DE102018117271A1 - Modellbasierte Überwachung für eine selektive katalytische Reduktionsvorrichtung in einer Nachbehandlungsanordnung - Google Patents

Abstract

Eine Nachbehandlungsanordnung beinhaltet eine selektive katalytische Reduktions-(SCR)-Vorrichtung mit einem Katalysator, die zur Aufnahme eines Abgases konfiguriert ist. Eine Steuerung ist operativ mit der SCR-Vorrichtung verbunden. Die Steuerung weist einen Prozessor und einen physischen nichtflüchtigen Speicher auf, in dem Anweisungen zur Ausführung eines Verfahrens zur modellbasierten Überwachung der SCR-Vorrichtung aufgezeichnet sind. Das Verfahren beruht auf einem physikalisch basierten Modell, das in verschiedenen Formen implementiert werden kann. Die Steuerung ist konfiguriert, um mindestens einen geschätzten Parameter und mindestens einen Schwellenwertparameter zumindest teilweise basierend auf einem Katalysator-Degradationsmodell zu erhalten. Das Katalysator-Degradationsmodell basiert zumindest teilweise auf einer vorgegebenen Schwellwertspeicherkapazität (Θ_T). Ein Katalysatorzustand wird basierend auf einem Vergleich der geschätzten und der Schwellenwertparameter bestimmt. Der Betrieb der Anordnung wird zumindest teilweise basierend auf dem Katalysatorzustand gesteuert.

Description

• EINLEITUNG
• Die Offenbarung betrifft im Allgemeinen die Steuerung des Betriebs einer Nachbehandlungsanordnung und insbesondere die modellbasierte Überwachung einer selektiven katalytischen Reduktions-(SCR)-Vorrichtung in einer Nachbehandlungsanordnung. Stickoxide, hierin als NOx bezeichnet, sind ein Nebenprodukt des Verbrennungsprozesses. Die Stickoxide werden durch Dissoziation von Stickstoff- und Sauerstoffmolekülen bei den hohen Temperaturen einer Brennkammer erzeugt. Viele Vorrichtungen nutzen Nachbehandlungsvorrichtungen, wie beispielsweise selektive katalytische Reduktions-(SCR)-Vorrichtungen, um die Stickoxide in Anwesenheit eines Katalysators in andere Bestandteile umzuwandeln. Die Effizienz der Nachbehandlungsvorrichtung kann nach einer gewissen Zeit nachlassen.
• KURZDARSTELLUNG
• Eine Nachbehandlungsanordnung beinhaltet eine selektive katalytische Reduktions-(SCR)-Vorrichtung mit einem Katalysator, die zur Aufnahme eines Abgases konfiguriert ist. Eine Steuerung ist operativ mit der SCR-Vorrichtung verbunden. Die Steuerung weist einen Prozessor und einen physischen nichtflüchtigen Speicher auf, in dem Anweisungen zur Ausführung eines Verfahrens zur modellbasierten Überwachung der SCR-Vorrichtung aufgezeichnet sind. Das Verfahren beruht auf einem physikalisch basierten Modell, das in verschiedenen Formen implementiert werden kann. Die Ausführung der Anweisungen durch den Prozessor veranlasst die Steuerung: zum Erhalten von mindestens einem geschätzten Parameter, einschließlich das Erhalten einer geschätzten Stickoxid-(NOx)-Konzentration im Abgas, das aus der SCR-Vorrichtung austritt.
• Die Steuerung ist konfiguriert, um mindestens einen Schwellenwertparameter zumindest teilweise basierend auf einem Katalysator-Degradationsmodell zu erhalten, einschließlich dem Erhalten einer Schwellenwert-NOx-Konzentration (y_T) im Abgas, das aus der SCR-Vorrichtung austritt. Das Katalysator-Degradationsmodell basiert zumindest teilweise auf einer vorgegebenen Schwellwertspeicherkapazität (Θ_T). Ein Katalysatorzustand wird durch einen Vergleich des geschätzten Parameters mit dem Schwellwertparameter über die Steuerung ermittelt. Der Betrieb der Anordnung wird zumindest teilweise basierend auf dem Katalysatorzustand gesteuert.
• Das Katalysator-Degradationsmodell basiert zumindest teilweise auf einer Eingangs-NOx-Konzentration (u_l) im Abgas, das in die SCR-Vorrichtung eintritt, einer Einlassdosis (u₂), die durch den Reduktionsmittel-Injektor eingespritzt wird, einer Vielzahl von vorbestimmten Parametern (r_R, r_O, r_D, r_A, M_WNH3 und M_WNOx), eine Durchflussrate (F) des an der SCR-Vorrichtung empfangenen Abgases und ein Volumen (V) und die Temperatur (T) der SCR-Vorrichtung. Das Katalysator-Degradationsmodell basiert zumindest teilweise auf den jeweiligen Änderungsraten (t) einer Ausgangs-NOX-Konzentration (y₁) des aus der SCR-Vorrichtung austretenden Abgases, einem Ammoniakdeckungsgrad (θ) und einer Ausgangsammoniakkonzentration (y₂), jeweils bezeichnet als dy₁/dt, dθ/dt und dy₂/dt, und berechnet als: $$\frac{d{y}_1}{dt}=\frac{1}{V}\left(F{u}_1-F{y}_1-r_R{y}_1{\mathrm{\Theta }}_T\theta \right)$$

  

  $$\frac{d\theta }{dt}=\frac{r_A{y}_2}{F{M}_{WN{H}_3}}\left(1-\theta \right)-r_D\theta -\frac{r_R{y}_1}{F{M}_{WN{O}_x}}\theta -r_o\theta$$

  

  $$\frac{d{y}_2}{dt}=\frac{1}{V}\left(F{u}_2-F{y}_2-r_A{\mathrm{\Theta }}_T{y}_2\left(1-\theta \right)+r_{D}F{M}_{WN{H}_3}{\mathrm{\Theta }}_T\theta \right)$$

  
• In einer Ausführungsform wird das Katalysator-Degradationsmodell repräsentiert als: $$0=\frac{1}{V}\left(F{u}_1-F{y}_1-r_R{y}_1{\mathrm{\Theta }}_T\theta \right)$$

  

  $$\frac{d\theta }{dt}=\frac{r_A{y}_2}{F{M}_{WN{H}_3}}\left(1-\theta \right)-r_D\theta -\frac{r_R{y}_1}{F{M}_{WN{O}_x}}\theta -r_o\theta$$

  

  $$0=\frac{1}{V}\left(F{u}_2-F{y}_2-r_A{\mathrm{\Theta }}_T{y}_2\left(1-\theta \right)+r_{D}F{M}_{WN{H}_3}{\mathrm{\Theta }}_T\theta \right)$$

