DE102018104424A1 - Prädiktive steuerung für die schlupf- und durchbruchbestimmung von selektiven katalytischen reduktionssystemen - Google Patents

Prädiktive steuerung für die schlupf- und durchbruchbestimmung von selektiven katalytischen reduktionssystemen Download PDF

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Abstract

Es werden prädiktive SCR-Steuersysteme, Verfahren zum Verwenden solcher Steuersysteme und Kraftfahrzeuge mit SCR, die eine prädiktive Steuerung verwenden, offenbart. Ein Verfahren zum Regeln des Betriebs eines SCR-Systems beinhaltet das Empfangen von Sensorsignalen, die eine NOx-Ausgabe stromabwärts von einem SCR-Katalysator anzeigen, und Sensorsignalen, die eine Abgastemperatur stromaufwärts von dem SCR-Katalysator anzeigen. Das Verfahren ermittelt, ob eine Modellfehlerbedingung für das NOx-Ausgabesignal aufgetreten ist, und in Reaktion auf ein solches Auftreten moduliert es die Ausgabe des Dosierinjektors für mindestens eine kalibrierte bestimmte Zeitdauer. Nach Ablauf der bestimmten Zeitdauer wird der Dosierinjektor aktiviert und angewiesen, Reduktionsmittel gemäß einem modulierten Dosierwert einzuspritzen. Nachdem der Dosierinjektor den modulierten Dosierwert des Reduktionsmittels eingespritzt hat, ermittelt das Verfahren basierend auf einer Reaktionsform von Signalen, die von dem Auslass-NOx-Gehaltssensor empfangen werden, ob das SCR-System unterdosiert oder überdosiert ist.

Description

  • EINFÜHRUNG
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein Abgasreinigungs- und Abgasnachbehandlungssysteme. Insbesondere betreffen Aspekte dieser Offenbarung Steuerstrategien der Nachbehandlung von Stickoxid (NOx)-Reduzierung für Emissionen nach der Verbrennung von Verbrennungsmotor (ICE)-Anordnungen.
  • Die derzeitigen Kraftfahrzeuge, wie das moderne Automobil, sind ursprünglich mit einem Antriebsstrang ausgestattet, der das Fahrzeug antreibt und die Bordfahrzeugelektronik versorgt. Der Antriebsstrang, der einen Antrieb einschließt und zum Teil fälschlich als solcher bezeichnet wird, umfasst im Allgemeinen eine Antriebsmaschine, die durch eine mehrstufige Energieübertragung die Antriebskraft zum Fahrzeug-Endantriebssystem (z. B. hinteres Differential, Achsen und Räder) liefert. Automobile wurden herkömmlich mit einem Verbrennungsmotor nach Hubkolbenbauart angetrieben, aufgrund dessen leichter Verfügbarkeit und relativ preiswerter Kosten, geringem Gewicht und dessen Gesamtwirkungsgrad. Die besagten Motoren beinhalten als nicht einschränkende Beispiele Zwei- oder Viertakt-kompressionsgezündete Dieselmotoren, Viertakt-Ottobenzinmotoren, Sechstakt-Motoren und Drehkolbenmotoren. Hybridfahrzeuge nutzen andererseits alternative Energiequellen, wie batterie- und brennstoffzellenbetriebene Elektromotoren, um das Fahrzeug anzutreiben, die Abhängigkeit des Motors von der Energie zu minimieren und die gesamten Kraftstoffeinsparungen zu erhöhen.
  • Ein typischer Überkopfventil-Verbrennungsmotor beinhaltet einen Motorblock mit einer Reihe von Zylinderbohrungen, von denen jeder einen Kolben aufweist, der hin- und her bewegbar ist. Gekoppelt an einer Oberseite des Motorblocks ist ein Zylinderkopf, der mit der Kolben- und Zylinderbohrung zusammenwirkt, um eine Brennkammer mit variablem Volumen zu formen. Diese hin- und hergehenden Kolben werden verwendet, um Druck - der durch Zünden eines in der Brennkammer komprimierten Kraftstoff-Luft-Gemisches erzeugt wird - in Drehkräfte umzuwandeln, um eine Kurbelwelle anzutreiben. Der Zylinderkopf ist mit Einlassöffnungen versehen, durch die Luft, die durch einen Ansaugkrümmer bereitgestellt wird, selektiv in jede Brennkammer eingeführt wird. Ebenfalls in dem Zylinderkopf definiert sind Abgasöffnungen, durch die Abgase und Verbrennungs-Abfallprodukte selektiv von den Brennkammern zu einem Abgaskrümmer abgeleitet werden. Der Abgaskrümmer wiederum sammelt und kombiniert Abgase für die Rückführung in den Ansaugkrümmer, die Abgabe an einen turbinenangetriebenen Turbolader und/oder die Ableitung vom ICE über ein Abgassystem.
  • Abgase, die während jedes Verbrennungsarbeitszyklus einer ICE-Anordnung erzeugt werden, können Partikel und andere bekannte Verbrennungs-Abfallprodukte, wie Kohlenmonoxid (CO), Kohlenwasserstoffe (HC), flüchtige organische Verbindungen (VOCs) und Stickoxide (NOx) beinhalten. Abgasnachbehandlungssysteme arbeiten, um unverbrannte Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid zu Kohlendioxid und Wasser zu oxidieren und Mischungen von Stickoxiden zu Stickstoff und Wasser zu reduzieren, bevor das Gas in die Atmosphäre abgegeben wird. Die Abgasbehandlung kann einzeln und in beliebiger Kombination einen Oxidationskatalysator (OC), NOx-Absorber/Adsorber, Abgasrückführung (AGR), ein selektives katalytisches Reduktions (SCR)-System, einen Partikelmaterial (PM)-Filter, katalytische Konverter und andere Mittel der Emissionssteuerung einbeziehen. Die selektive katalytische Reduktion ist eine fortschrittliche aktive Emissionssteuerungstechnologie, die ein Dosiermittel, wie wasserfreies oder wässriges Ammoniak (NH3) oder Harnstoff automotiver Qualität (auch bekannt als AdBlue oder Diesel Exhaust Fluid (DEF)), in den Abgasstrom einspritzt. Dieses Dosierungsmittel beinhaltet ein Reduktionsmittel, das auf einer SCR-Katalysatoroberfläche absorbiert wird und dann mit dem NOx im Abgas reagiert. Der SCR-Katalysator kann dann NOx in Wasserdampf (H2O) und Stickstoffgas (N2) zersetzen oder reduzieren.
  • Das Dosiermittel wird normalerweise stromaufwärts von dem/den SCR-Katalysator(en) in den Gasstrom injiziert, so dass das flüssige Reduktionsmittel auf dem Katalysator absorbiert wird, bevor es mit durch das SCR-System strömenden NOxenthaltenden Gasen reagiert. Wenn das verwendete Reduktionsmittel Ammoniak ist, zersetzt sich das Dosiermittel thermisch in Ammoniak innerhalb des SCR-Systems, bevor es auf dem Katalysator absorbiert wird. Wenn das SCR-System ordnungsgemäß mit Reduktionsmittel behandelt wird, sollte die Reduktionsreaktion das meiste, wenn nicht sogar das gesamte NOx und Ammoniak eliminieren, bevor das Gas in die umgebende Atmosphäre freigesetzt wird. Wenn mehr Ammoniak in das System injiziert wird, als von dem/den Katalysator(en) absorbiert werden kann, wird das SCR-System als „überdosiert“ bezeichnet und Ammoniak kann unbeabsichtigt aus dem Abgassystem emittiert werden (allgemein bekannt als „Ammoniakschlupf“). Umgekehrt, wenn eine unzureichende Menge an Ammoniak eingespritzt und auf dem/den Katalysator(en) aufgenommen wird, um mit dem gesamten hindurchtretenden NOx zu reagieren, wird der SCR-System als „unterdosiert“ bezeichnet und kann bewirken, dass unbehandeltes NOx vom Abgassystem emittiert werden kann (allgemein bekannt als „NOx-Durchbruch“).
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Hierin sind multivariable prädiktive Steueralgorithmen und Steuersysteme zum Regeln der selektiven katalytischen Reduktion (SCR) von Emissionssteuersystemen, Verfahren zum Herstellen und Verfahren zur Verwendung solcher Steuersysteme, Verbrennungsmotor (ICE)-Anordnungen mit SCR-Fähigkeiten mit prädiktiver Steuerung und Kraftfahrzeuge mit solchen Motoren ausgestattet, offenbart. Als Beispiel, und nicht als Einschränkung, wird ein einzigartiges Verfahren zum Ermitteln vorgestellt, ob ein SCR-System in einem Zustand einer Reduktionsmittelüberdosierung (hierin auch als „Schlupf“ bezeichnet) oder in einem Zustand einer Reduktionsmittelunterdosierung (hierin auch als „Durchbruch“ bezeichnet) ist. Zum Beispiel wird während stationärer SCR-Systembetriebsbedingungen der NOx-Gehalt stromaufwärts und stromabwärts überwacht, um zu ermitteln, ob/wenn ein stromabwärtiger NOx-Sensorwert um einen systemkalibrierten Wert, der als Modellfehlerbedingung bekannt ist, höher oder niedriger als ein vorbestimmter stromabwärtiger NOx-Modellwert ist. In Reaktion auf das Auftreten einer Modellfehlerbedingung wird die Dosiermittel-Injektionsvorrichtung des SCR-Systems (auch bekannt als „DEF-Dosierer“) moduliert, reduziert oder anderweitig vorübergehend für eine bestimmte Zeitdauer ausgesetzt. Diese festgelegte Zeitdauer kann in Echtzeit basierend auf verbrauchtem NH3, Dosentemperatur, aktuellen Motorabgasbedingungen, Umgebungsbedingungen usw. berechnet werden.
