DE102019006693A1

DE102019006693A1 - Verfahren zum Ermitteln von Betriebsparametern zur Konditionierung einer Abgasanlage für eine Verbrennungskraftmaschine

Info

Publication number: DE102019006693A1
Application number: DE102019006693.6A
Authority: DE
Inventors: Hendrik Dubbe; Manfred Bach; Thomas Burkhardt; Andreas Spahmann; Marcus Frey
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2019-09-24
Filing date: 2019-09-24
Publication date: 2021-03-25

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln von Betriebsparametern für einen zur Konditionierung einer mehrere Komponenten (14a-d) umfassenden Abgasanlage (10) für eine Verbrennungskraftmaschine vorgesehenen Betrieb eines Prüfstands, bei welchem die Betriebsparameter mittels einer elektronischen Recheneinrichtung anhand eines Rechenmodells der zu konditionierenden Abgasanlage (10) ermittelt werden, wobei das Rechenmodell der Abgasanlage (10) jeweilige, ein jeweiliges thermisches Verhalten der jeweiligen Komponente abbildende Einzelmodelle der Komponenten (14a-d) umfasst.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln von Betriebsparametern zur Konditionierung einer Abgasanlage für eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs.
Die DE 10 2015 002 464 A1 offenbart ein Verfahren zur Diagnose einer in einer Abgasanlage einer Verbrennungskraftmaschine angeordneten und von Abgas der Verbrennungskraftmaschine durchströmbaren Abgasnachbehandlungseinrichtung. Bei dem Verfahren wird die Verbrennungskraftmaschine in einem Diagnosebetrieb zur Diagnose der Abgasnachbehandlungseinrichtung betrieben. Außerdem wird die Verbrennungskraftmaschine in einem von dem Diagnosebetrieb unterschiedlichen Normalfahrbetrieb betrieben. Während des Normalfahrbetriebs wird wenigstens ein die Funktion der Abgasnachbehandlungseinrichtung charakterisierender Parameter erfasst. Außerdem wird die Verbrennungskraftmaschine von dem Normalfahrbetrieb in den Diagnosebetrieb in Abhängigkeit von dem Parameter umgeschaltet, und die Funktion der Abgasnachbehandlungseinrichtung wird während des Diagnosebetriebs überprüft.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, um das sogenannte, auch als Grenzmuster-Abgasanlage bezeichnete Grenzmuster einer Abgasanlage für eine Verbrennungskraftmaschine auf besonders einfache, zeit- und kostengünstige Weise erstellen zu können.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Ermitteln von Betriebsparametern für einen zur Konditionierung einer mehrere Komponenten umfassenden Abgasanlage für eine Verbrennungskraftmaschine vorgesehenen Betrieb eines beispielsweise als Brennerprüfstand ausgebildeten oder auch als Brennerprüfstand bezeichneten Prüfstands werden die Betriebsparameter mittels einer elektronischen Recheneinrichtung anhand eines Rechenmodells der zu konditionierenden Abgasanlage ermittelt. Das Rechenmodell bildet die Abgasanlage, insbesondere insgesamt, ab. Unter dem Merkmal, dass die Betriebsparameter mittels der elektronischen Recheneinrichtung anhand des Rechenmodells ermittelt werden, ist insbesondere zu verstehen, dass die elektronische Recheneinrichtung anhand des Rechenmodells beziehungsweise auf Basis des Rechenmodells Berechnungen durchführt und hierbei insbesondere ein, insbesondere thermisches, Verhalten der Abgasanlage simuliert, wobei anhand der Berechnungen beziehungsweise der Simulation die Betriebsparameter ermittelt, insbesondere berechnet, werden. Dabei umfasst das Rechenmodell der Abgasanlage jeweilige, ein jeweiliges thermisches Verhalten der jeweiligen Komponente abbildende Einzelmodelle der Komponenten. Mit anderen Worten ist die Komponente der Abgasanlage ein jeweiliges eigenes, als Einzelmodell bezeichnetes Rechenmodell vorgesehen, welches die jeweilige Komponente insbesondere deren thermisches Verhalten abbildet.