  
• Das Erhalten des geschätzten Parameters beinhaltet: das Erhalten einer geschätzten Speicherkapazität (Θ) des Katalysators, die zumindest teilweise auf einem erweiterten Kalman-Filter und einem Kapazitätsalterungsmodell basiert. Das Kapazitätsalterungsmodell basiert zumindest teilweise auf einer Probenzeit (k), einer Ausgangs-NOX-Konzentration (y₁) des aus der SCR-Vorrichtung austretenden Abgases, einer Ausgangsammoniakkonzentration (y₂), einer Eingangs-NOx-Konzentration (u_l) des in die SCR-Vorrichtung eintretenden Abgases, eine Einlassdosis (u₂), die durch den Reduktionsmittel-Injektor eingespritzt wird, einer Vielzahl von vorbestimmten Parametern (r_R, r_O, r_D, r_A), und einem vorbestimmten Nachschlagefaktor (K(T, F/V)) einer Durchflussrate (F) des in die SCR-Vorrichtung eintretenden Abgases, einem Volumen (V) und einer Temperatur (T) der SCR-Vorrichtung.
• Die Anordnung kann einen Ausgangs-NOx-Sensor beinhalten, der in Verbindung mit dem Abgas stromabwärts der SCR-Vorrichtung angeordnet ist. Das Erhalten des geschätzten Parameters kann das Erhalten einer Messung (y_S) der Ausgangs-NOX-Konzentration im Abgas über den Ausgangs-NOx-Sensor beinhalten. Ein Ammoniakdeckungsgrad (θ) und eine Speicherkapazität (e) ergibt sich zumindest teilweise aus dem erweiterten Kalman-Filter, der auf das Kapazitätsalterungsmodell angewendet wird. Das Kapazitätsalterungsmodell basiert zumindest teilweise auf der Messung (y_S) des Ausgangs-NOx-Sensors, einem Katalysator-NOx-Wirkungsgrad (η̂), einem Katalysator-Ammoniak-Wirkungsgrad (ξ̂), wobei das Kapazitätsalterungsmodell gekennzeichnet ist als: $$\frac{\theta \left(k+1\right)-\theta \left(k\right)}{dt}=-\left(r_o+r_D\right)\theta -r_R\theta \left(1-\widehat{\eta }\right)u_1+r_A\left(1-\theta \right)\left(1-\widehat{\xi }\right)u_2$$

  

  $$\mathrm{\Theta }\left(k+1\right)-\mathrm{\Theta }\left(k\right)=0$$

  

  $$y_S=y_1+K\left(T,F/V\right)y_2$$

  
• Das Erhalten des geschätzten Parameters kann das Erhalten der jeweiligen aktualisierten Werte der Katalysator-NOx-Umwandlungseffizienz $\begin{array}{l}\widehat{\left(\eta \right)},\\ \widehat{}\end{array}$

  

  der Katalysator-Ammoniak-Umwandlungseffizienz (ξ̂), der Ausgangs-NOX-Konzentration (y₁) und der Ausgangsammoniakkonzentration (y₂) beinhalten. Die jeweils aktualisierten Werte werden auf den erweiterten Kalman-Filter und das Kapazitätsalterungsmodell angewendet. Die jeweils aktualisierten Werte werden wie folgt erhalten:

  