  • Nach Ablauf der festgelegten Zeitdauer, während der eine vorbestimmte NH3-Menge verbraucht werden kann, wird die DEF-Dosiererausgabe in den Normalzustand zurückversetzt oder anderweitig aktiviert. Der DEF-Dosierer wird so moduliert, dass er für eine programmierte Zeitdauer bei einem erhöhten oder erniedrigten Prozentsatz des angewiesenen Einspritzwerts (z. B. größer oder kleiner als 100% des normalen Einspritzvolumens) für diese Betriebsbedingungen dosiert. Dieser Prozentsatz kann in Echtzeit aus den aktuellen Systembetriebsbedingungen berechnet werden. Während der DEF-Dosierer bei diesem modifizierten Wert arbeitet, werden stromabwärtige NOx-Sensorsignale ausgewertet, um zu ermitteln, ob sich das System im Schlupf oder Durchbruch befindet. In einem Schlupfzustand (Überdosierungszustand) wird das stromabwärtige NOx-Signal nicht signifikant variieren, wenn die DEF-Dosiererausgabe in den Normalzustand zurückkehrt. In einem Durchbruchzustand (Unterdosisierungszustand) wird das stromabwärtige NOx-Signal schnell abfallen, wenn der DEF-Dosiererausgabe in den Normalzustand zurückkehrt. Dieser Unterschied im Verhalten ermöglicht es dem System, den Zustand des SCR-Systems leicht zu ermitteln und, falls gewünscht, einen oder mehrere vom DEF-Dosierer angewiesene Einspritzwerte einzustellen, um die Wahrscheinlichkeit zukünftiger Schlupf- und Durchbruchbedingungen zu verringern.
  • Zu den begleitenden Vorteilen für wenigstens einige der offenbarten Konzepte gehört eine reduzierte SCR-System festgelegte Zeitdauer, die wiederum zu verringerten NOx-Auspuffemissionen des Abgassystems führt. Die offenbarten SCR-Steuerlogik und Systemarchitekturen helfen, die Genauigkeit der Schlupf-/Durchbruchsbestimmung unter stationären Bedingungen zu verbessern. Eine robustere Schlupf-/Durchbruchsbestimmung wird sowohl für Einlassbedingungen mit hohem als auch mit niedrigem NOx bereitgestellt, z. B. verursacht durch sich ändernde Straßenbedingungen, Bedienereingaben, Systemanforderungen usw. Offenbarte Systeme und Verfahren tragen auch dazu bei, das Wiederauftreten von unerwünschten Überdosierungs- und Unterdosierungszuständen zu minimieren durch Einsatz eines geschlossenen Regelkreisbetriebs zur systematischen Aktualisierung der SCR-Betriebsparameter.
  • Aspekte der vorliegenden Offenbarung sind auf SCR-Überwachungs- und Steuersystemarchitekturen für kommerzielle und industrielle Kessel, Gasturbinen und Hubkolben-Verbrennungsmotoranordnungen mit SCR-Funktionalität gerichtet. Offenbart wird beispielsweise ein multivariables prädiktives Steuersystem zum Regeln des Betriebs eines SCR-Abgasnachbehandlungssystems. Das SCR-System besteht im Allgemeinen aus einem oder mehreren SCR-Katalysatoren, einem Reduktionsmittel-Speichertank, der mit dem/den SCR-Katalysator(en) in Fluidverbindung steht, und einem Dosierinjektor zum selektiven Einspritzen von Reduktionsmittel auf den/die SCR-Katalysator(en), um im Abgas mitgeführte Stickstoffoxidemissionen chemisch zu reduzieren. Das prädiktive Steuersystem beinhaltet verschiedene Sensorvorrichtungen, wie beispielsweise einen NOx-Gehaltsensor, der eine NOx-Ausgabe (z. B. NOx-Konzentration) stromabwärts von dem SCR-Katalysator erfasst, und einen SCR-Temperatursensor, der eine Abgaseinlasstemperatur stromaufwärts von dem SCR-Katalysator erfasst. Andere Systemerfassungsvorrichtungen können beinhalten, sind aber nicht darauf beschränkt: einen NOx-Gehaltssensor zum Erfassen von NOx-Eingabe stromaufwärts von dem SCR-Katalysator; einen SCR-Temperatursensor zum Erfassen der Abgasauslasstemperatur stromabwärts von dem SCR-Katalysator; und/oder einen SCR-Katalysatortemperatursensor zum Erfassen der aktuellen Temperatur des SCR-Katalysators.
  • Ein elektronisches Steuersystem (ECU) ist kommunikativ mit dem Auslass-NOx-Gehaltsensor und dem Einlass-SCR-Temperatursensor verbunden. Dieses elektronische Steuersystem ist konfiguriert zum: Empfangen eines oder mehrerer Signale von dem NOx-Gehaltsensor, die eine NOx-Ausgabe stromabwärts von dem SCR-Katalysator anzeigen; Empfangen eines oder mehrerer Signale von dem SCR-Temperatursensor, die eine Abgaseinlasstemperatur stromaufwärts von dem SCR-Katalysator anzeigen; Ermitteln, ob eine Modellfehlerbedingung aufgetreten ist; in Reaktion auf eine Feststellung, dass die Modellfehlerbedingung aufgetreten ist, Ermitteln einer benannten Reduktionszeit basierend auf dem Abgaseinlass-Temperatursignal; Anweisen des Dosierinjektors, die Ausgabe für mindestens die benannte Reduktionszeit zu modulieren; Ermitteln eines modulierten Dosierwertes für den Dosierinjektor; nach Ablauf der benannten Zeitdauer den Dosierinjektor anweisen, das Reduktionsmittel gemäß dem modulierten Dosierwert für eine benannte Zeitdauer zu aktivieren und einzuspritzen; und wenn der Dosierinjektor den modulierten Dosierwert des Reduktionsmittels einspritzt, Ermitteln, ob das SCR-System in einem Unterdosierungs- oder Überdosierungszustand ist, basierend auf der Reaktionsform von Signalen, die von dem Auslass-NOx-Gehaltsensor empfangen werden.
  • Andere Aspekte der vorliegenden Offenbarung sind auf Kraftfahrzeuge mit Hubkolbenmotoren und SCR-Abgasnachbehandlungssystemen mit prädiktiven Steuerfähigkeiten gerichtet. Ein „Kraftfahrzeug“, wie es hierin verwendet wird, kann jede relevante Fahrzeugplattform, wie beispielsweise Personenfahrzeuge (Verbrennungsmotor, Hybridelektro, Vollelektro, Brennstoffzelle, Brennstoffzellenhybrid, vollständig oder teilweise autonom usw.), Transportfahrzeuge, Industriefahrzeuge, Kettenfahrzeuge, Geländefahrzeuge und Geländefahrzeuge (ATV), landwirtschaftliche Ausrüstung, Boote, Flugzeuge, Züge usw. beinhalten. In einem Beispiel wird ein Kraftfahrzeug vorgestellt, das eine Fahrzeugkarosserie mit einem Motorraum und eine Verbrennungsmotor (ICE)-Anordnung, im Motorraum verstaut, beinhaltet. Die ICE-Anordnung beinhaltet einen Motorblock mit mehreren Zylinderbohrungen und einen Kolben, der in jeder der Zylinderbohrungen hin und her bewegbar ist. Ein SCR-Abgasnachbehandlungssystem ist fluidisch mit der ICE-Anordnung gekoppelt. Das SCR-System beinhaltet einen oder mehrere SCR-Katalysatoren, die beispielsweise über eine Fluidleitung und eine Sprühdüse fluidisch mit einem Lagertank verbunden sind, in dem ein flüssiges Reduktionsmittel gespeichert ist. Ein elektronischer Dosierinjektor ist selektiv betreibbar, um Reduktionsmittel in NOxmitgeführte Abgasströme einzuspritzen, die durch das SCR-System strömen.
  • Ein Auslass-NOx-Gehaltsensor erfasst eine NOx-Ausgabe stromabwärts von dem SCR-Katalysator (den SCR-Katalysatoren), wohingegen ein Einlass-SCR-Temperatursensor eine Abgaseinlasstemperatur stromaufwärts von dem SCR-Katalysator (den SCR-Katalysatoren) erfasst. Ein integriertes oder externes elektronisches Steuersystem, das kommunikativ mit den verschiedenen Systemsensoren verbunden ist, ist so programmiert, dass es Signale empfängt, die stromabwärts von dem/den SCR-Katalysator(en) NOx-Ausgaben anzeigen, und Signale, die die Abgaseinlasstemperatur stromaufwärts von dem/den SCR-Katalysator(en) anzeigen. Das elektronische Steuersystem ermittelt dann, ob eine Modellfehlerbedingung für ein empfangenes NOx-Ausgabesignal aufgetreten ist, und ermittelt in Reaktion auf ein solches Auftreten eine vorgesehene Zeitdauer auf der Grundlage von beispielsweise einem Abgaseinlasstemperatursignal. Das elektronische Steuersystem moduliert die Ausgabe des Dosierinjektors für mindestens die benannte Zeitdauer und ermittelt einen modulierten Dosierwert für den Dosierinjektor, z. B. bei aktuellen SCR-Systembetriebsbedingungen. Nach Ablauf der benannten Zeitdauer führt das elektronische Steuersystem die Ausgabe des Dosierinjektors in den Normalzustand zurück und befiehlt dem Injektor, das Reduktionsmittel gemäß dem modulierten Dosierwert einzuspritzen. Wenn der Dosierinjektor das Einspritzen des modulierten Dosierwerts des Reduktionsmittels beendet, ermittelt das elektronische Steuersystem, ob sich das SCR-System in einem Unterdosierungszustand oder einem Überdosierungszustand befindet, basierend auf der Reaktionsform der von dem Auslass-NOx-Gehaltsensor empfangenen Signale.