Das auch als Gesamtmodell bezeichnete Rechenmodell der Abgasanlage insgesamt ist somit durch die Einzelmodelle gebildet. Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, die Betriebsparameter ohne iteratives Vorgehen oder mit Hilfe eines sehr einfachen und schnell durchzuführenden iterativen Vorgehens zu ermitteln. Daraufhin kann der Brennerprüfstand in Abhängigkeit von den ermittelten Betriebsparametern betrieben werden, wodurch die Abgasanlage besonders vorteilhaft und insbesondere zeit- und kostengünstig konditionierend, insbesondere vorkonditioniert, werden kann. Durch diese Konditionierung der Abgasanlage kann insbesondere deren sogenanntes Grenzmuster erstellt beziehungsweise erzeugt werden, wobei das Grenzmuster auch als Grenzmuster-Abgasanlage (GM-AGA) bezeichnet wird. Wie auch beispielsweise in der DE 10 2015 002 464 A1 beschrieben ist, ist unter der Grenzmuster-Abgasanlage ein solcher Zustand, insbesondere eine solche Alterung, der Abgasanlage zu verstehen, bei dem von der Grenzmuster-Abgasanlage emittierte Emissionen wenigstens einen vorgebbaren Schwellenwert, insbesondere sogenannte OBD-Emissionen, gerade noch nicht überschreiten (OBD - On-Board-Diagnostic - An-Board-Diagnose). Das Rechenmodell beziehungsweise Einzelmodell ist beispielsweise ein physikalischchemisches Berechnungsmodell, anhand dessen ein insbesondere aus einer thermischen Belastung der Abgasanlage beziehungsweise der Komponente resultierender Alterungszustand beziehungsweise eine insbesondere aus einer thermischen Belastung der Abgasanlage beziehungsweise der Komponente resultierende Alterung ermittelt, insbesondere berechnet, werden kann. Beispielsweise dadurch, dass anhand des jeweiligen Einzelmodells die jeweilige thermische Alterung der jeweiligen, einzelnen Komponente berechnet wird, kann in der Folge anhand des Gesamtmodells die thermische Alterung der Abgasanlage insgesamt besonders vorteilhaft ermittelt, insbesondere berechnet, werden. Somit ermöglicht es das erfindungsgemäße Verfahren, die Betriebsparameter besonders einfach und somit zeit- und kostengünstig zu ermitteln, die beispielsweise erforderlich sind, um durch von den ermittelten Betriebsparametern abhängiges Betreiben des Prüfstands das Grenzmuster der Abgasanlage zu erstellen, das heißt die zunächst neue oder frische Abgasanlage zu einer oder der Grenzmuster-Abgasanlage weiterzubilden. Das Verfahren ermöglicht somit eine modellgestützte Grenzmuster-Erstellung der Abgasanlage, wobei diese Grenzmuster-Erstellung besonders zeit- und kostengünstig realisierbar ist.
Der Erfindung liegen insbesondere die folgenden Erkenntnisse zugrunde: Im Rahmen der OBD-Applikation einer beispielsweise SCR-basierten und somit wenigstens einen oder mehrere SCR-Katalysatoren umfassenden Abgasanlage, mittels welcher eine besonders SCR-basierte Abgasnachbehandlung durchgeführt werden kann, ist es üblicherweise wünschenswert und/oder erforderlich, die Abgasanlage derart zu konditionieren, dass über einen Prüfzyklus, wie beispielsweise WLTP, ein vorgegebenes, auch als Engineering Target bezeichnetes Ziel an Emissionen, insbesondere an Stickoxid-Emissionen (NOx-Emissionen), möglichst exakt getroffen, das heißt erreicht wird. Unter der Konditionierung der Abgasanlage ist insbesondere eine auch als Zielalterung bezeichnete Alterung der Abgasanlage zu verstehen. Insbesondere ist unter der Zielalterung zu verstehen, dass mittels des Prüfstands gezielt und gewünscht eine Alterung der Abgasanlage bewirkt wird, um dabei beispielsweise das Grenzmuster der Abgasanlage zu erstellen. Diese gezielte Alterung der Abgasanlage wird üblicherweise dadurch bewirkt, dass die Abgasanlage beziehungsweise ihre Komponenten thermisch belastet, das heißt mittels hoher Temperaturen beaufschlagt wird beziehungsweise werden. Hierzu umfasst der Prüfstand beispielsweise wenigstens einen Brenner, in oder mittels welchem ein Brennstoff verbrannt wird. Hierdurch stellt der Brenner beispielsweise ein Abgas mit einer hohen Temperatur bereit, wobei das von dem Brenner bereitgestellte Abgas durch die Abgasanlage und somit durch die Komponenten hindurchgeleitet wird. In der Folge werden die Komponenten und somit die Abgasanlage gezielt thermisch belastet, wodurch insbesondere das Grenzmuster hergestellt werden kann. Wünschenswert dabei ist es, die Betriebsparameter, auf deren Basis der Prüfstand betrieben und somit die gezielte Alterung der Abgasanlage bewirkt wird, möglichst schnell und somit zeit- und kostengünstig zu ermitteln, um in der Folge möglichst zeit- und kostengünstig das Grenzmuster erstellen zu können.
