DE112019007908T5

DE112019007908T5 - Systeme und Verfahren zur virtuellen Bestimmung der Schwefelkonzentration in Kraftstoffen

Info

Publication number: DE112019007908T5
Application number: DE112019007908.5T
Authority: DE
Inventors: Jinqian Gong; Durvesh Ramesh Pathak; Changsheng C. Su; Gautam Sharma; Yuanzhou Xi
Original assignee: Cummins Emission Solutions Inc
Current assignee: Cummins Emission Solutions Inc
Priority date: 2019-11-22
Filing date: 2019-11-22
Publication date: 2022-09-08
Also published as: CN113167161B; GB202207300D0; GB2613416B; GB2613416A; BR112022009933A2; CN113167161A; US11643957B2; WO2021101556A1; US20220412239A1

Abstract

Ein Steuermodul für ein Nachbehandlungssystem, das einen selektiven katalytischen Reduktionskatalysator (SCR-Katalysator) und einen Oxidationskatalysator einschließt, umfasst eine Steuerung, die dazu konfiguriert ist, operativ mit dem Nachbehandlungssystem gekoppelt zu werden. Die Steuerung ist dazu konfiguriert, eine tatsächliche SCR-katalytische Umwandlungseffizienz des SCR-Katalysators zu bestimmen. Die Steuerung bestimmt eine geschätzte SCR-katalytische Umwandlungseffizienz basierend auf einer Testschwefelkonzentration, die durch die Steuerung ausgewählt wird. Als Reaktion darauf, dass die geschätzte SCR-katalytische Umwandlungseffizienz innerhalb eines vordefinierten Bereichs liegt, stellt die Steuerung die Testschwefelkonzentration als eine bestimmte Schwefelkonzentration in einem Kraftstoff ein, der dem Motor bereitgestellt wird. Die Steuerung erzeugt ein Schwefelkonzentrationssignal, das den bestimmten Schwefel angibt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein Nachbehandlungssysteme zur Verwendung mit Verbrennungsmotoren (IC-Motoren).
HINTERGRUND
Abgasnachbehandlungssysteme werden dazu verwendet, Abgas, das durch Verbrennungsmotoren erzeugt wird, aufzunehmen und zu behandeln. Allgemein umfassen Abgasnachbehandlungssysteme eine beliebige Anzahl mehrerer unterschiedlicher Komponenten zum Reduzieren des Anteils an schädlichen Abgasemissionen in Abgas. Zum Beispiel umfassen bestimmte Abgasnachbehandlungssysteme für dieselbetriebene Verbrennungsmotoren einen Oxidationskatalysator zum Oxidieren von Kohlenmonoxid (CO) oder unverbrannten Kohlenwasserstoffen und können auch dazu verwendet werden, eine Temperatur des Abgases zum Regenerieren eines Filters, der dem Oxidationskatalysator nachgelagert angeordnet ist, zu erhöhen. Nachbehandlungssysteme können auch ein System zur selektiven katalytischen Reduktion (SCR) zum Zersetzen von Bestandteilen des Abgases, wie Stickoxide (NO_x-Gase), die im Abgas enthalten sind, einschließen. Der Kraftstoff, der von einigen Verbrennungsmotoren verbrannt wird, kann einen hohen Schwefelgehalt einschließen, der den Oxidationskatalysator und/oder den SCR-Katalysator beeinträchtigen kann. Die Bestimmung einer Menge der Schwefelkonzentration im Kraftstoff ist vorteilhaft für die Bestimmung der Sulfatierung des SCR-Katalysators (d. h. Absorption/Adsorption von Schwefel am SCR-Katalysator) und zur Planung von Regenerationsvorgängen.
KURZDARSTELLUNG
Die hierin beschriebenen Ausführungsformen beziehen sich allgemein auf Systeme und Verfahren zur virtuellen Bestimmung einer Schwefelkonzentration in einem Kraftstoff, der einem Motor bereitgestellt wird. Insbesondere beziehen sich die hierin beschriebenen Systeme und Verfahren auf Nachbehandlungssysteme, die eine Steuerung einschließen, die so konfiguriert ist, dass sie eine tatsächliche SCR-katalytische Umwandlungseffizienz (Conversion Efficiency, CE) eines SCR-Katalysators bestimmt, eine geschätzte SCR-katalytische CE basierend auf einer Testschwefelkonzentration bestimmt und die Testschwefelkonzentration als eine bestimmte Schwefelkonzentration im Kraftstoff einstellt, basierend darauf, wie gut die geschätzte SCR-katalytische CE mit der tatsächlichen SCR-katalytischen CE korreliert.
In einigen Ausführungsformen ist dies eine Steuerung für ein Nachbehandlungssystem, das dazu konfiguriert ist, Bestandteile eines von einem Motor erzeugten Abgases zu behandeln und einen selektiven katalytischen Reduktionskatalysator (SCR-Katalysator) sowie einen Oxidationskatalysator umfasst, wobei die Steuerung so konfiguriert ist, dass sie operativ mit dem Nachbehandlungssystem gekoppelt ist und zu Folgendem konfiguriert ist: zur Bestimmung einer tatsächlichen SCR-katalytischen Umwandlungseffizienz des SCR-Katalysators, zur Bestimmung einer geschätzten SCR-katalytischen Umwandlungseffizienz basierend auf einer Testschwefelkonzentration, die durch die Steuerung ausgewählt wird, als Reaktion darauf, dass die geschätzte SCR-katalytische Umwandlungseffizienz innerhalb eines vordefinierten Bereichs liegt, zum Einstellen der Testschwefelkonzentration als eine bestimmte Schwefelkonzentration in einem Kraftstoff, der dem Motor bereitgestellt wird, und zur Erzeugung eines Schwefelkonzentrationssignals, das die bestimmte Schwefelkonzentration im Kraftstoff angibt.
In einigen Ausführungsformen umfasst ein Nachbehandlungssystem Behandeln von Bestandteilen eines Abgases, das durch einen Motor erzeugt wird: einen Oxidationskatalysator; einen SCR-Katalysator, der dem Oxidationskatalysator nachgelagert angeordnet ist; und eine Steuerung, die zu Folgendem konfiguriert ist: Bestimmung einer tatsächlichen SCR-katalytischen Umwandlungseffizienz des SCR-Katalysators, Bestimmung einer geschätzten SCR-katalytischen Umwandlungseffizienz basierend auf einer Testschwefelkonzentration, die durch die Steuerung ausgewählt wird, als Reaktion darauf, dass die geschätzte SCR-katalytische Umwandlungseffizienz innerhalb eines vordefinierten Bereichs liegt, Einstellung der Testschwefelkonzentration als eine bestimmte Schwefelkonzentration in einem Kraftstoff, der dem Motor bereitgestellt wird, und Erzeugung eines Schwefelkonzentrationssignals, das die bestimmte Schwefelkonzentration im Kraftstoff angibt.
In einigen Ausführungsformen ist das Verfahren ein steuerungsbasiertes Verfahren zur Schätzung des Schwefelgehalts eines Kraftstoffes, der einem Motor bereitgestellt wird, welcher den Kraftstoff verbrennt und dann einem Nachbehandlungssystem zuführt, wobei das Verfahren umfasst: Bestimmung einer tatsächlichen SCR-katalytischen Umwandlungseffizienz des SCR-Katalysators durch die Steuerung; Bestimmung, durch die Steuerung, einer geschätzten SCR-katalytischen Umwandlungseffizienz basierend auf einer Testschwefelkonzentration, die durch die Steuerung ausgewählt wird; als Reaktion darauf, dass die geschätzte SCR-katalytische Umwandlungseffizienz innerhalb eines vordefinierten Bereichs liegt, Einstellung der Testschwefelkonzentration als eine bestimmte Schwefelkonzentration im Kraftstoff; und Erzeugung eines Schwefelkonzentrationssignals durch die Steuerung, das die bestimmte Schwefelkonzentration im Kraftstoff angibt.
Es sei klargestellt, dass alle Kombinationen der vorstehenden Konzepte und weiterer Konzepte, die nachfolgend eingehender erörtert werden (vorausgesetzt, dass diese Konzepte nicht gegenseitig unvereinbar sind), als Teil des hierin offenbarten Gegenstands gedacht sind. Insbesondere sind alle Kombinationen des beanspruchten Gegenstands, die am Ende dieser Offenbarung aufgeführt sind, als Teil des hierin offenbarten Gegenstands gedacht.
Figurenliste
Die vorstehenden und weiteren Merkmale der vorliegenden Offenbarung werden anhand der folgenden Beschreibung und beigefügten Ansprüche deutlicher, die in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen zu lesen sind. Unter der Voraussetzung, dass diese Zeichnungen nur einige Implementierungen gemäß der Offenbarung darstellen und daher nicht als ihren Schutzumfang einschränkend anzusehen sind, wird die Offenbarung mit zusätzlicher Genauigkeit und im Detail mittels der beiliegenden Zeichnungen beschrieben.

1 ist eine schematische Darstellung eines Nachbehandlungssystems gemäß einer Ausführungsform.
2 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Steuermoduls, das eine Steuerung des Nachbehandlungssystems von 1 einschließen kann, gemäß einer Ausführungsform.
3 ist ein schematisches Blockdiagramm eines kinetischen Parameterschätzmoduls, das in der Steuerung von 2 eingeschlossen ist, gemäß einer Ausführungsform.
4 ist ein schematisches Blockdiagramm verschiedener Untermodule eines 500 ppm-Schwefelfüllstoffmoduls, das im kinetischen Parameterschätzmodul von 3 eingeschlossen ist, gemäß einer Ausführungsform.
5 ist ein schematisches Blockdiagramm eines Diagnosemoduls, das in der Steuerung von 2 eingeschlossenen ist, gemäß einer Ausführungsform.
6A-6B sind schematische Flussdiagramme eines Verfahrens zur virtuellen Bestimmung einer Schwefelkonzentration in einem Kraftstoff, der einem Motor bereitgestellt wird, gemäß einer Ausführungsform.

In der gesamten folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen. In den Zeichnungen kennzeichnen ähnliche Symbole normalerweise ähnliche Komponenten, sofern der Kontext nichts anderes vorgibt. Die veranschaulichenden Ausführungen, die in der ausführlichen Beschreibung, in den Zeichnungen und Ansprüchen beschrieben sind, sind nicht einschränkend gedacht. Andere Ausführungen können genutzt werden, und es können andere Änderungen vorgenommen werden, ohne vom Grundgedanken oder Schutzumfang des hier vorgestellten Gegenstands abzuweichen. Es wird vorausgesetzt, dass die Gesichtspunkte der vorliegenden Offenbarung wie allgemein hier beschrieben und in den Zeichnungen veranschaulicht, in vielen verschiedenen Konfigurierungen angeordnet, ersetzt, kombiniert und konzipiert werden können, die alle ausdrücklich berücksichtigt und Teil dieser Offenbarung sind.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die hierin beschriebenen Ausführungsformen beziehen sich allgemein auf Systeme und Verfahren zur virtuellen Bestimmung einer Schwefelkonzentration in einem Kraftstoff, der einem Motor bereitgestellt wird. Insbesondere beziehen sich hierin beschriebene Systeme und Verfahren auf Nachbehandlungssysteme, die eine Steuerung einschließen, die konfiguriert ist, um eine tatsächliche SCR-katalytische Umwandlungseffizienz (CE) eines SCR-Katalysators zu bestimmen, eine geschätzte SCR-katalytische CE basierend auf einer Testschwefelkonzentration zu bestimmen und die Testschwefelkonzentration als Schwefelkonzentration im Kraftstoff einzustellen, basierend darauf, wie gut die geschätzte SCR-katalytische CE mit der tatsächlichen SCR-katalytischen CE korreliert.