  • Weitere Aspekte dieser Offenbarung sind auf Steuerlogik und Algorithmen für multivariable prädiktive Steuerung mit einer Closed-Loop-Funktionalität zum Regeln des Betriebs von SCR-Abgasnachbehandlungssystemen ausgerichtet. So ist beispielsweise ein Verfahren zum Betreiben eines prädiktiven Steuersystems zum Regeln eines SCR-Systems offenbart. Das Verfahren beinhaltet in beliebiger Reihenfolge und in beliebiger Kombination mit beliebigen der offenbarten Merkmale: das Empfangen eines Signals, das eine NOx-Ausgabe stromabwärts von dem SCR-Katalysator anzeigt, über eine Steuerung von einem Auslass-NOx-Gehaltssensor; das Empfangen eines Signals, das eine Abgaseinlasstemperatur stromaufwärts von dem SCR-Katalysator anzeigt, über die Steuerung von einem Einlass-SCR-Temperatursensor; das Ermitteln, ob eine Modellfehlerbedingung für das NOx-Ausgabesignal aufgetreten ist; in Reaktion auf ein Ermitteln, dass die Modellfehlerbedingung aufgetreten ist, das Ermitteln einer bestimmten Zeitdauer basierend auf dem Abgaseinlasstemperatursignal; das Modulieren der Ausgabe des Dosierinjektors für mindestens die bestimmte Zeitdauer; das Ermitteln eines modulierten Dosierwertes für den Dosierinjektor; nach Ablauf der bestimmten Zeitdauer das Aktivieren und das Anweisen des Dosierinjektors zum Einspritzen von Reduktionsmittel gemäß dem modulierten Dosierwert; und Ermitteln, ob das SCR-System in einem Unterdosierungszustand oder einem Überdosierungszustand ist, basierend auf einer Reaktionsform von Signalen, die von dem Auslass-NOx-Gehaltsensor empfangen werden, wenn der Dosierinjektor den modulierten Dosierwert von Reduktionsmittel einspritzt.
  • Die vorstehende Kurzdarstellung soll nicht jede Ausführungsform oder jeden Aspekt der vorliegenden Offenbarung repräsentieren. Vielmehr veranschaulicht die vorstehende Kurzdarstellung lediglich einige der neuartigen Aspekte und Merkmale, wie hierin dargelegt. Die vorstehend aufgeführten Merkmale und Vorteile sowie andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der dargestellten Ausführungsformen und der repräsentativen Arten zum Ausführen der vorliegenden Offenbarung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen und den hinzugefügten Ansprüchen leicht ersichtlich. Darüber hinaus beinhaltet die vorliegende Offenbarung ausdrücklich alle Kombinationen und Teilkombinationen der vorangehenden Elemente und Merkmale, die oben und im Folgenden dargestellt sind.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine perspektivische Frontansicht eines repräsentativen Kraftfahrzeugs mit einer eingefügten schematischen Darstellung einer repräsentativen Hubkolben-Verbrennungsmotor (ICE)-Anordnung mit selektiven katalytischen Reduktions (SCR)-Fähigkeiten gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung.
    • 2 ist ein Flussdiagramm für ein repräsentatives Steuerschema oder einen Algorithmus für die SCR-Schlupf- und Durchbruchsbestimmung, die Anweisungen entsprechen kann, die durch eine integrierte oder externe Steuerlogikschaltung oder eine andere computerbasierte Vorrichtung eines Kraftfahrzeugs gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung ausgeführt werden.
    • 3 ist ein Diagramm, das die Stickoxidkonzentration (in Teilen pro Million (ppm)) gegen die Zeit (in Sekunden (Sek.)) stromaufwärts und stromabwärts von einem repräsentativen SCR-Systemkatalysator aufgetragen zeigt, um eine Unterdosierungs-Systemreaktion gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung zu veranschaulichen.
    • 4 ist ein weiteres Diagramm, das die stromaufwärtige und stromabwärtige NOx-Konzentration gegen die Zeit aufträgt, um eine Überdosierungsreaktion des repräsentativen SCR-Systems von 3 zu veranschaulichen.
  • Die vorliegende Offenbarung ist für verschiedene Modifikationen und alternative Formen zugänglich und einige repräsentative Ausführungsformen wurden exemplarisch in den Zeichnungen gezeigt und werden hierin im Detail beschrieben. Es versteht sich allerdings, dass die neuartigen Aspekte dieser Offenbarung nicht auf die in den hinzugefügten Zeichnungen dargestellten besonderen Formen beschränkt sind. Vielmehr soll die Offenbarung alle Modifikationen, Äquivalente, Kombinationen, Teilkombinationen, Permutationen, Gruppierungen und Alternativen abdecken, die in den Umfang und Geist der Offenbarung fallen, wie sie durch die hinzugefügten Ansprüche definiert sind.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • Diese Offenbarung eignet sich für eine Vielzahl von Ausführungsformen. Diese sind in den Zeichnungen dargestellt und hierin in detaillierten repräsentativen Ausführungsformen der Offenbarung beschrieben, mit der Erkenntnis, dass die vorliegende Offenbarung als eine Veranschaulichung der Prinzipien der Offenbarung zu betrachten ist, und nicht als eine Einschränkung der breiten Aspekte der Offenbarung bezüglich der dargestellten Ausführungsformen. Entsprechend sollten Elemente und Einschränkungen, die beispielsweise in den Abschnitten der Zusammenfassung, der Kurzdarstellung und der ausführlichen Beschreibung offenbart, aber nicht explizit in den Patentansprüchen aufgeführt sind, nicht durch Implikation, Folgerung oder auf andere Weise einzeln oder insgesamt in die Patentansprüche integriert werden. Zu Zwecken der vorliegenden ausführlichen Beschreibung, soweit nicht ausdrücklich abgelehnt: beinhaltet die Singularform die Pluralform und umgekehrt; die Wörter „und“ und „oder“ sind beide verbindend und trennend; das Wort „alle“ bedeutet „alle und jegliche“; das Wort „jegliche“ bedeutet „alle und jegliche“; und die Wörter „einschließlich“ und „umfassend“ und „mit“ bedeutet „einschließlich ohne Einschränkung“. Darüber hinaus können beispielsweise Wörter für Annäherungen, wie „etwa“, „fast“, „im Wesentlichen“, „ungefähr“ und dergleichen, hierin im Sinne von „bei, nahe oder nahezu“, oder „innerhalb 3-5 % von“ oder „innerhalb akzeptabler Herstellungstoleranzen“ oder jegliche logische Kombination davon verwendet werden.
  • Mit Bezug auf die Zeichnungen, worin sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Merkmale in den verschiedenen Ansichten beziehen, ist 1 die perspektivische Darstellung eines repräsentativen Automobils, das im Allgemeinen mit 10 bezeichnet wird und hierin zu Zwecken der Erörterung einer Vier-Personen-Limousine-Version eines Pkws dargestellt wird. An einem vorderen Teil des Automobils 10, z. B. hinter einer vorderen Stoßfängerverkleidung und einem Gitter und vor einem Fahrgastraum ist die Verbrennungsmotor (ICE)-Anordnung 12 in einem Motorraum montiert, der von einer Motorhaube 14 bedeckt ist. Das dargestellte Automobil 10 - hier auch kurz als „Kraftfahrzeug“ oder „Fahrzeug“ bezeichnet - ist lediglich eine exemplarische Anwendung, mit der die neuartigen Aspekte und Merkmale dieser Offenbarung praktiziert werden können. In gleichen Zusammenhang sollte die Implementierung der vorliegenden Konzepte in eine funkengezündete Direkteinspritzungs (SIDI)-Motorkonfiguration ebenfalls als eine exemplarische Anwendung der hierin offenbarten neuartigen Konzepte betrachtet werden. Demgemäß versteht es sich, dass die Aspekte und Merkmale der vorliegenden Offenbarung auf andere Motorarchitekturen angewendet werden können, die für andere Abgasnachbehandlungssysteme implementiert sind und für jeden logisch relevanten Typ eines Kraftfahrzeugs verwendet werden können. Im gleichen Zusammenhang können Aspekte dieser Offenbarung für nicht fahrzeugbasierte Anwendungen, wie zum Beispiel große elektrische Großkesselanlagen, Industriekessel, Prozesswärmeerzeuger, Gasturbinen usw. genutzt werden. Schließlich sind die hierin enthaltenen Zeichnungen nicht notwendigerweise maßstabsgetreu und werden ausschließlich zu Schulungszwecken zur Verfügung gestellt. Somit gelten die spezifischen und relativen Maße der Zeichnungen nicht als einschränkend.
  • In 1 ist ein Beispiel einer mehrzylindrigen Reihen-ICE-Anordnung mit dualer obenliegender Nockenwelle (DOHC) 12 gezeigt. Die dargestellte ICE-Anordnung 12 ist eine Viertakt-Hubkolbenmotorkonfiguration, die das Fahrzeug 10 antreibt, beispielsweise als Benzinmotor mit Direkteinspritzung, einschließlich Flexible Fuel-Fahrzeugen (FFV) und Hybridfahrzeugvarianten davon. Die ICE-Anordnung 12 kann wahlweise in einem beliebigen aus einer Auswahl von auswählbaren Verbrennungsmodi, einschließlich eines Verbrennungsmodus mit homogener Selbstzündung (Homogeneous Charge Compression Ignition, HCCI) und anderer Selbstzündungs (CI)-Verbrennungsmodi, arbeiten. Zusätzlich kann die ICE-Anordnung 12 bei einem stöchiometrischen Luft/Kraftstoff-Verhältnis und/oder einem Luft/Kraftstoff-Verhältnis betrieben werden, das hauptsächlich stöchiometrisch mager ist. Dieser Motor 12 beinhaltet eine Reihe von Hubkolben 16, die in Zylinderbohrungen 15 eines Motorblocks 13 verschiebbar beweglich sind. Die obere Oberfläche jedes Kolbens 16 wirkt mit dem Innenumfang seines entsprechenden Zylinders 15 und einer ausgesparten Kammeroberfläche 19 eines Zylinderkopfes 25 zusammen, um eine Brennkammer 17 mit variablem Volumen zu definieren. Jeder Kolben 16 ist mit einer drehenden Kurbelwelle 11 verbunden, durch die eine lineare Hin- und Herbewegung der Kolben 16 beispielsweise über die Kurbelwelle 11 als Drehbewegung an eine Kraftübertragung (nicht dargestellt) abgegeben wird.