Die Zielalterung wird somit mittels des Brennerprüfstands oder auf dem Brennerprüfstand durchgeführt, wobei insbesondere je nach Position der Komponenten ein unterschiedlicher Alterungsgrad auftritt. Zumindest eine der Komponenten oder mehrere der Komponenten können dabei Katalysatoren, insbesondere SCR-Katalysatoren, sein. Die Komponenten sind beispielsweise in Strömungsrichtung des die Abgasanlage durchströmenden Abgases aufeinanderfolgend angeordnet. Insbesondere ist es im Rahmen der Zielalterung vorgesehen, wenigstens eine oder mehrere, voneinander unterschiedliche Temperaturen des Abgases beziehungsweise der Komponenten während wenigstens einer oder mehrerer, voneinander unterschiedlicher Haltedauern, insbesondere durchgehend und somit unterbrechungsfrei, zu halten. Zu optimieren ist dabei insbesondere die jeweilige, insbesondere stationäre Haltedauer und die zugehörige Temperatur, die vor der in Strömungsrichtung des die Abgasanlage durchströmenden Abgases ersten Komponente beziehungsweise dem ersten Katalysator eingestellt wird. Die jeweilige Haltedauer ist somit eine Zeitdauer oder Zeitspanne, während welcher die jeweilige Temperatur, insbesondere durchgehend beziehungsweise unterbrechungsfrei, gehalten wird.
Beispielsweise sind die Haltedauern und die Temperaturen, welche zur Konditionierung, insbesondere zur Erstellung des Grenzmusters, eingestellt werden, die Betriebsparameter oder Bestandteile der Betriebsparameter, die mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens zeit- und kostengünstig ermittelt, insbesondere berechnet, werden können.
Üblicherweise erfolgt eine Bestimmung oder Ermittlung von vorteilhaften Kombinationen aus Haltedauern und zugehörigen Temperaturen beziehungsweise einer Bestimmung oder Ermittlung der Betriebsparameter zur Konditionierung der Abgasanlage iterativ experimentell, um einen gewünschten Alterungsgrad der Komponenten und damit das geforderte Ziel an Emissionen zu erreichen. Dieser herkömmliche Prozess ist zeitaufwendig, da potentiell viele Iterationen nötig sind, und kostenintensiv, insbesondere im Hinblick auf einen Hardware-Eingriff. Zudem ist das herkömmliche Verfahren nicht robust gegen mögliche Änderungen des auch als Ziel-Emissionen bezeichneten Ziels, so dass der iterative Prozess von neuem begonnen werden muss, wenn sich das Ziel und/oder ein OBD-Zielwert ändert. Im Gegensatz dazu ist es nun durch das erfindungsgemäße Verfahren möglich, die Betriebsparameter zeit- und kostengünstig zu ermitteln.
Insgesamt ist erkennbar, dass das thermische Verhalten der Komponenten, insbesondere im Brennerprüfstand, als jeweiliges Modell, insbesondere in Form des jeweiligen Einzelmodells, abgebildet wird. Außerdem wird das System der frischen beziehungsweise neuen Abgasanlage als Modell, insbesondere in Form des Gesamtmodells, abgebildet und insbesondere anhand von Prüfstandsdaten validiert.