  
• Die Steuerung kann konfiguriert werden, um einen Ausgang des erweiterten Kalman-Filters und des Kapazitätsalterungsmodells an ein modellprädiktives Steuerungs-(MPC)-Modul zu senden. Das MPC-Modul wird verwendet, um einen optimierten Wert der Eingangsdosis (u₂) zu erhalten. Der Reduktionsmittel-Injektor wird angewiesen, den optimierten Wert der Eingangsdosis (u₂) einzuspritzen. Das Bestimmen des Katalysatorzustands kann das Vergleichen einer ersten Integration der Ausgangs-NOX-Konzentration über die Zeit (∫ y₁dt) und einer zweiten Integration der Schwellenwert-NOX-Konzentration über die Zeit (∫ y_T dt) beinhalten. Wenn die erste Integration die zweite Integration überschreitet, kann ein Diagnosesignal durch die Steuerung (∫ y₁dt > f y_T dt) erzeugt werden.
• Das Bestimmen des Katalysatorzustands kann das Vergleichen der geschätzten Speicherkapazität (Θ) und der Schwellenwertspeicherkapazität (Θ_T) beinhalten. Wenn die geschätzte Speicherkapazität (Θ) unter die Schwellenwertspeicherkapazität (Θ_T) fällt, kann durch die Steuerung (Θ < Θ_T) ein Diagnosesignal erzeugt werden. Die Steuerung kann konfiguriert werden, um eine erste Markierung als wahr zu setzen, wenn die erste Integration die zweite Integration überschreitet, und eine zweite Markierung als wahr zu setzen, wenn die geschätzte Speicherkapazität (Θ) unter die Schwellenwertspeicherkapazität (Θ_T) fällt. Wenn mindestens eine der ersten Markierungen und die zweite Markierung wahr ist, kann die Steuerung konfiguriert werden, um einen Diagnosebericht zu erstellen. Wenn sowohl die erste als auch die zweite Markierung wahr sind, kann die Steuerung konfiguriert werden, um den Motor zur Reduzierung der Abgasproduktion zu steuern.
• Die vorstehend genannten Funktionen und Vorteile sowie andere Funktionen und Vorteile der vorliegenden Offenbarung gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der bestmöglichen praktischen Umsetzung der dargestellten Offenbarung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen hervor.
• Figurenliste
• 1 ist eine schematische fragmentarische Ansicht einer Nachbehandlungsanordnung mit einer Steuerung;
• 2 ist ein Flussdiagramm für ein Verfahren, das durch die Steuerung von 1 ausführbar ist;
• 3 ist eine schematische Darstellung einer Steuerungsstruktur, die das Verfahren von 2 gemäß einer ersten Ausführungsform verkörpert;
• 4 ist eine schematische Darstellung einer Steuerungsstruktur, die das Verfahren von 2 gemäß einer zweiten Ausführungsform verkörpert; und
• 5 ist eine schematische Darstellung einer Steuerungsstruktur, die das Verfahren von 2 gemäß einer zweiten Ausführungsform verkörpert.
• AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
• Bezugnehmend auf die Zeichnungen, worin sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Komponenten beziehen zeigt 1 eine schematische Darstellung einer Nachbehandlungsanordnung 12, die Teil einer Vorrichtung 10 ist. Die Vorrichtung 10 kann eine mobile Plattform sein, wie etwa, jedoch nicht beschränkt auf Standard-Pkw, Sportfahrzeug, Leichtlastfahrzeug, Schwerlastfahrzeug, ATV, Minivan, Bus, Transitfahrzeug, Fahrrad, Roboter, landwirtschaftliches Fahrzeug, sportbezogene Ausrüstung, Boot, Flugzeug, Zug oder andere Transportvorrichtung, sein. Die Vorrichtung 10 kann verschiedene Formen annehmen und mehrere und/oder alternative Komponenten und Einrichtungen beinhalten.
• Die Vorrichtung 10 beinhaltet einen Verbrennungsmotor 14, der hierin als Motor 14 bezeichnet wird. Der Motor 14 ist konfiguriert, um ein Luft-Kraftstoff-Gemisch zum Erzeugen des Abtriebsdrehmoments zu verbrennen, und kann einen Fremdzündungsmotor, einen Selbstzündungsmotor, einen kolbengetriebenen Motor oder einen anderen Motortyp beinhalten, der den Fachleuten zugänglich ist. Bei der Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemischs wird ein Abgas 16 produziert, das aus dem Motor 14 in die Nachbehandlungsvorrichtung 12 ausgestoßen wird. Die Anordnung 12 kann einen Oxidationskatalysator 20 beinhalten, der so konfiguriert ist, dass er Stickstoffmonoxid, eine NOx-Form, die in einer selektiven katalytischen Reduktions-(SCR)- nicht leicht behandelt werden kann, in Stickstoffdioxid umwandelt, eine NOx-Form, die in einer selektiven katalytischen Reduktions-(SCR)-Vorrichtung leicht behandelt werden kann.
• Unter Bezugnahme auf 1 spritzt ein Reduktionsmittel-Injektor 22 ein Reduktionsmittel, beispielsweise Harnstoff, in den Abgasstrom 16 ein. Das Reduktionsmittel kann direkt in den Abgasstrom 16 eingespritzt werden. Für eine weitgehend gleichmäßige Verteilung kann eine Mischvorrichtung 24 eingesetzt werden. Die Anordnung 12 beinhaltet eine selektive katalytische Reduktions-(SCR)-Vorrichtung 26 mit einem Katalysator, die zur Aufnahme des Abgases 16 konfiguriert ist. Die SCR-Vorrichtung 26 ist konfiguriert, um Bestandteile des eingespritzten Reduktionsmittels zur Umwandlung von NOx in andere Bestandteile zu verwenden, wie von Fachleuten verstanden wird.
• Unter Bezugnahme auf 1 sind ein Eingangs-NOx-Sensor 30 und ein Ausgangs-NOx-Sensor 34 zum Erfassen und Quantifizieren der NOx-Konzentration im Abgasstrom 16 konfiguriert, der in die SCR-Vorrichtung 26 eintritt bzw. aus ihr austritt. Ein Ausgangsammoniaksensor 36 ist konfiguriert, um die Ammoniakkonzentration im Abgasstrom, der aus der SCR-Vorrichtung 26 austritt, zu erfassen und zu quantifizieren. Ein erster Temperatursensor 38 und ein zweiter Temperatursensor 40 sind konfiguriert, um die Temperatur des Abgases 16 zu erfassen, das in die SCR-Vorrichtung 26 eintritt bzw. aus ihr austritt. Es ist zu beachten, dass die NOx-Konzentration und die Ammoniakkonzentration im Abgas 16 und andere nachfolgend beschriebene Parameter auf andere Weise quantifiziert werden können, unter anderem durch „virtuelles Abtasten“ und durch Modellieren basierend auf anderen Messungen und Verwendung von Sensoren an anderen Stellen. So kann beispielsweise ein virtueller NOx-Sensor zum Modellieren der Motorleistung und der Bedingungen innerhalb des Abgasstroms verwendet werden, um die NOx-Konzentration, die in die SCR-Vorrichtung 26 eintritt, zu schätzen. Die Gas- oder Substrattemperatur im Inneren des SCT-Katalysators kann basierend auf einer Messung der SCR-Ein- und Auslasstemperaturen 38 und 40 und der Umgebungstemperatur geschätzt werden.
• Bezugnehmend auf 1 beinhaltet die Anordnung 12 eine Steuerung C, die mit dem Motor 14 in Wirkverbindung steht oder mit diesem in elektronischer Verbindung ist. Bezugnehmend auf 1 beinhaltet die Steuerung C mindestens einen Prozessor P und mindestens einen Speicher M (oder jedes andere, nichtflüchtige, konkrete, computerlesbare Speichermedium), auf dem die in 2 dargestellten und nachfolgend beschriebenen Anweisungen zum Ausführen des Verfahrens 100 zur modellbasierten Überwachung der SCR-Vorrichtung 26 gespeichert sind. Das Verfahren 100 stützt sich auf eine Reihe von Modellen, darunter ein Katalysator-Degradationsmodell, das auf eine reale SCR-Vorrichtung 26 entwickelt und kalibriert wird. Der Speicher M kann von der Steuerung ausführbare Anweisungssätze speichern, und der Prozessor P kann die auf dem Speicher M gespeicherten und von der Steuerung ausführbaren Anweisungssätze ausführen.
• Weiterhin bezugnehmend auf 2 wird ein Flussdiagramm des Verfahrens 100 gezeigt, das in der in 1 dargestellten Steuerung C gespeichert und ausgeführt werden kann. Das Verfahren 100 wird auch in Bezug auf vier Ausführungsformen veranschaulicht. Die Steuerung C von 1 ist speziell zum Ausführen der Schritte des Verfahrens 100 programmiert. Das Verfahren 100 muss nicht in der bestimmten, hierin genannten Reihenfolge angewendet werden. Darüber hinaus muss beachtet werden, dass einige Schritte eliminiert werden müssen.
• Unter Bezugnahme auf 2 kann das Verfahren 100 mit Block 102 beginnen, wobei die Steuerung C so programmiert oder konfiguriert ist, dass sie mindestens einen geschätzten Parameter erhält, einschließlich einer geschätzten Stickoxid-(NOx)-Konzentration im Abgas 16, das aus der SCR-Vorrichtung 26 austritt. In Block 104 von 2 ist die Steuerung C programmiert, um mindestens einen Schwellenwertparameter zumindest teilweise basierend auf einem Katalysator-Degradationsmodell zu erhalten, einschließlich dem Erhalten einer Schwellenwert-NOx-Konzentration (y_T) im Abgas, das aus der SCR-Vorrichtung austritt.
• Das Katalysator-Degradationsmodell basiert zumindest teilweise auf einer vorgegebenen Schwellwertspeicherkapazität (Θ_T). Die Schwellenwertspeicherkapazität (Θ_T) kann sich auf verschiedene gesetzliche Vorgaben stützen. Um die Schwellwertspeicherkapazität (Θ_T) zu bestimmen, kann der Parameter der maximalen Ammoniakspeicherkapazität der SCR-Vorrichtung 26 reduziert werden, bis ihre simulierte NOx-Leistung (unter Standard-Harnstoffeinspritzsteuerung) etwa das 1,5-fache (oder einen anderen Faktor) der nominalen NOx-Leistung aus einem nominalen SCR-Anlagenmodell oder einem Test übersteigt: $$\frac{{\displaystyle \int N{O}_{X\_Auslass}\left(t,{\mathrm{\Theta }}_T\right)dt}}{{\displaystyle \int N{O}_{X\_Auslass}\left(t,{\mathrm{\Theta }}_{Nominal}\right)dt}}|{}_{FTP}=1.5$$

