signal und trennt das Signal in seine Bestandteile auf, die als Summe von Oberschwingungen dargestellt werden können. Die Spektralanalyse eines Druckwandlersignals, dargestellt durch f(θ), kann wie folgt dargestellt werden. FFT(f(θ)) = A₀ + (A₁sin(ω₀θ + Φ₁)) + (A₂sin(2ω₀θ + Φ₂)) + ... + (A_Nsin(Nω₀θ + Φ_N)) [11]
Jede Komponente N des Signals f(θ) stellt eine periodische Eingabe an dem Druck in dem Brennraum dar, wobei jedes größer werdende Inkrement N Signale oder höhere Frequenz umfasst. Eine experimentelle Analyse hat gezeigt, dass die durch Verbrennung und den sich durch die verschiedenen Stufen des Verbrennungsprozesses P_ZYL(θ) bewegenden Kolben hervorgerufene Druckschwankung die erste, niedrigste Frequenzoberschwingung zu sein pflegt. Durch Isolieren dieses ersten harmonischen Signals kann P_ZYL(θ) gemessen und beurteilt werden. Wie aus dem Stand der Technik gut bekannt ist, liefern FFT Informationen bezüglich der Größenordnung und Phase jeder festgestellten Oberschwingung, die als der Term Φ in jeder Oberschwingung der vorstehenden Gleichung erfasst ist. Der Winkel der ersten Oberschwingung oder Φ₁ ist daher der dominante Term, der die Verbrennungsphasenregelungsinformationen verfolgt. Durch Analysieren der Komponente der FFT-Ausgabe, die mit P_ZYL in Verbindung steht, können die Phasenregelungsinformationen dieser Komponente quantifiziert und entweder mit erwarteter Phasenregelung oder der Phasenregelung anderer Zylinder verglichen werden. Dieser Vergleich erlaubt ein Beurteilen der gemessenen Phasenregelungswerte und die Anzeige einer Warnung, wenn die Differenz größer als eine Schwellenphasenregelungsdifferenz ist, was Verbrennungsprobleme in diesem Zylinder anzeigt.
Durch FFT analysierte Signale werden am effizientesten geschätzt, wenn sich das Eingangssignal bei einem stabilen Zustand befindet. Transiente Wirkungen eines sich ändernden Eingangssignals können Fehler bei den ausgeführten Schätzungen erzeugen. Während Verfahren bekannt sind, um die Wirkungen von transienten Eingangssignalen auszugleichen, werden die hierin offenbarten Verfahren am besten entweder bei Leerlauf oder stabilen, mittleren Motordrehzahlbedingungen ausgeführt, bei denen die Wirkungen von Transienten eliminiert sind. Ein bekanntes Verfahren zum Verwirklichen des Tests in einem annehmbar stabilen Testzeitraum besteht darin, Abtastungen zu nehmen und einen Algorithmus in dem Steuermodul zu nutzen, um die Testdaten, die während eines stabilen Motorbetriebzeitraums genommen werden, entweder für gültig oder ungültig zu erklären.
Zu beachten ist, dass die Testdaten zwar vorzugsweise bei Leerlauf oder stabilem Motorbetrieb genommen werden, doch Informationen, die aus diesen Analysen abgeleitet sind, durch komplexe programmierte Berechnungen oder Motormodelle genutzt werden können, um eine präzisere Motorsteuerung während verschiedener Bereiche von Motorbetrieb zu bewirken. Wenn zum Beispiel Testen und Analyse bei Leerlauf zeigt, dass Zylinder Nummer 4 eine teilweise verstopfte Einspritzvorrichtung aufweist, könnten die Kraftstoffeinspritzzeiten für diesen Zylinder während unterschiedlicher Betriebsbereiche abgewandelt werden, um das wahrgenommene Problem zu kompensieren.
Sobald Zylinderdrucksignale durch FFT analysiert wurden, können Informationen aus dem Drucksignal auf verschiedene Weise verwendet werden, um den Verbrennungsprozess zu analysieren. Zum Beispiel kann das analysierte Drucksignal verwendet werden, um ein anteiliges Druckverhältnis zu erzeugen, wie in den vorstehenden Verfahren erläutert wird, und wird verwendet, um den Prozentsatz der Massenanteilverbrennung zu beschreiben, um das Fortschreiten des Verbrennungsprozesses zu beschreiben.