  • Ein Lufteinlasssystem überträgt Einlassluft zu den Zylindern 15 durch einen Ansaugkrümmer 29, der Luft in die Verbrennungskammern 17 lenkt und verteilt, z. B. über Ansaugkanäle des Zylinderkopfes 25. Das Lufteinlasssystem des Motors verfügt über Luftstromkanäle und verschiedene elektronische Vorrichtungen zum Überwachen und Steuern des Luftstroms. Die Lufteinlassvorrichtungen können als nicht einschränkende Beispiele einen Massenluftstromsensor 32 zum Überwachen des Luftmassenstroms (MAF) 33 und der Einlasslufttemperatur (IAT) 35 beinhalten. Ein Drosselventil 34 steuert den Luftstrom zu der ICE-Anordnung 12 in Reaktion auf ein Steuersignal (ETC) 120 von einem programmierbaren elektronischen Steuersystem (ECU) 5. Ein Drucksensor 36, der funktionsfähig mit dem Ansaugkrümmer 29 verbunden ist, überwacht beispielsweise den Krümmerabsolutdruck (MAP) 37 und den barometrischen Druck. Ein optional externer Strömungskanal führt Abgase vom Motorauspuff zum Ansaugkrümmer 29, z. B. über ein Steuerventil, zurück, in der Art eines Abgasrückführungsventils (AGR) 38. Das programmierbare elektronische Steuersystem 5 steuert den Massenstrom des Abgases zum Ansaugkrümmer 29 durch Regeln des Öffnens und Schließens des AGR-Ventils 38 über den AGR-Befehl 139. In 1 stehen die Pfeile, die das elektronische Steuersystem 5 mit den verschiedenen Komponenten der ICE-Anordnung 12 verbinden, symbolisch für elektronische Signale oder andere Kommunikations-Vermittlungsanlagen, mit denen Daten und/oder Steuerbefehle von einer Komponente zur anderen übertragen werden.
  • Der Luftstrom von dem Ansaugkrümmer 29 in jede Verbrennungskammer 17 wird durch ein oder mehrere dedizierte Einlass-Motorventile 20 gesteuert. Das Evakuieren von Abgasen aus der Brennkammer 17 zu einem Abgasnachbehandlungssystem, das allgemein mit 150 bezeichnet ist, über einen Abgaskrümmer 39 wird durch ein oder mehrere dedizierte Abgasmotorventile 18 gesteuert. Gemäß zumindest einigen der offenbarten Ausführungsformen beinhaltet das Abgasnachbehandlungssystem 150 ein Abgasnachbehandlungssystem 152 für selektive katalytische Reduktion (SCR) stromabwärts von dem Abgaskrümmer 39. Die Motorventile 18, 20 sind hier als federvorgespannte Tellerventile dargestellt; es können jedoch auch andere bekannte Arten von Motorventilen verwendet werden. Das Ventiltriebsystem der ICE-Anordnung 12 ist dazu eingerichtet, das Öffnen und Schließen der Einlass- und Auslassventile 20, 18 zu steuern und einzustellen. Gemäß einem Beispiel kann die Aktivierung der Einlass- und Auslassventile 20, 18 jeweils durch Steuern der Einlass- und Auslassvariablen-Nockenphaseneinstellungs-/variablen Hubsteuerungs (VCP/VLC)-Vorrichtungen 22 und 24 moduliert werden. Diese zwei VCP/VLC-Vorrichtungen 22 und 24 sind dazu konfiguriert, jeweils die Einlassnockenwelle 21 und die Auslassnockenwelle 23 zu steuern und zu betreiben. Die Drehung dieser Einlass- und Auslassnockenwellen 21 und 23 ist mit der Drehung der Kurbelwelle 11 verbunden und/oder auf diese begrenzt, wodurch Öffnungen und Schließungen der Einlass- und Auslassventile 20 und 18 mit Positionen der Kurbelwelle 11 und der Kolben 16 verbunden werden.
  • Die Einlass-VCP/VLC-Vorrichtung 22 kann mit einem Mechanismus hergestellt sein, der den Ventilhub des Einlassventils (der Einlassventile) 20 in Reaktion auf ein Steuersignal (iVLC) 125 umschaltet und steuert und die Phasenlage der Einlassnockenwelle 21 für jeden Zylinder 15 in Reaktion auf ein Steuersignal (iVCP) 126 variabel einstellt und steuert. In gleicher Weise kann die Abgas-VCP/VLC-Vorrichtung 24 einen Mechanismus aufweisen, der dazu dient, den Ventilhub der Auslassventile 18 in Reaktion auf ein Steuersignal (eVLC) 123 variabel zu schalten und zu steuern und die Phasenlage der Auslassnockenwelle 23 für jeden Zylinder 15 in Reaktion auf ein Steuersignal (eVCP) 124 variabel einzustellen und zu steuern. Die VCP/VLC-Vorrichtungen 22, 24 können unter Verwendung einer elektrohydraulischen, hydraulischen, elektromechanischen oder elektrischen Steuerungskraft in Reaktion auf die jeweiligen Steuersignale eVLC 123, eVCP 124, iVLC 125 und iVCP 126 betätigt werden.
  • Mit weiterer Bezugnahme auf die repräsentative Konfiguration von 1, verwendet die ICE-Anordnung 12 ein Benzin-Direkteinspritzungs (GDI)-Kraftstoffeinspritzungs-Subsystem mit mehreren Hochdruck-Kraftstoffeinspritzdüsen 28, die Kraftstoffpulse direkt in die Brennkammern 17 einspritzen. Jeder Zylinder 15 ist mit einer oder mehreren Einspritzdüsen 28 versehen, die in Reaktion auf einen Einspritzdüsen- Pulsbreitenbefehl (INJ_PW) 112 von dem elektronischen Steuersystem 5 aktiviert werden. Diese Einspritzdüsen 28 werden mit unter Druck gesetztem Kraftstoff von einem Kraftstoffverteilungssystem (nicht dargestellt) versorgt. Eine oder mehrere oder alle der Kraftstoffeinspritzdüsen 28 können, wenn sie aktiviert werden, betreibbar werden, um mehrere Kraftstoffpulse (z. B. eine Folge von ersten, zweiten, dritten usw. Einspritzungen von Kraftstoffmasse) pro Arbeitszyklus in einen entsprechenden Zylinder der ICE-Anordnungszylinder 15 einzuspritzen. Die ICE-Anordnung 12 verwendet ein fremdgezündetes Subsystem, durch das die durch Kraftstoffverbrennung initiierte Energie - typischerweise in Art einer plötzlichen elektrischen Entladung - über eine Zündkerze 26 zum Zünden oder zur Unterstützung beim Zünden der Zylinderfüllungen in jeder der Brennkammern 17 in Reaktion auf einen Zündbefehl (IGN) 118 von dem elektronischen Steuersystem 5 bereitgestellt wird. Aspekte und Merkmale der vorliegenden Offenbarung können in ähnlicher Weise bei kompressionsgezündeten (CI) Dieselmotoren angewendet werden.
  • Die ICE-Anordnung 12 ist mit verschiedenen Erfassungsvorrichtungen zum Überwachen des Motorbetriebs einschließlich eines Kurbelsensors 42 mit einer Ausgabe, die die Kurbelwellen-Drehposition anzeigt, z. B. Kurbelwinkel und/oder -drehzahl (RPM) 43, ausgestattet. Ein Temperatursensor 44 ist zum Überwachen beispielsweise einer oder mehrerer motorbedingter Temperaturen (z. B. Kühlmitteltemperatur, Kraftstofftemperatur, Abgastemperatur usw.) funktionsfähig und gibt ein Signal 45 aus, das dafür kennzeichnend ist. Ein im Zylinder befindlicher Verbrennungssensor 30 kann betrieben werden, um mit der Verbrennung in Zusammenhang stehende Variablen wie den Verbrennungsdruck im Zylinder, die Ladungstemperatur, die Kraftstoffmasse, das Luft-Kraftstoff-Verhältnis usw. zu überwachen und ein Signal 31 auszugeben, das dies anzeigt. Ein Abgassensor 40 ist betreibbar, um abgasbezogene Variablen, z. B. das tatsächliche Luft/Kraftstoff-Verhältnis (AFR), den verbrannten Gasanteil usw. zu überwachen und ein Signal 41 auszugeben, das dies anzeigt.
  • Der Verbrennungsdruck und die Kurbelwellendrehzahl werden durch das elektronische Steuersystem 5 überwacht, um den Verbrennungszeitpunkt zu ermitteln, d. h. die Zeitsteuerung des Verbrennungsdrucks relativ zum Kurbelwinkel der Kurbelwelle 11 für jeden Zylinder 15 für jeden Arbeitsverbrennungszyklus. Es versteht sich, dass der Verbrennungszeitpunkt durch andere Verfahren ermittelt werden kann. Der Verbrennungsdruck kann durch das elektronische Steuersystem 5 überwacht werden, um einen mittleren Arbeitsdruck (IMEP) für jeden Zylinder 15 für jeden Arbeitsverbrennungszyklus zu ermitteln. Die ICE-Anordnung 12 und das elektronische Steuersystem 5 überwachen und ermitteln gemeinsam die Zustände des IMEP für jeden der Motorzylinder 15 während jedes Zylinderzündereignisses. Andere Erfassungs-, Überwachungs- und Detektionsvorrichtungen können verwendet werden, um Zustände anderer Verbrennungsparameter innerhalb des Umfangs der Offenbarung zu überwachen, z. B. Ionensensor-Zündsysteme, AGR-Fraktionen und nicht intrusive Zylinderdrucksensoren.
