DE102021107175A1

DE102021107175A1 - Systeme und Verfahren für Kaltstart-Aufwärmsteuerung mit extrem niedrigen NOx-Werten und Fehlerdiagnose

Info

Publication number: DE102021107175A1
Application number: DE102021107175.5A
Authority: DE
Inventors: Avra Brahma; Yongsoon Yoon
Original assignee: Cummins Inc
Current assignee: Cummins Inc
Priority date: 2020-03-25
Filing date: 2021-03-23
Publication date: 2021-09-30
Anticipated expiration: 2041-03-24
Also published as: US20210301743A1; US20220381193A1; US11905904B2; US11428181B2; DE102021107175B4

Abstract

Systeme und Einrichtungen beinhalten ein Nachbehandlungssystem, das einen Katalysator enthält, und eine Steuerung, die mit dem Nachbehandlungssystem gekoppelt ist. Während einer Aufwärmphase für einen mit dem Katalysator gekoppelten Motor ist die Steuerung für Folgendes konfiguriert: Bestimmen eines Wertes einer Katalysatoraufheizmetrik, der auf eine Menge von Emissionen hinweist, die pro Abgasenergieeinheit erzeugt werden, basierend auf Informationen, die von dem Motor und dem Nachbehandlungssystem empfangen werden, und Steuern eines Turboladers, eines Kraftstoffeinspritzsystems und/oder eines Abgasrückführungssystems (AGR), um einen Sollwert der Katalysatoraufheizmetrik zu erreichen.

Description

TECHNISCHER BEREICH
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf ein System zum Ausgleichen von Emissionsvorschriften mit Betriebsanforderungen.
STAND DER TECHNIK
In den letzten Jahren haben sich die Emissionsvorschriften für Verbrennungsmotoren verschärft. Umweltbedenken haben dazu geführt, dass in weiten Teilen der Welt strengere Emissionsvorschriften für Verbrennungsmotoren eingeführt wurden. Regierungsbehörden, wie z. B. die Umweltschutzbehörde (Environmental Protection Agency - EPA) in den USA, überwachen sorgfältig die Emissionsqualität von Motoren und legen akzeptable Emissionsstandards fest, die alle Motoren einhalten müssen. Infolgedessen nimmt der Einsatz von Abgasnachbehandlungssystemen bei Motoren zur Emissionsreduzierung zu. Eine gemeinsame Komponente in vielen dieser Abgasnachbehandlungssysteme ist ein selektives katalytisches Reduktionssystem (selective catalytic reduction — SCR), das eine im Abgas vorhandene Menge an Stickoxiden (nitrous oxide — NOx) reduziert, indem ein Reduktionsmittel in den Abgasstrom eingespritzt wird, wobei das Abgas mit einem Katalysator zusammenwirkt. Der Katalysator reagiert mit dem Abgas unter Bildung von harmlosem Stickstoff und Wasser.
ZUSAMMENFASSUNG
Eine Ausführungsform bezieht sich auf ein System, das ein Nachbehandlungssystem beinhaltet, das einen Katalysator und eine Steuerung umfasst, die mit dem Nachbehandlungssystem gekoppelt ist. Während einer Aufwärmphase für einen mit dem Katalysator gekoppelten Motor ist die Steuerung für Folgendes konfiguriert: Bestimmen eines Wertes einer Katalysatoraufheizmetrik, der auf eine Menge von Emissionen hinweist, die pro Abgasenergieeinheit erzeugt werden, basierend auf Informationen, die von dem Motor und dem Nachbehandlungssystem empfangen werden, und Steuern eines Turboladers, eines Kraftstoffeinspritzsystems und/oder eines Abgasrückführungssystems (AGR), um einen Sollwert der Katalysatoraufheizmetrik zu erreichen.
Eine andere Ausführungsform bezieht sich auf ein System, das ein Nachbehandlungssystem beinhaltet, das einen Katalysator und eine Steuerung umfasst, die mit dem Nachbehandlungssystem gekoppelt ist. Während einer Aufwärmphase für einen mit dem Katalysator gekoppelten Motor ist die Steuerung für Folgendes konfiguriert: Bestimmen eines Wertes einer Katalysatoraufheizmetrik, der auf eine Menge an Emissionen hinweist, die pro Abgasenergieeinheit erzeugt werden, basierend auf Informationen, die von dem Motor und dem Nachbehandlungssystem empfangen werden, Bestimmen eines Referenzwertes basierend auf Informationen bezüglich eines aktuellen Status des Motors und des Nachbehandlungssystems, Vergleichen des Wertes der Katalysatoraufheizmetrik mit dem Referenzwert und Diagnostizieren einer Fehlfunktion in dem Nachbehandlungssystem als Reaktion auf das Bestimmen, dass die Katalysatoraufheizmetrik den Referenzwert überschreitet.
Eine weitere Ausführungsform bezieht sich auf ein Verfahren zum Ausgleichen von Emissionen von einem Motor und zum Aufheizen eines Katalysators in einem Nachbehandlungssystem. Das Verfahren beinhaltet, während einer Aufwärmphase des Motors, das Bestimmen eines Wertes einer Katalysatoraufheizmetrik, der auf eine Menge an Emissionen hinweist, die pro Abgasenergieeinheit erzeugt werden, basierend auf Informationen, die von dem Motor und dem Nachbehandlungssystem empfangen werden, und das Steuern eines Turboladers, eines Kraftstoffeinspritzsystems und/oder eines Abgasrückführungssystems (AGR), um die Verbrennung innerhalb des Motors zu beeinflussen, um einen Sollwert der Katalysatoraufheizmetrik zu erreichen.
Diese Zusammenfassung dient nur zur Veranschaulichung und soll in keiner Weise einschränkend sein. Weitere Aspekte, erfindungsgemäße Merkmale und Vorteile der hierin beschriebenen Vorrichtungen oder Prozesse werden in der hierin dargelegten detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Figuren deutlich, wobei sich gleiche Referenzziffern auf gleiche Elemente beziehen.
Figurenliste

1 ist ein schematisches Diagramm eines Systems mit einer Steuerung, wie in einer beispielhaften Ausführungsform gezeigt.
2 ist ein schematisches Diagramm der Steuerung des Systems von 1, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
3 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Ausgleichen von NOx-Emissionen eines Motors mit Aufheizung eines selektiven katalytischen Reduktionssystems in einem Nachbehandlungssystem, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.
4 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Diagnostizieren eines Zustands des Systems von 1, gemäß einer beispielhaften Ausführungsform.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Im Folgenden finden sich detailliertere Beschreibungen verschiedener Konzepte in Bezug auf, und Implementierungen von, Verfahren und Systeme(n) zur Steuerung und Diagnose eines Systems mit extrem niedrigen NOx-Werten. Bevor wir uns den Figuren zuwenden, die gewisse beispielhafte Ausführungsformen im Detail veranschaulichen, sei darauf hingewiesen, dass die vorliegende Offenbarung nicht auf die in der Beschreibung dargelegten oder in den Figuren veranschaulichten Details oder Methoden beschränkt ist. Es versteht sich auch, dass die hierin verwendete Terminologie nur dem Zweck der Beschreibung dient und nicht als einschränkend angesehen werden sollte.
Unter allgemeiner Bezugnahme auf die Figuren beziehen sich die verschiedenen hierin offenbarten Ausführungsformen auf Systeme, Einrichtungen und Verfahren zum Steuern von Emissionen während der Aufwärmphase eines kalt gestarteten Motors und zum Diagnostizieren des Zustands von einer oder mehreren Komponenten des Abgasnachbehandlungssystems. Eine Schlüsselkomponente in Nachbehandlungssystemen vieler moderner Motoren ist ein selektives katalytisches Reduktionssystem (SCR), das in einem zweistufigen Prozess die im Abgas vorhandenen schädlichen NOx-Emissionen erheblich reduziert. Zunächst spritzt ein Dosierer ein Reduktionsmittel in den Abgasstrom ein. Dieses Reduktionsmittel kann ein Harnstoff, eine Dieselabgasflüssigkeit (diesel exhaust fluid — DEF), Adblue®, eine Harnstoff-Wasser-Lösung (urea water solution — UWS), eine wässrige Harnstofflösung (z. B. AUS32 usw.) oder eine andere ähnliche Flüssigkeit sein, die sich chemisch an Partikel im Abgas bindet. Anschließend wird dieses Gemisch durch einen SCR-Katalysator geleitet, der bei einer gewissen Temperatur eine Reaktion im Gemisch auslöst, die die schädlichen NOx-Partikel in reinen Stickstoff und Wasser umwandelt. Wenn der Katalysator jedoch nicht die richtige Temperatur hat, findet diese Umwandlung nicht oder mit einem geringeren Wirkungsgrad statt. Daher ist das Halten der Katalysatortemperatur auf einer gewünschten Temperatur oder einem gewünschten Temperaturbereich für die Umwandlungseffizienz des Katalysators von Bedeutung.
Das Aufheizen des Katalysators aus einem Abkühlvorgang (oder Kaltstart) bereitet einige Schwierigkeiten. Ein gängiges Verfahren zum Aufheizen des SCR-Katalysators besteht in der Bereitstellung von Abgasenergie aus dem heißen Abgas des Motors. In den Situationen, bei denen der Motor aus einem Abkühlvorgang gestartet wird, hat der SCR-Katalysator jedoch noch nicht die gewünschte Temperatur, so dass das heiße Abgas, das vom Motor bereitgestellt wird, nicht richtig behandelt oder reduziert wird. Dadurch werden schädliche NOx- und Kohlenwasserstoffgase in möglicherweise inakzeptablen Mengen in die Atmosphäre freigesetzt. Mit anderen Worten: Der Versuch, heißes Abgas zum Aufheizen des Katalysators zu erzeugen, wenn der Katalysator nicht die gewünschte Betriebstemperatur hat, kann dazu führen, dass der Katalysator die schädlichen Komponenten im Abgas während dieser Aufwärmphase nicht reduziert. Daher ist es wichtig, die Aufheizung des SCR-Katalysators auszugleichen und gleichzeitig NOx und andere regulierte Emissionen niedrig zu halten. Es ist wichtig, dass der Katalysator die Betriebstemperatur aus dem kalten Zustand in einer Zeitspanne erreicht, die mit der Produktionsrate schädlicher Emissionen aus dem Motor übereinstimmt. Eine hohe Rate an Motoremissionen während der Aufwärmphase führt dazu, dass sich der Katalysator schnell erwärmt. Eine niedrige Emissionsrate kann dazu führen, dass sich der Katalysator langsamer erwärmt.