Sobald ein Maß, beispielsweise Druckmesswerte, verfügbar sind, können andere beschreibende Parameter, die einen Verbrennungsprozess betreffen, berechnet werden. Submodelle, die bestimmte Eigenschaften eines Verbrennungsprozesses beschreiben, können eingesetzt werden, die physikalische Eigenschaften und Beziehungen nutzen, die aus dem Stand der Technik gut bekannt sind, um Zylinderdrücke und andere mühelos verfügbare Motorsensorterme in eine Variable umzuwandeln, die den Verbrennungsprozess beschreibt. Zum Beispiel kann der volumetrische Wirkungsgrad, ein Verhältnis von Luft/Kraftstoff-Ladung, die in den Zylinder strömt, verglichen mit der Aufnahmefähigkeit des Zylinders, durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden. η_VE = f(RPM,P_im,m ._a) [12]
RPM oder Motordrehzahl ist durch einen Kurbelwellendrehzahlsensor leicht messbar, wie vorstehend beschrieben ist. P_im oder Ansaugkrümmerdruck wird typischerweise mit der Motorsteuerung in Verbindung stehend gemessen und ist ein mühelos verfügbarer Term. m ._a oder der Anteil an frischem Luftmassenstrom der in den Zylinder strömenden Ladung ist ebenfalls ein Term, der häufig in dem Luftansaugsystem des Motors gemessen wird, oder kann alternativ aus P_im, Umgebungsluftdruck und bekannten Eigenschaften des Luftansaugsystems mühelos abgeleitet werden. Eine andere Variable, die den Verbrennungsprozess beschreibt und die aus Zylinderdrücken und anderen mühelos verfügbaren Sensormesswerten abgeleitet werden kann, ist das Ladungsströmen in den Zylinder m ._c. m ._c kann durch die folgende Gleichung ermittelt werden.
D ist gleich der Verdrängung des Motors. R ist eine Gaskonstante, die aus dem Stand der Technik gut bekannt ist. T_im ist ein Temperaturmesswert von dem Ansaugkrümmer. Eine andere Variable, die den Verbrennungsprozess beschreibt und die von Zylinderdrücken sowie anderen mühelos verfügbaren Sensormesswerten abgeleitet werden kann, ist AGR% bzw. der Prozentsatz von Abgas, der in den Abgasrückführungskreislauf zurückgeleitet wird. AGR% kann durch die folgende Gleichung ermittelt werden.
Eine noch andere Variable, die den Verbrennungsprozess beschreibt und die aus Zylinderdrücken und anderen mühelos verfügbaren Sensormesswerten abgeleitet werden kann, ist CAx, wobei x gleich einem erwünschten anteiligen Druckverhältnis ist. CAx kann durch die folgende Gleichung ermittelt werden.
Ausfüllen des erwünschten anteiligen Druckverhältnisses als Z und Auflösen nach θ ergibt CAx. CA50 kann zum Beispiel wie folgt ermittelt werden.
Es können auch verschiedene Temperaturen in dem Brennraum aus Zylinderdrücken und anderen mühelos verfügbaren Sensormesswerten geschätzt werden. 13 stellt eine Anzahl unterschiedlicher Temperaturen dar, die gemäß der vorliegenden Offenbarung in dem Brennraum schätzbar sind und für das Beschreiben des Verbrennungsprozesses hilfreich sind. T_a, die durchschnittliche Temperatur in dem Brennraum, kann durch die folgende Gleichung ermittelt werden.
P_max ist der maximale Druck, der in dem Brennraum durch den Verbrennungsprozess erreicht wird. PPL ist ein Maß des Kurbelwinkels, bei dem P_max auftritt. V(PPL) ist das Volumen des Zylinders an dem Punkt, an dem P_max auftritt. T_u, die durchschnittliche Temperatur des noch nicht verbrannten oder unverbrannten Teils der Ladung in dem Brennraum, kann durch die folgende Gleichung ermittelt werden.