  • Steuermodul, Modul, Steuerung, Steuersystem, elektronische Steuersystem, Prozessor und ähnliche Begriffe beziehen sich auf eine oder mehrere Kombinationen einer oder mehrerer anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreis(e) (ASIC), zentrale Verarbeitungseinheit(en) (z. B. Mikroprozessor(en)) und dazugehörige Arbeits- und Datenspeicher (Lesespeicher, programmierbare Lesespeicher, Direktzugriffsspeicher, Festplattenlaufwerke usw.), die ein oder mehrere Software- oder Firmware-Programme oder Routinen, kombinatorische Logikschaltung(en), Eingangs-/Ausgangsschaltung(en) und - geräte, entsprechende Signal-Konditionierungs- und Pufferschaltungen ausführen, sowie weitere Komponenten, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen. Software, Firmware, Programme, Anweisungen, Routinen, Code, Algorithmen und ähnliche Begriffe bezeichnen beliebige von der Steuerung ausführbare Anweisungssätze, die Kalibrierungen und Nachschlagetabellen beinhalten. Das elektronische Steuersystem kann mit einem Satz von Steuerroutinen konzipiert sein, die ausgeführt werden, um die gewünschten Funktionen bereitzustellen. Steuerroutinen werden zum Beispiel durch eine zentrale Verarbeitungseinheit ausgeführt und dienen dazu, die Eingänge der Sensorgeräte und anderer vernetzter Steuermodule zu überwachen und um Steuer- und Diagnoseroutinen auszuführen, um den Betrieb von Vorrichtungen und Stellantrieben zu steuern. Routinen können in regelmäßigen Abständen, z. B. nach jeweils 100 Mikrosekunden, 3,125, 6,25, 12,5, 25 und 100 Millisekunden im laufenden Motor- und Fahrzeugbetrieb ausgeführt werden. Alternativ dazu können die Routinen in Reaktion auf ein auftretendes Ereignis ausgeführt werden.
  • Auch dargestellt in 1 ist eine repräsentative multivariable prädiktive Steuersystemarchitektur, die hilft, den Betrieb des SCR-Systems 152 zu regulieren, um Systemschlupf und Durchbruch schneller, effizienter und robuster zu ermitteln, um dabei zu helfen, den NOx-Umwandlungswirkungsgrad zu maximieren und den Ammoniakschlupf zu minimieren, während Abgas-NOx-Emissionen reduziert werden. Wie gezeigt, besteht das repräsentative SCR-Abgasbehandlungssystem 152 aus einem Oxidationskatalysator (OC) 154, einem SCR-Katalysator 158 stromabwärts von dem OC 154 und einem Partikelfilter (PF) 156, der zwischen dem OC 154 und dem SCR-Katalysator 158 angeordnet ist. Nur ausgewählte Komponenten des SCR-Systems 152 wurden gezeigt und werden im Folgenden ausführlicher beschrieben. Nichtsdestoweniger können die offenbarten SCR-Systemarchitekturen zahlreiche zusätzliche und alternative Merkmale und andere wohlbekannte periphere Komponenten beinhalten, zum Beispiel zum Ausführen der verschiedenen hierin offenbarten Funktionen und Methodologien, ohne von dem beabsichtigten Umfang dieser Offenbarung abzuweichen. Darüber hinaus ist das SCR-System 152, obwohl es nicht an sich limitiert ist, als ein auf Harnstoff basierendes System dargestellt, das eine stückweise homogene Verteilung von Harnstoff für einen einzelnen SCR-Katalysator implementiert. Es liegt jedoch innerhalb des Umfangs dieser Offenbarung, zusätzliche SCR-Katalysatoren zu implementieren und andere bekannte oder nachstehend entwickelte Dosiermittel zu verwenden, die durch irgendein relevantes Verteilungsverfahren implementiert werden.
  • Gemäß dem veranschaulichten Beispiel hilft der OC 154, der in der Art eines Dieseloxidationskatalysators (DOC) vorliegen kann, dazu, Kohlenmonoxid (CO), Gasphasen-Kohlenwasserstoffe (HC) und/oder andere organische Verbindungen (z. B. organische Fraktion von Dieselpartikeln (SOF)) in Abgasen, die das SCR-System 152 passieren, chemisch zu oxidieren. Eine der Funktionen eines DOC besteht darin, NO in NO2 umzuwandeln, eine NOx-Form, die leichter durch einen SCR-Katalysator behandelt wird. Im Vergleich dazu hilft der PF 156, der in der Art eines aktiven oder passiven Dieselpartikelfilters (DPF) für den einmaligen Gebrauch sein kann, dazu, mitgeführte Partikel aus dem Abgasstrom zu entfernen, bevor sie evakuiert oder rezirkuliert werden. Das SCR-System 152 verwendet ein Reduktionsmittel, das über einen Dosierinjektor 162 (auch bekannt als „DEF-Dosierer“) eingespritzt wird, um NOx aus dem Abgas zu reduzieren oder anderweitig zu eliminieren. DOC-behandelte Abgase werden beispielsweise zu dem SCR-Katalysator 158 geleitet, der wässrigen Harnstoff 164 (eine Mischung aus ungefähr 32% Harnstoff und ungefähr 67% deionisiertem Wasser) oder ein anderes funktionelles Dosiermittel, das in einem Speichertank 160 als Reduktionsmittel aufbewahrt wird, um NOx in andere Bestandteile zu reduzieren. Der Dosierinjektor 162 kann in der Art eines elektromagnetgetriebenen Sprühventils vom H-Typ oder D-Typ sein, das betätigt werden kann, um Harnstoff 164 in eine SCR-Fluidleitung 165 einzuspritzen.
  • Wässrige Harnstofflösung 164 (z. B. Dieselabgasfluid (DEF)), die in den Abgasstrom eingespritzt wird, zerfällt in Ammoniak zur Absorption auf den SCR-Katalysatorstein, wenn sie nicht sofort durch chemische SCR-Reaktionen verbraucht wird. Das elektronische Steuersystem 5 moduliert die Harnstoffmenge (z. B. die Impulsbreite und/oder das Impulsvolumen), die in die SCR-Fluidleitung 165 stromaufwärts des SCR-Katalysators 158 injiziert wird und somit die dem SCR-Katalysator 158 zugeführte NH3-Menge. Wie zuvor angegeben, adsorbiert oder speichert der SCR-Katalysator 158 auf andere Weise NH3 auf der wabenartigen Bausteinstruktur des Katalysators. Die Menge an NH3, die durch den SCR-Katalysator 158 gespeichert wird, kann hierin als „Katalysator-NH3-Speicherpegel“ bezeichnet werden. In dem SCR-Katalysator 158 gespeichertes NH3 reagiert mit NOx in dem durch das SCR-System 152 strömenden Abgas derart, dass Wasserdampf (H2O) und Stickstoffgas (N2) anstelle von NOX emittiert werden.
  • Um eine SCR-Schlupf- und Durchbruchbestimmung bereitzustellen, kommuniziert das elektronische Steuersystem 5 mit einer Auswahl von Onboard- und/oder Off-Board-Sensorvorrichtungen, einschließlich derjenigen, die in 1 gezeigt sind und die vorstehend und nachstehend beschrieben sind, um relevante Informationen für den Betrieb und die Optimierung des Abgasnachbehandlungssystems 150 zu aggregieren. Wie in 1 gezeigt, verwendet das SCR-System 152 einen ersten (Einlass)-NOx-Gehaltsensor 166, einen zweiten (Auslass)-NOx-Gehaltsensor 168, einen ersten (Einlass)-SCR-Temperatursensor 170, einen zweiten (Auslass)-SCR-Temperatursensor 172 und einen SCR-Katalysatortemperatursensor 174. Jeder NOx-Gehaltssensor 166, 168, der ein elektrochemischer oder amperometrischer Festkörper-NOx-Sensor sein kann, wie beispielsweise ein Hochtemperaturkeramik-Metalloxid-NOx-Sensor mit einer Empfindlichkeit im Bereich von etwa 100 bis 2000 ppm, überwacht eine NOx-Menge im Abgas an einer bestimmten Stelle des SCR-Systems 152 und gibt elektronische Signale aus, die dies anzeigen. Wie gezeigt, ist der erste NOx-Gehaltsensor 166 stromaufwärts von der Einspritzdüse 162 positioniert und ist betreibbar, um eine Menge oder Konzentration von NOx-Eingaben, die von dem SCR-System 152 empfangen werden, systematisch oder zufällig zu verfolgen, in Echtzeit zu überwachen oder anderweitig selektiv zu detektieren. Der zweite NOx-Gehaltssensor 168 ist stromabwärts von dem SCR-Katalysator 158 positioniert gezeigt und dient dazu, die Menge oder Konzentration von NOx-Ausgabe, die den SCR-Katalysator 158 verlässt, systematisch oder zufällig zu verfolgen, in Echtzeit zu überwachen oder anderweitig selektiv zu detektieren. Diese Einlass- und Auslasssensoren können auch in der Lage sein, den NH3-Gehalt, der in den SCR eintritt bzw. diesen verlässt, zu erfassen. Alternativ kann das elektronische Steuersystem 5 auch mit einem oder mehreren diskreten NH3-Sensoren kommunizieren, von denen jeder in der Art von Infrarot-, Chemosorptions- (MOS), elektrochemischen oder Festkörper- (SS) Ladungsträgerinjektions- (CCI) Sensoren sein kann.
  • Unter weiterer Bezugnahme auf 1 verwendet das SCR-System 152 drei Temperatursensoren 170, 172 und 174 zur Überwachung der Temperatur an unterschiedlichen Stellen entlang des Fluidwegs des SCR-Systems 152. Jeder der Abgastemperatursensoren (EGTS) 170, 172, die in der Art eines K-Typ-Thermoelements, einer Pyrometersonde usw. sein können, verfolgt systematisch oder zufällig, überwacht in Echtzeit oder erkennt anderweitig selektiv eine Temperatur des Abgases und erzeugt Signale, die dies anzeigen. Das elektronische Steuersystem 5 kann die Temperatur des SCR-Katalysators 158 basierend auf den Abgastemperatursignalen oder basierend auf Signalen, die von dem SCR-Katalysatortemperatursensor 174 empfangen werden, ermitteln. Während fünf Sensoren an bestimmten Stellen in 1 verpackt dargestellt sind, kann das SCR-System 152 mehr oder weniger Erfassungsvorrichtungen mit ähnlichen oder unterschiedlichen Verpackungsstellen beinhalten als die, die in den Zeichnungen dargestellt sind.