Vorzugsweise werden Synthesegas-basierte Alterungskennfelder und/oder Alterungskorrelationen für jede einzelne Komponente ermittelt. Dies ist im besonderen Maße möglich, da beispielsweise die Alterung mit bloßer Luft und nicht auf dem Motorenprüfstand durchgeführt wird. Diese Bedingungen können besonders gut im Syntheseprüfstand nachgestellt werden. Anhand der Alterungskennfelder und/oder -korrelationen lässt sich ausgehend von virtuell auf dem Brennerprüfstand vorgegebenen Bedingungen eine Prognose von sogenannten End-of-pipe-Emissionen, insbesondere im Hinblick auf Stickoxid-Emissionen, abgeben. Unter den End-of-pipe-Emissionen sind insbesondere solche Emissionen zu verstehen, welche die Abgasanlage insgesamt verlassen, das heißt aus der Abgasanlage ausströmen. Insbesondere ist dadurch ein iteratives Verfahren oder Vorgehen möglich, um die Betriebsparameter, insbesondere die Haltedauern und Temperaturen, zu ermitteln und das gewünschte, auch als Emissionsziel bezeichnete Ziel zu erfüllen beziehungsweise zu treffen oder zu erreichen. Dadurch, dass das Verfahren auf die elektronische Recheneinrichtung und das Rechenmodell zurückgreift, ist das Verfahren ein insbesondere digitaler Prozess. Im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen kann der Messaufwand für eine iterative Erstellung der Grenzmuster-Abgasanlage durch den digitalen Prozess signifikant reduziert werden, wodurch Zeit und Kosten gespart werden können. Außerdem liefert die virtuelle Abbildung der Abgasanlage, der Komponenten und insbesondere der Alterung zusätzliche Flexibilität, um besonders schnell und effizient das Grenzmuster oder unterschiedliche Grenzmuster zu erstellen, die sich ändernden Zielen und/oder Anforderungen, insbesondere gesetzlichen Anforderungen, genügen.
Ferner kann im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Überprüfung der Funktionstüchtigkeit einer OBD-Funktion, insbesondere in einem Zertifizierungsverfahren, aber vorzugsweise in einem WLTP vorgesehen sein, insbesondere bei einer Zulassung einer neuen Fahrzeugapplikation. Mittels der zuvor genannten OBD-Funktion wird beispielsweise überprüft, ob die Abgasanlage als Gesamteinheit funktioniert, insbesondere im Hinblick auf die Nachbehandlung des Abgases. Aufgabe der OBD-Funktion ist es dabei, einen Hinweis, beispielsweise im Innenraum eines Kraftfahrzeugs und insbesondere für den Fahrer des Kraftfahrzeugs, bereitzustellen, wenn die Abgasanlage nicht richtig funktioniert. Dabei wird vorzugsweise die Grenzmuster-Abgasanlage für die Zertifizierung bereitgestellt, um sicherzustellen, dass mittels der Abgasanlage auch dann das Abgas hinreichend nachbehandelt werden kann und somit übermäßige Emissionen vermieden werden können, wenn die Abgasanlage bereits thermisch gealtert ist. Das Grenzmuster ist somit eine künstlich gealterte Abgasanlage, deren künstliche Alterung mittels des Prüfstands gezielt und bewusst bewirkt wird.
Um das Grenzmuster zeit- und kostengünstig herzustellen, ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Betriebsparameter die auch als Betriebsstunden bezeichneten Zeitdauern und die zugehörigen, auch als Betriebstemperaturen bezeichneten Temperaturen umfassen. Die Betriebsparameter werden dabei mittels des thermischen Rechenmodells ermittelt. Ferner wird beispielsweise das Grenzmuster ermittelt oder erstellt, insbesondere für einen Betrieb der Abgasanlage in einem Zertifizierungsprozess, so dass insbesondere die OBD-Funktion ausgelöst und somit deren Funktionalität nachgewiesen werden kann.
Somit ist es vorzugsweise vorgesehen, dass im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens die Betriebsparameter zur Konditionierung der Abgasanlage sowie vorzugsweise solche, insbesondere weitere Betriebsparameter für einen Betrieb der konditionierten Abgasanlage bei einer Überprüfung der Funktionstüchtigkeit einer EBD-Funktion ermittelt werden, wobei die EBD-Funktion einer Diagnose einer Funktionstüchtigkeit der Abgasanlage dient.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Rechenmodell Alterungskennfelder und/oder Alterungskorrelationen für die Komponenten umfasst, wobei die Alterungskennfelder und/oder Alterungskorrelationen Korrelationen zwischen Temperaturen, Zeitdauern und einer jeweiligen thermischen Alterung der jeweiligen Komponente beschreiben.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Betriebsparameter, welche anhand des Rechenmodells ermittelt werden, Zeitdauern und zu den Zeitdauern gehörende Temperaturen umfassen, denen die Komponenten während der Zeitdauern, insbesondere unterbrechungsfrei, unterworfen werden.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass als erste Eingangsgrößen eine Einlass-Temperatur und eine Alterungsdauer dem Rechenmodell zugeführt werden, welches als erste Ausgangsgrößen jeweilige Temperaturen stromauf und stromab der jeweiligen Komponenten ausgibt und/oder dass als zweite Eingangsgrößen eine Temperatur stromauf der jeweiligen Komponente und eine jeweilige, der jeweiligen Komponente zugeordnete Alterungskorrelation dem Rechenmodell zugeführt werden, welches als zweite Ausgangsgrößen, insbesondere je Komponente, Skalierungsfaktoren für Reaktionen und Reaktionsgruppen ausgibt und/oder dass als dritte Eingangsgrößen Prüfzykluseingangsdaten, insbesondere mit Alterungsfaktoren Rechenmodell zugeführt werden, welches als dritte Ausgangsgrößen simulierte Emissionen der Abgasanlage, insbesondere stromab eines Unterbodenkatalysators ausgibt und/oder dass Vorgaben für Emissionen dem Rechenmodell zugeführt werden, welches die Vorgaben mit durch das Rechenmodell simulierte Emissionen der Abgasanlage vergleicht.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Zeichnung zeigt in:

1 eine schematische Darstellung einer Abgasanlage für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs;
2 ein dreidimensionales Kennfeld als Alterungskorrelation zwischen Temperaturen, Zeitdauern, während welchen die jeweiligen Temperaturen gehalten werden, und einer aus den Temperaturen und den zugehörigen Zeitdauern resultierenden Alterung einer Komponente der Abgasanlage; und
3 eine Alterungsmatrix zur weiteren Veranschaulichung eines Zusammenhangs zwischen den Temperaturen, den zugehörigen Zeitdauern und einer daraus resultierenden Alterung der Komponente.