Nachbehandlungssysteme können einen Oxidationskatalysator zum Zersetzen von CO oder Kohlenwasserstoffen einschließen, die in einem Abgas, das dadurch fließt, eingeschlossen sind. Nachbehandlungssysteme können auch einen SCR-Katalysator zum Zersetzen von NO_x-Gasen, die im Abgas eingeschlossen sind, einschließen. Herkömmliche Nachbehandlungssysteme werden mit der Erwartung ausgelegt, dass sie mit einem Kraftstoff (z. B. einem Dieselkraftstoff) betrieben werden, der eine niedrige Schwefelkonzentration aufweist, zum Beispiel eine Schwefelkonzentration von 15 ppm oder geringer. Es besteht jedoch die Möglichkeit, dass Kraftstoffe (z. B. Dieselkraftstoffe) mit einer höheren Konzentration an Schwefel verwendet werden können. Dies kann zu einer reversiblen Verschlechterung der Funktion des Oxidationskatalysators und des SCR-Katalysators führen, insbesondere aufgrund der Ansammlung von Schwefelspezies am Oxidationskatalysator und dem SCR-Katalysator. In einigen Fällen kann die Schwefelkonzentration im Kraftstoff größer als 1.500 ppm sein. Die Differenzierung zwischen verschiedenen Kraftstoffschwefelkonzentrationen ist vorteilhaft bei der Planung von Regenerationsereignissen, der Steuerung der Reduktionsmitteleinführung und/oder anderen Parametern des Nachbehandlungssystems. Schwefelsensoren zur Bestimmung von Kraftstoffschwefelkonzentrationen sind nicht ohne weiteres verfügbar, was es schwierig macht, die Kraftstoffschwefelkonzentration in einer unbekannten Kraftstoffprobe zu bestimmen.
Im Gegenteil, verschiedene Ausführungsformen der hierin beschriebenen Systeme und Verfahren können einen oder mehrere Vorteile bereitstellen, die beispielsweise Folgendes einschließen: (1) Ermöglichen einer virtuellen Bestimmung der Kraftstoffschwefelkonzentration ohne Verwendung eines physischen Sensors; (2) Schutz der Nachbehandlungsanlage vor Korrosion durch Deaktivieren der Reduktionsmitteleinführung basierend auf der Kraftstoffschwefelkonzentration; (3) Reduzieren sozialer Bedenken wegen der Deaktivierung einer statischen Regeneration des SCR-Katalysators, wenn ein Kraftstoff mit sehr hoher Schwefelkonzentration erkannt wird; und (4) Schutz des Nachbehandlungssystems vor beschleunigter hydrothermaler Alterung aufgrund von Schwefelvergiftung, wodurch die Lebensdauer des Nachbehandlungssystems erhöht wird.
1 ist eine schematische Darstellung eines Nachbehandlungssystems 100 gemäß einer Ausführungsform. Das Nachbehandlungssystem 100 ist dazu konfiguriert, ein Abgas von einem Motor 10 (z. B. einem Dieselmotor, einem Benzinmotor, einem Erdgasmotor, einem Doppelbrennstoffmotor, einer Biodieselmaschine, einem E-85 Motor oder einem anderen geeigneten Motor) aufzunehmen und Bestandteile des Abgases zu reduzieren, wie beispielsweise NO_x-Gase, CO, Kohlenwasserstoffe usw. In einigen Ausführungsformen kann der von dem Motor 10 verbrauchte Kraftstoff eine hohe Schwefelkonzentration (z. B. Dieselkraftstoff mit hohem Schwefelgehalt) aufweisen, zum Beispiel über 15 ppm, 50 ppm, 100 ppm, 500 ppm, 1.000 ppm, 1.500 ppm oder noch höher. Das Nachbehandlungssystem 100 kann einen Reduktionsmittelspeichertank 110, eine Reduktionsmitteleinführanordnung 120, ein Gehäuse 101, einen Oxidationskatalysator 130, einen Filter 140, einen SCR- Katalysator 150 und eine Steuerung 170 einschließen. In einigen Ausführungsformen kann das Nachbehandlungssystem 100 auch eine Kohlenwasserstoffeinführanordnung 132 und einen Ammoniakoxidationskatalysator (AMOx-Katalysator) 160 einschließen.
Das Gehäuse 101 umschließt ein inneres Volumen, innerhalb dessen der Oxidationskatalysator 130, der Filter 140, der SCR-Katalysator 150 und der AMOx-Katalysator 160 angeordnet sind. Das Gehäuse 101 kann aus einem starren, hitzebeständigen und korrosionsbeständigen Werkstoff, z. B. Edelstahl, Eisen, Aluminium, Metallen, Keramik oder einem anderen geeigneten Werkstoff gebildet sein. Das Gehäuse 101 kann einen beliebigen geeigneten Querschnitt aufweisen, zum Beispiel kreisförmig, quadratisch, rechteckig, oval, elliptisch, polygonal oder eine beliebige andere geeignete Form.
Eine Einlassleitung 102 ist an einen Einlass des Gehäuses 101 fluidisch gekoppelt und dazu gestaltet, Abgas von dem Motor 10 zu empfangen und das Abgas zu einem inneren Volumen, das durch das Gehäuse 101 definiert ist, zu leiten. Ferner kann eine Auslassleitung 104 an einen Auslass des Gehäuses 101 gekoppelt und dazu gestaltet sein, behandeltes Abgas in die Umgebung auszustoßen (z. B. behandelt, um Feinstaub, wie Ruß, durch den Filter 140 zu entfernen und/oder Bestandteile des Abgases, wie NO_x-Gase, CO, unverbrannte Kohlenwasserstoffe usw., die in dem Abgas enthalten sind, zu reduzieren).
Ein erster Sensor 103 kann in der Zuflussleitung 102 angeordnet sein. Der erste Sensor 103 kann einen NO_x-Sensor umfassen, der dazu konfiguriert ist, eine Menge an Eingangs-NO_x-Gasen zu messen, die in das Nachbehandlungssystem 100 einströmen, und kann einen physischen NO_x-Sensor oder einen virtuellen NO_x-Sensor einschließen. In verschiedenen Ausführungsformen können ein Temperatursensor, ein Drucksensor, ein Sauerstoffsensor oder ein beliebiger anderer Sensor auch in der Einlassleitung 102 positioniert sein, um so einen oder mehrere Betriebsparameter des Abgases, das durch das Nachbehandlungssystem 100 strömt, zu bestimmen.
Ein zweiter Sensor 105 kann in der Auslassleitung 104 angeordnet sein. Der zweite Sensor 105 kann einen zweiten NO_x-Sensor umfassen, der dazu konfiguriert ist, eine Menge an Ausgangs-NO_x-Gasen zu bestimmen, die aus dem Nachbehandlungssystem 100 ausgestoßen wird, nachdem sie durch den SCR-Katalysator 150 geströmt ist. In anderen Ausführungsformen kann der zweite Sensor 105 einen Feinstaubsensor umfassen, der dazu konfiguriert ist, eine Menge an Feinstaub (z. B. Ruß, der in dem Abgas eingeschlossen ist, das den Filter 140 verlässt) in dem Abgas, das in die Umgebung ausgestoßen wird, zu bestimmen. In noch anderen Ausführungsformen kann der zweite Sensor 105 einen Ammoniaksensor umfassen, der dazu konfiguriert ist, eine Ammoniakmenge in dem Abgas, das aus dem SCR-Katalysator 150 strömt, zu messen, d. h. den Ammoniakschlupf zu bestimmen. Dies kann als ein Maß zum Bestimmen einer katalytischen Effizienz des SCR-Katalysators 150, zur Einstellung einer Menge von Reduktionsmittel, das in den SCR-Katalysator 150 einzuführen ist, und/oder zur Einstellung einer Temperatur des SCR-Katalysators 150 verwendet werden, um es so dem SCR-Katalysator 150 zu ermöglichen, das Ammoniak effektiv für die katalytische Zersetzung der NO_x-Gasen zu verwenden, die im Abgas, das hindurchfließt, eingeschlossen sind. Der Ammoniakoxidationskatalysator (AMO_x-Katalysator) 160 kann dem SCR-Katalysator 150 nachgelagert positioniert sein, um so etwaiges nicht umgesetztes Ammoniak im Abgas dem SCR-Katalysator 150 nachgelagert zu zersetzen.
Der Oxidationskatalysator 130 ist der Einlassleitung 102 nachgelagert positioniert und fluidisch daran gekoppelt, um so das Abgas davon aufzunehmen. Der Oxidationskatalysator 130 kann dazu konfiguriert sein, unverbrannte Kohlenwasserstoffe und/oder CO, die in dem Abgas eingeschlossen sind, zu zersetzen. In bestimmten Ausführungsformen kann der Oxidationskatalysator 130 einen Dieseloxidationskatalysator umfassen. Ein Oxidationskatalysator-Einlasstemperatursensor 133 kann in der Nähe eines Eingangs des Oxidationskatalysators 130 positioniert und dazu konfiguriert sein, eine Oxidationskatalysator-Einlasstemperatur des Oxidationskatalysators 130 zu bestimmen. Ferner ist ein Oxidationskatalysator-Auslasstemperatursensor 135 in der Nähe eines Auslasses des Oxidationskatalysators 130 positioniert und dazu konfiguriert, eine Oxidationskatalysator-Auslasstemperatur zu bestimmen. Die Einlass- und Auslasstemperaturen des Oxidationskatalysators können verwendet werden (z. B. durch die Steuerung 170), um eine geschätzte Oxidationskatalysatorbett-Temperatur des Oxidationskatalysators 130 zu bestimmen. In einigen Ausführungsformen kann eine Oxidationskatalysatorheizung 134 an den Oxidationskatalysator 130 gekoppelt und dazu konfiguriert sein, den Oxidationskatalysator 130 selektiv auf eine vorbestimmte Temperatur zu erhitzen, zum Beispiel auf eine niedrige Regenerationstemperatur (z. B. in einem Bereich von 350 - 500 Grad Celsius) oder eine hohe Regenerationstemperatur (z. B. gleich oder höher als 550 Grad Celsius).
Der Filter 140 ist dem Oxidationskatalysator 130 nachgelagert angeordnet und dazu konfiguriert, Feinstaub (z. B. Ruß, Schmutz, anorganische Partikel usw.) aus dem Abgas zu entfernen. In verschiedenen Ausführungsformen kann der Filter 140 einen keramischen Filter einschließen. In einigen Ausführungsformen kann der Filter 140 einen Cordierit-Filter einschließen, der, zum Beispiel, ein asymmetrischer Filter sein kann. Bei noch anderen Ausführungsformen kann der Filter 140 katalysiert sein.
Ferner kann eine Kohlenwasserstoffeinführbaugruppe 132 an das Gehäuse 101 gekoppelt und dazu konfiguriert sein, Kohlenwasserstoffe selektiv auf dem Oxidationskatalysator 130 einzuführen. Der Oxidationskatalysator 130 ist so formuliert, dass er die Zündung der Kohlenwasserstoffe katalysiert, wenn der Oxidationskatalysator 130 auf eine hohe Regenerationstemperatur (z. B. 550 Grad Celsius oder höher) erwärmt wird. Die Regenerationstemperatur entspricht einer Abbrenn-Temperatur der Kohlenwasserstoffe, die in den Oxidationskatalysator 130 eingeführt werden können, um eine Temperatur des Abgases auf eine Entrußungstemperatur zu erhöhen, die ausreicht, um auf dem Filter 140 angesammelten Ruß abzubrennen, d. h. um den Filter 140 zu regenerieren.
Der SCR-Katalysator 150 ist so formuliert, dass er Bestandteile des Abgases, das hindurch strömt, bei Vorliegen eines Reduktionsmittels zersetzt, wie hierin beschrieben. In einigen Ausführungsformen kann der SCR-Katalysator 150 einen Filter zur selektiven katalytischen Reduktion (SCRF) einschließen. Es kann jeder beliebige geeignete SCR-Katalysator 150 verwendet werden, wie beispielsweise ein platin-, palladium-, rhodium-, cer-, eisen-, mangan-, kupfer-, vanadiumbasierter Katalysator, jeder beliebige andere geeignete Katalysator, oder eine Kombination davon. In einigen Ausführungsformen kann der SCR-Katalysator 150 einen Kupfer-Zeolith-Katalysator einschließen, der empfindlich gegenüber Schwefelvergiftung ist. Der SCR-Katalysator 150 kann auf einem geeigneten Substrat angeordnet sein, wie beispielsweise einem keramischen (z. B. Cordierit) oder metallischen (z. B. Kanthal) Monolithkern, der beispielsweise eine Wabenstruktur definieren kann. Ein Washcoat kann auch als ein Trägermaterial für den SCR-Katalysator 150 verwendet werden. Solche Washcoat-Materialien können beispielsweise Aluminiumoxid, Titandioxid, Siliziumdioxid, jedes andere geeignete Washcoat-Material oder eine Kombination davon, einschließen.