m ._f ist der Kraftstoffmassenstrom und kann entweder aus einem bekannten Kraftstoffverteilerrohrdruck kombiniert mit bekannten Eigenschaften und dem Betrieb der Kraftstoffeinspritzvorrichtungen oder aus m ._c und m ._a ermittelt werden. α und β sind Kalibrierungen, die auf der Motordrehzahl und der Last beruhen und können experimentell, empirisch, prädiktiv, durch Modellierung oder anderen Techniken entwickelt werden, die adäquat sind, um Motorbetrieb genau vorherzusagen, und es könnten eine Vielzahl von Kalibrierungskurven von dem gleichen Motor für jeden Zylinder und für unterschiedliche Motoreinstellungen, -bedingungen oder -betriebsbereiche verwendet werden. λ_s ist das stöchiometrische Luft/Kraftstoff-Verhältnis für den bestimmten Kraftstoff und umfasst Werte, die aus dem Stand der Technik gut bekannt sind. T_Abg ist eine gemessene Abgastemperatur. T_im und P_im sind Temperatur- und Druckmesswerte, die an dem Ansaugkrümmer genommen sind. P_max – ΔP beschreibt den Druck in dem Brennraum kurz vor Beginn der Verbrennung. γ ist eine spezifische Wärmekonstante, die vorstehend beschrieben ist. T_b, die durchschnittliche Temperatur des verbrannten Teils der Ladung in dem Brennraum, kann durch die folgende Gleichung ermittelt werden.
Zu beachten ist, dass die vorstehenden Gleichungen in einem Verfahren, das aus dem Stand der Technik gut bekannt ist, vereinfacht werden, indem der Wärmeverlust an die Zylinderwand vernachlässigt wird. Verfahren zum Kompensieren dieser Vereinfachung sind aus dem Stand der Technik gut bekannt und werden hierin nicht näher beschrieben. Durch die Verwendung der vorstehend erwähnten Beziehungen und Ableitungen können Zylinderdruck und andere mühelos verfügbare Sensormesswerte verwendet werden, um eine Anzahl von Parametern zu ermitteln, die den überwachten Verbrennungsprozess beschreiben.
Wie vorstehend beschrieben können Zylinderdruckmesswerte verwendet werden, um einen in dem Brennraum auftretenden Verbrennungszustand zur Verwendung als Faktor beim Schätzen der NOx-Erzeugung zu beschreiben. Wie ebenfalls vorstehend beschrieben sind eine Anzahl anderer Faktoren für das genaue Schätzen der NOx-Erzeugung relevant. 14 ist eine graphische Darstellung von beispielhaften modellierten Ergebnissen, die standardisierte Wirkungen einer Anzahl von Eingaben zu NOx-Emissionen unter einer vorgegebenen Reihe von Bedingungen gemäß der vorliegenden Offenbarung beschreiben. Wie vorstehend beschrieben sind Verfahren bekannt, die ein Modellmodul und ein NOx-Schätzmodul nutzen, um die NOx-Erzeugung beruhend auf bekannten Eigenschaften eines Motors zu simulieren oder zu schätzen. Das in dieser bestimmten beispielhaften Analyse zum Charakterisieren der NOx-Erzeugung durch einen Verbrennungsprozess genutzte Modell kann durch den folgenden Ausdruck charakterisiert werden. NOx = NNT(Pmax,CA50,CApmax,AGR%,AFR) [20]
Wie in den graphischen Ergebnissen von 14 gezeigt haben eine Anzahl von Faktoren unterschiedliche Wirkungen auf NOx-Erzeugung. Unter dieser bestimmten Reihe von Bedingungen hat AGR% die größte Wirkung auf die NOx-Erzeugung für den modellierten Motor. In diesem Fall senkt durch aus dem Stand der Technik gut bekannte Verfahren das Rückführen einer bestimmten Menge von Abgas durch den AGR-Kreislauf zurück in den Brennraum die adiabatische Flammentemperatur des Verbrennungsprozesses, wodurch die Temperaturen gesenkt werden, denen Stickstoff- und Sauerstoffmoleküle werden der Verbrennung ausgesetzt werden, und wodurch die Rate der NOx-Erzeugung gesenkt wird. Durch Untersuchen solcher Modelle unter verschiedenen Motorbetriebsbedingungen können dem neuronalen Netz die brauchbarsten Eingaben geliefert werden, um genaue Schätzungen der NOx-Erzeugung vorzusehen. Ferner liefert das Untersuchen solcher Modelle Informationen, die für das Wählen von Eingabedaten zum anfänglichen Einlernen des neuronalen Netzes, für das Verändern von Eingaben und Vorsehen entsprechender Ausgaben zu Sensoreingaben und beschreibenden Parametern, die sich am wahrscheinlichsten auf NOx-Erzeugung auswirken, brauchbar sind.