  
• Die Kalibrierung kann aus der Simulation während eines US-amerikanischen Prüfverfahrens (FTP) abgeleitet werden. Die kalibrierte Schwellenwertspeicherkapazität (Θ_T) kann sich auf OBD (On-board Diagnose) stützen, in der Steuerung C gespeichert sein und parallel zur physikalischen SCR-Vorrichtung 26 laufen. Als nicht einschränkendes Beispiel können die folgenden Werte in einer Ausführungsform verwendet werden: $$\begin{array}{l}{\mathrm{\Theta }}_{\text{nominal}}=\mathrm{0,4298,}{\mathrm{\Theta }}_{\text{T}}=\mathrm{0,137.}\\ \end{array}$$

  
• Das Katalysator-Degradationsmodell beruht zumindest teilweise auf der NOx-Massenflussbilanz und der Ammoniak-Massenflussbilanz (NH3) durch den SCR-Katalysator. Das Katalysator-Degradationsmodell basiert zumindest teilweise auf den jeweiligen Änderungsraten (t) einer Auslass-NOx-Konzentration (y₁) des aus der SCR-Vorrichtung austretenden Abgases, einem Ammoniakdeckungsgrad (θ) und einer Auslassammoniakkonzentration (y₂), jeweils bezeichnet als dy₁/dt, dθ/dt und dy₂/dt, und berechnet als: $$\frac{d{y}_1}{dt}=\frac{1}{V}\left(F{u}_1-F{y}_1-r_R{y}_1{\mathrm{\Theta }}_T\theta \right)$$

  

  $$\frac{d\theta }{dt}=\frac{r_A{y}_2}{F{M}_{WN{H}_3}}\left(1-\theta \right)-r_D\theta -\frac{r_R{y}_1}{F{M}_{WN{O}_x}}\theta -r_o\theta$$

  

  $$\frac{d{y}_2}{dt}=\frac{1}{V}\left(F{u}_2-F{y}_2-r_A{\mathrm{\Theta }}_T{y}_2\left(1-\theta \right)+r_{D}F{M}_{WN{H}_3}{\mathrm{\Theta }}_T\theta \right)$$

  
• In einer Ausführungsform wird das Katalysator-Degradationsmodell repräsentiert als: $$0=\frac{1}{V}\left(F{u}_1-F{y}_1-r_R{y}_1{\mathrm{\Theta }}_T\theta \right)$$

  

  $$\frac{d\theta }{dt}=\frac{r_A{y}_2}{F{M}_{WN{H}_3}}\left(1-\theta \right)-r_D\theta -\frac{r_R{y}_1}{F{M}_{WN{O}_x}}\theta -r_o\theta$$

  

  $$0=\frac{1}{V}\left(F{u}_2-F{y}_2-r_A{\mathrm{\Theta }}_T{y}_2\left(1-\theta \right)+r_{D}F{M}_{WN{H}_3}{\mathrm{\Theta }}_T\theta \right)$$

  
• Wie vorstehend dargestellt, basiert das Katalysator-Degradationsmodell zumindest teilweise auf einer Eingangs-NOx-Konzentration (u_l) im Abgas 16, das in die SCR-Vorrichtung 26 eintritt, eine Eingangsdosis (u₂), die durch den Reduktionsmittel-Injektor 22 eingespritzt wird, eine Ausgangs-NOx-Konzentration (y₁) des aus der SCR-Vorrichtung austretenden Abgases und eine Ausgangsammoniakkonzentration (y₂),-eine Vielzahl von vorbestimmten chemischen Reaktionsparametern als Funktion der Katalysatortemperatur (r_R, r_O, r_D, r_A, M_WNH3 und M_WNOx), einem Durchsatz (F) des an der SCR-Vorrichtung 26 empfangenen Abgases 16 und einem Volumen (V) der SCR-Vorrichtung 26. Hier ist r_R eine NOx-Reduktionsrate, r_O eine Ammoniakoxidationsrate, r_A eine Adsorptionsrate, r_D eine Desorptionsrate, die jeweils durch Kalibrieren in einer Testzelle oder Laborbedingungen erhalten und in einer Nachschlagetabelle gespeichert wird. Die vorgegebenen Parameter (r_R, r_O, r_D, r_A) sind proportional zu einem Exponenten von (-E/RT), wobei T eine Katalysatortemperatur, R eine Gaskonstante und E eine Aktivierungsenergie der Reduktion, Oxidation, Desorption und Adsorption ist. Zusätzlich sind M_WNH3 und M_WNOx Molekulargewichte des NOx und des Ammoniaks im Abgas 16, die an der SCR-Vorrichtung 26 empfangen werden.
• In Block 106 von 2 ist die Steuerung C programmiert, um einen Katalysatorzustand basierend auf einem Vergleich der in Block 102 ermittelten geschätzten Parameter und der in Block 104 ermittelten Schwellenwertparameter zu bestimmen. Im Block 108 von 2 ist die Steuerung C programmiert, um den Betrieb der Anordnung 12 zumindest teilweise basierend auf dem Katalysatorzustand zu steuern.
• Das Verfahren 100 wird nun mit drei nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen veranschaulicht. 3 ist eine schematische Darstellung einer ersten Steuerungsstruktur 200 mit verschiedenen Modulen oder Einheiten, die das Verfahren 100 gemäß einer ersten Ausführungsform verkörpert. Die 4 und 5 veranschaulichen eine zweite bzw. dritte Steuerungsstruktur 300, 400, die das Verfahren 100 verkörpert. Die verschiedenen Module oder Einheiten der ersten, zweiten und dritten Steuerungsstruktur 200, 300 und 400 können als Teil der Steuerung C eingebettet werden.
• Die Ausführungsform in 3 beinhaltet eine hintere Oxidationskatalysatorvorrichtung 28, die stromabwärts der SCR-Vorrichtung 26 angeordnet und konfiguriert ist, um Ammoniakschlupf aus dem SCR-Katalysator zu eliminieren und so die Kreuzkontamination von Ammoniak bei den Messungen des NOx-Sensors 34 zu minimieren. Die Eingangsparameter 202 (einschließlich der Eingangs-NOx-Konzentration (u_l) im Abgas 16, das in die SCR-Vorrichtung 26 eintritt, und der Eingangsdosis (u₂), die durch den Reduktionsmittel-Injektor 22 eingespritzt wird) werden in die Katalysator-Degradationseinheit 220 eingegeben, die das Modell des Degradationskatalysators mit Schwellenwertspeicherkapazität (Θ_T) enthält, um die Änderungsraten (t) einer Ausgangs-NOx-Konzentration (y₁) des aus der SCR-Vorrichtung austretenden Abgases, ein Ammoniakdeckungsverhältnis (θ) und eine Ausgangs-Ammoniakkonzentration (y₂), jeweils als y₁, dθ/dt und y₂ bezeichnet und wie zuvor beschrieben, zu erhalten.
• Bezogen auf 3 beinhaltet die erste Steuerungsstruktur 200 eine Messwertintegrationseinheit 210, die konfiguriert ist, um die aktuell gemessene NOx-Konzentration über die Zeit zu integrieren (∫ y₁dt). Eine Schwellenwertintegrationseinheit 230 ist konfiguriert, um eine zweite Integration der von der Katalysator-Degradationseinheit 220 vorhergesagten NOx-Schwellenwertkonzentration über die Zeit zu erhalten (∫ y_T dt). Das Vergleichsmodul 240 ist konfiguriert, um die Ausgänge der Messwertintegrationseinheit 210 und der Schwellenwertintegrationseinheit 230 pro Block 106 von 2 zu vergleichen.
• 4 ist eine schematische Darstellung einer zweiten Steuerungsstruktur 300, die das Verfahren 100 verkörpert. Die Eingangsparameter 302 (einschließlich die Eingangs-NOx-Konzentration (u_l) im Abgas 16, das in die SCR-Vorrichtung 26 eintritt, und die Eingangsdosis (u₂), die vom Reduktionsmittel-Injektor 22 eingespritzt wird) werden in die Katalysator-Degradationseinheit 320 eingegeben, um die Änderungsraten (t) einer vorhergesagten Ausgangs-NOx-Konzentration (y_T1) aus dem Degradationskatalysatormodell, einem Ammoniakdeckungsgrad (θ) und einer vorhergesagten Ausgangs-Ammoniakkonzentration (y_T2) zu erhalten.
• Die Ausführungsform in 4 beinhaltet keine hintere Oxidationskatalysatorvorrichtung, die stromabwärts der SCR-Vorrichtung 26 angeordnet ist. Die Kreuzkontamination von Ammoniak in den Messungen des NOx-Sensors 34 wird durch Einspeisung der Modellausgänge und Parameter 324 aus der Katalysator-Degradationseinheit 320 in ein NOx-Sensor-Modell 322 aufgenommen. Die Modellparameter 324 beinhalten einen vorgegebenen Nachschlagefaktor (K), der in Abhängigkeit von einem Durchfluss (F) des in die SCR-Vorrichtung 26 eintretenden Abgases 16, einem Volumen (V) und einer Temperatur (T) der SCR-Vorrichtung 26 gespeichert wird. Das Sensormodell 322 sagt die Messung (y_S) des Ausgangs-NOx-Sensors 34 mit der modellierten Ausgangs-NOx-Konzentration (y_T1), der Ausgangs-Ammoniakkonzentration (y_T2) und den Modellparametern 324 voraus. Das Sensormodell 322 kann charakterisiert sein als: $$y_S=y_{T1}+K\left(T,F/V\right)y_{T2}$$