Das Abgas (z. B. Dieselabgas) kann so über und/oder um den SCR-Katalysator 150 herum strömen, dass alle im Abgas eingeschlossenen NO_x-Gase weiter reduziert werden, sodass ein Abgas entsteht, das im Wesentlichen frei von NO_x-Gasen ist. Ein SCR-Einlasstemperatursensor 153 kann in der Nähe eines Eingangs des SCR-Katalysator 150 positioniert und dazu konfiguriert sein, eine SCR-Einlasstemperatur des SCR-Katalysators 150 zu bestimmen. Darüber hinaus kann ein SCR-Auslasstemperatursensor 155 in der Nähe eines Auslasses des SCR-Katalysators 150 positioniert und dazu konfiguriert sein, eine SCR-Auslasstemperatur des SCR-Katalysators 150 zu bestimmen. Die SCR-Einlass- und Auslasstemperaturen können verwendet werden (z. B. durch die Steuerung 170), um eine geschätzte SCR-Katalysatorbett-Temperatur zu bestimmen. In einigen Ausführungsformen kann eine SCR-Katalysatorheizung 154 mit dem SCR-Katalysator 150 gekoppelt und dazu konfiguriert sein, den SCR-Katalysator 150 selektiv auf eine vorbestimmte Temperatur zu erhitzen, zum Beispiel auf eine Betriebstemperatur des SCR-Katalysators (z. B. höher 250 Grad Celsius), eine niedrige Regenerationstemperatur (z. B. in einem Bereich von 350 -500 Grad Celsius) oder eine hohe Regenerationstemperatur (z. B. gleich oder höher als 550 Grad Celsius).
Obwohl 1 nur den Oxidationskatalysator 130, den Filter 140, den SCR-Katalysator 150 und den AMO_x-Katalysator 160 innerhalb des Innenvolumens zeigt, das durch das Gehäuse 101 definiert ist, kann in anderen Ausführungsformen eine Vielzahl von Nachbehandlungskomponenten innerhalb des Innenvolumens, das durch das Gehäuse 101 definiert ist, zusätzlich zu dem Oxidationskatalysator 130, dem Filter 140, dem SCR-Katalysator 150 und dem AMO_x-Katalysator 160 positioniert sein. Solche Nachbehandlungskomponenten können beispielsweise Mischer, Prallplatten, sekundäre Filter (z. B. einen sekundären Nebenstrom- oder katalysierten Filter) oder eine beliebige andere geeignete Nachbehandlungskomponente umfassen.
Ein Reduktionsmittelanschluss 156 kann an einer Seitenwand des Gehäuses 101 positioniert und dazu gestaltet sein, eine Einführung eines Reduktionsmittels dadurch in das Innenvolumen, das durch das Gehäuse 101 definiert ist, zu ermöglichen. Der Reduktionsmittelanschluss 156 kann dem SCR-Katalysator 150 vorgelagert angeordnet sein (um z. B. zu gestatten, dass das Reduktionsmittel dem SCR-Katalysator 150 vorgelagert in das Abgas eingeleitet wird) oder über dem SCR-Katalysator 150 angeordnet sein (um z.B. zu gestatten, dass das Reduktionsmittel direkt in den SCR-Katalysator 150 eingeleitet wird). In anderen Ausführungsformen kann der Reduktionsmittelanschluss 156 an der Zuflussleitung 102 angeordnet und dazu konfiguriert sein, das Reduktionsmittel dem SCR-Katalysator 150 vorgelagert in die Zuflussleitung 102 einzuleiten. In solchen Ausführungsformen können Mischer, Prallplatten, Strömungsteiler oder andere Strukturen in der Einlassleitung 102 angeordnet sein, um das Mischen des Reduktionsmittels mit dem Abgas zu erleichtern.
Der Reduktionsmittelspeichertank 110 ist für die Speicherung eines Reduktionsmittels konfiguriert. Das Reduktionsmittel ist so formuliert, dass es die Zersetzung der Bestandteile des Abgases (z. B. im Abgas enthaltene NO_x-Gase) erleichtert. Es kann ein beliebiges, geeignetes Reduktionsmittel verwendet werden. Bei einigen Ausführungsformen umfasst das Abgas ein Dieselabgas, und das Reduktionsmittel umfasst ein Diesel-Abgasfluid. Das Diesel-Abgasfluid kann beispielsweise Harnstoff, eine wässrige Harnstofflösung oder jedes andere Fluid, das Ammoniak umfasst, Nebenprodukte oder beliebige andere Diesel-Abgasfluide umfassen, die aus dem Stand der Technik bekannt sind (z. B. das Diesel-Abgasfluid, das unter dem Namen ADBLUE^® vermarktet wird). Das Reduktionsmittel kann beispielsweise eine wässrige Harnstofflösung mit einem bestimmten Harnstoff-Wasser-Verhältnis umfassen. In besonderen Ausführungsformen kann Reduktionsmittel eine wässrige Harnstofflösung umfassen, die zu 32,5 Vol.-% Harnstoff und 67,5 Vol.-% entionisiertes Wasser, 40 Vol.- % Harnstoff und 60 Vol.-% entionisiertes Wasser oder ein beliebiges anderes geeignetes Verhältnis von Harnstoff zu entionisiertem Wasser einschließt.
Eine Reduktionsmitteleinführanordnung 120 ist fluidisch mit dem Reduktionsmittelspeichertank 110 verbunden. Die Reduktionsmitteleinführanordnung 120 ist so konfiguriert, dass sie das Reduktionsmittel selektiv in den SCR-Katalysator 150 oder vorgelagert davon (z. B. in die Zuflussleitung 102) oder in einen dem SCR-Katalysator 150 vorgelagerten Mischer (nicht dargestellt) einleitet. Die Reduktionsmitteleinführanordnung 120 kann verschiedene Strukturen umfassen, um eine Aufnahme des Reduktionsmittels aus dem Reduktionsmittelspeichertank 110 und Weiterleitung zu der SCR-Einheit 150 zu ermöglichen, beispielsweise Pumpen, Ventile, Siebe, Filter usw.
Das Nachbehandlungssystem 100 kann auch einen Reduktionsmitteleinspritzer umfassen, der an die Reduktionsmitteleinführanordnung 120 fluidisch gekoppelt und dazu konfiguriert ist, das Reduktionsmittel (z. B. einen kombinierten Fluss von Reduktionsmittel und Druckluft) in den SCR-Katalysator 150 einzuführen. Bei verschiedenen Ausführungsformen kann der Reduktionsmitteleinspritzer eine Düse mit einem vorbestimmten Durchmesser umfassen. In verschiedenen Ausführungsformen kann der Reduktionsmitteleinspritzer in dem Reduktionsmittelanschluss 156 positioniert und dazu gestaltet sein, dass ein Strom oder Strahl des Reduktionsmittels in das innere Volumen des Gehäuses 101 geleitet wird, um so das Reduktionsmittel zum SCR-Katalysator 150 zu leiten.
Die Steuerung 170 kann konfiguriert sein, kommunikationsmäßig mit dem ersten Sensor 103 gekoppelt zu sein und dazu konfiguriert sein, ein erstes Sensorsignal vom ersten Sensor 103 zu empfangen, um beispielsweise eine Menge an NO_x-Gasen zu bestimmen, die in dem Abgas eingeschlossen ist, das in das Nachbehandlungssystem 100 eintritt. Die Steuerung 170 kann auch konfiguriert sein, kommunikationsmäßig mit dem zweiten Sensor 105 gekoppelt zu sein und kann dazu konfiguriert sein, eine Konzentration von NO_x-Gasen oder Ammoniak zu bestimmen, die in dem Abgas eingeschlossen ist, das in die Umgebung ausgestoßen wird. Die Steuerung 170 kann auch dazu konfiguriert sein, mit dem Motor 10, den Einlass- und Auslass-Temperatursensoren 133 und 135 des Oxidationskatalysators gekoppelt zu werden, und konfiguriert, um Temperatursignale davon zu empfangen, um die geschätzte Oxidationskatalysatorbett-Temperatur zu bestimmen.
Zusätzlich kann die Steuerung 170 dazu konfiguriert sein, mit den SCR-Einlass- und Auslass-Temperatursensoren 153 und 155 gekoppelt zu werden, und dazu konfiguriert sein, Temperatursignale davon zu empfangen, um die geschätzte SCR-Katalysatorbett-Temperatur zu bestimmen. Die Steuerung 170 kann auch konfiguriert sein, mit der Oxidationskatalysatorheizung 134 und der SCR-Katalysatorheizung 154 gekoppelt zu sein und dazu konfiguriert sein, die Heizung 134 oder 154 selektiv zu aktivieren, um so den Oxidationskatalysator 130 und den SCR-Katalysator 150 auf eine vorbestimmte Temperatur zu erhitzen.
Die Steuerung 170 kann konfiguriert sein, betriebsmäßig mit der Reduktionsmitteleinführanordnung 120, der Kohlenwasserstoffeinführanordnung 132 und verschiedenen Komponenten des Nachbehandlungssystems 100 unter Verwendung eines beliebigen Typs und einer beliebigen Anzahl von drahtgebundenen oder drahtlosen Verbindungen gekoppelt sein. Zum Beispiel kann eine drahtgebundene Verbindung ein serielles Kabel, ein faseroptisches Kabel, ein CAT5-Kabel oder jegliche andere Form von verdrahteter Verbindung sein. Drahtlose Verbindungen können das Internet, Wi-Fi, Mobilfunk, Funk, Bluetooth, ZigBee usw. einschließen. In einer Ausführungsform stellt ein Controller-Area-Network-Bus (CAN-Bus) den Austausch von Signalen, Informationen und/oder Daten bereit. Der CAN-Bus schließt eine beliebige Anzahl von drahtgebundenen und drahtlosen Verbindungen ein.
In einigen Ausführungsformen ist die Steuerung 170 dazu konfiguriert, eine tatsächliche SCR-katalytische CE des SCR-Katalysators 150 zu bestimmen. Zum Beispiel kann die Steuerung 170 ein Einlass-NO_x-Mengensignal von dem ersten Sensor 103 und ein Auslass-NO_x-Mengensignal von dem zweiten Sensor 105 empfangen und die SCR-katalytische CE basierend auf der Einlass- und Auslass-NO_x-Menge bestimmen. Mit anderen Worten zeigt die Abnahme der NO_x-Gasmenge, nachdem das Abgas durch den SCR-Katalysator 150 strömt, die SCR-katalytische CE des SCR-Katalysators 150 an.
Die Steuerung 170 bestimmt eine geschätzte SCR-katalytische CE basierend auf einer Testschwefelkonzentration, die durch die Steuerung 170 ausgewählt wird, wie hierin ausführlicher beschrieben. Die Testschwefelkonzentration dient als Platzhalter für die tatsächliche Konzentration des Schwefels im Kraftstoff. Als Reaktion darauf, dass die geschätzte SCR-katalytische CE innerhalb eines vordefinierten Bereichs liegt (z. B. innerhalb von einschließlich + 10 %, ± 5 %, oder ± 1 %), setzt die Steuerung die Testschwefelkonzentration als eine bestimmte Schwefelkonzentration im Kraftstoff ein. In einigen Ausführungsformen kann der vordefinierte Bereich ein kalibrierbarer oder einstellbarer Wert sein. Die Steuerung 170 erzeugt ein Schwefelkonzentrationssignal, das die bestimmte Schwefelkonzentration im Kraftstoff angibt.
Ferner ist die Steuerung 170 dazu konfiguriert, eine Menge eines Reduktionsmittels zu bestimmen, das in das Nachbehandlungssystem 100 eingeführt wird. Zum Beispiel kann die Steuerung 170 dazu konfiguriert sein, ein Reduktionsmittelmengensignal von der Reduktionsmitteleinführanordnung 120 zu empfangen und die Menge an Reduktionsmittel zu bestimmen, die in das Nachbehandlungssystem 100 daraus eingeführt wird (z. B. Mol des Reduktionsmittels, das durch die Reduktionsmitteleinführanordnung 120 in das Abgas eingeführt wird).