Durch die vorstehend beschriebenen Verfahren können Schätzungen von NOx-Erzeugung für eine Reihe von Motorsensoreingaben erzeugt werden. Wie für den Durchschnittsfachmann nachvollziehbar ist, wirken Gleichungen und Modellprognosen von Motorbetrieb häufig am effektivsten, wenn der Motor bei oder nahe Dauerleistung arbeitet. Es können aber Beobachtungen und Prognosen bezüglich der Wirkungen von transientem oder dynamischem Motorbetrieb auf Schätzungen der NOX-Erzeugung oder die Genauigkeit derselben gemacht werden. Ein beispielhafter Ausdruck, der ein dynamisches Modell oder ein dynamisches Filtermodul beschreibt, ist durch das Folgende gezeigt: dNOx / dt = f(NOx,y,AGR%,AFR,Ta,RPM) [21] wobei gegenwärtige NOx-Messwerte und eine Ausgabe y von einem eingelernten neuronalen Netz genutzt werden, um eine Änderung der NOx-Erzeugung zu schätzen. Eine solche Änderungsvariable kann verwendet werden, um NOx-Erzeugung inkremental zu schätzen, oder kann verwendet werden, um Schätzungen der NOx-Erzeugung zu prüfen oder zu filtern. 15 stellt schematisch ein beispielhaftes System dar, das eine Schätzung der NOx-Erzeugung erzeugt, wobei es Modelle in einem neuronalen Netz nutzt, um Schätzungen der NOx-Erzeugung zu erzeugen, und ein dynamisches Modellmodul umfasst, um Schätzungen der NOx-Erzeugung bezüglich Wirkungen von dynamischen Motor- und Fahrzeugbedingungen gemäß der vorliegenden Offenbarung auszugleichen. Das NOx-Erzeugungsschätzsystem 700 umfasst ein Modellmodul 710, ein neuronales Netzmodul 720 und ein dynamisches Modellmodul 730. Faktoren, die sich unter den aktuellen Betriebsbedingungen am wahrscheinlichsten auf die Schätzung der NOx-Erzeugung unter dynamischen oder sich ändernden Bedingungen auswirken, können experimentell, empirisch, prädikativ, durch Modellierung oder andere Techniken ermittelt werden, die adäquat sind, um Motorbetrieb genau vorherzusagen. Eingaben bezüglich dieser Faktoren werden dem dynamischen Modellmodul 730 zusammen mit der Ausgabe von dem neuronalen Netzmodul 720 eingespeist, und die Roh-ausgabe von dem neuronalen Netz kann beruhend auf den projizierten Wirkungen der dynamischen Bedingungen, die durch das dynamische Modellmodul 730 ermittelt werden, angepasst, gefiltert, gemittelt, entpriorisiert oder anderweitig modifiziert werden. Auf diese Weise können die Wirkungen von dynamischen Motor- oder Fahrzeugbetriebsbedingungen bei der Schätzung der NOx-Erzeugung berücksichtigt werden.
Die Offenbarung hat bestimmte bevorzugte Ausführungsformen und Abwandlungen derselben beschrieben. Dritten können beim Lesen und Verstehen der Beschreibung weitere Abwandlungen und Änderungen einfallen. Daher soll die Offenbarung nicht auf die bestimmte(n) Ausführungsform(en) beschränkt sein, die als die beste Methode offenbart ist/sind, die zum Ausführen dieser Offenbarung erwogen wird/werden, sondern die Offenbarung soll alle Ausführungsformen umfassen, die in den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche fallen.