Wie in 1 gezeigt, ist gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ein System 10 gezeigt, das einen Motor 12, ein Nachbehandlungssystem 16, das mit dem Motor 12 gekoppelt ist, eine Steuerung 26 und eine Bediener-Ein-/Ausgabe-(E/A)-Vorrichtung 27 umfasst. Das System 10 kann während einer Aufwärmphase für den Motor und den Katalysator des Nachbehandlungssystems hohe NOx- und andere regulierte Emissionen mindern. Der Motor 12 kann ein beliebiger Motor sein, der Abgase erzeugt, wie z. B. ein Verbrennungsmotor (z. B. ein Selbstzündungs- oder Fremdzündungsmotor, der verschiedene Kraftstoffe wie Erdgas, Benzin, Dieselkraftstoff usw. verwenden kann), ein Hybridmotor (z. B. eine Kombination aus einem Verbrennungsmotor und einem Elektromotor) oder jeder andere geeignete Motor. Der Motor 12 beinhaltet einen oder mehrere Zylinder und zugehörige Kolben. Dabei wird Luft aus der Atmosphäre mit Kraftstoff kombiniert und verbrannt, um den Motor 12 anzutreiben. Bei der Verbrennung von Kraftstoff und Luft in den Brennkammern 13 des Motors 12 entsteht Abgas, das betriebsmäßig in eine Abgasleitung und in das Nachbehandlungssystem 16 abgeführt wird. In dieser beispielhaften Ausführungsform wird das System 10 mit einem Straßen- oder Geländefahrzeug implementiert, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Lastkraftwagen, mittelgroße Lastkraftwagen (z. B. Pick-up-Truck usw.), Limousinen, Coupes, Panzer, Flugzeuge, Boote und jede andere Art von Fahrzeug. In anderen Ausführungsformen kann das System mit stationären Geräten wie Stromgeneratoren oder Aggregaten implementiert werden.
In dem gezeigten Beispiel ist der Motor 12 als Verbrennungsmotor und insbesondere als Selbstzündungsmotor strukturiert. Es ist auch gezeigt, dass das System 10 ein Luftansaugsystem 29 beinhaltet, das so strukturiert ist, dass es einen Luftstrom in die Brennkammern 13 des Motors 12 drosselt, sowie ein Kraftstoffeinspritzsystem 14, das so strukturiert ist, dass es Kraftstoff von einer Kraftstoffquelle 15 aufnimmt und Kraftstoff in die Brennkammern 13 des Motors 12 einspritzt. In einer Ausführungsform und wie gezeigt, gibt das Kraftstoffeinspritzsystem 14 den Kraftstoff über eine gemeinsame Leitung an den Motor 12 ab. In diesen Ausführungsformen kann der Druck der gemeinsamen Leitung so geregelt werden, dass er die Zerstäubung des Kraftstoffs beim Einspritzen des Kraftstoffs beeinflusst. Ein höherer Druck in der gemeinsamen Leitung führt zu einer besseren Zerstäubung des Kraftstoffs, wodurch wiederum die Verbrennungseffizienz des Kraftstoffs verbessert und die Produktion von NOx reduziert wird. In einigen Ausführungsformen kann das Kraftstoffeinspritzsystem 14 einen Mehrfacheinspritzzyklus verwenden, so dass auf eine Haupteinspritzung von Kraftstoff zur Verbrennung eine weitere, kleinere Einspritzung von Kraftstoff folgt. Einspritzungen, die auf die Haupteinspritzung zur Verbrennung folgen, werden als Nacheinspritzungen bezeichnet. Nacheinspritzung bezieht sich auf Kraftstoff, der nach dem Verbrennungstakt eingespritzt wird - d. h. eingespritzter Kraftstoff, der nicht für die Verbrennung verwendet wird. Durch Ändern der Mengen und Zeitpunkte des Mehrfacheinspritzzyklus lässt sich die vom Motor 12 produzierte NOx-Menge steuern. Zum Beispiel kann eine Verzögerung des Zeitpunkts der Kraftstoffeinspritzung im Kraftstoffeinspritzsystem 14 den NOx-Ausstoß des Motors 12 verringern.
Das Luftansaugsystem 29 ist mit einem AGR-System 18 gekoppelt, das ein AGR-Ventil beinhaltet, das einen Abschnitt des Abgases vom Motor 12 zurück zum Motor 12 leitet, anstatt dieses Abgas durch das Nachbehandlungssystem 16 und in die Atmosphäre zu leiten. Durch Vermischen des Abgases mit der Ansaugluft in den Brennkammern 13 des Motors 12 werden die thermischen Eigenschaften der Verbrennungsladung derart verändert, dass in gewissen Situationen weniger NOx oder andere unerwünschte Emissionsprodukte produziert werden. Der Betrieb des AGR-Systems 18 beeinflusst auch den Abgasenergieausstoß des Systems 10. In dieser Hinsicht kann ein Erhöhen der AGR-Menge dazu dienen, einen Teil der Ansaugluft für den Motor zu verdrängen, wodurch die Menge des in den Motor eingespritzten Kraftstoffs beispielsweise für stöchiometrische Bedingungen reduziert wird. Infolgedessen kann die vom Motor abgegebene Leistung abnehmen. Außerdem kann mehr AGR zu höheren Partikelemissionen führen. Zusätzliche AGR-Mengen können jedoch zu einer Reduktion einiger Emissionsarten, wie z. B. NOx, führen, da AGR dazu neigt, die Verbrennungstemperaturen zu senken. Daher kann eine Manipulation der AGR-Menge die Emissionseigenschaften sowie die Leistungsabgabe beeinflussen.
Wie auch in 1 gezeigt, beinhaltet das System 10 einen Turbolader, der als eine Kombination aus einem Kompressor 30 und einer Turbine 31 gezeigt ist. Die Abgase der Verbrennung werden an die Turbine 31 abgeführt, die z. B. über eine Welle mit dem Kompressor 30 mechanisch gekoppelt ist und den Kompressor 30 antreibt. Mit einem Wastegate 32 kann ein Teil des Abgases an der Turbine 31 vorbeigeführt werden, was zu einer geringeren Leistungsübertragung an den Kompressor 30 führt. Eine Kombination aus Bypass- und Turbinenstrom tritt zur Nachbehandlung in das Nachbehandlungssystem 16 ein, bevor sie in die Atmosphäre freigesetzt wird. In einer Ausführungsform kann das System 10 anstelle des Wastegates 32 eine Turbine mit variabler Geometrie (Variable Geometry Turbine — VGT) beinhalten. Der VGT ist so strukturiert, dass er die an die Turbine 31 übertragene Leistung durch Ändern einer Position eines Ventils des VGT flexibel moduliert. Der Kompressor 30 kann Luft komprimieren, bevor die Luft durch einen Luftansaugkanal in das Luftansaugsystem 29 angesaugt wird, wodurch die Temperatur und der Druck des Luftstroms erhöht werden. Das System 10 kann auch einen Ladeluftkühler beinhalten, der stromabwärts des Kompressors 30 positioniert ist und so strukturiert ist, dass er die Temperatur senkt und eine Dichte der Ansaugluft erhöht, wodurch die Effizienz verbessert wird, indem der Verlust aufgrund des Temperaturanstiegs der Luft durch die Kompression reduziert wird. Der Betrieb des Turboladers beeinflusst auch die Abgasenergieabgabe des Systems 10. In einigen Ausführungsformen beinhaltet das Luftansaugsystem 29 einen Luftansaugkrümmer, eine Luftansaugdrossel und/oder ein Luftansaugventil, die so strukturiert sind, dass sie den Zugang der Luft zu den Brennkammern 13 steuern.
Während das Abgas die Turbine 31 zum Drehen antreibt, komprimiert der Kompressor 30 die den Brennkammern 13 des Motors 12 zugeführte Luft. Das Wastegate 32 reduziert durch Umleiten eines Teils des Abgases von der Turbine 31 die an den Kompressor 30 übertragene Leistung, wodurch die Rate reduziert wird, mit der der Luftstrom den Brennkammern 13 des Motors 12 zugeführt wird. Umgekehrt wird, wenn das Wastegate 32 geschlossen ist, das gesamte oder fast das gesamte Abgas zur Turbine 31 geleitet, wodurch die an den Kompressor 30 übertragene Leistung erhöht und der Luftstrom in die Brennkammern 13 des Motors gesteigert wird. In einer Ausführungsform, bei der das Wastegate 32 durch den VGT ersetzt wird, kann der VGT die Leistung der Turbine durch Steuern der Position der Leitschaufeln im VGT verändern. Der VGT ermöglicht es dem System, ein optimales Seitenverhältnis zu erreichen. Bei einem großen (d. h. offeneren) Seitenverhältnis ist die von der Turbine 31 an den Kompressor 30 übertragene Leistung gering, wodurch die Erreichbarkeit eines hohen Ladedrucks (z. B. im Leerlauf) reduziert wird. Umgekehrt ist bei einem kleinen (d. h. weniger offenem) Seitenverhältnis die von der Turbine 31 an den Kompressor 30 übertragene Leistung hoch, so dass der Kompressor der Brennkammer über das Luftansaugsystem 29 mehr Luft zuführen kann. Eine Änderung des Betriebs des Turboladers kann die Effizienz der Verbrennung beeinflussen. Zum Beispiel wird durch eine Erhöhung des Luftstroms (d. h. ein kleineres Seitenverhältnis) der Luftanteil des Luft-Kraftstoff-Gemischs in den Brennkammern 13 erhöht, wodurch die Verbrennungseffizienz des Gemischs erhöht wird. Die Verbrennungseffizienz bezieht sich darauf, wie viel Energie aus einer bestimmten Menge des bereitgestellten Brennstoffs gewonnen wird. Eine Verbrennungseffizienz von hundert Prozent weist darauf hin, dass die gesamte in der Kraftstoffmenge enthaltene Energie in nützliche Arbeit umgewandelt wurde. Ein solcher Grad an Verbrennungseffizienz ist angesichts der Dynamik eines Motorsystems und der damit verbundenen Verluste praktisch nicht erreichbar. Zusammen mit dem Betrieb des Turboladers kann der Betrieb des AGR-Systems 18 die Verbrennungsstabilität und die Emissionen des Motors (z. B. NOx, HC, PM usw.) beeinflussen. Hohe Luftanteile im Luftansaugsystem 29, die durch eine hohe Leistung des Kompressors 30 verursacht werden (d. h. eine „magerere“ Verbrennung), können die Verbrennungsstabilität steigern und dadurch die PM- und HC-Emissionen zu reduzieren. Eine solche magerere Verbrennung kann jedoch zu hohen Verbrennungstemperaturen führen, wodurch mehr NOx produziert wird. Durch den optimalen Betrieb des Turboladers und des AGR-Systems 18 kann der Motor 12 eine optimale Verbrennungseffizienz erreichen und gleichzeitig die Emissionen durch sich ändernde Bedingungen minimieren
Eine Kombination aus Bypassstrom und Turbinenstrom kann in das Nachbehandlungssystem 16 eintreten. Es wird gezeigt, dass das Nachbehandlungssystem 16 ein SCR-System 20 und eine Heizung 21 beinhaltet.