Die Steuerung 170 ist dazu konfiguriert, ein geschätztes kumulatives Schwefelvergiftungsniveau des SCR-Katalysators 150 basierend auf der Menge des eingeführten Reduktionsmittels, einer Motokraftstoffzufuhr (d. h. einer in den Motor eingeführten Menge an Kraftstoff), einer Motordrehzahl des Motors 10, einer Testschwefelkonzentration, einer SCR-Katalysatorbett-Temperatur des SCR-Katalysators 150, einer SCR-Katalysator-Schwefelladekapazität und einer Oxidationskatalysatorbett-Temperatur des Oxidationskatalysators 130 zu bestimmen. Zum Beispiel kann die Steuerung 170 ein Drehzahlsignal von dem Motor 10 empfangen und die Motordrehzahl bestimmen. Die Steuerung 170 kann dazu konfiguriert sein, verschiedene Schätzmodelle, Algorithmen, Gleichungen oder Nachschlagetabellen einzuschließen, die verschiedenen Testschwefelkonzentrationen entsprechen. Die Testschwefelkonzentrationen können feste Testschwefelkonzentrationswerte einschließen, zum Beispiel 10 ppm bis 2.000 ppm, zum Beispiel feste Werte 10 ppm, 50 ppm, 100 ppm, 500 ppm, 1.000 ppm oder 2.000 ppm oder dynamische Werte innerhalb des Bereichs von 10 ppm bis 2.000 ppm.
Die Steuerung 170 kann eine erste Testschwefelkonzentration, zum Beispiel 500 ppm, als Platzhalter für die tatsächliche Kraftstoffschwefelkonzentration auswählen. Als Reaktion darauf, dass die geschätzte SCR-katalytische CE außerhalb des vordefinierten Bereichs liegt (z. B. außerhalb ± 10 % des tatsächlichen SCR-katalytischen CE), kann die Steuerung 170 eine zweite Testschwefelkonzentration (z. B. 1.000 ppm) auswählen, die sich von der ersten Testschwefelkonzentration unterscheidet. Die Steuerung 170 ist dazu konfiguriert, das geschätzte kumulative Schwefelvergiftungsniveau des SCR-Katalysators basierend auf einer zweiten Testschwefelkonzentration zu bestimmen und den Prozess weiter zu wiederholen, sofern die geschätzte SCR-katalytische CE innerhalb des vordefinierten Bereichs liegt.
Die Steuerung 170 kann dazu konfiguriert sein, die SCR-Katalysatorbett-Temperatur basierend auf einem SCR-Einlasstemperatursignal und einem SCR-Auslasstemperatursignal zu bestimmen, das von den SCR-Einlass- und Auslass-Temperatursensoren 153 und 155 empfangen wird, wie vorstehend hierin beschrieben. Die Steuerung 170 kann auch dazu konfiguriert sein, die SCR-Katalysatorbett-Temperatur basierend auf einem Oxidationskatalysator-Einlasstemperatursignal und einem Oxidationskatalysator-Auslasstemperatursignal zu bestimmen, die von den Oxidationskatalysator-Einlass und -Auslasstemperatursensoren 133 und 135 empfangen werden, wie vorstehend hierin beschrieben.
Das kumulative Schwefelvergiftungsniveau schließt die physische Vergiftung und die chemische Vergiftung des SCR-Katalysators 150 ein. Die physische Vergiftung des SCR-Katalysators erfolgt aufgrund von Ammoniumbisulfat-(ABS)-Bildung auf dem SCR-Katalysator aufgrund der Reaktion von Ammoniak, das aus dem in das Abgas eingeführten Reduktionsmittel freigesetzt wird, und SO_x-Gasen, die aufgrund des im Kraftstoff vorhandenen Schwefels im Abgas vorhanden sind. Physische Vergiftung führt zur Abnahme der SCR-katalytischen CE des SCR-Katalysators 150. Erhitzen des SCR-Katalysators auf eine Temperatur in einem Bereich von 350-500 Grad Celsius führt zur Zersetzung des akkumulierten ABS und Freisetzung von SO₂ entsprechend der ABS-Beladung.
Chemische Vergiftung tritt aufgrund der Bindung des SO_x an die aktiven katalytischen Ionen (z. B. Kupferionen) des SCR-Katalysators 150 auf. Erhitzen des SCR-Katalysators in einem Temperaturbereich von 500-950 Grad Celsius führt auch zur Freisetzung von SO₂ entsprechend der chemischen Vergiftung.
Die Steuerung 170 kann dazu konfiguriert sein, die geschätzte kumulative Vergiftung durch Bestimmung einer geschätzten physischen Vergiftung und chemischen Vergiftung des SCR-Katalysators 150 zu bestimmen. Zum Beispiel kann die Steuerung ein geschätztes Schwefelexpositionsniveau des SCR-Katalysators 150 basierend auf einer Betankungsmenge (d. h. einer Kraftstoffmenge, die in den Motor 10 eingeführt wird, basierend auf einem Kraftstoffsignal vom Motor 10), der Motordrehzahl und der Testschwefelkonzentration bestimmen. Die Steuerung 170 kann einen geschätzten Schwefelschlupf aus dem Oxidationskatalysator 130 und einer SO₂/SO₃-Fraktion basierend auf dem Schwefelexpositionsniveau, der Oxidationskatalysatorbett-Temperatur und einer Schwefelspeicherkapazität des Oxidationskatalysators 130 bestimmen. Die Schwefelspeicherkapazität des Oxidationskatalysators 130 kann basierend auf den physikalischen Eigenschaften des Oxidationskatalysators 130 vorbestimmt werden.
Die Steuerung 170 kann dazu konfiguriert sein, eine geschätzte ABS-Beladung des SCR-Katalysators 150 und ein erstes SO₂-Freisetzungsniveau aus dem SCR-Katalysator 150 zu bestimmen, das der ABS-Beladung basierend auf dem geschätzten Schwefelschlupf, der SO₂-/SO₃-Fraktion, der Menge an eingeführtem Reduktionsmittel und der SCR-Katalysatorbett-Temperatur entspricht. Darüber hinaus kann die Steuerung 170 auch konfiguriert sein, um eine geschätzte chemische Vergiftung des SCR-Katalysators 150 und ein zweites SO₂-Freisetzungsniveau aus dem SCR-Katalysator 150 zu bestimmen, das der chemischen Vergiftung basierend auf dem geschätzten Schwefelschlupf, der SO₂-/SO₃-Fraktion, der SCR-Katalysatorbett-Temperatur und einer SCR-Katalysator-Schwefelspeicherkapazität entspricht. Die Schwefelspeicherkapazität des SCR-Katalysators 150 kann basierend auf den physikalischen Eigenschaften des SCR-Katalysators 150 vorbestimmt werden. Die Steuerung 170 ist dazu konfiguriert, die geschätzte kumulative Vergiftung des SCR-Katalysators 150 basierend auf der ABS-Beladung, dem ersten SO₂-Freisetzungsniveau, der chemischen Vergiftung und dem zweiten SO₂-Freisetzungsniveau zu bestimmen.
Die Steuerung 170 ist dazu konfiguriert, die geschätzte SCR-katalytische CE des SCR-Katalysators 150 basierend auf mindestens dem kumulativen Schwefelvergiftungsniveau und der SCR-Katalysatorbett-Temperatur zu bestimmen. Die Steuerung 170 ist dazu konfiguriert, die geschätzte SCR-katalytische CE mit der tatsächlichen SCR-katalytischen CE zu vergleichen und die Testschwefelkonzentration als die bestimmte Schwefelkonzentration im Kraftstoff als Reaktion darauf, dass die geschätzte SCR-katalytische CE innerhalb des vordefinierten Bereichs liegt, einzustellen.
Als Reaktion darauf, dass die SCR-katalytische CE innerhalb des vordefinierten Bereichs liegt, ist die Steuerung 170 dazu konfiguriert, eine Differenz zwischen der geschätzten SCR-katalytischen CE und der tatsächlichen SCR-katalytischen CE zu bestimmen. In einigen Ausführungsformen kann die Steuerung 170 dazu konfiguriert sein, eine geschätzte Schwefelkonzentration im Kraftstoff basierend auf der Testschwefelkonzentration und der Differenz zu bestimmen und das Schwefelkonzentrationssignal zu erzeugen, das die geschätzte Schwefelkonzentration als Schwefelkonzentration im Kraftstoff angibt.
In einigen Ausführungsformen ist die Steuerung 170 ferner dazu konfiguriert, den SCR-Katalysator 150 auf eine Temperatur über einer Regenerationstemperatur des SCR-Katalysators (z. B. über 500 Grad Celsius) zu erhitzen, als Reaktion darauf, dass das kumulative Schwefelvergiftungsniveau über einem Schwefelvergiftungsschwellenwert liegt. In einigen Ausführungsformen kann die Steuerung 170 dazu konfiguriert sein, die Reduktionsmitteleinführanordnung 120 zu steuern (z. B. die Reduktionsmitteleinführanordnung zu aktivieren oder zu deaktivieren, um die Reduktionsmitteleinführung zu starten oder zu stoppen), oder die stationäre Regeneration des SCR-Katalysators 150 basierend auf der geschätzten Kraftstoffschwefelkonzentration (z. B. der Testschwefelkonzentration oder der geschätzten Schwefelkonzentration) zu aktivieren oder zu deaktivieren.
2 ist ein schematisches Blockdiagramm der Steuerung 170, die verschiedene Module und Untermodule zeigt, die in der Steuerung 170 eingeschlossen sein können, gemäß einer Ausführungsform. Die Steuerung 170 umfasst einen Prozessor 172, einen Speicher 174 oder ein beliebiges anderes computerlesbares Medium und eine Kommunikationsschnittstelle 190. Ferner schließt die Steuerung 170 ein Reduktionsmittelmengen-Bestimmungsmodul 175, ein kinetisches Parameterschätzungsmodul 176, ein Diagnosemodul 177, ein tatsächliches SCR-katalytisches CE-Bestimmungsmodul 178 und ein Regenerationssteuerungsmodul 179 ein. Jedes dieser Module kann weitere Module und Untermodule einschließen, wie hierin ausführlich beschrieben. Es versteht sich, dass die Steuerung 170 nur eine Ausführungsform der Steuerung 170 zeigt, und auch jede andere Steuerung verwendet werden kann, die in der Lage ist, die hierin beschriebenen Aufgaben auszuführen.
Der Prozessor 172 kann einen Mikroprozessor, einen speicherprogrammierbaren Steuerchip (PLC), einen ASIC-Chip oder einen anderen geeigneten Prozessor umfassen. Der Prozessor 172 kommuniziert mit dem Speicher 174 und ist dazu konfiguriert, Anweisungen, Algorithmen, Befehle oder sonstige im Speicher 174 abgelegte Programme auszuführen.
Der Speicher 174 umfasst alle hierin erörterten Speicher- und/oder Speicherplatzkomponenten. Zum Beispiel kann der Speicher 174 einen Arbeitsspeicher und/oder Cache des Prozessors 172 umfassen. Der Speicher 174 kann auch ein oder mehrere Speichervorrichtungen umfassen (z. B. Festplatten, Flash-Laufwerke, computerlesbare Medien usw.), welche entweder lokal oder entfernt von der Steuerung 170 angeordnet sind. Der Speicher 174 ist dazu konfiguriert, Nachschlagetabellen, Algorithmen oder Anweisungen zu speichern.
In einer Konfiguration sind das Reduktionsmittelmengen-Bestimmungsmodul 175, das kinetische Parameterschätzmodul 176, das Diagnosemodul 177, das tatsächliche SCR-katalytische CE-Bestimmungsmodul 178, das Regenerationssteuerungsmodul 179 und verschiedene Module und Untermodule davon als maschinen- oder computerlesbare Medien (z. B. im Speicher 174 gespeichert) ausgeführt, die von einem Prozessor, wie dem Prozessor 172, ausführbar sind. Wie hierin beschrieben und neben anderen Verwendungen ermöglichen die maschinenlesbaren Medien (z. B. der Speicher 174) die Durchführung bestimmter Vorgänge zum Empfangen und Senden von Daten. 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 einschließen, welche die Häufigkeit der Datenerfassung (oder Datenübertragung) definiert. Die computerlesbaren Medien können daher einen Code einschließen, der in jeder beliebigen Programmiersprache geschrieben sein kann, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, Java oder dergleichen, sowie in allen herkömmlichen prozeduralen Programmiersprachen wie C-Programmiersprachen oder ähnlichen Programmiersprachen. Der computerlesbare Programmcode kann auf einem Prozessor oder mehreren entfernten Prozessoren ausgeführt werden. In letzterem Szenario können die entfernten Prozessoren miteinander durch jede beliebige Art von Netzwerk (z. B. CAN-Bus usw.) verbunden sein.