Claims

Verfahren zum Auslösen eines Regenerationsmodus in einer Vorrichtung (320, 420, 520) für selektive katalytische Reduktion eines Nachbehandlungssystems (300, 400, 500) unter Nutzen von Kohlenwasserstoffen als Reduktionsmittel, umfassend: Überwachen einer Temperatur in dem Nachbehandlungssystem (300, 400, 500); Überwachen einer Kraftstoffdosierrate zu der Vorrichtung (320, 420, 520) für selektive katalytische Reduktion; Überwachen eines anfänglichen Umwandlungswirkungsgrads; Erzeugen mehrerer Gleichungen durch Anpassen einer Kurve an Testdaten, um Änderungen des Umwandlungswirkungsgrads der Vorrichtung (320, 420, 520) für selektive katalytische Reduktion über der Zeit zu schätzen, wobei jede Gleichung für einen jeweiligen Temperaturbereich definiert ist; Wählen einer der mehreren Gleichungen beruhend auf der überwachten Temperatur und der überwachten Kraftstoffdosierrate; Schätzen von Änderungen des Umwandlungswirkungsgrads beruhend auf der Gleichung und dem anfänglichen Umwandlungswirkungsgrad; und Auslösen eines Regenerationsmodus für die Vorrichtung (320, 420, 520) für selektive katalytische Reduktion beruhend auf den geschätzten Änderungen des Umwandlungswirkungsgrads.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Überwachen des anfänglichen Umwandlungswirkungsgrads umfasst: Zurücksetzen des anfänglichen Umwandlungswirkungsgrads, wenn die Vorrichtung (320, 420, 520) für selektive katalytische Reduktion eine vollständige Regeneration abschließt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Überwachen des anfänglichen Umwandlungswirkungsgrads umfasst: Zurücksetzen des anfänglichen Umwandlungswirkungsgrads auf einen geschätzten Umwandlungswirkungsgrad, wenn die Vorrichtung (320, 420, 520) für selektive katalytische Reduktion eine teilweise Regeneration durchläuft.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Schätzen von Änderungen des Umwandlungswirkungsgrads umfasst: Festlegen eines Zeitraums, in dem die jeweilige Gleichung wirksam ist, beruhend auf der überwachten Temperatur und der Kraftstoffdosierrate; und kumulatives Schätzen von Änderungen des Umwandlungswirkungsgrads über den Zeitraum.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die überwachte Temperatur eine Katalysatortemperatur der Vorrichtung (320, 420, 520) für selektive katalytische Reduktion umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, 2, 3, 4, oder 5, wobei das Auslösen des Regenerationsmodus auf dem Fallen des geschätzten Umwandlungswirkungsgrads unter einen Schwellenumwandlungswirkungsgrad beruht.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Überwachen des anfänglichen Umwandlungswirkungsgrads umfasst: Zurücksetzen des anfänglichen Umwandlungswirkungsgrads, wenn die Vorrichtung (320, 420, 520) für selektive katalytische Reduktion eine vollständige Regeneration abschließt; und wobei der Schwellenumwandlungswirkungsgrad beruhend auf der zunehmenden Betriebsdauer seit dem Zurücksetzen steigt.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Überwachen des anfänglichen Umwandlungswirkungsgrads umfasst: Zurücksetzen des anfänglichen Umwandlungswirkungsgrads auf einen geschätzten Umwandlungswirkungsgrad, wenn die Vorrichtung (320, 420, 520) für selektive katalytische Reduktion eine teilweise Regeneration durchläuft; und wobei der Schwellenumwandlungswirkungsgrad beruhend auf zunehmender Betriebsdauer seit dem Zurücksetzen steigt.
Verfahren zum Schätzen eines Umwandlungswirkungsgrads zur Verwendung beim Steuern einer im Betrieb befindlichen Vorrichtung (320, 420, 520) für selektive katalytische Reduktion eines Nachbehandlungssystems (300, 400, 500) unter Nutzen von Kohlenwasserstoffen als Reduktionsmittel, umfassend: Testen einer beispielhaften Vorrichtung (220) für selektive katalytische Reduktion, die der in Betrieb befindlichen Vorrichtung (320, 420, 520) für selektive katalytische Reduktion funktionell ähnlich ist, wobei das Testen umfasst: iteratives Betreiben der beispielhaften Vorrichtung (220) für selektive katalytische Reduktion über Betriebszeiträume mit verschiedenen Temperaturen und Kraftstoffdosierraten; und Überwachen des Umwandlungswirkungsgrads der beispielhaften Vorrichtung (220) für selektive katalytische Reduktion über jeden der Zeiträume; Ermitteln mehrerer Gleichungen durch Anpassen einer Kurve an den überwachten Umwandlungswirkungsgrad, die Änderungen des Umwandlungswirkungsgrads für jeden der Zeiträume repräsentieren, wobei jede ermittelte Gleichung für einen jeweiligen Temperaturbereich definiert ist; Nutzen einer der mehreren ermittelten Gleichungen, um Änderungen des Umwandlungswirkungsgrads in der in Betrieb befindlichen Vorrichtung (320, 420, 520) für selektive katalytische Reduktion zu verfolgen; und Steuern des Auslösens eines Regenerationsmodus in der in Betrieb befindlichen Vorrichtung (320, 420, 520) für selektive katalytische Reduktion beruhend auf dem nachverfolgten Umwandlungswirkungsgrad.