In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine auch als Abgasnachbehandlungseinrichtung bezeichnete Abgasanlage 10 für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs. Die Abgasanlage 10 ist von Abgas durchströmbar, welches beispielsweise von der Verbrennungskraftmaschine bereitstellbar ist. Ferner ist es denkbar, dass die Abgasanlage auf einem auch als Brennerprüfstand bezeichneten Prüfstand einer thermischen Belastung unterworfen wird. Hierzu umfasst der Brennerprüfstand wenigstens einen in 1 besonders schematisch dargestellten Brenner 12, welcher Abgas bereitstellt. Das Abgas des Brenners 12 strömt durch die Abgasanlage 10. Hierdurch kann beispielsweise eine aus der thermischen Belastung resultierende Alterung der Abgasanlage 10 gezielt bewirkt werden, wodurch die Abgasanlage 10 gezielt konditioniert oder vorkonditioniert werden kann. Insbesondere kann durch die Konditionierung der Abgasanlage 10 das sogenannte Grenzmuster der Abgasanlage 10 erstellt werden, wobei das Grenzmuster auch als Grenzmuster-Abgasanlage bezeichnet wird.
Die Abgasanlage 10 umfasst mehrere, von dem Abgas durchströmbare Komponenten 14a-d, mittels welcher das Abgas nachbehandelt werden kann. Mittels des Abgases werden die Abgasanlage 10 und somit die Komponenten 14a-d erwärmt und warmgehalten. Insbesondere werden beispielsweise zum Erstellen des Grenzmusters mittels des Abgases aufeinanderfolgend unterschiedliche Temperaturen der Komponenten 14a-d eingestellt, wobei die Temperaturen auch als Betriebstemperaturen bezeichnet werden und während jeweiligen, auch als Betriebsstunden oder Zeitdauern bezeichneten Zeitintervallen, insbesondere durchgehend beziehungsweise unterbrechungsfrei, gehalten werden. Somit gehört zu der jeweiligen Betriebstemperatur genau eine der Zeitdauern, da die jeweilige Betriebstemperatur während der jeweils zugehörigen Zeitdauer unterbrechungsfrei gehalten wird. Die jeweilige Betriebstemperatur und die jeweils zugehörige Zeitdauer bilden somit eine Kombination, welche auch als Zeitdauer-Kombination oder als T-t-Kombination bezeichnet wird. Zum Herstellen des Grenzmusters werden unterschiedliche T-t-Kombinationen eingestellt, woraus insbesondere in Abhängigkeit von einem jeweiligen thermischen Verhalten der jeweiligen Komponenten 14a-d und einem daraus resultierenden thermischen Verhältnis der Abgasanlage 10 insgesamt eine thermische Alterung beziehungsweise ein thermischer Alterungszustand der Abgasanlage 10 resultiert.
Die Komponente 14a ist beispielsweise ein Partikelfilter, insbesondere ein Dieselpartikelfilter (DPF), wobei der Partikelfilter mit einer SCR-Beschichtung versehen sein kann. Somit kann die Komponente 14a beispielsweise ein SDPF sein. Die Komponente 14b ist beispielsweise ein SCR-Katalysator, welcher beispielsweise in vollständig hergestelltem Zustand des Kraftfahrzeugs in einem Motorraum des Kraftfahrzeugs angeordnet ist. In dem Motorraum ist auch die Verbrennungskraftmaschine angeordnet.