In einer anderen Konfiguration sind das Reduktionsmittelmengen-Bestimmungsmodul 175, das kinetische Parameterschätzmodul 176, das Diagnosemodul 177, das tatsächliche SCR-katalytische CE-Bestimmungsmodul 178, das Regenerationssteuermodul 179 und verschiedene Module und Untermodule davon als Hardwareeinheiten, wie elektronische Steuereinheiten, ausgeführt. Als solches können das Reduktionsmittelmengen-Bestimmungsmodul 175, das kinetische Parameterschätzmodul 176, das Diagnosemodul 177, das tatsächliche SCR-katalytische CE-Bestimmungsmodul 178, das Regenerationssteuerungsmodul 179 und verschiedene Module und Untermodule davon als eine oder mehrere Schaltungskomponenten ausgeführt sein, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Verarbeitungsschaltlogik, Netzwerkschnittstellen, Peripherievorrichtungen, Eingabevorrichtungen, Ausgabevorrichtungen, Sensoren usw.
In einigen Ausführungsformen können das Reduktionsmittelmengen-Bestimmungsmodul 175, das kinetische Parameterschätzmodul 176, das Diagnosemodul 177, das tatsächliche SCR-katalytische CE-Bestimmungsmodul 178, das Regenerationssteuerungsmodul 179 und verschiedene Module und Untermodule davon die Form einer oder mehrerer analoger Schaltungen, elektronischer Schaltungen (z. B. integrierter Schaltungen (IC), diskreter Schaltungen, System-on-a-Chip-(SOC)-Schaltungen, Mikrocontroller usw.), Telekommunikationsschaltungen, Hybridschaltungen und jede andere Art von „Schaltung“ annehmen In dieser Hinsicht können das Reduktionsmittelmengen-Bestimmungsmodul 175, das kinetische Parameterschätzmodul 176, das Diagnosemodul 177, das tatsächliche SCR-katalytische CE-Bestimmungsmodul 178, das Regenerationssteuerungsmodul 179 und verschiedene Module und Untermodule davon jede Art von Komponente einschließen, um die Erreichung oder Erleichterung der Leistung der hierin beschriebenen Vorgänge durchzuführen. Zum Beispiel kann eine Schaltung, wie hierin beschrieben, einen oder mehrere Transistoren, Logikgatter (z. B. NAND, AND, NOR, OR, XOR, NOT, XNOR usw.), Widerstände, Multiplexer, Register, Kondensatoren, Induktivitäten, Dioden, Verdrahtung usw. einschließen.
Somit können das Reduktionsmittelmengen-Bestimmungsmodul 175, das kinetische Parameterschätzmodul 176, das Diagnosemodul 177, das tatsächliche SCR-katalytische CE-Bestimmungsmodul 178, das Regenerationssteuerungsmodul 179 und verschiedene Module und Untermodule davon auch programmierbare Hardwarevorrichtungen, wie feldprogrammierbare Gate-Arrays, programmierbare Array-Logiken, programmierbare Logikvorrichtungen oder dergleichen einschließen. In dieser Hinsicht können das Reduktionsmittelmengen-Bestimmungsmodul 175, das kinetische Parameterschätzmodul 176, das Diagnosemodul 177, das tatsächliche SCR-katalytischer CE-Bestimmungsmodul 178, das Regenerationssteuerungsmodul 179 und verschiedene Module und Untermodule davon eine oder mehrere Speichervorrichtungen zum Speichern von Anweisungen einschließen, die durch den/die Prozessor(en) des Reduktionsmittelmengen-Bestimmungsmoduls 175, des kinetischen Parameterschätzmoduls 176, des Diagnosemoduls 177, des tatsächlichen SCR-katalytischer CE-Bestimmungsmoduls 178, des Regenerationssteuermoduls 179 und verschiedener Module und Untermodule davon ausführbar sind. Die eine oder mehreren Speichervorrichtungen und der eine oder die mehreren Prozessoren können die gleiche Definition haben, wie sie unten in Bezug auf den Speicher 174 und den Prozessor 172 bereitgestellt ist.
In dem gezeigten Beispiel schließt die Steuerung 170 den Prozessor 172 und den Speicher 174 ein. Der Prozessor 172 und der Speicher 174 können so strukturiert oder konfiguriert sein, dass sie die hierin beschriebenen Anweisungen, Befehle und/oder Steuerungsprozesse in Bezug auf das Reduktionsmittelmengen-Bestimmungsmodul 175, das kinetische Parameterschätzungsmodul 176, das Diagnosemodul 177, das tatsächliche SCR-katalytische CE-Bestimmungsmodul 178, das Regenerationssteuermodul 179 und verschiedene Module und Untermodule davon ausführen oder implementieren. Somit stellt die dargestellte Konfiguration die vorstehend erwähnte Anordnung des Reduktionsmittelmengen-Bestimmungsmoduls 175, des kinetischen Parameterschätzmoduls 176, des Diagnosemoduls 177, des tatsächlichen SCR-katalytischen CE-Bestimmungsmoduls 178, des Regenerationssteuermoduls 179 und verschiedener Module und Untermodule davon dar, die als maschinen- oder computerlesbare Medien ausgeführt sind. Wie vorstehend erwähnt, soll diese Veranschaulichung jedoch nicht einschränkend sein, da die vorliegende Offenbarung andere Ausführungsformen, wie die vorstehend genannte Ausführungsform, vorsieht, wobei das Reduktionsmittelmengen-Bestimmungsmodul 175, das kinetische Parameterabschätzungsmodul 176, das Diagnosemodul 177, das tatsächliche SCR-katalytische CE-Bestimmungsmodul 178, das Regenerationssteuermodul 179 und verschiedene Module und Untermodule davon oder mindestens eine Schaltung des Reduktionsmittelmengen-Bestimmungsmoduls 175, des kinetischen Parameterschätzmoduls 176, des Diagnosemoduls 177, des tatsächlichen SCR-katalytischen CE-Bestimmungsmoduls 178, des Regenerationssteuermoduls 179 und verschiedener Module und Untermodule davon als eine Hardwareeinheit konfiguriert sind. Alle derartigen Kombinationen und Variationen sollen in den Umfang der vorliegenden Offenbarung fallen.
Der Prozessor 172 kann als einer oder mehrere Mehrzweck-Prozessoren, als anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), ein oder mehrere feldprogrammierbare Gate-Arrays (FPGAs), digitaler Signalprozessor (DSP), Gruppe von Prozessorkomponenten oder andere geeignete elektronische Verarbeitungskomponenten implementiert sein. In einigen Ausführungsformen können der eine oder die mehreren Prozessor(en) von mehreren Schaltungen gemeinsam genutzt werden (z.B. dem Reduktionsmittelmengen-Bestimmungsmodul 175, dem kinetischen Parameterschätzmodul 176, dem Diagnosemodul 177, dem tatsächlichen SCR-katalytischen CE-Bestimmungsmodul 178, dem Regenerationssteuerungsmodul 179 und verschiedenen Modulen und Untermodulen davon können den gleichen Prozessor umfassen oder anderweitig teilen, der in einigen beispielhaften Ausführungsformen Anweisungen ausführen kann, die über verschiedene Speicherbereiche gespeichert werden können oder auf die anderweitig zugegriffen wird). Alternativ oder zusätzlich können der eine oder die mehreren Prozessoren so gestaltet sein, dass sie bestimmte Vorgänge unabhängig von einem oder mehreren Co-Prozessoren durchführen oder auf andere Weise ausführen. In anderen Ausführungsbeispielen können zwei oder mehr Prozessoren über einen Bus gekoppelt sein, um eine unabhängige, parallele, Pipeline- oder Multithread-Befehlsausführung zu ermöglichen. Alle derartigen Variationen sollen in den Umfang der vorliegenden Offenbarung fallen. Der Speicher 174 (z. B. RAM, ROM, Flash-Memory, Festplattenspeicher usw.) kann Daten und/oder Computercode zum Ermöglichen der verschiedenen hier beschriebenen Prozesse speichern. Der Speicher 174 kann mit dem Prozessor 172 kommunikativ verbunden sein, um dem Prozessor 172 einen Computercode oder Anweisungen bereitzustellen, um mindestens einige der hierin beschriebenen Prozesse auszuführen. Darüber hinaus kann der Speicher 174 ein gegenständlicher, nicht transienter flüchtiger Speicher oder nicht flüchtiger Speicher sein oder diese einschließen. Demgemäß kann der Speicher 174 Datenbankkomponenten, Objektcodekomponenten, Skriptkomponenten oder einen beliebigen anderen Typ von Informationsstruktur zum Unterstützen der verschiedenen Aktivitäten und Informationsstrukturen, die hier beschrieben sind, einschließen.
Die Kommunikationsschnittstelle 190 kann drahtlose Schnittstellen (z. B. Buchsen, Antennen, Sender, Empfänger, Kommunikationsschnittstellen, drahtgebundene Endgeräte usw.) zum Durchführen von Datenkommunikationen mit verschiedenen Systemen, Vorrichtungen oder Netzwerken einschließen. Zum Beispiel kann die Kommunikationsschnittstelle 190 eine Ethernet-Karte und einen Ethernet-Anschluss zum Senden und Empfangen von Daten über ein Ethernet-basiertes Kommunikationsnetzwerk und/oder eine WLAN-Kommunikationsschnittstelle zum Kommunizieren mit dem ersten Sensor 103, dem zweiten Sensor 105, dem Motor 10, den Temperatursensoren 133 und 153, dem Drucksensor 142 oder den Heizungen 134 und 154, der Reduktionsmitteleinführanordnung 120 und der Kohlenwasserstoffeinführanordnung 132, einschließen. Die Kommunikationsschnittstelle 190 kann dazu gestaltet sein, um über Local-Area-Networks oder Wide-Area-Networks (z. B. das Internet usw.) zu kommunizieren, und kann eine Vielzahl von Kommunikationsprotokollen (z. B. IP, LON, Bluetooth, ZigBee, Funk, Mobilfunk, Nahfeldkommunikation usw.) verwenden.
Das Reduktionsmittelmengen-Bestimmungsmodul 175 ist dazu konfiguriert, eine Reduktionsmittelmenge zu bestimmen, die in das Nachbehandlungssystem 100 eingeführt wird. Zum Beispiel kann das Reduktionsmittelmengen-Bestimmungsmodul 175 Reduktionsmitteleinführsignale von der Reduktionsmitteleinführanordnung 120 empfangen und die Menge an Reduktionsmittel, die in das Nachbehandlungssystem 100 eingeführt wird (z. B. in Mol oder Reduktionsmittel), bestimmen.
Das tatsächliche SCR-katalytische CE-Bestimmungsmodul 178 ist dazu konfiguriert, die tatsächliche SCR-katalytische CE des SCR-Katalysators 150 zu bestimmen. Zum Beispiel kann das tatsächlicher SCR-katalytischer CE-Bestimmungsmodul 178 das Einlass-NO_x-Mengensignal vom ersten Sensor 103 und das Auslass-NO_x-Mengensignal vom zweiten Sensor 105 empfangen und die tatsächliche SCR-katalytische CE des SCR-Katalysators 150 daraus bestimmen.
Das kinetische Parameterschätzmodul 176 ist dazu konfiguriert, ein geschätztes kumulatives Schwefelvergiftungsniveau des SCR-Katalysators 150 basierend auf der Menge des eingeführten Reduktionsmittels, der Motorkraftstoffzufuhr, der Motordrehzahl des Motors 10, der Testschwefelkonzentration, der SCR-Katalysatorbett-Temperatur des SCR-Katalysators 150, einer Schwefelladekapazität des SCR-Katalysators und einer Oxidationskatalysatorbett-Temperatur des Oxidationskatalysators 130 zu bestimmen.
3 zeigt verschiedene Schwefelniveaumodule 280, die jeweils einer spezifischen Testschwefelkonzentration entsprechen, und im kinetischen Parameterschätzmodul 176 enthalten sein können. Zum Beispiel schließt das kinetische Parameterschätzmodul 176, ein 500 ppm-Schwefelniveaumodul 280a, ein 10 ppm-Schwefelniveaumodul 280b, ein 50 ppm-Schwefelniveaumodule 280c, ein 1.000 ppm-Schwefelniveaumodul 280d und ein 2.000 ppm-Schwefelniveaumodul 280e ein. Jedes der Schwefelniveaumodule 280 kann ähnliche Module aufweisen, sind jedoch zur Bestimmung des geschätzten kumulativen Schwefelvergiftungsniveaus basierend auf einer Testschwefelkonzentration, die für dieses Schwefelniveaumodule 280 spezifisch ist, bestimmt. Es versteht sich, dass, obwohl 3 fünf Schwefelniveaumodule 280 zeigt, das kinetische Parameterschätzungsmodul 176 eine beliebige Anzahl von Schwefelniveaumodulen einschließen kann, die jeweils für eine spezifische Testschwefelkonzentration bestimmt sind. Das kinetische Parameterschätzmodul 176 kann dazu konfiguriert sein, ein spezifisches Schwefelniveaumodul 280 auszuwählen, das einer spezifischen Testschwefelkonzentration entspricht, die als Platzhalter für die Kraftstoffschwefelkonzentration in diesem konkreten Durchlauf dient.