Das SCR-System 20 ist so strukturiert, dass es Abgas in einer Zersetzungskammer 24 (z. B. Reaktor, Reaktorrohr usw.) aufnimmt, in der das Abgas mit einem Reduktionsmittel kombiniert wird, das beispielsweise Harnstoff, Dieselabgasflüssigkeit (DEF), Adblue®, eine Harnstoff-Wasser-Lösung (UWS), eine wässrige Harnstofflösung (z. B. AUS32 usw.) oder ähnliche Flüssigkeiten sein kann. Die Menge des Reduktionsmittels wird durch ein Dosiersystem 23 dosiert. Die Zersetzungskammer 24 beinhaltet einen Einlass in Fluidverbindung mit dem AGR-System 18, um das NOx-Emissionen enthaltende Abgas aufzunehmen, und einen Auslass für das Abgas-Reduktionsmittel-Gemisch, um zu einem SCR-Katalysator 22 zu fließen. Der SCR-Katalysator 22 ist konfiguriert, um die Reduktion der NOx-Emissionen zu unterstützen, indem ein NOx-Reduktionsprozess zwischen dem Reduktionsmittel und dem NOx des Abgases in zweiatomigen Stickstoff, Wasser und/oder Kohlendioxid beschleunigt wird. Der SCR-Katalysator 22 kann aus einer Kombination von einem inaktiven Material und einem aktiven Katalysator bestehen, so dass das inaktive Material (z. B. Metallkeramik) das Abgas zum aktiven Katalysator leitet, der ein beliebiges, zur katalytischen Reduktion geeignetes Material ist (z. B. unedle Metalloxide wie Vanadium, Molybdän, Wolfram usw. oder Edelmetalle wie Platin). Wenn der SCR-Katalysator 22 nicht bei oder über einer gewissen Temperatur liegt, ist die Rate des NOx-Reduktionsprozesses begrenzt und das SCR-System 20 arbeitet nicht mit der gewünschten Effizienz, um verschiedene Vorschriften zu erfüllen. In einigen Ausführungsformen ist diese gewisse Temperatur ein Temperaturbereich, der 250-300 °C entspricht. In anderen Ausführungsformen entspricht die gewisse Betriebstemperatur der Umwandlungseffizienz des SCR-Katalysators 22, die eine vordefinierte Umwandlungseffizienzschwelle für die SCR erreicht oder überschreitet. Für andere Katalysatorelemente im System, wie z. B. einen DOC oder AMOX, kann ebenfalls ein erhöhtes Temperaturniveau erwünscht sein, um die gewünschten Betriebseffizienzen zu erreichen (z. B. Reduktion der NOx-Emissionen oder anderer Arten von Emissionen), wobei sie wiederum ihre eigenen bestimmten gewünschten Betriebstemperatur-Schwellen oder -Bereiche haben.
Die Effizienz des NOx-Reduktionsprozesses wird auch durch die Menge des Reduktionsmittels beeinflusst, die durch das Dosiersystem 23 in die Zersetzungskammer 24 eingespritzt wird. Generell gilt: Je mehr Reduktionsmittel im resultierenden Abgas-Reduktionsmittel-Gemisch vorhanden ist, desto mehr wird das NOx im Abgas reduziert. Es gibt allerdings einen Punkt, bei dem zu viel Reduktionsmittel im Gemisch zu einer weiteren Reihe von Problemen führen kann (z. B. Ammoniakschlupf). Das allgemeine Prinzip besteht darin, dass eine Erhöhung der vom Dosiersystem 23 eingespritzten Reduktionsmittelmenge die reduktiven Kapazitäten des SCR-Systems 20 verbessert und dadurch die Menge der in die Atmosphäre freigesetzten NOx- und anderen regulierten Emissionen reduziert. In einigen Ausführungsformen beinhaltet das Nachbehandlungssystem 16 einen Ammoniak-Oxidationskatalysator (AMOX) 27, der so strukturiert ist, dass er Ammoniakschlupf verhindert, indem überschüssiges Ammoniak aus dem behandelten Abgas entfernt wird, bevor das behandelte Abgas in die Atmosphäre freigesetzt wird.
Die Heizung 21 ist ein Heizelement, das so strukturiert ist, dass es Wärme abgibt, um die Temperatur des Abgases zu erhöhen. Die Heizung 21 kann eine von verschiedenen Bauformen haben (z. B. eine Widerstandsspulenheizung wie gezeigt oder ein anderer Heizungstyp). Die Heizung 21 kann z. B. eine Konvektionsheizung zum Aufheizen des durchströmenden Abgases oder zum direkten Aufheizen des Katalysators sein. Dementsprechend kann die Heizung 21 durch eine Batterie oder eine Lichtmaschine (oder eine andere elektronische Quelle, wie z. B. einen Kondensator) des Systems 10 versorgt werden. Das Aufheizen des Abgases erhöht die Effizienz und den Erfolg des SCR-Katalysators 22 in kalten Situationen (z. B. bei Umgebungstemperaturen bei oder unter der Gefriertemperatur von Wasser). Die Heizung 21 wird durch die Steuerung 26 gesteuert, um die Heizung 21 ein- oder auszuschalten, wie weiter unten beschrieben. Wenn die Heizung 21 „eingeschaltet“ oder „aktiviert“ ist, gibt die Heizung 21 Wärme ab, und wenn die Heizung 21 „ausgeschaltet“ oder“ „deaktiviert“ ist, stellt die Heizung 106 die Wärmeabgabe ein.
In einigen Ausführungsformen beinhaltet das Nachbehandlungssystem 16 ferner einen Dieseloxidationskatalysator (DOC) 25, der so strukturiert ist, dass er einen Abgasstrom aufnimmt und Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid im Abgas oxidiert. In einigen Ausführungsformen und abhängig von der Systemarchitektur kann das Nachbehandlungssystem 16 ferner einen Dreiwegekatalysator (nicht gezeigt) beinhalten, der so strukturiert ist, dass er einen Abgasstrom aufnimmt und NOx in Stickstoff und Wasser reduziert sowie Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid im Abgas oxidiert (d. h. die kombinierten Funktionen des SCR-Katalysators 22 und des DOC 25 durchführt).
Unter kurzer Bezugnahme auf 2 ist, wie ebenfalls gezeigt, ein Sensor Array 28 im Nachbehandlungssystem 16 enthalten. Die Sensoren sind mit der Steuerung 26 derart gekoppelt, dass die Steuerung 26 Daten überwachen und erfassen kann, die Auskunft über den Betrieb des Systems 10 geben. In dieser Hinsicht beinhaltet das System 10 NOx-Sensoren 112, HC-Sensoren 113, Strömungsratensensoren 114, Temperatursensoren 116. Die NOx-Sensoren 112 erfassen Daten, die Auskunft über eine NOx-Menge an oder ungefähr an ihrer jeweiligen Position geben oder falls virtuell, bestimmen diese. Die HC-Sensoren 113 erfassen Daten, die Auskunft über eine HC-Menge an oder ungefähr an ihrer jeweiligen Position geben oder falls virtuell, bestimmen diese. Die Strömungsratensensoren 114 erfassen Daten, die Auskunft über eine ungefähre Strömungsrate des Abgases an oder ungefähr an ihrer jeweiligen Position geben, oder falls virtuell, bestimmen diese. Die Temperatursensoren 116 erfassen Daten, die Auskunft über eine ungefähre Temperatur des Abgases an oder ungefähr an ihrer jeweiligen Position geben, oder falls virtuell, bestimmen diese. Es versteht sich, dass die dargestellten Positionen, die Anzahl und der Typ der Sensoren nur zur Veranschaulichung dienen. In anderen Ausführungsformen können die Sensoren an anderen Stellen positioniert sein, es können mehr oder weniger Sensoren als gezeigt vorhanden sein und/oder es können auch unterschiedliche/zusätzliche Sensoren im System 10 enthalten sein (z. B. ein Drucksensor usw.). Der Durchschnittsfachmann wird die hohe Konfigurierbarkeit der Sensoren im System 10 zu schätzen wissen und erkennen.
Die Steuerung 26 ist mit dem Motor 12 und dem System 10 gekoppelt und ist so strukturiert, dass sie zumindest teilweise das System 10 und in einigen Ausführungsformen den Motor 12 steuert. Wenn die Sensoren als reale Sensoren strukturiert sind, empfängt die Steuerung 26 Signale von dem Sensor-Array 28, die Auskunft über die Leistung von Komponenten des Systems 10 geben, und verwendet die empfangenen Signale, um den Status des Systems 10 zu analysieren und verschiedene Operationen oder Aktionen als Reaktion auf diese Signale durchzuführen. Die Steuerung 26 empfängt außerdem Signale von dem Motor 12, die die Leistung und den Betrieb des Motors 12 betreffen.
Das Sensor-Array 28 ist strukturiert, um Daten zu erfassen und/oder zu erzeugen, die Auskunft über verschiedene Betriebsparameter des Systems 10 geben. Die Steuerung 26 kann die Daten vom Sensor-Array 28 empfangen, die Daten verarbeiten, um entsprechende Befehle zu erzeugen, und die Befehle an Komponenten des Systems 10 senden. Wie gezeigt, beinhaltet das Sensor-Array 28 NOx-Sensoren 112, HC-Sensoren 113, Strömungsratensensoren 114 und Temperatursensoren 116. Das Sensor-Array 28 kann auch Motorsensoren und Kraftstoffeinspritzsensoren beinhalten, die ähnlich wie die Sensoren 112, 113, 114 und 116 real oder virtuell sein können, zahlreich oder nur einer von ihnen sein können und an einer oder mehreren Positionen mit dem System 10 angeordnet sein können. Der Motorsensor ist mit dem Motor 12 gekoppelt, um Signale zu empfangen, die Auskunft über die Leistung des Motors 12 geben, einschließlich Drehmoment, Drehzahl, Leistung, Einschwingverhalten und Geräusch. Der Kraftstoffeinspritzsensor ist mit dem Kraftstoffeinspritzsystem 14 gekoppelt, um Signale zu empfangen, die Auskunft über den Druck der gemeinsamen Leitung, die Kraftstoffmenge der Haupteinspritzung, die Kraftstoffmenge der Nacheinspritzung und/oder den/die Zeitpunkt(e) der Einspritzung geben.
Es versteht sich, dass das System 10 auch eine Vielzahl anderer Sensoren beinhalten kann. Beispielsweise können Motordrehzahl-, Drehmoment- und Temperatursensoren mit dem Motor 12 gekoppelt sein. Als weiteres Beispiel können Kraftstoffdruck-, Temperatur- und Strömungsratensensoren mit dem Kraftstoffeinspritzsystem 14 und der Kraftstoffquelle 15 gekoppelt sein. Als weiteres Beispiel kann ein Luftmassenstromsensor mit dem Luftansaugsystem 29 gekoppelt werden, um Daten zu erfassen, die Auskunft über den Luftmassenstrom in den Motor 12 geben. Diese Sensoren können mit der Steuerung 26 gekoppelt sein.