Die Komponente 14c ist beispielsweise ein Unterboden-SCR-Katalysator, welcher in fertig hergestelltem Zustand des Kraftfahrzeugs bei einem beispielsweise durch eine selbsttragende Karosserie gebildeten Unterboden des Kraftfahrzeugs und somit außerhalb des Motorraums angeordnet ist. Die Komponente 14d kann beispielsweise einen weiteren Unterboden-SCR-Katalysator und/oder einen Unterboden-Ammoniak-Sperrkatalysator umfassen. Bei dem von dem Brenner 12 bereitgestellten Abgas kann es sich um heiße Luft handeln, welche beispielsweise mit einem zumindest im Wesentlichen konstanten Massenstrom von beispielsweise 100 Kilogramm pro Stunde durch die Abgasanlage 10 hindurchgeleitet wird und mit einer Eingangstemperatur T_in in die Abgasanlage 10 eingeleitet wird. Aus der Eingangstemperatur T_in resultieren beispielsweise eine stromauf der Komponente 14a herrschende Temperatur T_x1 , eine stromab der Komponente 14a und stromauf der Komponente 14b herrschende Temperatur T_x2 , eine stromab der Komponente 14b und stromauf der Komponente 14c herrschende Temperatur T_x3 , eine stromab der Temperatur T_x3 und stromauf der Komponente 14c herrschende T_x4 , eine stromab der Komponente 14c und stromauf der Komponente 14b herrschende Temperatur T_x5 , eine stromab der Komponente 14d herrschende Temperatur T_x6 und eine Ausgangstemperatur Tout, mit welcher das Abgas aus der Abgasanlage 10 ausströmt.
Um nun das Grenzmuster besonders zeit- und kostengünstig herstellen zu können, kommt ein Verfahren zum Einsatz, mittels welchem Betriebsparameter ermittelt werden, auf Basis derer der Brennerprüfstand derart betrieben werden kann oder betrieben wird, dass durch den Betrieb des Brennerprüfstands das Grenzmuster besonders zeit- und kostengünstig hergestellt werden kann. Bei dem Verfahren werden die Betriebsparameter mittels einer elektronischen Recheneinrichtung anhand eines Rechenmodells der zu konditionierenden Abgasanlage 10 ermittelt, wobei 1 beispielsweise das Rechenmodell veranschaulicht. Das auch als Gesamtmodell bezeichnete Rechenmodell der Abgasanlage 10 umfasst dabei ein jeweiliges, ein jeweiliges thermisches Verhalten der jeweiligen Komponente 14a-d abbildendes Einzelmodell der Komponenten 14a-d. Mit anderen Worten wird je Komponente 14a-d ein jeweiliges, der jeweiligen Komponente 14a-d zugeordnetes Einzelmodell erstellt, welches das jeweilige thermische Verhalten der jeweiligen zugeordneten Komponente 14a-d abbildet. Die Einzelmodelle bilden insgesamt das Gesamtmodell, anhand dessen die Parameter zeit- und kostengünstig ermittelt werden können. Stromauf der Komponente 14a kann eine weitere, in 1 nicht dargestellte Komponente angeordnet sein. Diese weitere Komponente ist beispielsweise ein auch als NSK bezeichneter Stickoxid-Speicherkatalysator, wobei beispielsweise zum Ermitteln der Betriebsparameter und/oder zur tatsächlichen Herstellung des Grenzmusters ein sogenanntes WPA-Muster für den NSK verwendet wird. Alle stromab der NSK angeordneten Komponenten 14a-d weisen beispielsweise ihren Grenzmusterzustand auf, so dass beispielsweise in einem Prüfzyklus, wie beispielsweise dem WLTP ein Zielwert erreicht wird. Insbesondere ist es denkbar, dass stromauf der Komponente 14a und insbesondere stromab des NSK eine erste Dosiereinrichtung angeordnet ist, mittels welcher ein Reduktionsmittel, insbesondere in Form einer wässrigen Harnstofflösung, in das Abgas eindosiert werden kann. Alternativ oder zusätzlich ist stromauf der Komponente 14c und stromab der Komponente 14b eine Dosiereinrichtung angeordnet, mittels welcher ein Reduktionsmittel, insbesondere in Form einer wässrigen Harnstofflösung, in das Abgas eindosiert werden kann. Insbesondere bildet das einfach auch als Modell bezeichnete Rechenmodell den Brennerprüfstand insgesamt ab, wobei das auch als thermisches Modell bezeichnete Modell beispielsweise in einer Software, insbesondere in Axisuite erstellt wird. Insbesondere wird das Modell anhand von, insbesondere empirischen, Temperaturmessungen erstellt, wobei das thermische Modell das thermische Verhalten und insbesondere die aus einer thermischen Belastung resultierende Alterung der Abgasanlage 10 abbildet. Die Temperaturmessungen werden beispielsweise mittels jeweiliger Temperatursensoren durchgeführt. Vorzugsweise bildet das Modell keine chemischen Reaktionen ab, sondern nur das thermische Verhalten der Komponenten 14a-d in Abhängigkeit des auch als Feed oder Zuführstrom bezeichneten Abgases, welches der Abgasanlage 10 zugeführt wird und die Abgasanlage 10 in der Folge durchströmt. Beispielsweise erfolgen eine Validierung und Rekalibrierung von Modellen, insbesondere anhand von Labordaten und/oder anhand von Chargenvergleichen.