Zum Beispiel zeigt 4 ein schematisches Blockdiagramm des 500 ppm-Schwefelniveaumoduls 280a, das die verschiedenen darin enthaltenen Untermodule zeigt. Es versteht sich, dass jedes der Schwefelniveaumodule 280 ähnliche Untermodule zu den Untermodulen einschließen kann, die im 500 ppm-Schwefelniveaumodul enthalten sind. Das 500 ppm Schwefelniveaumodul 280a schließt ein Schwefelexpositionsschätzuntermodul 282a ein, das dazu konfiguriert ist, ein geschätztes Schwefelexpositionsniveau des SCR-Katalysators 150 basierend auf der Betankungsmenge, der Motordrehzahl und der Testschwefelkonzentration zu bestimmen.
Zum Beispiel kann das Schwefelexpositionsschätzuntermodul 282a eine Betankungsmenge und ein Motordrehzahlsignal vom Motor 10 empfangen, 500 ppm als die Testschwefelkonzentration auswählen und das Schwefelexpositionsniveau (d. h. eine Menge an SO_x-Gasen in dem Abgas, das in das Nachbehandlungssystem 100 eintritt) des SCR-Katalysators 150 bestimmen.
Das 500 ppm Schwefelniveaumodul 280a schließt auch ein Oxidationskatalysator-Sulfatierungsuntermodul 283a ein, das dazu konfiguriert ist, einen geschätzten Schwefelschlupf aus dem Oxidationskatalysator 130 und eine SO₂/SO₃ -Fraktion im Abgas basierend auf dem Schwefelexpositionsniveau, der Oxidationskatalysatorbett-Temperatur und einer Schwefelspeicherkapazität des Oxidationskatalysators 130 zu bestimmen. In einigen Ausführungsformen ist das Oxidationskatalysator-Sulfatierungsuntermodul 283a auch dazu konfiguriert, eine Schwefelbeladung auf dem Oxidationskatalysator 130 zu bestimmen und ein Schwefelladesignal für den Oxidationskatalysator zu erzeugen.
Das 500 ppm-Schwefelniveaumodul 280a schließt auch ein physisches Vergiftungsschätzuntermodul 284a des SCR ein, das konfiguriert ist, um eine geschätzte ABS-Beladung des SCR-Katalysators 150 und ein erstes SO₂-Freisetzungsniveau aus dem SCR-Katalysator 150, das der ABS-Beladung basierend auf dem geschätzten Schwefelschlupf, der SO₂/SO₃-Fraktion, der Menge an eingeführtem Reduktionsmittel und der SCR-Katalysatorbett-Temperatur entspricht, zu bestimmen.
Das 500 ppm Schwefelniveaumodul 280a schließt auch ein chemisches Vergiftungsschätzuntermodul 285a des SCR-Katalysators ein, das konfiguriert ist, um ein geschätztes chemisches Vergiftungsniveau des SCR-Katalysators 150 und ein zweites SO₂-Freisetzungsniveau aus dem SCR-Katalysator 150, das dem chemischen Vergiftungsniveau entspricht, basierend auf dem geschätzten Schwefelschlupf, zu bestimmen, der SO₂/SO₃-Fraktion, der SCR-Katalysatorbett-Temperatur und der SCR-Katalysator-Schwefelspeicherkapazität entspricht.
Darüber hinaus schließt das 500 ppm Schwefelniveaumodul 280a ein Untermodul 286a für kumulative Vergiftungsbestimmung ein, das dazu konfiguriert ist, das geschätzte kumulative Schwefelvergiftungsniveau des SCR-Katalysators 150 basierend auf der ABS-Beladung zu bestimmen, dem ersten SO₂-Freisetzungsniveau, dem chemischen Vergiftungsniveau und dem zweiten SO₂-Freisetzungsniveau zu bestimmen, und ein kumulatives Schwefelvergiftungsniveausignal zu erzeugen.
Unter erneuter Bezugnahme auf 2 ist das Diagnosemodul 177 dazu konfiguriert, die geschätzte SCR-katalytische Umwandlungseffizienz des SCR-Katalysators 150 basierend auf mindestens dem kumulativen Schwefelvergiftungsniveau und der SCR-Katalysatorbett-Temperatur zu bestimmen. In einigen Ausführungsformen kann das Diagnosemodul 177 dazu konfiguriert sein, die geschätzte SCR-katalytische Umwandlungseffizienz basierend auch auf einem Screening-Freigabesignal zu bestimmen. Zum Beispiel kann das Screening-Freigabesignal durch das tatsächliche SCR-katalytische CE-Bestimmungsmodul 178 als Reaktion auf das Bestimmen einer Abnahme der SCR-katalytischen CE erzeugt werden, die höher als ein Ratenabnahmeschwellenwert ist. Der Ratenabnahmeschwellenwert kann der Abnahme der SCR-katalytischen CE entsprechen, die aufgrund des normalen Betriebs nicht auf eine erwartete Abnahme der SCR-katalytischen CE zurückzuführen ist, und kann nur auf die Sulfatierung des SCR-Katalysators 150 zurückzuführen sein, aufgrund der Anwesenheit von Schwefel in dem von dem Motor 10 verbrauchten Kraftstoff. Das Screening-Freigabesignal kann das Diagnosemodul 177 zum Schätzen der Schwefelkonzentration im Kraftstoff aktivieren.
Das Diagnosemodul 177 kann auch eine Vielzahl von Untermodulen einschließen. Zum Beispiel ist 5 ein schematisches Blockdiagramm des Diagnosemoduls 177 gemäß einer Ausführungsform. Das Diagnosemodul 177 kann ein SCR-katalytisches CE-Schätzuntermodul 177a einschließen, das dazu konfiguriert ist, die geschätzte SCR-katalytische CE basierend auf dem geschätzten kumulativen Schwefelvergiftungsniveau und der SCR-Katalysatorbett-Temperatur zu bestimmen. Das Diagnosemodul 177 kann auch ein Vergleichsuntermodul 177b einschließen, das konfiguriert ist, um die geschätzte SCR-katalytische CE mit der tatsächlichen SCR-katalytischen CE zu vergleichen.
Als Reaktion auf die Bestimmung, dass die geschätzte SCR-katalytische CE innerhalb eines vordefinierten Bereichs liegt, stellt das Vergleichsuntermodul177b die Testschwefelkonzentration (z. B. 500 ppm) als eine bestimmte Schwefelkonzentration im Kraftstoff ein und erzeugt das Schwefelkonzentrationssignal. In einigen Ausführungsformen kann das Vergleichsuntermodul 177b als Reaktion darauf, dass die geschätzte SCR-katalytische CE innerhalb des vordefinierten Bereichs liegt, eine Differenz zwischen der geschätzten SCR-katalytischen CE und der tatsächlichen SCR-katalytischen CE bestimmen. Das Vergleichsuntermodul 177b kann dazu konfiguriert sein, eine geschätzte Schwefelkonzentration im Kraftstoff basierend auf der Testschwefelkonzentration und der Differenz (z. B. über Gleichungen, Algorithmen oder Nachschlagetabellen) zu bestimmen und ein zweites Schwefelkonzentrationssignal zu erzeugen, das die geschätzte Schwefelkonzentration als Schwefelkonzentration im Kraftstoff angibt.
In einigen Ausführungsformen kann die Testschwefelkonzentration eine erste Testschwefelkonzentration sein (z. B. 500 ppm, die dem Schwefelniveaumodul 280a entspricht). In solchen Ausführungsformen kann als Reaktion darauf, dass die geschätzte SCR-katalytische CE sich außerhalb des vordefinierten Bereichs befindet, das Vergleichsuntermodul dazu konfiguriert sein, das kinetische Parameterschätzmodul 176 anzuweisen, das geschätzte kumulative Schwefelvergiftungsniveau des SCR-Katalysators 150 basierend auf einer zweiten Testschwefelkonzentration, die sich von der ersten Testschwefelkonzentration (z. B. 1.000 ppm, die dem 1.000 ppm Schwefelniveaumodul 280d entsprechen) unterscheidet, zu bestimmen. Somit dient die zweite Schwefelkonzentration nun als Platzhalter für die Kraftstoffschwefelkonzentration im zweiten Durchlauf.
Das Regenerationssteuerungsmodul 179 kann dazu konfiguriert sein, den SCR-Katalysator 150 als Reaktion darauf, dass das kumulative Schwefelvergiftungsniveau über einem Schwefelvergiftungsschwellenwert liegt, auf eine Temperatur oberhalb einer Regenerationstemperatur des SCR-Katalysators 150 zu erhitzen. Die Regeneration erleichtert die Desorption des absorbierten oder chemisorbierten Schwefels aus dem SCR-Katalysator 150 und kann die Zersetzung von Ruß oder Feststoffen, die sich auf dem SCR-Katalysator 150 ansammeln, erleichtern.
6A-6B sind ein schematisches Flussdiagramm eines steuerungsbasierten Verfahrens 300 zur virtuellen Bestimmung einer Konzentration von Schwefel in einem Kraftstoff, der dem Motor 10 bereitgestellt wird, an den das Nachbehandlungssystem 100 gekoppelt ist, gemäß einer Ausführungsform. Während die Vorgänge des Verfahrens 300 in Bezug auf die Steuerung 170 und das Nachbehandlungssystem 100 beschrieben werden, versteht es sich, dass die Vorgänge des Verfahrens 300 in jeder Steuerung 170 implementiert sein können, die in einem beliebigen Nachbehandlungssystem 100 eingeschlossen ist, um die Kraftstoffschwefelkonzentration eines Kraftstoffs zu bestimmen, der einem Motor 10 bereitgestellt wird.
Bei 302 bestimmt die Steuerung 170 eine tatsächliche SCR-katalytische CE des SCR-Katalysators 150. Zum Beispiel kann die Steuerung 170 ein Einlass-NO_x-Mengensignal von dem ersten Sensor 103 und ein Auslass-NO_x-Mengensignal von dem zweiten Sensor 105 empfangen und die SCR-katalytische CE basierend auf der Einlass- und Auslass-NO_x-Menge bestimmen.
Bei 304 bestimmt die Steuerung 170 eine Menge an Reduktionsmittel, die in das Nachbehandlungssystem 100 eingeführt wurde, beispielsweise basierend auf einem Signal, das von der Reduktionsmitteleinführanordnung 120 empfangen wird.
Bei 306 wählt die Steuerung 170 eine Testschwefelkonzentration, zum Beispiel eine erste Testschwefelkonzentration, aus. Zum Beispiel wählt das kinetische Parameterschätzmodul 176 der Steuerung 170 das 500 ppm-Schwefelniveaumodul 280a und dadurch 500 ppm als erste Testschwefelkonzentration aus.
Das Verfahren schließt die Bestimmung einer geschätzten SCR-katalytischen CE des SCR-Katalysators 150 basierend auf der Testschwefelkonzentration ein. Zum Beispiel bestimmt die Steuerung 170 bei 308 ein geschätztes Schwefelexpositionsniveau des SCR-Katalysators 150 basierend auf einer Motordrehzahl, einer Kraftstoffmenge und einer Testschwefelkonzentration.
Bei 310 bestimmt die Steuerung 170 einen geschätzten Schwefelschlupf aus dem Oxidationskatalysator 130 und einer SO₂/SO₃-Fraktion basierend auf dem Schwefelexpositionsniveau, der Oxidationskatalysatorbett-Temperatur und einer Schwefelspeicherkapazität des Oxidationskatalysators 130. Die Schwefelspeicherkapazität des Oxidationskatalysators 130 kann basierend auf den physikalischen Eigenschaften des Oxidationskatalysators 130 vorbestimmt werden.
Bei 312 bestimmt die Steuerung 170 eine geschätzte ABS-Beladung des SCR-Katalysators 150 und ein erstes SO₂-Freisetzungsniveau aus dem SCR-Katalysator 150, das einer ABS-Beladung des SCR-Katalysators 150 basierend auf dem geschätzten Schwefelschlupf, der SO₂/SO₃-Fraktion, der Menge an eingeführtem Reduktionsmittel und der SCR-Katalysatorbett-Temperatur entspricht.