Die Steuerung 26 ist so strukturiert, dass sie das System 10 so steuert, dass ein Sollwert einer Katalysatoraufheizmetrik erreicht wird, der Auskunft über die EONOx pro Abgasenergieeinheit gibt, die von dem Motor 12 erzeugt wird. Diese Katalysatoraufheizmetrik gleicht das Aufheizen eines Katalysators, das als SCR-Katalysatoraufheizmetrik 22 gezeigt wird, auf eine gewünschte, vorher festgelegte Betriebseffizienz unter Verwendung von Abgasenergie aus und hält gleichzeitig die NOx-Emissionen (oder eine andere Emissionsart, wie PM oder HC) niedrig, z. B. während einer Aufwärmphase, wenn der Katalysator nicht mit der gewünschten Effizienz arbeitet, derart, dass NOx (oder die andere Emissionsart) in höheren Mengen als gewünscht emittiert werden kann oder könnte. In anderen Ausführungsformen und wie hierin beschrieben, kann der Wert der Aufheizmetrik für andere Katalysatoren im System bestimmt werden, z. B. für den DOC 25, AMOX 33 oder einen Dreiwegekatalysator. In diesen Fällen werden die in den folgenden Formeln verwendeten Werte angepasst, um mit dem speziellen Katalysator (z. B. DOC) zu korrelieren.
In einer beispielhaften Ausführungsform ist die Steuerung 26 so konfiguriert, dass sie diesen Vorgang während einer Aufwärmphase für das System 10 durchführt, die in einer Ausführungsform als ein Zeitpunkt von einem Start des Motors 12 aus einem Abkühlvorgang bis zu einem Zeitpunkt definiert ist, an dem die Umwandlung des SCR-Katalysators 22 eine vordefinierte Betriebseffizienz überschreitet. Der Abkühlvorgang (oder Kaltstart) bezieht sich darauf, dass der Motor 12 für eine Zeitspanne derart steht, dass eine Temperatur des Motors 12 im Wesentlichen der Außentemperatur oder der Außentemperatur der Umgebung entspricht. In sehr kalten Situationen (z. B. unterhalb der Gefriertemperatur von Wasser) ist der Motor 12 und damit der SCR-Katalysator ähnlich kalt, was bedeutet, dass eine Erhöhung der Temperatur, die zur Förderung der Effizienz beiträgt, besonders wichtig für die Betriebsfähigkeit des SCR-Katalysators 22 im System 10 ist. Als solches kann der Abkühlvorgang als ein Zeitpunkt definiert werden, bei dem der SCR-Katalysator 22 unter einer vordefinierten Betriebseffizienz oder einer anderen Schwelle liegt. Alternativ kann der SCR-Katalysator 22, wenn die Umgebungstemperatur sehr heiß ist (z. B. 30 °C oder höher) und der Motor 12 zuvor über einen längeren Zeitraum gelaufen ist und nur kurzzeitig abgeschaltet wurde, bereits nahe an oder bei der vordefinierten Effizienz sein, wodurch die Aufwärmphase reduziert wird oder entfällt.
In einer Ausführungsform ist die vordefinierte Betriebseffizienz des SCR-Katalysators 22 eine NOx-Umwandlungseffizienz für das SCR-System 20, wobei der Zeitpunkt die Zeit vom Start des Motors 12 bis zu dem Zeitpunkt ist, an dem die NOx-Umwandlungseffizienz bei oder über einer vordefinierten NOx-Umwandlungseffizienzschwelle liegt. In einer anderen Ausführungsform basiert die vordefinierte Betriebseffizienz derart auf einer Temperatur des SCR-Katalysators 22, dass die Zeitspanne die Zeit vom Start des Motors 12 bis zu dem Zeitpunkt ist, an dem die Temperatur des SCR-Katalysators 22 oder einer anderen Komponente des SCR-Systems 20 bei oder über einer vordefinierten Temperatur oder innerhalb eines vordefinierten Temperaturbereichs liegt. In dieser Hinsicht bestimmt die Steuerung 26 bei höheren Temperaturen, dass ein gewünschter Betriebsleistungswert des SCR-Systems 20 erreicht oder wahrscheinlich erreicht wird (d. h. höhere Temperaturen fördern die Katalysatoraktivität derart, dass die Temperatur ein Proxy für die Leistung des SCR-Systems 20 sein kann). In einer weiteren Ausführungsform basiert die vordefinierte Betriebseffizienz oder -temperatur auf einem Antriebszyklus des Motors, einer Last am Motor und/oder einem Alter des SCR-Katalysators 22.
In anderen Ausführungsformen und in Bezug auf die vorgenannte andere vordefinierte Schwelle ist diese Aufwärmphase definiert als die Zeit vom Start des Motors 12 bis zum Erreichen einer vordefinierten Temperaturschwelle durch den SCR-Katalysator 22. In einer anderen Ausführungsform ist die Aufwärmphase definiert als die Zeit vom Start des Motors 12 bis zum Erreichen oder Unterschreiten einer vordefinierten Schwelle für EONOx. Diese vordefinierte Schwelle kann auf einer gemessenen Temperatur des SCR-Katalysators 22, auf einer Menge an EONOx usw. basieren. Wenn z. B. die Umgebungstemperatur für das Fahrzeug, in dem das System untergebracht ist, hoch ist (z. B. 30 °C oder mehr), kann der SCR-Katalysator 22 beim Start des Motors 12 bei oder nahe der Betriebseffizienz sein, so dass die Aufwärmphase kurz oder nicht vorhanden wäre.
Unter Berücksichtigung des Vorstehenden und darauf basierend wird in einer Ausführungsform der Wert des Katalysators, der verwendet wird, um die Katalysatoraufheizmetrik in diesem Beispiel zu bestimmen, erhalten durch Formel (1): $M e t r i k = \frac{{\bar{M}}_{E O E}}{{\bar{H}}_{E x h}}$
wobei M _EOE die kumulierte Masse der über einen bestimmten Zeitraum erzeugten Emissionen ist und berechnet oder bestimmt wird als: ${\bar{M}}_{E O E} = (\frac{1}{t *}) \int_{0}^{t *} {\dot{m}}_{E O E} d t$
wobei t* der Zeitpunkt ist, zu dem der Katalysator eine bestimmte Betriebstemperatur oder eine bestimmte Umwandlungseffizienz hat, und ṁ_EOE die Massenstromrate eines speziellen Motors aus Emissionen ist, gegeben durch: ${\dot{m}}_{E O E} = K * E O E * {\dot{m}}_{E x h}$
wobei K eine physikalische Konstante, EOE die Motoremissionsmenge und ṁ_̇Exh die Massenstromrate des Abgases, das den Motor 12 verlässt, H _Exh die kumulierte Energie ist, die über einen bestimmten Zeitraum erzeugt wird, und berechnet wird als: ${\bar{H}}_{E x h} = (\frac{1}{t *}) \int_{0}^{t *} {\dot{h}}_{E x h} d t$
wobei ḣ_Exh die Energieflussrate des in den Katalysator eintretenden Abgases ist und gegeben ist durch: ${\dot{h}}_{E x h} = {\dot{m}}_{E x h} * C_{p} * T_{E x h}$
wobei C_p eine Konstante ist, die die Wärmekapazität des Abgases bei einem bestimmten Druck angibt, und T_Exh die Temperatur des in den Katalysator eintretenden Abgases ist. Die Abgastemperatur kann sich auch auf eine andere Temperatur beziehen, wie beispielsweise eine Standardtemperatur (z. B. 0 °C) oder eine Temperatur des Katalysators. $T_{E x h} = T_{G a s} - T_{0}$
oder $T_{E x h} = T_{G a s} - T_{S C R}$
Als solches kann Formel (1) umgeschrieben werden als: $M e t r i k = \frac{\int_{0}^{t *} K * E O E * {\dot{m}}_{E x h} d t}{\int_{0}^{t *} {\dot{m}}_{E x h} * C_{p} * T_{E x h} d t}$
Es ist zu beachten, dass Formel 1 auf den SCR-Katalysator 22, den DOC, den Dreiwegekatalysator oder den AMOX angewendet werden kann. Als solches können Formel 1 und die zugehörigen Formeln neu angeordnet werden, um Emissionen zu identifizieren, wie z. B. NOx (für den SCR-Katalysator 22), Kohlenwasserstoffe (für den DOC), Ammoniak (für den AMOX), organische Nicht-Methan-Gase NMOG oder jegliche Emissionen, die durch einen Katalysator im Nachbehandlungssystem 16 behandelt werden. Zum Beispiel kann Formel (1) geschrieben werden als: $M e t r i k = \frac{\int_{0}^{t *} K * E O N O x * {\dot{m}}_{E x h} d t}{\int_{0}^{t *} {\dot{m}}_{E x h} * C_{p} * T_{E x h} d t}$
wobei EOE durch EONOx ersetzt wurde. Ein weiteres Beispiel ist unten gezeigt: $\frac{\int_{0}^{t *} K * E O H C * {\dot{m}}_{E x h} d t}{\int_{0}^{t *} {\dot{m}}_{E x h} * C_{p} * T E x h d t}$
wobei EOHC die Kohlenwasserstoffmenge aus dem Motor ist und den Begriff EOE ersetzt hat. Unter Verwendung der Sensoren in 1 kann die Metrik geändert werden, um sie mit unterschiedlichen Emissionsarten (z. B. NOx, HC, PM, SOx usw.) für unterschiedliche Katalysatoren des Nachbehandlungssystems zuzuordnen.
Die Steuerung 26 ist konfiguriert, um einen Zustand des Systems 10 zu diagnostizieren, basierend auf einem Vergleich der Katalysatoraufheizmetrik von Formel (1) mit einem vordefinierten Referenzwert. Der Zustand des Systems 10 kann sich auf den Zustand des Systems 10 als Ganzes oder eine Komponente im System 10 beziehen, wie z. B. das Nachbehandlungssystem 16, den Motor 12, das SCR-System 20, das AGR-System 18 usw. In einer beispielhaften Ausführungsform ist die Steuerung 26 so konfiguriert, dass sie diese Diagnose während der Aufwärmphase für das System 10 durchführt, die definiert ist als der Zeitraum vom Start des Motors 12 aus dem Abkühlvorgang bis zu einem Zeitpunkt, an dem die Umwandlung des SCR-Katalysators 22 eine vordefinierte Schwelle überschreitet. Diese vordefinierte Schwelle kann auf einer gemessenen Temperatur des SCR-Katalysators 22, auf einer EONOx-Menge oder auf einem anderen Faktor basieren, der Auskunft über die Umwandlungseffizienz gibt.
Der vordefinierte Referenzwert ist ein vordefinierter akzeptabler Wert für die Katalysatoraufheizmetrik (z. B. SCR-Aufheizmetrik) und kann basierend auf dem Antriebszyklus des Motors 12, der Drehzahl des Motors 12, der Last des Motors 12 (entweder ein Momentanwert oder eine erwartete Trajektorie), dem Alter der Komponenten des Systems 10, den Betriebsstunden des Systems 10 und/oder der Zeitspanne, die über einer speziellen Temperatur für den SCR-Katalysator 22 verbracht wurde, geändert werden. Wenn beispielsweise der SCR-Katalysator 22 sehr viel Zeit (z. B. mehr als ein vordefinierter Wert, wie 30 Minuten, 1 Stunde usw.) über einer speziellen Temperatur verbracht hat, wird der vordefinierte Referenzwert erhöht, um die Tatsache zu berücksichtigen, dass der SCR-Katalysator 22 weniger auf die Abgasenergie anspricht, so dass mehr Abgas (und damit mehr EONOx) erzeugt wird, um die gewünschte Abgasenergie zu erzeugen. Dies kann daran liegen, dass der SCR-Katalysator alt ist (z. B. basierend auf einer Betriebsstundenschwelle, einer Schwelle für die Zeit seit der letzten Regeneration, einer Schwelle für die Anzahl der Regenerationen usw.). Der Referenzwert kann auch basierend auf Telematikdaten bestimmt werden, die durch die Steuerung 26 (z. B. über die Kommunikationsschnittstelle 66) bezüglich des aktuellen Status des Fahrzeugs, in dem der Motor 12 in Betrieb ist, empfangen werden. Wenn die Telematikdaten z. B. angeben, dass sich das Fahrzeug einem Fahrabschnitt mit Regenbedingungen nähert, wird der Referenzwert erhöht, um die Kühlwirkung des Regens zu kompensieren, bei der mehr EONOx erzeugt werden müsste, um den SCR-Katalysator 22 zu erwärmen.