  
• Unter Bezugnahme auf 4 beinhaltet die zweite Steuerungsstruktur 300 eine Messwertintegrationseinheit 310, die konfiguriert ist, um eine erste Integration der gemessenen Ausgangs-NOx-Konzentration durch den NOx-Sensor zu erhalten, der von der Querempfindlichkeit der NH3-Präsenz über die Zeit beeinflusst wird (∫ y₁dt). Eine Schwellenwertintegrationseinheit 330 ist konfiguriert, um eine zweite Integration NOx-Schwellenwertkonzentration vom NOx-Sensormodell 322 über die Zeit zu erhalten (∫y_Tdt). Das Vergleichsmodul 340 ist konfiguriert, um die Ausgänge der Messwertintegrationseinheit 310 und der Schwellenwertintegrationseinheit 330 pro Block 106 von 2 zu vergleichen.
• 5 ist eine schematische Darstellung einer dritten Steuerungsstruktur 400, die das Verfahren 100 verkörpert. Die Eingangsparameter 402 können wie zuvor beschrieben in eine Katalysator-Degradationseinheit 420 eingegeben werden, wobei die Ergebnisse anschließend wie bei der ersten und zweiten Ausführungsform in die Schwellenwertintegrationseinheit 430 eingespeist werden.
• In der in 5 dargestellten Ausführungsform beinhaltet das Erhalten des geschätzten Parameters in Block 102 das Erhalten einer geschätzten Speicherkapazität (Θ) des Katalysators, die zumindest teilweise auf einem Kalman-Filtermodul 404 und einer Kapazitätsalterungsmodelleinheit 406 basiert. Die Eingangsparameter 402 (einschließlich Eingangs-NOx-Konzentration (u_l) im Abgas 16, das in die SCR-Vorrichtung 26 eintritt, und die Eingangsdosis (u₂), die vom Reduktionsmittel-Injektor 22 eingespritzt wird) werden in ein Kalman-Filtermodul 404 und eine Kapazitätsalterungsmodelleinheit 406 eingegeben. Das Kalman-Filtermodul 404 dient zum Abschätzen der aktuellen Speicherkapazität (Θ) des SCR-Katalysators als Indikator, um die Alterung des Katalysators abzuschätzen oder zu überwachen. Wenn Θ gealtert ist und die Schätzung auf den OBD-Schwellenwert Θ_T (d. h. Θ < Θ_T) reduziert wird, wird eine Fehlfunktion des Katalysators erkannt. Das in der Kapazitätsalterungsmodelleinheit 406 gespeicherte Kapazitätsalterungsmodell ist wie folgt charakterisiert: $$\frac{\theta \left(k+1\right)-\theta \left(k\right)}{dt}=-\left(r_o+r_D\right)\theta -r_R\theta \left(1-\widehat{\eta }\right)u_1+r_A\left(1-\theta \right)\left(1-\widehat{\xi }\right)u_2$$

  

  $$\mathrm{\Theta }\left(k+1\right)-\mathrm{\Theta }\left(k\right)=0$$

  

  $$y_S={\widehat{y}}_1+K\left(T,F/V\right){\widehat{y}}_2$$

  
• Die vorstehend beschriebene erste Gleichung beschreibt das Ammoniak-Abdeckungsverhältnis (θ), das zumindest teilweise auf einer Probenahme- oder Probenzeit (k), einem geschätzten Katalysator-NOx-Umwandlungswirkungsgrad (η̂), der zum Probenzeitpunkt k aktualisiert wurde, einem geschätzten Katalysator-Ammoniak-Umwandlungswirkungsgrad $\widehat{\left(\xi \right)}\mathrm{,,}$