Bei 314 bestimmt die Steuerung 170 eine geschätzte chemische Vergiftung des SCR-Katalysators 150 und ein zweites SO₂-Freisetzungsniveau vom SCR-Katalysator 150, das der chemischen Vergiftung, basierend auf dem geschätzten Schwefelschlupf, der SO₂/SO₃-Fraktion, der SCR-Katalysatorbett-Temperatur und einer SCR-Katalysator-Schwefelspeicherkapazität entspricht.
Bei 316 bestimmt die Steuerung 170 ein geschätztes kumulatives Schwefelvergiftungsniveau des SCR-Katalysators 150 basierend auf der ABS-Beladung, der chemischen Vergiftung, dem ersten SO₂-Freisetzungsniveau und dem zweiten SO₂-Freisetzungsniveau.
Bei 318 bestimmt die Steuerung 170 die geschätzte SCR-katalytische CE des SCR-Katalysators 150 basierend auf mindestens dem kumulativen Schwefelvergiftungsniveau und der SCR-Katalysatorbett-Temperatur.
Bei 320 bestimmt die Steuerung 170, ob sich die geschätzte SCR-katalytischen CE innerhalb eines vordefinierten Bereichs befindet. Als Reaktion darauf, dass die geschätzte SCR-katalytischen CE innerhalb des vordefinierten Bereichs liegt (z. B ± 10 %, ± 5 %, oder + 1 %, einschließlich der tatsächlichen SCR-katalytischen CE) (320:JA), stellt die Steuerung 170 die erste Testschwefelkonzentration als eine bestimmte Kraftstoffschwefelkonzentration ein und erzeugt ein Schwefelkonzentrationssignal, das die bestimmte Schwefelkonzentration im Kraftstoff bei 322 angibt.
Wenn die Steuerung 170 jedoch bestimmt, dass die geschätzte SCR-katalytische CE außerhalb des vordefinierten Bereichs (320:NEIN) liegt, wählt die Steuerung 170 bei 324 eine zweite Testschwefelkonzentration aus, die sich von der ersten Testschwefelkonzentration unterscheidet. Das Verfahren kehrt dann zu Vorgang 308 zurück. In einigen Ausführungsformen kann das Verfahren 300 auch als Reaktion darauf, dass die tatsächliche SCR-katalytische Umwandlungseffizienz geringer als ein SCR-katalytischer Umwandlungseffizienzschwellenwert ist, einschließen, das Erhitzen des SCR-Katalysators 150 durch die Steuerung 170 auf eine Temperatur über einer Regenerationstemperatur des SCR-Katalysators 150 zu bewirken.
Es gilt zu beachten, dass der Begriff „Beispiel“, wie hierin zur Beschreibung verschiedener Ausführungsformen verwendet, angeben soll, dass solche Ausführungsformen mögliche Beispiele, Veranschaulichungen und/oder Abbildungen möglicher Ausführungsformen sind (und dass ein solcher Begriff nicht notwendigerweise darauf schließen lassen soll, dass solche Ausführungsformen außergewöhnliche oder hervorragende Beispiele sind).
Wie hierin verwendet, bedeutet der Begriff „ungefähr“ im Allgemeinen plus oder minus 10 % des angegebenen Werts. Beispielsweise würde „etwa 0,5“ die Werte 0,45 und 0,55 einschließen, „etwa 10“ würde 9 bis 11 einschließen, „etwa 1000“ würde 900 bis 1100 einschließen.
Der hierin verwendete Begriff „gekoppelt“ und dergleichen bedeutet die direkte oder indirekte Verbindung von zwei Elementen miteinander. Dieses Verbinden kann stationär (z. B. permanent) oder beweglich (z. B. abnehmbar oder lösbar) geschehen. Eine solche Verbindung kann dadurch erreicht werden, dass die beiden Elemente, oder die beiden Elemente und beliebige weitere Zwischenelemente, einstückig als ein einheitlicher Körper miteinander ausgebildet werden, oder dadurch, dass die beiden Elemente, oder die beiden Elemente und beliebige weitere Zwischenelemente, aneinander befestigt werden.
Es sei darauf hingewiesen, dass der Aufbau und die Anordnung der verschiedenen, beispielhaften Ausführungsformen lediglich der Veranschaulichung dienen. Obwohl nur einige Ausführungsformen in dieser Offenbarung ausführlich beschrieben wurden, erkennt der Fachmann beim Lesen dieser Offenbarung unschwer, dass viele Modifikationen möglich sind (z. B. Variationen in Größen, Abmessungen, Strukturen, Formen und Proportionen der verschiedenen Elemente; Werte von Parametern, Montageanordnungen; Verwendung von Materialien, Farben, Ausrichtungen usw.), ohne wesentlich von den neuen Lehren und Vorteilen des offenbarten Gegenstands abzuweichen. Zusätzlich versteht es sich, dass Merkmale aus einer hierin offenbarten Ausführungsform mit Merkmalen von anderen hierin offenbarten Ausführungsformen kombiniert werden können, wie es einem Fachmann bekannt ist. Weitere Ersetzungen, Modifikationen, Änderungen und Auslassungen können ebenfalls an der Konstruktion, den Betriebsbedingungen und der Anordnung der verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen vorgenommen werden, ohne vom Umfang der vorliegenden Ausführungsformen abzuweichen.
Obgleich diese Beschreibung viele spezielle Ausführungseinzelheiten enthält, sollten diese nicht als Einschränkung des Umfangs der Ausführungsformen oder der Ansprüche gedacht sein, sondern vielmehr als Beschreibungen von Merkmalen, die für bestimmte Ausführungen von bestimmten Ausführungsformen spezifisch sind. Bestimmte, in dieser Patentschrift im Kontext separater Ausführungen beschriebene Merkmale können auch in Kombination in einer einzigen Ausführung umgesetzt werden. Im Gegensatz dazu können verschiedene, im Kontext einer einzigen Ausführung beschriebene Merkmale auch in mehreren Ausführungen separat oder in einer beliebigen, geeigneten Unterkombination umgesetzt werden. Obwohl Merkmale vorstehend so beschrieben sein können, dass sie in bestimmten Kombinationen wirksam sind und auch anfänglich als solche beansprucht sein können, können zudem ein oder mehrere Merkmale aus einer beanspruchten Kombination in manchen Fällen aus der Kombination ausgesondert werden, und die beanspruchte Kombination kann sich auf eine Unterkombination oder Variation einer Unterkombination beziehen.

Claims

Steuerung für ein Nachbehandlungssystem, das dazu konfiguriert ist, Bestandteile eines von einem Motor erzeugten Abgases zu behandeln, das einen selektiven katalytischen Reduktionskatalysator (SCR-Katalysator) und einen Oxidationskatalysator umfasst, wobei die Steuerung dazu konfiguriert ist, operativ mit dem Nachbehandlungssystem gekoppelt zu sein, wobei die Steuerung zu Folgendem konfiguriert ist: Bestimmung einer tatsächlichen SCR-katalytischen Umwandlungseffizienz des SCR-Katalysators, Bestimmung einer geschätzten SCR-katalytischen Umwandlungseffizienz basierend auf einer Testschwefelkonzentration, die durch die Steuerung ausgewählt wird, als Reaktion darauf, dass die geschätzte SCR-katalytische Umwandlungseffizienz innerhalb eines vordefinierten Bereichs liegt, Einstellung der Testschwefelkonzentration als eine bestimmte Schwefelkonzentration in einem Kraftstoff, der dem Motor bereitgestellt wird, und Erzeugung eines Schwefelkonzentrationssignals, das die bestimmte Schwefelkonzentration im Kraftstoff angibt.
Steuerung nach Anspruch 1, wobei: die Steuerung auch operativ mit dem Motor gekoppelt ist, wobei die Steuerung dazu konfiguriert ist, die geschätzte SCR-katalytische Umwandlungseffizienz des SCR-Katalysators durch Durchführen von Schritten zu bestimmen, die Folgendes umfassen: Bestimmung einer Menge von Reduktionsmittel, die in das Nachbehandlungssystem eingeführt wird, Bestimmung eines geschätzten kumulativen Schwefelvergiftungsniveaus des SCR-Katalysators basierend auf der Menge des eingeführten Reduktionsmittels, der Betankungsmenge an Kraftstoff, die in den Motor eingeführt wird, einer Motordrehzahl des Motors, der Testschwefelkonzentration, einer SCR-Katalysatorbett-Temperatur des SCR-Katalysators, einer Schwefelbeladungskapazität des SCR-Katalysators und einer Katalysatorbett-Temperatur des Oxidationskatalysators, und Bestimmung der geschätzten SCR-katalytischen Umwandlungseffizienz des SCR-Katalysators basierend auf mindestens dem geschätzten kumulativen Schwefelvergiftungsniveau und der SCR-Katalysatorbett-Temperatur.
Steuerung nach Anspruch 2, wobei: die Steuerung dazu konfiguriert ist, das geschätzte kumulative Schwefelvergiftungsniveau des SCR-Katalysators durch Durchführen von Schritten zu bestimmen, die Folgendes umfassen: Bestimmung eines geschätzten Schwefelexpositionsniveaus basierend auf einer der Betankungsmenge an Kraftstoff, die in den Motor eingeführt wird, der Motordrehzahl und der Testschwefelkonzentration; Bestimmung eines geschätzten Schwefelschlupfs aus dem Oxidationskatalysator und einer SO₂/SO₃-Fraktion basierend auf dem Schwefelexpositionsniveau, der Oxidationskatalysatorbett-Temperatur und einer Schwefelspeicherkapazität des Oxidationskatalysators; Bestimmung einer geschätzten Ammoniumbisulfat-(ABS)-Beladung des SCR-Katalysators und eines ersten SO₂-Freisetzungsniveaus aus dem SCR-Katalysator, das der ABS-Beladung entspricht, basierend auf dem geschätzten Schwefelschlupf, der SO₂/SO₃ Fraktion, der Menge an eingeführtem Reduktionsmittel und der SCR-Katalysatorbett-Temperatur; Bestimmung eines geschätzten chemischen Vergiftungsniveaus des SCR-Katalysators und eines zweiten SO₂-Freisetzungsniveaus von dem SCR-Katalysator, der dem chemischen Vergiftungsniveau entspricht, basierend auf dem geschätzten Schwefelschlupf, der SO₂/SO₃-Fraktion, der SCR-Katalysatorbett-Temperatur und einer SCR-Katalysator-Schwefelspeicherkapazität; und Bestimmung des geschätzten kumulativen Schwefelvergiftungsniveaus des SCR-Katalysators basierend auf der ABS-Beladung, dem ersten SO₂-Freisetzungsniveau, dem chemischen Vergiftungsniveau und dem zweiten SO₂-Freisetzungsnieveau.
Steuerung nach Anspruch 3, wobei die Testschwefelkonzentration eine erste Testschwefelkonzentration ist, wobei die Steuerung ferner zu Folgendem konfiguriert ist: als Reaktion darauf, dass die geschätzte SCR-katalytische Umwandlungseffizienz außerhalb des vordefinierten Bereichs liegt, Bestimmung des geschätzten kumulativen Schwefelvergiftungsniveaus des SCR-Katalysators basierend auf einer zweiten Testschwefelkonzentration, die sich von der ersten Testschwefelkonzentration unterscheidet.
Steuerung nach Anspruch 1, wobei die Steuerung dazu konfiguriert ist, die tatsächliche SCR-katalytische Umwandlungseffizienz des SCR-Katalysators basierend auf einer Einlass-NO_x-Menge an NO_x-Gasen, die in das Nachbehandlungssystem eintreten, und einer Auslass-NO_x-Menge an NO_x-Gasen, die aus dem Nachbehandlungssystem austreten, zu bestimmen.
Steuerung nach Anspruch 1, ferner zu Folgendem konfiguriert: als Reaktion darauf, dass die geschätzte SCR-katalytische Umwandlungseffizienz innerhalb des vordefinierten Bereichs liegt, Bestimmung einer Differenz zwischen der geschätzten SCR-katalytischen Umwandlungseffizienz und der tatsächlichen SCR-katalytischen Umwandlungseffizienz; Bestimmung einer geschätzten Schwefelkonzentration im Kraftstoff basierend auf der Testschwefelkonzentration und der Differenz; und Erzeugung eines zweiten Schwefelkonzentrationssignals, das die geschätzte Schwefelkonzentration als die Schwefelkonzentration im Kraftstoff angibt.