Wenn die Katalysatoraufheizmetrik aus Formel (1) kleiner oder gleich dem Referenzwert ist, bestimmt die Steuerung 26, dass das System 10 so gut wie oder besser als erwartet arbeitet, so dass die Steuerung 26 keine Maßnahmen ergreift. Wenn die Katalysatoraufheizmetrik aus Formel (1) größer ist als der Referenzwert, dann bestimmt die Steuerung 26, dass das System 10 eine Fehlfunktion aufweist, weil das System 10 mehr EONOx pro Abgasenergieeinheit produziert als erwartet. Als Reaktion auf eine Bestimmung, dass das System 10 eine Fehlfunktion aufweist, ist die Steuerung 26 so konfiguriert, dass sie mindestens eine aus einer Reihe von Korrekturmaßnahmen ergreift. Diese Korrekturmaßnahmen beinhalten, sind aber nicht darauf beschränkt, das Aktivieren zusätzlicher, im Motor 12 vorhandener Emissionssteuerungsfunktionen, wie z.B. eine Heizung 21, die mit dem SCR-Katalysator 22 gekoppelt ist und die Temperatur des SCR-Katalysators 22 erhöhen kann, ohne NOx zu erzeugen. Die Steuerung 26 kann auch die Leistungsabgabe des Motors 12 reduzieren (d. h. den Motor 12 herunterregeln), was die Menge der NOx-Emissionen reduzieren würde, aber in ähnlicher Weise die dem SCR-Katalysator 22 zugeführte Aufheizabgasenergie reduzieren würde, wodurch sich die Aufwärmphase verlängert. Die Steuerung 26 ist ferner konfiguriert, um einen Benutzer über eine Fehlfunktion des Systems 10 zu informieren. Diese Benachrichtigung kann in Form einer leuchtenden Lampe auf dem Armaturenbrett des Fahrzeugs, dem Auslösen eines oder mehrerer Fehlercodes und/oder als Fehlermeldung auf einer graphischen Benutzeroberfläche (Graphical User Interface — GUI) des Fahrzeugs vorliegen.
Da gezeigt ist, dass die Komponenten von 1 im System 10 enthalten sind, kann die Steuerung 26 als eine oder mehrere elektronische Steuereinheiten (electronic control units — ECU) strukturiert sein. Die Funktion und Struktur der Steuerung 26 ist in 2 näher beschrieben. Die Bediener-E/A-Vorrichtung 27 kann es einem Bediener des Fahrzeugs (oder Fahrgast oder Personal aus den Bereichen Fertigung, Service oder Wartung) ermöglichen, mit dem Fahrzeug und der Steuerung 26 zu kommunizieren. Beispielsweise kann die Bediener-E/A-Vorrichtung 27 ein interaktives Display, eine Touchscreen-Vorrichtung, einen oder mehrere Knöpfe und Schalter, Sprachbefehlempfänger und Ähnliches beinhalten, ist aber nicht darauf beschränkt. Beispielsweise können Informationen, die sich auf die durch die Steuerung 26 erfassten Daten/Informationen oder auf die durch die Steuerung 26 bereitgestellten Operationen/Befehle zur Steuerung oder Verwaltung einer oder mehrerer Komponenten (z. B. des Motors 12) beziehen, einem Bediener oder Benutzer über die Bediener-E/A-Vorrichtung 27 bereitgestellt werden.
In 2 ist ein schematisches Diagramm der Steuerung 26 des Systems 10 aus 1 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform gezeigt. Wie in 2 gezeigt, umfasst die Steuerung 26 eine Verarbeitungsschaltung 36 mit einem Prozessor 34 und einer Speichervorrichtung 38, ein Steuersystem 50 mit einer Metrikschaltung 52, einer Steuerschaltung 54 und einer Diagnoseschaltung 56 sowie eine Kommunikationsschnittstelle 66. Im Allgemeinen ist die Steuerung 26 so strukturiert, dass sie eine Metrik bestimmt, die das Gleichgewicht zwischen dem Aufheizen des SCR-Katalysators 22 und dem Niedrighalten der NOx-Emissionen erfasst, den Motor 12 und andere zugehörige Komponenten steuert, um einen Sollwert für die Metrik zu erreichen, und eine Fehlfunktion des Systems 10 basierend auf einer Analyse der Metrik diagnostiziert.
In einer Ausführungsform sind die Metrikschaltung 52, die Steuerschaltung 54 und die Diagnoseschaltung 56 als maschinen- oder computerlesbare Medien realisiert, die von einem Prozessor, z. B. dem Prozessor 34, ausführbar sind. Wie hierin und unter anderen Verwendungen beschrieben, erleichtern die maschinenlesbaren Medien die Durchführung bestimmter Operationen, um den Empfang und die Übertragung von Daten zu ermöglichen. Zum Beispiel können die maschinenlesbaren Medien eine Anweisung (z. B. einen Befehl usw.) bereitstellen, um z. B. Daten zu erfassen. In diesem Zusammenhang können die maschinenlesbaren Medien eine programmierbare Logik beinhalten, die die Häufigkeit der Datenerfassung (oder der Datenübertragung) definiert. Die computerlesbaren Medien können einen Code beinhalten, der in einer beliebigen Programmiersprache geschrieben sein kann, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, Java oder Ähnliches und alle herkömmlichen prozeduralen Programmiersprachen, wie z. B. die Programmiersprache „C“ oder ähnliche Programmiersprachen. Der computerlesbare Programmcode kann auf einem Prozessor oder mehreren Remote-Prozessoren ausgeführt werden. Im letzteren Fall können die Remote-Prozessoren über jeden beliebigen Netzwerktyp (z. B. CAN-Bus usw.) miteinander verbunden werden.
In einer anderen Konfiguration sind die Metrikschaltung 52, die Steuerschaltung 54 und die Diagnoseschaltung 56 als Hardwareeinheiten, wie z. B. elektronische Steuereinheiten, realisiert. Als solche können die Metrikschaltung 52, die Steuerschaltung 54 und die Diagnoseschaltung 56 als eine oder mehrere Komponenten der Schaltung realisiert sein, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Verarbeitungsschaltungen, Netzwerkschnittstellen, periphere Vorrichtungen, Eingabevorrichtungen, Ausgabevorrichtungen, Sensoren usw. In einigen Ausführungsformen können die Metrikschaltung 52, die Steuerschaltung 54 und die Diagnoseschaltung 56 in Form einer oder mehrerer analoger Schaltungen, elektronischer Schaltungen (z. B. integrierte Schaltungen (integrated circuits — IC), diskreter Schaltungen, System-on-a-Chip-Schaltungen (system on a chip — SOCs), Mikrocontroller usw.), Telekommunikationsschaltungen, hybrider Schaltungen und jeder anderen Art von „Schaltung“ vorliegen. In dieser Hinsicht können die Metrikschaltung 52, die Steuerschaltung 54 und die Diagnoseschaltung 56 jede Art von Komponente beinhalten, die das Erreichen der hierin beschriebenen Operationen ermöglicht oder erleichtert. Eine Schaltung, wie sie hierin beschrieben ist, kann beispielsweise einen oder mehrere Transistoren, Logikgatter (z. B. NAND, AND, NOR, OR, XOR, NOT, XNOR usw.), Widerstände, Multiplexer, Register, Kondensatoren, Induktivitäten, Dioden, Verdrahtung usw.) beinhalten. Die Metrikschaltung 52, die Steuerschaltung 54 und die Diagnoseschaltung 56 können auch programmierbare Hardware-Vorrichtungen wie feldprogrammierbare Gate-Arrays, programmierbare Array-Logik, programmierbare Logikvorrichtungen oder Ähnliches beinhalten. Die Metrikschaltung 52, die Steuerschaltung 54 und die Diagnoseschaltung 56 können eine oder mehrere Speichervorrichtungen zum Speichern von Anweisungen enthalten, die von dem/den Prozessor(en) der Metrikschaltung 52, der Steuerschaltung 54 und der Diagnoseschaltung 56 ausführbar sind. Die eine oder mehreren Speichervorrichtung(en) und der/die Prozessor(en) können die gleiche Definition haben, wie sie unten in Bezug auf die Speichervorrichtung 38 und den Prozessor 34 angegeben ist. In einigen Konfigurationen von Hardwareeinheiten können die Metrikschaltung 52, die Steuerschaltung 54 und die Diagnoseschaltung 56 geographisch über verschiedene Stellen im Fahrzeug verteilt sein. Alternativ und wie gezeigt können die Metrikschaltung 52, die Steuerschaltung 54 und die Diagnoseschaltung 56 in oder innerhalb einer einzigen Einheit/eines einzigen Gehäuses realisiert sein, die/das als Steuerung 26 gezeigt ist.
In dem gezeigten Beispiel beinhaltet die Steuerung 26 die Verarbeitungsschaltung 36 mit dem Prozessor 34 und der Speichervorrichtung 38. Die Verarbeitungsschaltung 36 kann strukturiert oder konfiguriert sein, um die hierin beschriebenen Anweisungen, Befehle und/oder Steuerungsprozesse in Bezug auf die Metrikschaltung 52, die Steuerschaltung 54 und die Diagnoseschaltung 56 auszuführen oder zu implementieren. Die dargestellte Konfiguration repräsentiert die Metrikschaltung 52, die Steuerschaltung 54 und die Diagnoseschaltung 56 als maschinen- oder computerlesbare Medien. Wie oben erwähnt, ist diese Veranschaulichung jedoch nicht als einschränkend zu verstehen, da die vorliegende Offenbarung auch andere Ausführungsformen in Betracht zieht, bei denen die Metrikschaltung 52, die Steuerschaltung 54 und die Diagnoseschaltung 56 oder mindestens eine Schaltung der Metrikschaltung 52, der Steuerschaltung 54 und der Diagnoseschaltung 56 als Hardwareeinheit konfiguriert ist. Alle solchen Kombinationen und Variationen fallen in den Anwendungsbereich der vorliegenden Offenbarung.