  • Mit Bezug auf das Ablaufdiagramm in 2 ist ein verbessertes Verfahren oder ein verbesserter Algorithmus zur prädiktiven Steuerung der selektiven katalytischen Reduktion, während des Betriebs eines Verbrennungsmotors, wie etwa der ICE-Anordnung 12 in 1, für ein Kraftfahrzeug, wie zum Beispiel das Automobil 10 in 1, allgemein gemäß den Aspekten der vorliegenden Offenbarung bei 200 beschrieben. 2 kann repräsentativ für einen Algorithmus sein, der zumindest einigen Anweisungen entspricht, die beispielsweise im Haupt- oder Hilfsspeicher gespeichert werden können und beispielsweise durch ein elektronisches Steuersystem, eine CPU, einer im Fahrzeug oder entfernt befindlichen Fahrzeugsteuerlogikschaltung oder einer anderen Vorrichtung ausgeführt werden können, um beliebige oder alle der oben und/oder unten beschriebenen Funktionen auszuführen, die den offenbarten Konzepten zugeordnet sind.
  • Das Verfahren 200 von 2 beginnt bei Block 201, indem SCR-Systemüberwachung, Rückmeldung und Steuerung initialisiert werden. Dieser Schritt kann beim Motorstart eingeleitet werden, wobei das Verfahren 200 in einer kontinuierlichen Schleife ausgeführt wird, bis die ICE-Anordnung 12 ausgeschaltet wird. Alternativ kann das Verfahren 200 systematisch, zufällig oder auf bestimmte Motorbetriebszustände ansprechend initialisiert werden. Fortfahrend mit Block 203 überwacht das Verfahren 200 die Zustände verschiedener SCR-Systemparameter, wie Abgastemperatur, Abgasmassenstrom, NOx-Konzentration, NOx-Massenstrom, NH3-Konzentration, NH3-Massenstrom, Dosenumwandlungseffizienz, Ammoniakadsorption und -desorption, Ammoniakspeicherkapazität und/oder Abgasstrom-Raumgeschwindigkeit, als einige nicht einschränkende Beispiele. Wie oben angegeben, erzeugen die Einlass- und Auslass-NOx-Gehaltsensoren 166, 168 elektronische Sensorsignale, die eine NOx-Eingangskonzentration stromaufwärts und eine NOx-Ausgangskonzentration stromabwärts von dem SCR-Katalysator 158 anzeigen, und übertragen diese Signale an das elektronische Steuersystem 5. Das elektronische Steuersystem 5 kann auch elektronische Sensorsignale empfangen, die die Abgastemperaturen stromaufwärts und stromabwärts von dem SCR-Katalysator 158 von den Einlass- bzw. Auslass-SCR-Temperatursensoren 170, 172 angeben.
  • Im Entscheidungsblock 205 ermittelt das Verfahren 200, ob eine Modellfehlerbedingung für eines der von dem stromabwärtigen NOx-Sensor 168 empfangenen NOx-Ausgangssignale aufgetreten ist. Vor oder gleichzeitig mit Block 205 kann das Verfahren 200 zuerst ermitteln, ob das SCR-System 152 in einem stationären Zustand ist. Gemäß dem repräsentativen SCR-System 152 von 1 kann beispielsweise ein stationärer Zustand durch Beobachten der stromaufwärtigen NOx-Sensorsignale für eine kalibrierte Zeitdauer hergestellt werden. Ein Hochpass-Signalfilter mit einer kalibrierten Filterabschaltung kann an dieses Aufwärtssignal angelegt werden; ein Bewegungszeitfenster (z. B. 5,2 Sekunden) kann verwendet werden, um einen Effektivwert (RMS = Root Mean Square) für die Downstream-Signale zu berechnen. Dieser berechnete RMS-Wert wird mit einem kalibrierten RMS-Wert verglichen, und wenn der berechnete RMS-Wert kleiner als der kalibrierte RMS-Wert ist, wird das SCR-System als „stationärer Zustand“ angesehen. Umgekehrt, wenn der berechnete RMS-Wert nicht kleiner als der kalibrierte RMS-Wert ist, wird das SCR-System als „nicht stationärer Zustand“ angesehen und das Verfahren 200 kann zu Block 203 zurückkehren oder weiterhin stromaufwärtige NOx-Sensorsignale für einen stationären Zustand verfolgen.
  • In Reaktion darauf, dass das SCR-System als „stationärer Zustand“ betrachtet wird, ermittelt das Verfahren 200, ob eine Modellfehlerbedingung aufgetreten ist. Diese Analyse kann das Identifizieren eines Modellwerts aus einem SCR-chemischen Modell für eine aktuelle SCR-Systembetriebsbedingung und das Ermitteln, ob das stromabwärtige NOx-Ausgangssignal größer oder kleiner als der Modellwert von einem systemkalibrierten Wert ist, beinhalten. In einigen Ausführungsformen speichert eine residente oder ferne Speichervorrichtung 7, die kommunikativ mit dem elektronischen Steuersystem 5 verbunden ist, ein SCR-chemisches Modell, das für das bestimmte zu evaluierende SCR-System kalibriert ist. In der Speichervorrichtung 7 kann auch eine Reihe von systemkalibrierten Werten gespeichert sein, die den gespeicherten Modellwerten zugeordnet sind. Als nicht einschränkendes Beispiel wird ein SCR-chemisches Modell für die in 1 präsentierte spezifische Verbrennungsmotoranordnung 12 kalibriert. Das Modell wird erstellt, indem eine Reihe von Dynamometer- (Dyno) Tests des SCR-Systems bei verschiedenen Betriebsbedingungen durchgeführt und dann das Modell kalibriert wird. Die Betriebsbedingungen können beispielsweise die Fahrzeuggeschwindigkeit (70 mph), die Umgebungstemperatur (75F) und die Dynokoeffizienten beinhalten. Wenn zwischen dem stromabwärtigen NOx-Sensor und dem NOx-Modell (Block 205 = NEIN) kein Fehler vorliegt, kann das Verfahren 200 zu Block 203 zurückkehren oder fortfahren nachgelagerte NOx-Sensorsignale für eine Modellfehlerbedingung zu verfolgen.
  • Wenn ein Modellfehler zwischen dem stromabwärtigen NOx-Sensor und dem NOx-Modell (Block 205 = JA) vorliegt, wird das Verfahren 200 in Reaktion darauf eine „bestimmte Zeitdauer“ ermitteln, bei der z. B. die Dosierung bei Block 207 reduziert oder gestoppt wird. Das Ermitteln der bestimmten Reduktions-/Stoppzeitdauer kann zumindest teilweise auf der Einlasstemperatur des Abgases stromaufwärts von dem SCR-Katalysator basieren, z. B. wie durch den Einlass-SCR-Temperatursensor 170 gemessen. Wahlweise kann die bestimmte Zeitdauer ferner auf der stromaufwärtigen NOx-Konzentration basieren, z. B. gemessen durch den Einlass-NOx-Gehaltsensor 166, und/oder der Abgasauslasstemperatur, z. B. gemessen durch den Auslass-SCR-Temperatursensor 172. Die bestimmte Zeitdauer kann so eingestellt werden, dass sie einer bestimmten NH3-Verbrauchsmenge entspricht - einer kalibrierten Ammoniak-Abbrandmasse, die basierend auf einem aktuellen Temperatursignal ermittelt wird, das von dem SCR-Katalysatortemperatursensor empfangen wird. In einem spezifischen Beispiel wird die kalibrierte Ammoniak-Abbrandmasse basierend auf der aktuellen Abgastemperatur und dem NOx-Strom, der Größe der ICE-Anordnung und der aktuellen Temperatur des SCR-Katalysators eingestellt. Sobald dies ermittelt ist, wird das elektronische Steuersystem 5 gleichzeitig den Dosierinjektor 162 anweisen, seine Ausgabe für wenigstens die bestimmte Zeitdauer in Block 207 zu modulieren, zu reduzieren oder anderweitig zeitweise zu unterbrechen.
  • Mit fortgesetzter Bezugnahme auf 2 ermittelt das Verfahren 200 im Block 209 einen modulierten Dosierwert für den Dosierinjektor 162. Der Block 209 kann ferner erfordern, anzuweisen, dass die Dosierinjektorausgabe in den Normalzustand zurückkehrt und Reduktionsmittel gemäß diesem modulierten Dosierwert eingespritzt wird. Beispielhaft und nicht einschränkend kann das elektronische Steuersystem 5 programmiert sein, um einen modulierten Dosierwert zu berechnen, indem zuerst ein befohlener Einspritzwert für den aktuellen SCR-Systembetriebszustand ermittelt wird und dieser befohlene Einspritzwert mit einem Einspritzkalibrierungswert multipliziert wird. Nachdem eine DEF-Bedingung aufgrund eines NOx-Modellfehlers in einem stationären Zustand, z. B. im Block 207, ausgeführt worden ist, wird die Ausgabe des DEF-Dosierinjektors 162 bei Block 209 normalisiert oder auf andere Weise aktiviert und gleichzeitig angewiesen, Harnstoff 164 mit einem erhöhten oder verringerten Prozentsatz eines berechneten DEF-Dosierwerts einzuspritzen. Während normaler Betriebsbedingungen, d. h. ohne einen Modellfehlercode, ermittelt die SCR-Steuerung eine gegebene Menge an DEF, die dosiert wird, um eine SCR von NOx zu erreichen - die zuvor als angewiesener Injektionswert bezeichnet wurde. Während anomaler Betriebsbedingungen, bei denen ein Modellfehlercode gesetzt ist, modifiziert das SCR-System diesen befohlenen Injektionswert künstlich nach einer bestimmten Zeitdauer, um die Fehlerquelle zu untersuchen und dazu beizutragen, eine klarere Systemreaktion für die Schlupf- oder Durchbruchbestimmung sicherzustellen. Bei zumindest einigen Anwendungen kann das SCR-System auf einen voreingestellten Dosierwert voreingestellt werden, der von dem standardmäßigen angewiesenen Injektionswert verstärkt wird.