Steuerung nach Anspruch 1, ferner zu Folgendem konfiguriert: als Reaktion darauf, dass die tatsächliche SCR-katalytische Umwandlungseffizienz geringer als ein SCR-katalytischer Umwandlungseffizienzschwellenwert ist, das Erhitzen des SCR-Katalysators auf eine Temperatur über einer Regenerationstemperatur des SCR-Katalysators zu bewirken.
Nachbehandlungssystem zum Behandeln von Bestandteilen eines Abgases, das durch einen Motor erzeugt wird, umfassend: einen Oxidationskatalysator; einen SCR-Katalysator, der dem Oxidationskatalysator nachgelagert angeordnet ist; und eine Steuerung, die zu Folgendem konfiguriert ist: Bestimmung einer tatsächlichen SCR-katalytischen Umwandlungseffizienz des SCR-Katalysators, Bestimmung einer geschätzten SCR-katalytischen Umwandlungseffizienz basierend auf einer Testschwefelkonzentration, die durch die Steuerung ausgewählt wird, als Reaktion darauf, dass die geschätzte SCR-katalytische Umwandlungseffizienz innerhalb eines vordefinierten Bereichs liegt, Einstellung der Testschwefelkonzentration als eine bestimmte Schwefelkonzentration in einem Kraftstoff, der dem Motor bereitgestellt wird, und Erzeugung eines Schwefelkonzentrationssignals, das die bestimmte Schwefelkonzentration im Kraftstoff angibt.
Nachbehandlungssystem nach Anspruch 8, wobei die Steuerung operativ mit dem Motor gekoppelt ist, wobei die Steuerung dazu konfiguriert ist, das geschätzte Schwefelvergiftungsniveau durch Durchführen von Schritten zu bestimmen, umfassend: Bestimmung einer Menge von Reduktionsmittel, die in das Nachbehandlungssystem eingeführt wird; Bestimmung eines geschätzten kumulativen Schwefelvergiftungsniveaus des SCR-Katalysators basierend auf der Menge des eingeführten Reduktionsmittels, einer Betankungsmenge an Kraftstoff, die in den Motor eingeführt wird, einer Motordrehzahl des Motors, der Testschwefelkonzentration, einer SCR-Katalysatorbett-Temperatur des SCR-Katalysators, einer Schwefelbeladungskapazität des SCR-Katalysators und einer Katalysatorbett-Temperatur des Oxidationskatalysators; und Bestimmung der geschätzten SCR-katalytischen Umwandlungseffizienz des SCR-Katalysators basierend auf mindestens dem geschätzten kumulativen Schwefelvergiftungsniveau und der SCR-Katalysatorbett-Temperatur.
Nachbehandlungssystem nach Anspruch 9, wobei die Steuerung dazu konfiguriert ist, das kumulative Schwefelvergiftungsniveau des SCR-Katalysators durch Durchführen von folgenden Schritten zu bestimmen: Bestimmung eines geschätzten Schwefelexpositionsniveaus des SCR-Katalysators basierend auf der Betankungsmenge, der Motordrehzahl und der Testschwefelkonzentration; Bestimmung eines geschätzten Schwefelschlupfs aus dem Oxidationskatalysator und einer SO₂/SO₃-Fraktion basierend auf dem Schwefelexpositionsniveau, der Oxidationskatalysatorbett-Temperatur und einer Schwefelspeicherkapazität des Oxidationskatalysators; Bestimmung einer geschätzten Ammoniumbisulfat-(ABS)-Beladung des SCR-Katalysators und eines ersten SO₂-Freisetzungsniveaus aus dem SCR-Katalysator, das der ABS-Beladung entspricht, basierend auf dem geschätzten Schwefelschlupf, der SO₂/SO₃ Fraktion, der Menge an eingeführtem Reduktionsmittel und der SCR-Katalysatorbett-Temperatur; Bestimmung einer geschätzten chemischen Vergiftung des SCR-Katalysators und einem zweiten SO₂-Freisetzungsniveaus aus dem SCR-Katalysator, das der chemischen Vergiftung entspricht, basierend auf dem geschätzten Schwefelschlupf, der SO₂/SO₃-Fraktion, der SCR-Katalysatorbett-Temperatur und einer SCR-Katalysator-Schwefelspeicherkapazität; Bestimmung des geschätzten kumulativen Schwefelvergiftungsniveaus des SCR-Katalysators basierend auf der ABS-Beladung, dem ersten SO₂-Freisetzungsniveau, der chemischen Vergiftung und dem zweiten SO₂-Freisetzungsniveau.
Nachbehandlungssystem nach Anspruch 8, wobei die Testschwefelkonzentration eine erste Testschwefelkonzentration ist und wobei die Steuerung ferner zu Folgendem konfiguriert ist: als Reaktion darauf, dass die geschätzte SCR-katalytische Umwandlungseffizienz außerhalb des vordefinierten Bereichs liegt, Bestimmung des geschätzten kumulativen Schwefelvergiftungsniveaus des SCR-Katalysators basierend auf einer zweiten Testschwefelkonzentration, die sich von der ersten Testschwefelkonzentration unterscheidet.
Nachbehandlungssystem nach Anspruch 8, wobei die Steuerung dazu konfiguriert ist, die tatsächliche katalytische Umwandlungseffizienz des SCR-Katalysators basierend auf einer Einlass-NO_x-Menge an NOx-Gasen, die in das Nachbehandlungssystem eintreten, und einer Auslass-NO_x-Menge an NOx-Gasen, die aus dem Nachbehandlungssystem austreten, zu bestimmen.
Nachbehandlungssystem nach Anspruch 8, wobei die Steuerung ferner zu Folgendem konfiguriert ist: als Reaktion darauf, dass die geschätzte SCR-katalytische Umwandlungseffizienz innerhalb des vordefinierten Bereichs liegt, Bestimmung einer Differenz zwischen der geschätzten SCR-katalytischen Umwandlungseffizienz und der tatsächlichen SCR-katalytischen Umwandlungseffizienz; Bestimmung einer geschätzten Schwefelkonzentration im Kraftstoff basierend auf der Testschwefelkonzentration und der Differenz; und Erzeugung eines zweiten Schwefelkonzentrationssignals, das die geschätzte Schwefelkonzentration als die Schwefelkonzentration im Kraftstoff angibt.
Nachbehandlungssystem nach Anspruch 8, wobei die Steuerung ferner zu Folgendem konfiguriert ist: als Reaktion darauf, dass die tatsächliche SCR-katalytische Umwandlungseffizienz geringer als ein SCR-katalytischer Umwandlungseffizienzschwellenwert ist, das Erhitzen des SCR-Katalysators auf eine Temperatur über einer Regenerationstemperatur des SCR-Katalysators zu bewirken.
Steuerungsbasiertes Verfahren zum Schätzen einer Schwefelkonzentration eines Kraftstoffs, der einem Motor bereitgestellt wird, der den Kraftstoff verbrennt und ein Abgas erzeugt, das an ein Nachbehandlungssystem weitergeleitet wird, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Bestimmung, durch die Steuerung, einer tatsächlichen SCR-katalytischen Umwandlungseffizienz des SCR-Katalysators; Bestimmung, durch die Steuerung, einer geschätzten SCR-katalytischen Umwandlungseffizienz basierend auf einer Testschwefelkonzentration, die durch die Steuerung ausgewählt wird; als Reaktion darauf, dass die geschätzte SCR-katalytische Umwandlungseffizienz innerhalb eines vordefinierten Bereichs liegt, Einstellung der Testschwefelkonzentration als eine bestimmte Schwefelkonzentration im Kraftstoff; und Erzeugung, durch die Steuerung, eines Schwefelkonzentrationssignals, das die bestimmte Schwefelkonzentration im Kraftstoff angibt.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei die geschätzte katalytische Umwandlungseffizienz durch Durchführen von Schritten bestimmt wird, die Folgendes umfassen: Bestimmung, durch die Steuerung, einer Menge von Reduktionsmittel, die in das Nachbehandlungssystem eingeführt wird Auswahl, durch die Steuerung, der Testschwefelkonzentration; Bestimmung, durch die Steuerung, eines geschätzten kumulativen Schwefelvergiftungsniveaus eines SCR-Katalysators, der im Nachbehandlungssystem eingeschlossen ist, basierend auf der Menge des eingeführten Reduktionsmittels, einer Menge des in den Motor eingeführten Betankungsmenge, einer Motordrehzahl des Motors, der Testschwefelkonzentration, einer SCR-Katalysatorbett-Temperatur des SCR-Katalysators, einer SCR-Katalysator-Schwefelbeladungskapazität und einer Oxidations-Katalysatorbett-Temperatur eines im Nachbehandlungssystem enthaltenen Oxidationskatalysators; und Bestimmung, durch die Steuerung, der geschätzten SCR-katalytischen Umwandlungseffizienz basierend auf mindestens dem geschätzten kumulativen Schwefelvergiftungsniveau und der SCR-Katalysatorbett-Temperatur.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei das kumulative Schwefelvergiftungsniveau durch Durchführen von Schritten geschätzt wird, die Folgendes umfassen: Bestimmung, durch die Steuerung, eines geschätzten Schwefelexpositionsniveaus des SCR-Katalysators basierend auf der Betankungsmenge, der Motordrehzahl und der Testschwefelkonzentration; Bestimmung, durch die Steuerung, eines geschätzten Schwefelschlupfs aus dem Oxidationskatalysator, einer SO₂/SO₃-Fraktion basierend auf dem Schwefelexpositionsniveau, der Oxidationskatalysatorbett-Temperatur und einer Schwefelspeicherkapazität des Oxidationskatalysators; Bestimmung, durch die Steuerung, einer geschätzten Ammoniumbisulfat-(ABS)-Beladung des SCR-Katalysators und eines ersten SO₂-Freisetzungsniveaus aus dem SCR-Katalysator, das der ABS-Beladung entspricht, basierend auf dem geschätzten Schwefelschlupf, der SO₂/SO₃-Fraktion, der Menge an eingeführtem Reduktionsmittel und der SCR-Katalysatorbett-Temperatur; Bestimmung, durch die Steuerung, einer geschätzten chemischen Vergiftung des SCR-Katalysators und eines zweiten SO₂-Freisetzungsniveaus aus dem SCR-Katalysator, das der chemischen Vergiftung entspricht, basierend auf dem geschätzten Schwefelschlupf, der SO₂/SO₃-Fraktion, der SCR-Katalysatorbett-Temperatur und einer SCR-Katalysator-Schwefelspeicherkapazität; und Bestimmung, durch die Steuerung, der geschätzten kumulativen Vergiftung des SCR-Katalysators basierend auf der ABS-Beladung, dem ersten SO₂-Freisetzungsniveau, der chemischen Vergiftung und dem zweiten SO₂-Freisetzungsniveau.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei die Testschwefelkonzentration eine erste Testschwefelkonzentration ist und wobei das Verfahren ferner Folgendes umfasst: als Reaktion darauf, dass die geschätzte SCR-katalytische Umwandlungseffizienz außerhalb des vordefinierten Bereichs liegt, Bestimmung, durch die Steuerung, des geschätzten kumulativen Schwefelvergiftungsniveaus des SCR-Katalysators basierend auf einer zweiten Testschwefelkonzentration, die sich von der ersten Testschwefelkonzentration unterscheidet.
Verfahren nach Anspruch 15, ferner umfassend: als Reaktion darauf, dass die geschätzte SCR-katalytische Umwandlungseffizienz innerhalb des vordefinierten Bereichs liegt, Bestimmung, durch die Steuerung, einer Differenz zwischen der geschätzten SCR-katalytischen Umwandlungseffizienz und der tatsächlichen SCR-katalytischen Umwandlungseffizienz; Bestimmung, durch die Steuerung, einer geschätzten Schwefelkonzentration im Kraftstoff basierend auf der Testschwefelkonzentration und der Differenz; Erzeugung, durch die Steuerung, eines zweiten Schwefelkonzentrationssignals, das die geschätzte Schwefelkonzentration als die Schwefelkonzentration im Kraftstoff angibt.
Verfahren nach Anspruch 15, ferner umfassend: als Reaktion darauf, dass die tatsächliche SCR-katalytische Umwandlungseffizienz geringer als ein SCR-katalytischer Umwandlungseffizienzschwellenwert ist, das Erhitzen des SCR-Katalysators durch die Steuerung auf eine Temperatur über eine Regenerationstemperatur des SCR-Katalysators zu bewirken.