Der Prozessor 34 kann als Ein-Chip- oder Mehr-Chip-Prozessor, als digitaler Signalprozessor (digital signal processor — DSP), als anwendungsspezifische integrierte Schaltung (application specific integrated circuit — ASIC), als feldprogrammierbares Gate-Array (field programmable gate array — FPGA) oder als andere programmierbare logische Vorrichtung, als diskrete Gate- oder Transistorlogik, als diskrete Hardwarekomponenten oder als eine beliebige Kombination davon implementiert werden, um die hierin beschriebenen Funktionen durchzuführen. Ein Prozessor kann ein Mikroprozessor oder ein beliebiger herkömmlicher Prozessor oder eine Statusmaschine sein. Ein Prozessor kann auch als eine Kombination von Rechenvorrichtungen implementiert werden, z. B. eine Kombination aus einem DSP und einem Mikroprozessor, mehrere Mikroprozessoren, ein oder mehrere Mikroprozessoren in Verbindung mit einem DSP-Kern oder eine andere derartige Konfiguration. In einigen Ausführungsformen können der eine oder die mehreren Prozessoren von mehreren Schaltungen gemeinsam genutzt werden (z. B. können die Metrikschaltung 52, die Steuerschaltung 54 und die Diagnoseschaltung 56 denselben Prozessor umfassen oder anderweitig gemeinsam nutzen, der in einigen Beispielausführungsformen Anweisungen ausführen kann, die in unterschiedlichen Speicherbereichen gespeichert sind oder auf die anderweitig zugegriffen wird). Alternativ oder zusätzlich können der eine oder die mehreren Prozessoren so strukturiert sein, dass sie bestimmte Operationen unabhängig von einem oder mehreren Co-Prozessoren durchführen oder anderweitig ausführen. In anderen Ausführungsformen können zwei oder mehr Prozessoren über einen Bus gekoppelt werden, um eine unabhängige, parallele, Pipeline- oder Multithreading-Befehlsausführung zu ermöglichen. Alle solchen Variationen fallen in den Anwendungsbereich der vorliegenden Offenbarung.
Die Speichervorrichtung 38 (z. B. Speicher, Speichereinheit, Speichergerät) kann eine oder mehrere Vorrichtungen (z. B. RAM, ROM, Flash-Speicher, Festplattenspeicher) zum Speichern von Daten und/oder Computercode zum Abschließen oder Erleichtern der verschiedenen Prozesse, Schichten und Module beinhalten, die in der vorliegenden Offenbarung beschrieben sind. Die Speichervorrichtung 38 kann kommunizierend mit dem Prozessor 34 verbunden sein, um dem Prozessor 34 einen Computercode oder Anweisungen zum Ausführen von mindestens einigen der hierin beschriebenen Prozesse bereitzustellen. Darüber hinaus kann die Speichervorrichtung 38 ein greifbarer, nichtvorübergehender Speicher oder ein nicht-flüchtiger Speicher sein oder diesen beinhalten. Dementsprechend kann die Speichervorrichtung 38 Datenbankkomponenten, Objektcodekomponenten, Skriptkomponenten oder jede andere Art von Informationsstruktur zur Unterstützung der verschiedenen hierin beschriebenen Aktivitäten und Informationsstrukturen beinhalten.
Die Metrikschaltung 52 ist so konfiguriert, dass sie Informationen von dem Sensor-Array 28 aufnimmt und die Katalysatoraufheizmetrik für das System 10 bestimmt. Diese Informationen beinhalten die verschiedenen Eingaben zur Berechnung der Katalysatoraufheizmetrik gemäß Formel (1), einschließlich des aktuellen NOx-Ausstoßes des Motors 12 und der Temperatur des Abgases, wenn das Abgas in das Nachbehandlungssystem 16 eintritt. Anschließend bestimmt die Metrikschaltung 52 die Katalysatoraufheizmetrik basierend auf Formel (1).
Die Steuerschaltung 54 ist konfiguriert, um die verschiedenen Komponenten des Systems 10 als Reaktion auf die Katalysatoraufheizmetrik der Metrikschaltung 52 zu steuern. Diese Befehle beinhalten unter anderem Anweisungen zur Änderung des Stroms von Reduktionsmittel aus dem Dosiersystem 23, Anweisungen zur Änderung des Luftstroms in das Kraftstoffeinspritzsystem 14 (z. B. ein fetteres Luft-Kraftstoff-Verhältnis reduziert die Emissionen), Anweisungen zur Änderung der Ansaugladung im Kraftstoffeinspritzsystem 14, Anweisungen zur Änderung des Luftstroms in die Brennkammern 13 über den Turbolader und Anweisungen zur Anpassung des AGR-Ventils im AGR-System 18, um die Menge des zum Motor 12 umgeleiteten Abgases zu erhöhen oder zu verringern. Diese Befehle können auch Anweisungen zum Ändern des Drucks der gemeinsamen Leitung, die sich im Kraftstoffeinspritzsystem 14 befindet, Anweisungen zum Anpassen der durch das Kraftstoffeinspritzsystem 14 eingespritzten Kraftstoffmenge (entweder die Haupteinspritz- oder die Nacheinspritzmenge) und Anweisungen zum Ändern des Zeitpunkts der Kraftstoffeinspritzungen durch das Kraftstoffeinspritzsystem 14 beinhalten. Diese Befehle können auch Anweisungen zum Einschalten und/oder Erhöhen der Heizleistung der Heizung 21 beinhalten, die dann den Katalysator direkt (d. h. den Katalysator selbst) oder indirekt (d. h. das Abgas oder ein anderes Wärmeübertragungsmedium, das durch den Katalysator strömt oder anderweitig mit dem Katalysator in Eingriff kommt) aufheizt, wodurch die Fähigkeit des Katalysators, wie beabsichtigt oder gewünscht zu arbeiten, verbessert wird. Zum Beispiel bewirkt das Aufheizen des SCR-Katalysators auf die gewünschte Betriebstemperatur die gewünschte katalytische Wirkung des SCR-Katalysators (z. B. ist die Effizienz der NOx-Umwandlung wie beabsichtigt/gewünscht). In jenen Ausführungsformen, bei denen der Motor 12 ein Hybridmotor ist, können die Befehle der Steuerschaltung 54 auch Anweisungen zur Änderung des Drehmoments und/oder der Drehzahl des Motors 12 beinhalten.
In einigen Ausführungsformen ist die Steuerschaltung 54 so konfiguriert, dass sie Befehle ausgibt, um die Katalysatoraufheizmetrik zu einem speziellen Zeitpunkt (d. h. sofort) während der Aufwärmphase zu minimieren. In anderen Ausführungsformen ist die Steuerschaltung 54 so konfiguriert, dass sie Befehle zur Minimierung der Katalysatoraufheizmetrik auf einer kumulativen Basis über einen bestimmten vordefinierten Zeitraum (z. B. die Aufwärmphase) ausgibt. In einigen dieser Ausführungsformen ist die Steuerschaltung 54 für die Minimierung der Katalysatoraufheizmetrik konfiguriert, entweder zu einem bestimmten Zeitpunkt (d. h. sofort) oder kumulativ über einen Zeitraum, wobei verschiedene physische Einschränkungen berücksichtigt werden, einschließlich, aber nicht beschränkt auf das Einschwingverhalten des Motors 12, vom Nachbehandlungssystem 16 erzeugten Rauch, Kohlenwasserstoffemissionen oder das Geräusch des Motors 12. In alternativen Ausführungsformen ist die Steuerschaltung 54 konfiguriert, um einen Sollwert für die Katalysatoraufheizmetrik zu erreichen. Dieser Sollwert kann durch den Benutzer vordefiniert werden, basierend auf einer gewünschten Temperatur des SCR-Katalysators 22 oder basierend auf einer gewünschten Umwandlungseffizienz des SCR-Katalysators 22. Dieser Sollwert kann in einigen Ausführungsformen auf einer budgetierten Emissionsmenge basieren, die durch Emissionsvorschriften für den Ort vorgegeben ist. In der Ausführungsform basierend auf der Umwandlungseffizienz des SCR-Katalysators 22 kann die Umwandlungseffizienz durch die Steuerschaltung 54 basierend auf erwarteten oder gemessenen Effizienzen bei verschiedenen Temperaturen des SCR-Katalysators 22 berechnet oder modelliert werden.
Die Diagnoseschaltung 56 ist konfiguriert oder strukturiert, um die Katalysatoraufheizmetrik aus der Metrikschaltung 52 mit einem bestimmten Referenzwert für die Katalysatoraufheizmetrik zu vergleichen und entsprechende Korrekturmaßnahmen zu ergreifen. Die Diagnoseschaltung 56 bestimmt diesen Referenzwert basierend auf einer Reihe von Faktoren, die den Zustand des Systems 10 beeinflussen können. Der Referenzwert für die Katalysatoraufheizmetrik ist ein gewünschter oder akzeptabler Wert für die Katalysatoraufheizmetrik in verschiedenen Situationen (z. B. Abkühlvorgangs oder Kaltstartbedingungen für Motor und System). Das heißt, der Referenzwert für die Katalysatoraufheizmetrik gibt an, wie viel EONOx pro Abgasenergieeinheit, die vom Motor 12 erzeugt wird, für das System 10 in seiner derzeitigen Lage akzeptabel wäre. Zu diesem Zweck berücksichtigt der Referenzwert die aktuelle Situation für das Fahrzeug (oder den Generator, das Aggregat usw.), in dem das System 10 enthalten ist. Diese Faktoren beinhalten u. a. den Fahrzyklus (z. B. geographische Position, Verkehrsmuster, Wetter), die Drehzahl und Last des Motors 12 (entweder zum aktuellen Zeitpunkt oder vorhergesagt), das Alter des Systems 10, die Dauer des kontinuierlichen Betriebs des Systems 10 und die Gesamtzeit, die der SCR-Katalysator 22 bei oder über der bestimmten Betriebstemperatur verbracht hat (d. h. die Gesamtzeit, in der der SCR-Katalysator 22 die Emissionen aktiv reduziert hat).
Nach dem Bestimmen des Referenzwertes vergleicht die Diagnoseschaltung 56 den Katalysatoraufheizmetrikwert von der Metrikschaltung 52 mit dem Referenzwert. In einigen Ausführungsformen erfolgt dieser Vergleich zu einem einzelnen Zeitpunkt, über einzelne Zeitpunkte oder in anderen Ausführungsformen auf kumulativer Basis über einen Zeitraum. Dieser Zeitraum kann ein beliebiger Betrag sein, ein Betrag basierend auf der Zeit, die der SCR-Katalysator 22 benötigt, um die bestimmte Betriebstemperatur zu erreichen, oder ein Zeitraum basierend darauf, wann der SCR-Katalysator 22 eine vordefinierte Umwandlungseffizienz erreicht.