  • Sobald die Ausgabe des DEF-Dosierinjektors 162 in den Normalzustand zurückgekehrt ist und der modulierte Dosierwert im Block 209 implementiert ist, ist das elektronische Steuersystem 5 so programmiert, dass sie die Reaktion des stromabwärtigen NOx-Sensors 168 im Block 211 bewertet, um festzustellen, ob das SCR-System 152 in einem Zustand einer Reduktionsmittelüberdosierung (Schlupf) oder einem Zustand von Reduktionsmittelunterdosierung (Durchbruch) in Block 213 ist. Allgemein gesprochen kann die Unterdosierung und Überdosierung des SCR-Systems durch Auswertung einer Reaktionsform von Signalen festgestellt werden, die von dem stromabwärtigen NOx-Gehaltsensor 168 gleichzeitig mit und/oder im Anschluss an die Ausgabe des Dosierinjektors 162 empfangen werden, der reguliert wird, um den modulierten Dosierwert des Reduktionsmittels einzuspritzen. Wie in 3 gezeigt und nachstehend ausführlicher beschrieben, kann ein Unterdosierungs- „Durchbruchs“ -Code in Reaktion auf die Reaktionsform der stromabwärtigen NOx-Konzentrationssensorsignale eingestellt werden, die von dem Auslass-NOx-Gehaltsensor mit einer merklich großen Änderung, z. B. eine im Wesentliche große negative Neigung und/oder eine im Wesentliche große relative (oder absolute) Änderung zwischen Anfangs- und Endwerten empfangen werden. Umgekehrt kann ein Überdosierungs- „Schlupf“ -Code in Reaktion auf die Reaktionsform der Signale eingestellt werden, die von dem Auslass-NOx-Gehaltsensor mit geringer oder keiner Änderung empfangen werden, z. B. einer Neigung von im Wesentlichen null und/oder einer unbedeutenden relativen (oder absoluten) Änderung zwischen Anfangs- und Endwerten während der Auswertungsdauer. In einigen Anwendungen können Schlupf und Durchbruch durch Auswerten der Änderung des stromabwärtigen NOx pro Gramm (oder einer anderen Masseneinheit) des verbrauchten NH3 festgestellt werden.
  • Wenn sich das SCR-System 152 in einem Unterdosierungszustand befindet, kann das elektronische Steuersystem 5 reagieren, indem es einen oder mehrere angewiesene Einspritzwerte des Dosierinjektors 162 erhöht, z. B. um dadurch einen Mangel des Katalysator-NH3-Speicherpegels auszugleichen. Wenn sich andererseits das SCR-System 152 in einem Überdosierungszustand befindet, kann das elektronische Steuersystem 5 reagieren, indem es einen oder mehrere angewiesene Einspritzwerte des Dosierinjektors 162 verringert, z. B. um dadurch überschüssiges Dosiermittel, das in die SCR-Fluidleitung 165 eingespritzt wird, auszugleichen. Das Verfahren 200 von 2 schreitet zu Block 215 fort und vervollständigt eine Sequenz der prädiktiven Steuerprozedur. Wenn eine kontinuierliche Schleife gewünscht wird, kann der Block 215 automatisch eine Rückkehr zu Block 201 umfassen, um die SCR-Systemüberwachung, Rückmeldung und Steuerung zu initialisieren.
  • 3 veranschaulicht eine Systemreaktion eines repräsentativen SCR-Systems auf eine Unterdosierung. In diesem Beispiel zeigt das Diagramm die Stickoxidkonzentration (in Teilen pro Million (ppm) auf der vertikalen Achse) gegen die Zeit (in Sekunden (Sek.) auf der horizontalen Achse) gemessen stromaufwärts und stromabwärts von einem SCR-Katalysator. Stromaufwärtige (Einlass)-NOx-Gehaltsensorsignale 366 sind mit stromabwärtigen (Auslass)-NOx-Gehaltsensorsignalen 368 während des Dosierungsstopps und/oder modulierten Dosierens nebeneinander angeordnet. Wie gezeigt, wird das Ausgangssignal des DEC-Injektors des SCR-Systems zum Zeitpunkt t1 nach dem Auftreten eines Modellfehlercodes zum Zeitpunkt tMEC moduliert. Nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitdauer tDO wird die Ausgabe des DEF-Injektors auf den normalen Wert zurückgesetzt zum Zeitpunkt t2 für eine vorbestimmte programmierte Zeitdauer tPP. Aus diesem Diagramm ist ersichtlich, dass, wenn die Dosierung bei einem modulierten Dosierwert normalisiert wird, die stromabwärtige NOx-Konzentration, wie sie von einem Auslass-NOx-Gehaltsensor abgelesen wird, dramatisch abfällt. Die stromabwärtigen NOx-Gehaltsensorsignale 368 haben eine sehr unterscheidbare Reaktionsform - die mit einer großen negativen Neigung und entsprechend großer Änderung der NOx-ppm-Werte schnell abnimmt -, die anzeigt, dass der stromabwärtige Sensor genügend NOx sieht, um einen Durchbruch und damit einen Unterdosierungszustand vorzuschlagen. Es kann auch gesehen werden, dass, wenn die Ausgabe des Dosierers nach 10 bis 15 Sekunden auf den normalen Wert zurückkehrt, das gleiche Ergebnis auftreten würde (d. h. ein merklicher Abfall des stromabwärtigen NOx-Signals). Durch Implementieren einer kürzeren bestimmten Zeitdauer (z. B. ungefähr 25 bis 35 Sekunden) werden die NOx-Emissionen des Auspuffs verringert. Zusätzlich gibt es weniger Zeit für äußere Einflüsse, die einen Systemabbruchvorgang auslösen oder Probleme mit der Schlupf- und Durchbruchsbestimmung (z. B. Pedalbewegung, Wind, Hügel usw.) verursachen.
  • 4 veranschaulicht eine Überdosierungs-Systemreaktion eines repräsentativen SCR-Systems. Stromaufwärtige (Einlass)-NOx-Gehaltsensorsignale 466 sind mit stromabwärtigen (Auslass)-NOx-Gehaltsensorsignale 468 während des Dosierungsstopps und der modulierten Dosierung nebeneinander angeordnet. Wie gezeigt, wird das Ausgangssignal des DEC-Injektors des SCR-Systems zum Zeitpunkt t1 nach dem Auftreten eines Modellfehlercodes zum Zeitpunkt tMEC moduliert. Nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitdauer tDO wird der DEF-Injektor zum Zeitpunkt t2 normalisiert für eine vorbestimmte programmierte Zeitdauer tPP. Dieses Diagramm zeigt, dass, wenn die Dosierung bei einem modulierten Wert normalisiert wird, die stromabwärtige NOx-Konzentration, wie sie von einem Auslass-NOx-Gehaltsensor gelesen wird, keine signifikante Änderung aufweist. Es ist ein leichter Abfall in der Abbildung zu sehen, aber die Neigung ist sehr gering. Es kann auch gesehen werden, dass, wenn die Dosiererausgabe nach 10 bis 15 Sekunden in den Normalzustand zurückkehrt, dasselbe Ergebnis auftreten würde (d. h. wenig oder kein Abfall im stromabwärtigen NOx-Signal/geringe Neigung).
  • Offenbarte prädiktive Steuersysteme und Verfahren helfen dabei, die Robustheit der Schlupf- und Durchbruchsbestimmung im stationären Zustand zu erhöhen. Offenbarte prädiktive Steuersysteme und Verfahren tragen dazu bei, ein falsches „Lernen“ des SCR-Zustands zu minimieren, was dazu beiträgt, die NOx-Emissionen des Auspuffs aufgrund unnötig langer „intrusiver stationärer Tests“ zu reduzieren. Außerdem tragen offenbarte prädiktive Steuersysteme und Verfahren dazu bei, die Wahrscheinlichkeit des Abbrechens eines intrusiven Tests zu verringern und eine geringere Wahrscheinlichkeit, dass die Eingabebedingung für Straße/Umgebung/Pedal die Berechnung beeinflussen. Zusätzlich kann das System, wenn das System „falsch lernt“, so lange „kaskadieren“, bis ein Code für den Anpassungsfehler eingestellt ist.
  • Aspekte dieser Offenbarung können in einigen Ausführungsformen durch ein computerausführbares Programm von Anweisungen implementiert werden, wie zum Beispiel Programmmodule, die allgemein als Softwareanwendungen oder Anwendungsprogramme bezeichnet werden, die von einem Fahrzeugcomputer an Bord ausgeführt werden. Die Software kann in nicht einschränkenden Beispielen Routinen, Programme, Objekte, Komponenten und Datenstrukturen enthalten, die bestimmte Aufgaben ausführen oder bestimmte abstrakte Datentypen implementieren. Die Software kann eine Schnittstelle bilden, damit ein Computer gemäß einer Eingabequelle reagieren kann. Die Software kann auch mit anderen Codesegmenten zusammenarbeiten, um eine Vielzahl von Aufgaben in Reaktion auf Daten zu initiieren, die in Verbindung mit der Quelle der empfangenen Daten empfangen werden. Die Software kann auf einem beliebigen einer Vielzahl von Speichermedien, wie CD-ROM, Magnetplatte, Blasenspeicher und Halbleiterspeicher (z. B. verschiedene Arten von RAM oder ROM), gespeichert sein.