  

  der zur Probenzeit k aktualisiert wurde, die geschätzte Ausgangs-NOx-Konzentration (y₁), eine Ausgangs-Ammoniak-Konzentration (y₂), die Eingangs-NOx-Konzentration (u_l) des Abgases 16, das in die SCR-Vorrichtung 26 eintritt, die Eingangsdosis (u₂), die durch den Reduktionsmittel-Injektor 22 eingespritzt wird und eine Vielzahl von vorbestimmten Parametern (r_R, r_O, r_D, r_A). Hier ist r_R eine NOx-Reduktionsrate, r_O eine NOx-Oxidationsrate, r_A eine Adsorptionsrate, r_D eine Desorptionsrate, die jeweils durch Kalibrieren in einer Testzelle oder Laborbedingungen erhalten und in einer Nachschlagetabelle gespeichert wird.
• Die vorstehend beschriebene zweite Gleichung beschreibt die Änderung der maximalen Ammoniakspeicherkapazität (Θ), vorausgesetzt, die Speicherkapazität ändert sich sehr langsam in einer Katalysatorlebensdauer, sodass Θ als eine Konstante zwischen der Probenzeit bei (k+1) und k betrachtet wird. Die vorstehende dritte Gleichung bezieht sich auf die Messung (y_S) des Ausgangs-NOx-Sensors 34 mit der modellierten Ausgangs-NOx-Konzentration (y₁), Ausgangs-Ammoniak-Konzentration (y₂), und einem vorbestimmten Nachschlagefaktor (K(T, F/V)) eines Durchflusses (F) des in die SCR-Vorrichtung 26 eintretenden Abgases 16, eines Volumens (V) und einer Temperatur (T) der SCR-Vorrichtung 26. In der in 5 dargestellten Ausführungsform wird eine Messung (y_S) der Ausgangs-NOx-Konzentration im Abgas 16 über den stromabwärts der SCR-Vorrichtung 26 angeordneten Ausgangs-NOx-Sensor 34 erzielt.
• Basierend auf diesen drei Gleichungen wird das Kalman-Filtermodul 404 (Speicherung eines entworfenen linearen, zeitvariablen, erweiterten Kalman-Filters, das den Fachleuten zugänglich ist) verwendet, um das Ammoniakbedeckungsverhältnis (θ) und die geschätzte Speicherkapazität (Θ) zur Probenzeit (k+1) zu schätzen. Weiterhin können die jeweils aktualisierten Werte der Katalysator-NOx-Umwandlungseffizienz (η̂), der Katalysator-Ammoniak-Umwandlungseffizienz (ξ̂), der Ausgangs-NOx-Konzentration (ŷ₁) und der Ausgangs-Ammoniakkonzentration (ŷ₂) wie folgt aus dem zuvor geschätzten Ammoniakdeckungsgrad (θ(k)) und der geschätzten Speicherkapazität (Θ(k)) zur Probenzeit (k) ermittelt werden:

  

  
• Die jeweils aktualisierten Werte können zum Aktualisieren der Kapazitätsalterungsmodelleinheit 406 verwendet werden. Das Kalman-Filtermodul 404 wird erneut ausgeführt, um Θ und Θ zu schätzen. Die Steuerung C kann konfiguriert werden, um den Ausgangsparameter 408 des Kalman-Filtermoduls 404 und des Kapazitätsalterungsmodells 406 an ein modellprädiktives Steuerungs-(MPC)-Modul 450 zu senden. Das MPC-Modul 450 wird verwendet, um einen optimierten Wert 452 der Eingangsdosis (u₂) zu erhalten, der basierend auf dem aktuellen geschätzten Ammoniakdeckungsgrad Θ und der Speicherkapazität Θ eingestellt wird. Der Reduktionsmittel-Injektor 22 von 1 wird angewiesen, den optimierten Wert 452 (bezogen vom MPC-Modul 450) der Eingangsdosis (u₂) einzuspritzen.
• Das in der Kapazitätsalterungsmodelleinheit 406 gespeicherte Kapazitätsalterungsmodell kann wie folgt auf ein allgemeines Format erweitert werden: $$\frac{\theta \left(k+1\right)-\theta \left(k\right)}{dt}=f\left(\theta ,u_1,u_2,T,F,\mathrm{\Theta }\right)$$

  

  $$\frac{\mathrm{\Theta }\left(k+1\right)-\mathrm{\Theta }\left(k\right)}{dt}=0$$

  