Wenn der Vergleich zeigt, dass die Katalysatoraufheizmetrik größer als der Referenzwert ist, was darauf hinweisen würde, dass das System 10 mehr NOx pro Abgasenergieeinheit erzeugt als erwartet, würde die Diagnoseschaltung 56 bestimmen, dass das System 10 eine Fehlfunktion hat. Wenn dies der Fall ist, ist die Diagnoseschaltung 56 so konfiguriert, dass sie mindestens eine von einer Reihe von Korrekturmaßnahmen ergreift. Diese Reihe von Korrekturmaßnahmen beinhaltet unter anderem die Aktivierung eines zusätzlichen Emissionssystems, wie z. B. der Heizung 21, die mit dem SCR-Katalysator 22 gekoppelt ist, um den SCR-Katalysator zu erwärmen, ohne NOx zu erzeugen, die Einleitung einer Herunterregelung des Motors 12, um den möglichen NOx-Ausstoß zu begrenzen, oder die Ausgabe einer Benachrichtigung über die Fehlfunktion an einen Benutzer.
In 3 ist ein Verfahren 300 zum Ausgleichen der Aufheizung des SCR-Systems 20 im Nachbehandlungssystem 16 bei gleichzeitig niedrigen NOx-Emissionen während einer Aufwärmphase gezeigt, der als Zeitraum ab dem Start des Motors 12 definiert ist, in dem der SCR-Katalysator 22 eine vordefinierte Effizienz oder Betriebstemperatur erreicht. Das Verfahren 300 beginnt bei Schritt 310 und fährt dann mit Schritt 320 fort, wo der Katalysatoraufheizmetrikwert bestimmt wird, und mit Schritt 330, wo der Sollwert bestimmt wird. In anderen Ausführungsformen erscheint der Katalysatoraufheizmetrikwert in Schritt 320 nach der Bestimmung des Sollwertes in Schritt 330. In Schritt 340 wird der Katalysatoraufheizmetrikwert mit dem Sollwert verglichen, und das Verfahren 300 endet in Schritt 350, wenn der Aufheizmetrikwert auf dem Sollwert liegt, wobei jedoch, wenn der Aufheizmetrikwert nicht auf dem Sollwert liegt, das Verfahren 300 mit Schritt 360 fortfährt und die Komponenten des Motors 12 und des Nachbehandlungssystems 16 anpasst. Dann kehrt das Verfahren 300 zu Schritt 320 zurück und bestimmt erneut den Katalysatoraufheizmetrikwert, wobei das Verfahren 300 wiederholt wird, bis der Katalysatoraufheizmetrikwertden Sollwert erreicht hat.
In 4 ist ein Verfahren 400 zum Diagnostizieren des Systems 10 während einer Aufwärmphase gezeigt, die als ein Zeitraum ab dem Start des Motors 12 definiert ist, in dem der SCR-Katalysator 22 eine vordefinierte Betriebseffizienz oder -temperatur erreicht. Das Verfahren 400 beginnt in Schritt 410 und fährt unmittelbar mit der Bestimmung des Katalysatoraufheizmetrikwertes in Schritt 420 fort. Danach fährt das Verfahren 400 im Schritt 430 fort und bestimmt den Referenzwert. In anderen Ausführungsformen erfolgt das Bestimmen der Katalysatoraufheizmetrik in Schritt 420 nach der Bestimmung des Referenzwertes in Schritt 430. Als nächstes wird in Schritt 440 der Katalysatoraufheizmetrikwert mit dem Referenzwert verglichen. Wenn der Katalysatoraufheizmetrikwert bei oder unter dem Referenzwert liegt, endet das Verfahren 400 bei Schritt 450. Wenn der Katalysatoraufheizmetrikwert jedoch über dem Referenzwert liegt, diagnostiziert das Verfahren 400 in Schritt 460 eine Fehlfunktion im System 10. Basierend auf dieser Fehlfunktion aktiviert das Verfahren 400 entweder die Heizung 21 in Schritt 462, leitet eine Herunterregelung des Motors 12 in Schritt 464 ein oder gibt einem Benutzer in Schritt 466 eine Benachrichtigung über die Fehlfunktion.
Wie hierin verwendet, sollen die Begriffe „ungefähr“, „etwa“, „im Wesentlichen“ und ähnliche Begriffe eine weit gefasste Bedeutung haben, die mit dem üblichen und akzeptierten Sprachgebrauch von Fachleuten übereinstimmt, bei denen der Gegenstand dieser Offenbarung in Zusammenhang steht. Fachleute, die diese Offenbarung überprüfen, sollten verstehen, dass diese Begriffe eine Beschreibung bestimmter beschriebener und beanspruchter Merkmale ermöglichen sollen, ohne den Anwendungsbereich dieser Merkmale auf die angegebenen genauen numerischen Bereiche zu beschränken. Dementsprechend sollten diese Begriffe so ausgelegt werden, dass sie darauf hinweisen, dass unwesentliche oder unwichtige Modifikationen oder Änderungen des beschriebenen und beanspruchten Gegenstands als im Anwendungsbereich der Offenbarung liegend angesehen werden, wie in den beigefügten Ansprüchen angegeben.
Es ist anzumerken, dass der Begriff „beispielhaft“ und Variationen davon, wie er hierin zur Beschreibung verschiedener Ausführungsformen verwendet wird, angeben soll, dass solche Ausführungsformen mögliche Beispiele, Darstellungen oder Veranschaulichungen möglicher Ausführungsformen sind (und dass solche Begriffe nicht bedeuten sollen, dass solche Ausführungsformen notwendigerweise außergewöhnliche oder superlative Beispiele sind).
Der Begriff „gekoppelt“ und Variationen davon, wie er hier verwendet wird, bedeutet das Verbinden von zwei Elementen direkt oder indirekt miteinander. Eine solche Verbindung kann stationär (z. B. dauerhaft oder fest) oder beweglich (z. B. entfernbar oder lösbar) sein. Eine solche Verbindung kann erreicht werden, indem die beiden Elemente direkt miteinander gekoppelt werden, indem die beiden Elemente unter Verwendung eines oder mehrerer separater Zwischenelemente miteinander gekoppelt werden, oder indem die beiden Elemente unter Verwendung eines Zwischenelements miteinander gekoppelt werden, das einstückig als ein einziger einheitlicher Körper mit einem der beiden Elemente gebildet wird. Wenn „gekoppelt“ oder Variationen davon durch einen zusätzlichen Begriff modifiziert werden (z. B. „direkt gekoppelt“), wird die oben angegebene allgemeine Definition von „gekoppelt“ durch die eindeutige Bedeutung des zusätzlichen Begriffs modifiziert (z. B. bedeutet „direkt gekoppelt“ das Verbinden von zwei Elementen ohne ein separates Zwischenelement), was zu einer engeren Definition als der oben angegebenen allgemeinen Definition von „gekoppelt“ führt. Eine solche Kopplung kann mechanisch, elektrisch oder fluidisch sein. So kann z. B. die Schaltung A kommunizierend mit der Schaltung B „gekoppelt“ sein, was bedeutet, dass die Schaltung A direkt mit der Schaltung B kommuniziert (d. h. ohne Vermittler) oder indirekt mit der Schaltung B kommuniziert (z. B. über einen oder mehrere Vermittler).
Verweise hierin auf die Positionen von Elementen (z. B. „oben“, „unten“, „über“, „unter“) werden lediglich verwendet, um die Ausrichtung der verschiedenen Elemente in den FIGUREN zu beschreiben. Es ist zu beachten, dass die Ausrichtung verschiedener Elemente gemäß anderen beispielhaften Ausführungsformen unterschiedlich sein kann und dass derartige Unterschiede von der vorliegenden Offenbarung eingeschlossen werden sollen.
Während in 2 verschiedene Schaltungen mit spezieller Funktionalität gezeigt sind, versteht es sich, dass die Steuerung 26 eine beliebige Anzahl von Schaltungen beinhalten kann, um die hierin beschriebenen Funktionen zu vervollständigen. Beispielsweise können die Aktivitäten und Funktionalitäten der Metrikschaltung 52, der Steuerschaltung 54 und der Diagnoseschaltung 56 in mehreren Schaltungen oder als eine einzige Schaltung kombiniert werden. Zusätzliche Schaltungen mit zusätzlicher Funktionalität können ebenfalls enthalten sein. Ferner kann die Steuerung 26 auch andere Aktivitäten steuern, die über den Anwendungsbereich der vorliegenden Offenbarung hinausgehen.
Wie oben erwähnt und in einer Konfiguration können die „Schaltungen“ in einem maschinenlesbaren Medium zur Ausführung durch verschiedene Arten von Prozessoren implementiert werden, wie beispielsweise den Prozessor 34 von 2. Eine identifizierte Schaltung von ausführbarem Code kann z. B. einen oder mehrere physische oder logische Blöcke von Computeranweisungen umfassen, die z. B. als ein Objekt, eine Prozedur oder eine Funktion organisiert sein können. Die ausführbaren Dateien einer identifizierten Schaltung müssen jedoch nicht physisch zusammen liegen, sondern können unterschiedliche Anweisungen umfassen, die an unterschiedlichen Stellen gespeichert sind und die, wenn sie logisch miteinander verbunden sind, die Schaltung umfassen und den angegebenen Zweck für die Schaltung erreichen. In der Tat kann eine Schaltung von computerlesbarem Programmcode eine einzelne Anweisung oder viele Anweisungen sein und kann sogar über mehrere unterschiedliche Codesegmente, zwischen unterschiedlichen Programmen und über mehrere Speichervorrichtungen verteilt sein. In ähnlicher Weise können Betriebsdaten innerhalb von Schaltungen identifiziert und hierin realisiert werden, wobei sie in jeder geeigneten Form vorliegen und in jeder geeigneten Art von Datenstruktur organisiert sein können. Die Betriebsdaten können als ein einziger Datensatz gesammelt werden, oder sie können über unterschiedliche Stellen verteilt sein, einschließlich über unterschiedliche Speichervorrichtungen, und sie können, zumindest teilweise, lediglich als elektronische Signale in einem System oder Netzwerk vorliegen.
Während der Begriff „Prozessor“ oben kurz definiert ist, sind die Begriffe „Prozessor“ und „Verarbeitungsschaltung“ weit auszulegen. In dieser Hinsicht und wie oben erwähnt, kann der „Prozessor“ als ein(e) oder mehrere Prozessor(en), anwendungsspezifische integrierte Schaltung(en) (ASICs), feldprogrammierbare(s) Gate-Array(s) (FPGAs), digitale(r) Signalprozessor(en) (DSPs) oder andere geeignete elektronische Datenverarbeitungskomponenten implementiert werden, die so strukturiert sind, dass sie vom Speicher bereitgestellte Anweisungen ausführen. Der eine oder die mehreren Prozessor(en) können in Form eines Single-Core-Prozessors, Multi-Core-Prozessors (z. B. eines Dual-Core-Prozessors, Triple-Core-Prozessors, Quad-Core-Prozessors usw.), Mikroprozessors usw. vorliegen. In einigen Ausführungsformen kann/können der eine oder die mehreren Prozessor(en) extern zur Einrichtung sein, z. B. kann/können der eine oder die mehreren Prozessor(en) ein Remote-Prozessor sein (z. B. ein cloudbasierter Prozessor). Alternativ oder zusätzlich kann/können der eine oder die mehreren Prozessor(en) intern und/oder lokal in der Einrichtung sein. In dieser Hinsicht kann eine bestimmte Schaltung oder können deren Komponenten lokal (z. B. als Teil eines lokalen Servers, eines lokalen Computersystems usw.) oder entfernt (z. B. als Teil eines Remote-Servers wie eines cloudbasierten Servers) angeordnet sein. Zu diesem Zweck kann eine hier beschriebene „Schaltung“ Komponenten enthalten, die über eine oder mehrere Stelle(n) verteilt sind.