  • Darüber hinaus können Aspekte der vorliegenden Offenbarung mit einer Vielzahl von Computersystem- und Computernetzkonfigurationen einschließlich Mehrprozessorsystemen, Mikroprozessor-basierter oder programmierbarer Unterhaltungselektronik, Minicomputern, Mainframe-Computern und dergleichen durchgeführt werden. Zusätzlich können Aspekte der vorliegenden Offenbarung in Umgebungen mit verteilter Datenverarbeitung ausgeführt werden, bei denen Aufgaben durch Fernverarbeitungsvorrichtungen ausgeführt werden, die durch ein Kommunikationsnetzwerk verbunden sind. In einer verteilten Computerumgebung können Programmmodule sowohl auf lokalen als auch entfernten Computerspeichermedien einschließlich Speichervorrichtungen angeordnet sein. Aspekte der vorliegenden Offenbarung können daher in Verbindung mit verschiedener Hardware, Software oder einer Kombination davon in einem Computersystem oder einem anderen Verarbeitungssystem implementiert werden.
  • Jedes der hierin beschriebenen Verfahren kann maschinenlesbare Anweisungen zur Ausführung enthalten durch: (a) einen Prozessor, (b) eine Steuerung und/oder (c) jede andere geeignete Verarbeitungsvorrichtung. Jeder hierin offenbarte Algorithmus, jede Software oder jedes Verfahren kann in einer Software enthalten sein, die auf einem greifbaren Medium, wie beispielsweise einem Flash-Speicher, einer CD-ROM, einer Diskette, einer Festplatte, einer Digital Versatile Disk (DVD) oder anderen Speichervorrichtungen, gespeichert ist, jedoch werden Fachleute leicht erkennen, dass der gesamte Algorithmus und/oder Teile davon alternativ durch eine andere Vorrichtung als eine Steuerung ausgeführt werden können und/oder in Firmware oder dedizierter Hardware in einer gut bekannten Weise implementiert werden können (z. B. kann er durch einen anwendungsspezifischen integrierter Schaltkreis (Application Specific Integrated Circuit), eine programmierbare Logikvorrichtung (PLD), eine feldprogrammierbare Logikvorrichtung (FPLD), eine diskrete Logik usw. implementiert werden). Obwohl spezielle Algorithmen unter Bezugnahme auf die hierin dargestellten Flussdiagramme beschrieben werden, wird der Durchschnittsfachmann leicht erkennen, dass viele andere Verfahren zum Implementieren der exemplarischen maschinenlesbaren Anweisungen alternativ verwendet werden können. Die Reihenfolge der Ausführung der Blöcke kann beispielsweise geändert werden und/oder einige der beschriebenen Blöcke können geändert, eliminiert oder kombiniert werden.
  • Obwohl einige Aspekte der vorliegenden Offenbarung im Detail unter Bezugnahme auf die dargestellten Ausführungsformen beschrieben worden sind, werden Fachleute auf dem Gebiet erkennen, dass viele Änderungen an denselben vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Die vorliegende Offenbarung ist nicht beschränkt auf die hierin offenbarte genaue Konstruktion und Zusammensetzung; jegliche und alle Modifikationen, Änderungen und Variationen, ersichtlich aus den vorangehenden Beschreibungen, liegen innerhalb des Sinnes und Umfangs der Offenbarung, wie in den hinzugefügten Ansprüchen festgelegt. Darüber hinaus beinhalten die vorliegenden Konzepte ausdrücklich alle Kombinationen und Teilkombinationen der vorangehenden Elemente und Merkmale.

Claims (10)

  1. Prädiktives Steuersystem zum Regeln eines selektiven katalytischen Reduktionssystems (SCR), wobei das SCR-System einen SCR-Katalysator, einen mit dem SCR-Katalysator fluidisch verbundenen Reduktionsmittel-Speichertank und einen Dosierinjektor zum Einspritzen von Reduktionsmittel auf den SCR-Katalysator enthält, um Stickoxid (NOx)-Emissionen chemisch zu reduzieren, das prädiktive Steuersystem Folgendes umfassend: einen Auslass-NOx-Gehaltsensor, der dazu konfiguriert ist, NOx-Ausgabe stromabwärts von dem SCR-Katalysator zu erfassen und Signale auszugeben, die dies anzeigen; einen Einlass-SCR-Temperatursensor, der dazu konfiguriert ist, eine Abgaseinlasstemperatur stromaufwärts von dem SCR-Katalysator zu erfassen und Signale auszugeben, die dies anzeigen; und ein elektronisches Steuersystem (ECU), das kommunikativ mit dem Auslass-NOx-Gehaltsensor und dem Einlass-SCR-Temperatursensor verbunden ist, wobei das elektronische Steuersystem konfiguriert ist zum: Empfangen eines Signals von dem Auslass-NOx-Gehaltsensor, das die NOx-Ausgabe stromabwärts von dem SCR-Katalysator anzeigt; Empfangen eines Signals von dem Einlass-SCR-Temperatursensor, das die Abgaseinlasstemperatur stromaufwärts von dem SCR-Katalysator anzeigt; Ermitteln, ob eine Modellfehlerbedingung für das NOx-Ausgabesignal aufgetreten ist; in Reaktion auf ein Ermitteln, dass die Modellfehlerbedingung aufgetreten ist, Ermitteln einer bestimmten Zeitdauer basierend auf dem Abgaseinlasstemperatursignal; Anweisen des Dosierinjektors die Ausgabe für mindestens die bestimmte Zeitdauer zu modulieren; Ermitteln eines modulierten Dosierwertes für den Dosierinjektor; Anweisen des Dosierinjektors nach Ablauf der bestimmten Zeitdauer das Reduktionsmittel gemäß dem modulierten Dosierwert zu aktivieren und einzuspritzen; und Ermitteln, ob sich das SCR-System in einem Unterdosierungszustand oder einem Überdosierungszustand befindet, basierend auf einer Reaktionsform von Signalen, die von dem Auslass-NOx-Gehaltsensor empfangen werden, nachdem der Dosierinjektor angewiesen wird, den modulierten Dosierwert des Reduktionsmittels einzuspritzen.
  2. Prädiktives Steuersystem nach Anspruch 1, worin das elektronische Steuersystem ferner dazu konfiguriert ist, in Reaktion auf ein Ermitteln, dass sich das SCR-System im Unterdosierungszustand befindet, einen angewiesenen Einspritzwert des Dosierinjektors zu erhöhen.
  3. Prädiktives Steuersystem nach Anspruch 1, worin das elektronische Steuersystem ferner dazu konfiguriert ist, in Reaktion auf ein Ermitteln, dass sich das SCR-System im Überdosierungszustand befindet, einen angewiesenen Einspritzwert des Dosierinjektors zu verringern.
  4. Prädiktives Steuersystem nach Anspruch 1, ferner umfassend: einen Einlass-NOx-Gehaltsensor, konfiguriert zum Detektieren von NOx-Eingabe stromaufwärts von dem SCR-Katalysator und zum Ausgeben von Signalen, die dies anzeigen; einen Auslass-SCR-Temperatursensor, der dazu konfiguriert ist, eine Abgasauslasstemperatur stromabwärts von dem SCR-Katalysator zu detektieren und Signale auszugeben, die dies anzeigen, worin das Ermitteln der bestimmten Zeitdauer ferner auf einem NOx-Eingabesignal basiert, das von dem Einlass-NOx-Gehaltsensor empfangen wird, und einem Abgasauslasstemperatursignal, das von dem Auslass-SCR-Temperatursensor empfangen wird.
  5. Prädiktives Steuersystem nach Anspruch 1, ferner umfassend: einen SCR-Katalysatortemperatursensor, der dazu konfiguriert ist, die aktuelle Temperatur des SCR-Katalysators zu detektieren und Signale auszugeben, die dies anzeigen, worin das Ermitteln einer bestimmten Zeitdauer ferner auf einer kalibrierten Ammoniakabbrandmasse basiert, die basierend auf einem aktuellen Temperatursignal ermittelt wird, das von dem SCR-Katalysatortemperatursensor empfangen wird.
  6. Prädiktives Steuersystem nach Anspruch 1, worin das Ermitteln, dass sich das SCR-System im Unterdosierungszustand befindet, die Reaktionsform der von dem Auslass-NOx-Gehaltssensor empfangenen Signale beinhaltet, die eine im Wesentlichen große negative Neigung aufweisen.
  7. Prädiktives Steuersystem nach Anspruch 1, worin das Ermitteln, dass das SCR-Systems sich in dem Unterdosierungszustand befindet, die Reaktionsform der von dem Auslass-NOx-Gehaltsensor empfangenen Signale beinhaltet, die eine im Wesentlichen große relative Änderung zwischen Anfangs- und Endwerten umfassen.
  8. Prädiktives Steuersystem nach Anspruch 1, worin das Ermitteln, dass sich das SCR-System im Überdosierungszustand befindet, die Reaktionsform der von dem Auslass-NOx-Gehaltssensor empfangenen Signale beinhaltet, die eine Neigung von im Wesentlichen null aufweisen.
  9. Prädiktives Steuersystem nach Anspruch 1, worin das elektronisches Steuersystem ferner dazu konfiguriert ist, zu ermitteln, ob das SCR-System in einem stationären Zustand ist, und worin das Ermitteln, ob die Modellfehlerbedingung aufgetreten ist, auf ein Ermitteln anspricht, dass das SCR-System sich in einem stationären Zustand befindet.
  10. Prädiktives Steuersystem nach Anspruch 9, ferner umfassend: einen Einlass-NOx-Gehaltsensor, der dazu konfiguriert ist, NOx-Eingabe stromaufwärts von dem SCR-Katalysator zu erfassen und Signale auszugeben, die dies anzeigen, worin das Ermitteln, ob das SCR-System in dem stationären Zustand ist, ein Berechnen eines quadratischen Mittelwerts von NOx-Eingabesignalen, die von dem Einlass-NOx-Gehaltsensor empfangen werden, beinhaltet.
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