  $$y_s=g\left(\theta ,u_1,u_2,T,F,\mathrm{\Theta }\right)$$

  
• Wie zuvor in Block 106 von 2 erwähnt, ist die Steuerung C programmiert, um einen Katalysatorzustand basierend auf einem Vergleich der geschätzten und der Schwellenwertparameter zu bestimmen. Im Block 108 von 2 ist die Steuerung C programmiert, um den Betrieb der Anordnung 12 zumindest teilweise basierend auf dem Katalysatorzustand zu steuern. Das Bestimmen des Katalysatorzustands kann das Vergleichen der ersten Integration der Ausgangs-NOx-Konzentration über die Zeit (aus den gemessenen Integrationseinheiten 210, 310, 410 der 3-5) und der zweiten Integration der Schwellenwert-NOx-Konzentration über die Zeit (aus den Schwellenwertintegrationseinheiten 230, 330, 430 der 3-5) beinhalten. Wenn die erste Integration die zweite Integration überschreitet, kann ein Diagnosesignal durch die Steuerung C (∫y₁dt >∫ y_T dt) erzeugt werden.
• In der Ausführungsform von 5 beinhaltet das Bestimmen des Katalysatorzustands pro Block 106 das Vergleichen der geschätzten Speicherkapazität (Θ) und der Schwellenwertspeicherkapazität (Θ_T). Wenn die geschätzte Speicherkapazität (Θ) unter die Schwellenwertspeicherkapazität (Θ_T) fällt, kann durch die Steuerung C (Θ < Θ_T) ein Diagnosesignal erzeugt werden. Das Diagnosesignal kann in verschiedenen Formaten vorliegen. So kann beispielsweise das Diagnosesignal eine Meldung auf einer Anzeige 42 der Vorrichtung 10 beinhalten. Das Diagnosesignal kann beispielsweise das Aufleuchten einer „Motorkontrollleuchte“ auf der Anzeige 42 beinhalten. Das Diagnosesignal kann einen Diagnosebericht beinhalten, der an einen Flottenmanager der Vorrichtung 10 gesendet wird.
• Die Steuerung C kann konfiguriert werden, um eine erste Markierung als wahr zu setzen, wenn die erste Integration die zweite Integration überschreitet, und eine zweite Markierung als wahr zu setzen, wenn die geschätzte Speicherkapazität (Θ) unter die Schwellenwertspeicherkapazität (Θ_T) fällt. Wenn mindestens eine der ersten Markierungen und die zweite Markierung wahr ist, kann die Steuerung C konfiguriert werden, um einen Diagnosebericht zu erstellen. Wenn sowohl die erste als auch die zweite Markierung wahr sind, kann die Steuerung C so konfiguriert werden, dass sie den Motor 14 ansteuert, um die Produktion des Abgases 16 zu reduzieren, beispielsweise durch Umschalten auf eine vordefinierte Betriebsart mit einer verminderten Geschwindigkeit.
• Zusammengefasst bietet das Verfahren 100 eine effiziente Möglichkeit zum Überwachen und Steuern der Anordnung 12. In einer Ausführungsform wird die Schwellenwertspeicherkapazität (Θ_T) so eingestellt, dass die Emission aus der SCR-Vorrichtung 26 auf das 1,5-fache der Nominalrate ansteigt. Der kalibrierte maximale Speicherfähigkeitsparameter kann in der Steuerung C gespeichert werden und parallel zur physikalischen SCR-Vorrichtung 26 laufen. Die geschätzte NOx- und Ammoniakkonzentration aus der SCR-Vorrichtung 26 wird mit dem Schwellenwert-NOx- und NH3-Ammoniakgehalt verglichen, der mit dem Katalysator-Degradationsmodell simuliert wird.
• Die Steuerung C von 1 kann ein integraler Teil oder ein separates Modul sein, das funktionsfähig mit weiteren Steuerungen des Fahrzeugs 10, wie etwa eine Motorsteuerung, verbunden ist. Die Steuerung C beinhaltet ein computerlesbares Medium (auch als prozessorlesbares Medium bezeichnet), einschließlich aller nichtflüchtigen (z. B. konkreten) Medien, die an der Bereitstellung von Daten (z. B. Anweisungen) beteiligt sind, die von einem Computer gelesen werden können (z. B. durch den Prozessor eines Computers). Ein solches Medium kann viele Formen annehmen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf nichtflüchtige Medien und flüchtige Medien. Nichtflüchtige Medien können beispielsweise optische oder magnetische Platten und andere persistente Speicher beinhalten. Flüchtige Medien können zum Beispiel dynamische Direktzugriffsspeicher (DRAM) beinhalten, die einen Hauptspeicher darstellen können. Derartige Anweisungen können von einem oder mehreren Übertragungsmedien, einschließlich Koaxialkabel, Kupferdraht und Faseroptik übertragen werden, einschließlich der Drähte, die einen mit dem Prozessor gekoppelten Systembus beinhalten. Einige Formen von einem computerlesbaren Medium beinhalten beispielsweise eine Floppy Disk, eine flexible Platte, Festplatte, Magnetband, ein anderes magnetisches Medium, eine CD-ROM, DVD, ein anderes optisches Medium, Lochkarten, Lochstreifen, ein anderes physisches Medium mit Lochmustern, einen RAM, einen PROM, einen EPROM, einen FLASH-EEPROM, einen anderen Speicherchip oder eine Speicherkassette oder ein anderes Medium, von dem ein Computer lesen kann.
• Nachschlagetabellen, Datenbanken, Datendepots oder andere hierin beschriebene Datenspeicher können verschiedene Arten von Mechanismen zum Speichern, zum Zugreifen und zum Abrufen verschiedener Arten von Daten beinhalten, einschließlich einer hierarchischen Datenbank, eines Satzes von Dateien in einem Dateisystem, einer Anwendungsdatenbank in einem proprietären Format, eines relationalen Datenbankverwaltungssystems (RDBMS) usw. Jeder dieser Datenspeicher kann in einem Computergerät beinhaltet sein, das ein Computerbetriebssystem wie beispielsweise eines der vorstehend aufgeführten einsetzt und auf das über ein Netzwerk in einer oder mehreren der Vielzahl von Arten zugegriffen werden kann. Ein Dateisystem kann durch ein Computerbetriebssystem zugänglich sein und Dateien beinhalten, die in verschiedenen Formaten gespeichert sind. Ein RDBMS kann die Structured Query Language (SQL) zusätzlich zu einer Sprache zum Erstellen, Speichern, Bearbeiten und Ausführen gespeicherter Prozeduren, wie beispielsweise die vorstehend aufgeführte PL/SQL-Sprache, einsetzen.
• Die ausführliche Beschreibung und die Zeichnungen oder Figuren unterstützen und beschreiben die Offenbarung, während der Umfang der Offenbarung jedoch einzig und allein durch die Patentansprüche definiert wird. Während einige der besten Modi und weitere Ausführungsformen der beanspruchten Offenbarung ausführlich beschrieben wurden, gibt es verschiedene alternative Konzepte und Ausführungsformen zur Umsetzung der in den hinzugefügten Ansprüchen definierten Offenbarung. Darüber hinaus sollen die in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen oder die Merkmale von verschiedenen Ausführungsformen, die in der vorliegenden Beschreibung erwähnt sind, nicht unbedingt als voneinander unabhängige Ausführungsformen aufgefasst werden. Vielmehr ist es möglich, dass jedes der in einem der Beispiele einer Ausführungsform beschriebenen Merkmale mit einem oder einer Vielzahl von anderen gewünschten Merkmalen aus anderen Ausführungsformen kombiniert werden kann, was andere Ausführungsformen zur Folge hat, die nicht in Worten oder durch Bezugnahme auf Zeichnungen beschrieben sind. Dementsprechend fallen derartige andere Ausführungsformen in den Rahmen des Schutzumfangs der angehängten Ansprüche.

Claims (10)

1. Verfahren zum Steuern des Betriebs einer Nachbehandlungsanordnung, wobei die Anordnung eine selektive katalytische Reduktions-(SCR)-Vorrichtung mit einem Katalysator beinhaltet und zur Aufnahme eines Abgases, eines Reduktionsmittel-Injektors und einer Steuerung mit einem Prozessor und einem materiellen, nicht-flüchtigen Speicher konfiguriert ist, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Erhalten mindestens eines geschätzten Parameters, einschließlich des Erhaltens einer geschätzten Stickoxid-(NOx)-Konzentration im Abgas, das aus der SCR-Vorrichtung austritt, über die Steuerung; Erhalten mindestens eines Schwellenwertparameters basierend zumindest teilweise auf einem Katalysator-Degradationsmodell, einschließlich Erhalten einer Schwellenwert-NOx-Konzentration (y_T) im Abgas, das aus der SCR-Vorrichtung austritt, über die Steuerung; worin das Katalysator-Degradationsmodell zumindest teilweise auf einer vorbestimmten Schwellenwertspeicherkapazität (Θ_T) basiert; Bestimmen eines Katalysatorzustands basierend auf einem Vergleich des mindestens einen geschätzten Parameters und des mindestens einen Schwellwertparameters über die Steuerung; und Steuern des Betriebs der Anordnung zumindest teilweise basierend auf dem Katalysatorzustand über die Steuerung.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Katalysator-Degradationsmodell zumindest teilweise basiert auf: einer Eingangs-NOx-Konzentration (u_l) im Abgas, das in die SCR-Vorrichtung eintritt, einer Eingangsdosis (u₂), die durch den Reduktionsmittel-Injektor eingespritzt wird, einer Vielzahl von vorbestimmten Parametern (r_R, r_O, r_D, r_A, M_WNH3 und M_WNOx), einer Durchflussrate (F) des an der SCR-Vorrichtung empfangenen Abgases und einem Volumen (V) der SCR-Vorrichtung.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Katalysator-Degradationsmodell zumindest teilweise basiert auf: jeweilige Änderungsraten (t) einer Ausgangs-NOx-Konzentration (y₁) des aus der SCR-Vorrichtung austretenden Abgases, einem Ammoniakdeckungsgrad (θ), und einer Ausgangs-Ammoniakkonzentration (y₂), jeweils bezeichnet als dy₁/dt, dθ/dt und dy₂/dt, und berechnet als: $$\frac{d{y}_1}{dt}=\frac{1}{V}\left(F{u}_1-F{y}_1-r_R{y}_1{\mathrm{\Theta }}_T\theta \right)$$