Ausführungsformen innerhalb des Anwendungsbereichs der vorliegenden Offenbarung beinhalten Programmprodukte, die maschinenlesbare Medien umfassen, auf denen maschinenausführbare Befehle oder Datenstrukturen gespeichert sind oder gespeichert werden. Solche maschinenlesbaren Medien können alle verfügbaren Medien sein, auf die ein Allzweck- oder Spezialcomputer oder eine andere Maschine mit einem Prozessor zugreifen kann. Beispielsweise können solche maschinenlesbaren Medien RAM, ROM, EPROM, EEPROM oder andere optische Plattenspeicher, Magnetplattenspeicher oder andere magnetische Speichervorrichtungen oder jedes andere Medium umfassen, das dazu verwendet werden kann, einen gewünschten Programmcode in Form von maschinenausführbaren Anweisungen oder Datenstrukturen zu enthalten oder zu speichern, und auf das von einem Allzweck- oder Spezialcomputer oder einer anderen Maschine mit einem Prozessor zugegriffen werden kann. Kombinationen aus dem oben Genannten sind ebenfalls im Anwendungsbereich von maschinenlesbaren Medien enthalten. Maschinenausführbare Anweisungen beinhalten z. B. Anweisungen und Daten, die einen Allzweckcomputer, einen Spezialcomputer oder eine spezielle Verarbeitungsmaschine veranlassen, einen bestimmten Prozess oder eine Gruppe von Funktionen durchzuführen.
Obwohl die Figuren und die Beschreibung eine bestimmte Reihenfolge der Verfahrensschritte veranschaulichen können, kann die Reihenfolge solcher Schritte von den Darstellungen und Beschreibungen abweichen, sofern oben nicht anders angegeben. Außerdem können zwei oder mehr Schritte gleichzeitig oder teilweise gleichzeitig durchgeführt werden, sofern oben nicht anders angegeben. Solche Abweichungen können beispielsweise von den gewählten Software- und Hardwaresystemen sowie von der Wahl des Designers abhängen. Alle solchen Variationen sind im Rahmen der Offenbarung möglich. Ebenso könnten Softwareimplementierungen der beschriebenen Verfahren mit Standardprogrammiertechniken mit regelbasierter Logik und anderer Logik durchgeführt werden, um die verschiedenen Verbindungsschritte, Verarbeitungsschritte, Vergleichsschritte und Entscheidungsschritte zu realisieren.

Claims

System, umfassend: ein Nachbehandlungssystem, das einen Katalysator beinhaltet; und eine Steuerung, die mit dem Nachbehandlungssystem gekoppelt ist, wobei die Steuerung während einer Aufwärmphase für einen Motor, der mit dem Katalysator gekoppelt ist, für Folgendes konfiguriert ist: Bestimmen eines Wertes einer Katalysatoraufheizmetrik, der Auskunft über eine Menge an produzierten Emissionen pro Abgasenergieeinheit gibt, basierend auf Informationen, die von dem Motor und dem Nachbehandlungssystem empfangen werden; und Steuern eines Turboladers, eines Kraftstoffeinspritzsystems oder eines Abgasrückführungssystems (AGR), um einen Sollwert der Katalysatoraufheizmetrik zu erreichen.
System nach Anspruch 1, wobei die Aufwärmphase als ein Zeitraum ab einem Start des Motors definiert ist, in dem der Katalysator eine vordefinierte Betriebseffizienz erreicht.
System nach Anspruch 1, wobei der Katalysator ein selektiver katalytischer Reduktionskatalysator (SCR), ein Dieseloxidationskatalysator (DOC) und/oder ein Dreiwegekatalysator ist.
System nach Anspruch 1, wobei die Betriebseffizienz eine Emissionsumwandlungseffizienz für den Katalysator beinhaltet, die bei oder über einer vordefinierten Schwelle liegt.
System nach Anspruch 1, wobei die vordefinierte Betriebseffizienz auf einer Temperatur des Katalysators, einem Antriebszyklus des Motors, einer Last am Motor und/oder einem Alter des Katalysators basiert.
System nach Anspruch 1, wobei die Katalysatoraufheizmetrik unter Verwendung der folgenden Formel berechnet wird: $\frac{\int_{0}^{t *} K * E O E * {\dot{m}}_{E x h} d t}{\int_{0}^{t *} {\dot{m}}_{E x h} * C_{p} * T_{E x h} d t}$
wobei t* ein Zeitraum, K eine physikalische Konstante, EOE eine durch den Motor erzeugte Emissionsmenge, ṁ_̇Exh eine Massenstromrate des durch den Motor erzeugten Abgases, C_p eine Konstante, die die Wärmekapazität des Abgases bei einem bestimmten Druck angibt und T_Exh eine Temperatur des in das Nachbehandlungssystem eintretenden Abgases ist.
System nach Anspruch 6, wobei der Sollwert der Katalysatoraufheizmetrik auf einem minimal möglichen Wert zu einem speziellen Zeitpunkt während einer Aufwärmphase für den Motor, einem minimal möglichen Wert über den Zeitraum der Aufwärmphase für den Motor und/oder auf dem Erreichen einer gewünschten Umwandlungseffizienz des Katalysators basiert.
System, umfassend: ein Nachbehandlungssystem, wobei das Nachbehandlungssystem einen Katalysator beinhaltet; und eine Steuerung, die mit dem Nachbehandlungssystem gekoppelt ist, wobei die Steuerung während einer Aufwärmphase für einen Motor, der mit dem Katalysator gekoppelt ist, für Folgendes konfiguriert ist: Bestimmen eines Wertes einer Katalysatoraufheizmetrik, der Auskunft über eine Menge an produzierten Emissionen pro Abgasenergieeinheit gibt, basierend auf Informationen, die von dem Motor und dem Nachbehandlungssystem empfangen werden; Bestimmen eines Referenzwertes basierend auf Informationen über einen aktuellen Status des Motors und des Nachbehandlungssystems; Vergleichen der Katalysatoraufheizmetrikwert mit dem Referenzwert; und Diagnostizieren einer Fehlfunktion im Nachbehandlungssystem als Reaktion auf das Bestimmen, dass die Katalysatoraufheizmetrik den Referenzwert überschreitet.
System nach Anspruch 8, wobei der Katalysator ein selektiver katalytischer Reduktionskatalysator (SCR), ein Dieseloxidationskatalysator (DOC) und/oder ein Dreiwegekatalysator ist.
System nach Anspruch 8, wobei die Aufwärmphase als ein Zeitraum ab einem Start des Motors definiert ist, in dem der Katalysator eine vordefinierte Betriebseffizienz erreicht.
System nach Anspruch 8, wobei der aktuelle Status des Motors und des Nachbehandlungssystems auf einem Antriebszyklus des Motors, einer Last des Motors und/oder einem Alter des Katalysators basiert.
System nach Anspruch 8, wobei die Steuerung ferner so konfiguriert ist, dass sie als Reaktion auf die Diagnose der Fehlfunktion eine Korrekturmaßnahme ergreift, wobei die Korrekturmaßnahme das Einleiten einer Herunterregelung des Motors, das Benachrichtigen eines Bedieners über die Fehlfunktion und/oder das Aktivieren einer elektrischen Heizung in dem Nachbehandlungssystem umfasst.
System nach Anspruch 8, wobei die Katalysatoraufheizmetrik unter Verwendung der folgenden Formel berechnet wird: $\frac{\int_{0}^{t *} K * E O E * {\dot{m}}_{E x h} d t}{\int_{0}^{t *} {\dot{m}}_{E x h} * C_{p} * T_{E x h} d t}$
wobei t* ein Zeitraum, K eine physikalische Konstante, EOE eine durch den Motor erzeugte Emissionsmenge, ṁ_Exh eine Massenstromrate des durch den Motor erzeugten Abgases, C_p eine Konstante, die die Wärmekapazität des Abgases bei einem bestimmten Druck angibt und T_Exh eine Temperatur des in das Nachbehandlungssystem eintretenden Abgases ist.
Verfahren zum Ausgleichen von Emissionen eines Motors und Aufheizen eines Katalysators in einem Nachbehandlungssystem, wobei das Verfahren umfasst: während einer Aufwärmphase für den Motor, Bestimmen eines Wertes einer Katalysatoraufheizmetrik, der Auskunft über eine Menge an erzeugten Emissionen pro Einheit Abgasenergie angibt, basierend auf Informationen, die von dem Motor und dem Nachbehandlungssystem empfangen werden; und Steuern mindestens eines Turboladers, eines Kraftstoffeinspritzsystems oder eines Abgasrückführungssystems (AGR), um die Verbrennung innerhalb des Motors zu beeinflussen, um einen Sollwert der Katalysatoraufheizmetrik zu erreichen.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Katalysator ein selektiver katalytischer Reduktionskatalysator (SCR), ein Dieseloxidationskatalysator (DOC) und/oder ein Dreiwegekatalysator ist.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Aufwärmphase als ein Zeitraum ab einem Start des Motors definiert ist, in dem der Katalysator eine vordefinierte Betriebseffizienz erreicht, wobei die vordefinierte Betriebseffizienz auf einer Temperatur des Katalysators basiert.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Betriebseffizienz eine Emissionsumwandlungseffizienz für den Katalysator beinhaltet, die bei oder über einer vordefinierten Schwelle liegt.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Katalysatoraufheizmetrik unter Verwendung der folgenden Formel berechnet wird: $\frac{\int_{0}^{t *} K * E O E * {\dot{m}}_{E x h} d t}{\int_{0}^{t *} {\dot{m}}_{E x h} * C_{p} * T_{E x h} d t}$
wobei t* ein Zeitraum, K eine physikalische Konstante, EOE eine durch den Motor erzeugte Emissionsmenge, m_Exh eine Massenstromrate des durch den Motor erzeugten Abgases, C_p eine Konstante, die die Wärmekapazität des Abgases bei einem bestimmten Druck angibt und T_Exh eine Temperatur des in das Nachbehandlungssystem eintretenden Abgases ist.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei der Sollwert der Katalysatoraufheizmetrik auf einem minimal möglichen Wert zu einem Zeitpunkt während einer Aufwärmphase des Motors, einem minimal möglichen Wert über einen gesamten Zeitraum der Aufwärmphase und/oder dem Erreichen einer gewünschten Temperatur eines Katalysators im Nachbehandlungssystem basiert.
Verfahren nach Anspruch 14, ferner umfassend: Bestimmen eines Referenzwertes basierend auf Informationen über einen aktuellen Status des Motors und des Nachbehandlungssystems; Vergleichen der Katalysatoraufheizmetrikwert mit dem Referenzwert; und Diagnostizieren einer Fehlfunktion im Nachbehandlungssystem als Reaktion auf das Bestimmen, dass die Katalysatoraufheizmetrik den Referenzwert überschreitet.