2 zeigt ein insbesondere dreidimensionales Diagramm, welches eine Alterungskorrelation zeigt. Auf einer ersten Abszisse 16 des Diagramms sind die zuvor genannten Temperaturen aufgetragen, während auf einer zweiten Abszisse 18 die jeweils zugehörigen Zeitdauern aufgetragen sind. Auf der Ordinate 20 ist die Alterung der jeweiligen Komponente 14a-d aufgetragen, wobei die auf der Ordinate 20 aufgetragene Alterung aus den jeweiligen T-t-Kombinationen resultiert. Insbesondere werden für jede Komponente 14a-d die bei den verschiedenen Temperaturen und Zeitdauern ermittelten Alterungen als Werte 17 in das dreidimensionale Diagramm eingetragen und hieraus eine Alterungskorrelation 19 ermittelt, so dass die in 2 veranschaulichte Alterungskorrelation 19 eine komponentenbezogene Alterungskorrelation ist. Beispielsweise werden sogenannte Bohrkerne verwendet, um die jeweiligen Alterungskorrelationen zu ermitteln.
Schließlich zeigt 3 eine Tabelle, wobei in eine Zeile 22 der Tabelle die Temperaturen eingetragen sind. In eine Spalte 24 der Tabelle sind die zugehörigen Zeitdauern t₁ , t₂ , t₃ , t₄ und t₅ eingetragen. In die übrigen Zeilen 26 des Diagramms sind beispielsweise jeweilige Alterungen oder Alterungszustände A₁₁ , A₁₂ , A₁₃ , A₁₄ , A₃₂ eingetragen, die aus der jeweiligen T-t-Kombination resultieren. Die Alterungen sind beispielsweise Alterungsstufen, wo bei der Alterungsstufe ein sehr reduziertes Set an Versuchen gefahren wird. Dabei werden für jede gefahrene T-t-Kombination Skalierungsfaktoren für die Reaktionsraten beziehungsweise -gruppen ermittelt. Darauf basierend wird eine Alterungskorrelation je Komponente bedatet, respektive kinetische Skalierungsfaktoren ermittelt. Dabei entspricht beispielsweise der sogenannte, wiederhergestellte Frischzustand dem Faktor 1, was der frischen Kinetik entspricht.