   

   $$\frac{d\theta }{dt}=\frac{r_A{y}_2}{F{M}_{WN{H}_3}}\left(1-\theta \right)-r_D\theta -\frac{r_R{y}_1}{F{M}_{WN{O}_x}}\theta -r_o\theta$$

   

   $$\frac{d{y}_2}{dt}=\frac{1}{V}\left(F{u}_2-F{y}_2-r_A{\mathrm{\Theta }}_T{y}_2\left(1-\theta \right)+r_{D}F{M}_{WN{H}_3}{\mathrm{\Theta }}_T\theta \right)$$

   
4. Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Katalysator-Degradationsmodell zumindest teilweise basiert auf: einer Änderungsrate im Zeitverlauf (t) eines Ammoniakdeckungsverhältnisses (θ), einer Ausgangs-NOx-Konzentration (y₁) des aus der SCR-Vorrichtung austretenden Abgases und einer Ausgangs-Ammoniakkonzentration (y₂), berechnet als: $$0=\frac{1}{V}\left(F{u}_1-F{y}_1-r_R{y}_1{\mathrm{\Theta }}_T\theta \right)$$

   

   $$\frac{d\theta }{dt}=\frac{r_A{y}_2}{F{M}_{WN{H}_3}}\left(1-\theta \right)-r_D\theta -\frac{r_R{y}_1}{F{M}_{WN{O}_x}}\theta -r_o\theta$$

   

   $$\begin{array}{l}0=\frac{1}{V}\left(F{u}_2-F{y}_2-r_A{\mathrm{\Theta }}_T{y}_2\left(1-\theta \right)+r_{D}F{M}_{WN{H}_3}{\mathrm{\Theta }}_T\theta \right)\\ \end{array}$$

   
5. Verfahren nach Anspruch 1, worin das Bestimmen des Katalysatorzustands Folgendes beinhaltet: Vergleichen einer ersten Integration der NOx-Konzentration im Zeitverlauf (∫ y₁dt) und einer zweiten Integration der NOx-Schwellenwertkonzentration im Zeitverlauf (∫ y_T dt); und wenn die erste Integration die zweite Integration überschreitet, dann wird über die Steuerung (∫ y₁dt > ∫ y_T dt) ein Diagnosesignal erzeugt.
6. Verfahren nach Anspruch 1, worin das Erhalten des mindestens einen geschätzten Parameters Folgendes beinhaltet: Erhalten einer geschätzten Speicherkapazität (Θ) des Katalysators basierend zumindest teilweise auf einem erweiterten Kalman-Filter und einem Kapazitätsalterungsmodell; und worin das Kapazitätsalterungsmodell basiert zumindest teilweise auf einer Probenzeit (k), einer Ausgangs-NOX-Konzentration (y₁) des aus der SCR-Vorrichtung austretenden Abgases, einer Ausgangsammoniakkonzentration (y₂), einer Eingangs-NOx-Konzentration (u_l) des in die SCR-Vorrichtung eintretenden Abgases, eine Eingangsdosis (u₂), die durch den Reduktionsmittel-Injektor eingespritzt wird, einer Vielzahl von vorbestimmten Parametern (r_R, r_O, r_D, r_A), und einem vorbestimmten Nachschlagefaktor (K(T, F/V)) einer Durchflussrate (F) des in die SCR-Vorrichtung eintretenden Abgases, einem Volumen (V) und einer Temperatur (T) der SCR-Vorrichtung.
7. Verfahren nach Anspruch 6, worin die Anordnung einen Ausgangs-NOx-Sensor in Verbindung mit dem Abgas stromabwärts der SCR-Vorrichtung beinhaltet, und worin das Erhalten des mindestens einen geschätzten Parameters Folgendes beinhaltet: Erhalten einer Messung (y_S) über den Ausgangs-NOx-Sensor; Erhalten eines Ammoniak-Abdeckungsverhältnisses (θ) und der Ammoniak-Speicherkapazität (Θ) basierend zumindest teilweise auf dem erweiterten Kalman-Filter, der auf das Kapazitätsalterungsmodell angewendet wird; und worin das Kapazitätsalterungsmodell zumindest teilweise auf der Messung (y_S) des Ausgangs-NOx-Sensors, einem Katalysator-NOx-Umwandlungswirkungsgrad (η̂), einem Katalysator-Ammoniak-Umwandlungswirkungsgrad $\widehat{\left(\xi \right)},$

   

   basiert, wobei das Kapazitätsalterungsmodell charakterisiert ist als: $$\frac{\theta \left(k+1\right)-\theta \left(k\right)}{dt}=\left(r_o+r_D\right)\theta -r_R\theta \left(1-\widehat{\eta }\right)u_1+r_A\left(1-\theta \right)\left(1-\widehat{\xi }\right)u_2$$

   

   $$\mathrm{\Theta }\left(k+1\right)-\mathrm{\Theta }\left(k\right)=0$$

   

   $$y_S=y_1+K\left(T,F/V\right)y_2$$

   
8. Verfahren nach Anspruch 7, worin das Erhalten des mindestens einen geschätzten Parameters Folgendes beinhaltet: Erhalten der entsprechenden aktualisierten Werte der Katalysator-NOx-Umwandlungseffizienz $\widehat{\left(\eta \right)},$

   

   der Katalysator-Ammoniak-Umwandlungseffizienz (ξ̂), der Ausgangs-NOx-Konzentration (y₁), der Ausgangs-Ammoniakkonzentration (y₂); Anwenden der jeweiligen aktualisierten Werte auf den erweiterten Kalman-Filter und das Kapazitätsalterungsmodell; und worin die jeweiligen aktualisierten Werte erhalten werden als:

   

   
9. Verfahren nach Anspruch 7, des Weiteren umfassend: Senden einer Ausgabe des erweiterten Kalman-Filters und des Kapazitätsalterungsmodells an ein modellprädiktives Steuerungs-(MPC)-Modul; Verwenden des MPC-Moduls, um einen optimierten Wert der Eingangsdosis (u₂) zu erhalten; und Anweisen des Reduktionsmittel-Injektors, den optimierten Wert der Eingangsdosis (u₂) einzuspritzen.
10. Verfahren nach Anspruch 7, worin das Bestimmen des Katalysatorzustands Folgendes beinhaltet: Vergleichen der geschätzten Speicherkapazität (Θ) und der Schwellenwertspeicherkapazität (Θ_T); und wenn die geschätzte Speicherkapazität (Θ) unter den Schwellenwert der Speicherkapazität (Θ_T) fällt, Erzeugen eines Diagnosesignals über die Steuerung (Θ < Θ_T).

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