Bei dem Verfahren wird beispielsweise eine Simulationsstudie durchgeführt, in deren Rahmen die thermische Alterung der Komponenten 14a-d und somit der Abgasanlage 10 simuliert und somit ermittelt wird. Hierzu wird das Modell verwendet. Bei einem ersten Schritt werden dem Modell beispielsweise als erste Eingangsgrößen die Einlass-Temperatur und eine Alterungsdauer zugeführt, wobei das Modell als erste Ausgangsgröße die jeweiligen Temperaturen vor und nach jeder Komponente 14a-d bereitstellt, insbesondere ohne den NSK. Bei dem zweiten Schritt des Verfahrens werden beispielsweise dem Modell als zweite Eingangsgrößen eine jeweilige Temperatur vor jeder Komponente 14a-d sowie die jeweilige Alterungskorrelation, insbesondere die Technologie, zugeführt. Bei dem zweiten Schritt stellt das Verfahren beispielsweise als zweite Ausgangsgrößen je Komponente 14a-d Skalierungsfaktoren zu Reaktionen und Reaktionsgruppen bereit. Bei einem dritten Schritt des Verfahrens werden beispielsweise als dritte Größen WLTC-Eingangs-Daten, insbesondere vor dem SDPF und bei sich im WPA-Zustand befindenden MSK bereitgestellt, wobei die dritten Eingangsgrößen im Modell zugeführt werden. Insbesondere umfassen die dritten Eingangsgrößen auch Alterungsfaktoren aus dem Modell. Bei dem dritten Schritt gibt das Modell beispielsweise simulierte Emissionen, insbesondere nach der letzten Komponente 14d, aus. Bei einem vierten Schritt werden beispielsweise geforderte Emissionen für die OBD mit Emissionen verglichen, die durch die Simulation gewonnen wurden. Weichen die geforderten Emissionen von den simulierten und somit berechneten Emissionen ab, folgt beispielsweise mittels des Modells und somit modellgestützt und vorzugsweise iterativ eine solche Variation der Betriebsparameter beziehungsweise der T-t-Kombinationen, dass die Abweichung zumindest reduziert, insbesondere minimiert, wird. Auf diese Weise kann das Grenzmuster einfach und somit besonders zeit- und kostengünstig erstellt werden.
Bezugszeichenliste

10: Abgasanlage
12: Brenner
14a-d: Komponente
16: Abszisse
17: Werte
18: Abszisse
19: Alterungskorrelation
20: Ordinate
22: Zeile
24: Spalte
26: Zeilen
T_in: Eingangstemperatur
T_out: Ausgangstemperatur
T_x1: Temperatur
T_x2: Temperatur
T_x3: Temperatur
T_x4: Temperatur
T_x5: Temperatur
T_x6: Temperatur
t₁: Zeitdauer
t₂: Zeitdauer
t₃: Zeitdauer
t₄: Zeitdauer
ts: Zeitdauer
A₁₁: Alterung
A₁₂: Alterung
A₁₃: Alterung
A₁₄: Alterung
A32: Alterung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102015002464 A1 [0002, 0006]

Claims

Verfahren zum Ermitteln von Betriebsparametern für einen zur Konditionierung einer mehrere Komponenten (14a-d) umfassenden Abgasanlage (10) für eine Verbrennungskraftmaschine vorgesehenen Betrieb eines Prüfstands, bei welchem die Betriebsparameter mittels einer elektronischen Recheneinrichtung anhand eines Rechenmodells der zu konditionierenden Abgasanlage (10) ermittelt werden, wobei das Rechenmodell der Abgasanlage (10) jeweilige, ein jeweiliges thermisches Verhalten der jeweiligen Komponente abbildende Einzelmodelle der Komponenten (14a-d) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Rechenmodell Alterungskennfelder und/oder Alterungskorrelationen für die Komponenten (14a-d) umfasst, wobei die Alterungskennfelder und/oder Alterungskorrelationen Korrelationen zwischen Temperaturen, Zeitdauern und einer jeweiligen thermischen Alterung der jeweiligen Komponente (14a-d) beschreiben.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsparameter, welche anhand des Rechenmodells ermittelt werden, Zeitdauern und zu den Zeitdauern gehörende Temperaturen umfassen, denen die Komponenten (14a-d) während der Zeitdauern, insbesondere unterbrechungsfrei, unterworfen werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass: - als erste Eingangsgrößen eine Einlass-Temperatur und eine Alterungsdauer dem Rechenmodell zugeführt werden, welches als erste Ausgangsgrößen jeweilige Temperaturen stromauf und stromab der jeweiligen Komponenten (14a-d) ausgibt und/oder - als zweite Eingangsgrößen eine Temperatur stromauf der jeweiligen Komponente (14a-d) und eine jeweilige, der jeweiligen Komponente (14a-d) zugeordnete Alterungskorrelation dem Rechenmodell zugeführt werden, welches als zweite Ausgangsgrößen, insbesondere je Komponente (14a-d), Skalierungsfaktoren für Reaktionen und Reaktionsgruppen ausgibt und/oder - als dritte Eingangsgrößen Prüfzykluseingangsdaten, insbesondere mit Alterungsfaktoren Rechenmodell zugeführt werden, welches als dritte Ausgangsgrößen simulierte Emissionen der Abgasanlage (10), insbesondere stromab eines Unterbodenkatalysators ausgibt und/oder - Vorgaben für Emissionen dem Rechenmodell zugeführt werden, welches die Vorgaben mit durch das Rechenmodell simulierte Emissionen der Abgasanlage (10) vergleicht.