后处理部件的脱硫的制作方法

1.本专利公开总体上涉及用于转化废气中的排放物的后处理系统和方法，并且更具体地，涉及后处理部件的脱硫以除去其中的含硫化合物。


背景技术：

2.诸如内燃发动机和燃气涡轮的动力装置燃烧烃基燃料并将其中的潜在化学能转化为可用于其他工作的机械动力。废气是燃烧过程的副产物，并且包括可能对环境有害的各种不同的化学成分。因此，已开发各种方法和系统来在排放到环境之前净化或改变废气的组分。后处理系统和方法涉及排放控制和改变技术领域，并且之所以这样命名是因为这些技术与在燃烧期间形成并从发动机或涡轮排放之后的废气相互作用。
3.一种特定的后处理系统是选择性催化还原(scr)，其中废气中的氮氧化物(no
x
)在催化器和添加剂或还原剂(例如通常含有氨(nh3)或类似物质的尿素或柴油机尾气处理液(def))的存在下被化学还原成氮(n2)和水(h2o)。scr催化器是一种物理元件，其通常由促进化学反应的金属制成或含有所述金属，并且在结构上构造为一系列挡板、蜂窝或网，因此废气和上游添加的还原剂可以流过或通过。然而，scr催化器的材料可能被废气的其它化学成分污染。特别地，含硫化学品(如硫酸盐)可能随时间沉积在scr催化器的表面上，导致氮氧化物还原的降解。
4.因此，scr催化器可以通过称为脱硫的过程周期性地再生以从催化表面除去硫和含硫化合物。已开发了各种脱硫过程，例如在富空燃比下操作发动机或动力装置以增加废气的烃含量，如美国公报2006/0140819中所述，和/或在高温(例如超过500℃)下操作scr催化器，如美国公报2016/0108791中所述。然而，由于脱硫条件下的操作可能不利地影响发动机或动力装置的输出性能或者不利地影响后处理系统的部件，因此期望脱硫过程仅周期性地运行。本技术涉及帮助评估何时应当进行脱硫的系统和方法。


技术实现要素：

5.在一个方面，本公开描述了一种动力生成系统，其具有与用于将废气引导到周围环境的排气系统的排气管路流体连通的内燃发动机。为了在排放到环境之前将废气中的化学成分转化为更良性的化合物，后处理系统与排气系统可操作地关联并且包括至少一个后处理部件，所述至少一个后处理部件流体地设置在排气管路中以接收废气。多个传感器用于监测内燃发动机、排气系统和/或后处理系统的一个或多个操作特性。此外，电子控制器可以与多个传感器通信，并且编程为执行剩余使用寿命算法以预测后处理部件的剩余使用寿命(rul)。rul算法部分地基于根据一个或多个操作特性确定瞬时硫累积变化速率。
6.在另一方面，本公开描述了一种监测与排气系统关联的后处理部件的性能的方法。该方法包括确定后处理部件中的含硫化合物的当前硫累积值，以及从与后处理部件关联的硫累积阈值减去当前硫累积值以计算后处理部件的残余硫容量。该方法其后通过将残余硫容量除以表示含硫化合物保持在后处理部件中的当前速率的瞬时硫累积变化速率来
预测与后处理部件关联的剩余使用寿命(rul)。
7.在又一方面，本公开描述了一种计算机可读介质，其编程为监测后处理系统的性能。该计算机可读介质包括指令，所述指令用于：确定表示后处理部件中累积的含硫化合物的当前量的当前硫累积值，通过从与后处理部件关联的硫累积阈值减去当前硫累积值来计算后处理部件的残余硫容量，以及通过将残余硫容量除以表示含硫化合物在后处理部件中累积的当前速率的瞬时硫累积变化速率来预测后处理部件的剩余使用寿命(rul)。
附图说明
8.图1是根据本公开的与用于化学改性废气的后处理系统流体连通的内燃发动机和相关系统的示意性框图。
9.图2是用于评估scr催化器的当前硫累积和用于确定直到应当对催化器进行脱硫的剩余使用时间(rul)值的可能的计算机执行的过程的流程图。
10.图3是示出了scr催化器中的含硫化合物相对于操作时间的逐渐累积的表示图形。
具体实施方式
11.现在参考附图，其中只要可能，相同的附图标记将表示相同的元件，示出了用于燃烧烃基燃料以将其中的化学能转换为机械能(特别是旋转或扭矩)的动力生成系统100。动力生成系统100可以包括诸如内燃发动机102的原动机，在所述原动机内部发生空气-燃料混合物的燃烧以将能量转换成扭矩，所述扭矩经由从发动机缸体突出的旋转驱动轴104传递。在发动机102的发动机缸体中设置有多个燃烧室106或气缸，在所述燃烧室或气缸中设置有往复活塞，所述往复活塞可操作地联接到与驱动轴104关联的曲轴。通过燃烧室106中的空气和燃料的燃烧而迫使活塞往复运动，从而使驱动轴104旋转，所述驱动轴可操作地联接到由内燃发动机102驱动的其他(一个或多个)装置。在另一实施例中，原动机可以是燃气涡轮，其燃烧天然气以使固定到涡轮轴的涡轮叶片旋转，使得涡轮轴旋转并将扭矩传递到被驱动装置。
12.在示例中，被驱动装置可以是具有转子的发电机，所述转子具有磁性或电磁部件，所述转子可旋转地设置在具有多个导电线圈或绕组的环形定子中。转子在环形定子内部的旋转引起转子的磁性部件与环形定子的导电绕组之间的电磁相互作用，以感应经由导电电路到达外部负载的电压和直流电流。在本示例中，动力生成系统100可以是被称为发电机组的较大系统的一部分，并且可以设置成向诸如医院或数据中心的设施提供外部或备用电力源。动力生成系统100还可以与移动或固定机器关联，并且由内燃发动机102生成的动力可以经由多个推进装置(例如，轮、履带或螺旋桨)用于移动，或者可以用于操作泵或风扇。与应用无关，本公开特别适用于能够生成数百瓦功率的大型动力生成系统100。
13.为了向内燃发动机102供应诸如汽油或柴油的烃基燃料，动力生成系统100可以包括燃料系统110。为了容纳液体燃料，燃料系统110可以包括限定用于保持燃料的容积的燃料箱112或储存器。为了将燃料从燃料箱112引导到内燃发动机102，燃料系统110可以包括燃料泵114，所述燃料泵构造成对液体燃料加压并引导液体燃料通过一个或多个燃料管路116，例如与燃料泵流体连通的软管或管。燃料泵114可以流体地连接到多个燃料喷射器118，每个燃料喷射器与燃烧室106中的一个关联以将燃料引入内燃发动机102。
14.为了在燃烧过程期间提供空气以用作氧化剂，动力生成系统100可以包括进气系统120，所述进气系统从周围环境抽吸空气并将气流引导到内燃发动机102。在实施例中，进气系统120可以包括节流阀122，所述节流阀可以可调节地打开和关闭以允许或抑制气流到达流体地通向内燃发动机102的进气管路124。在各种实施例中，一个或多个空气过滤器可以设置在进气管路124中以过滤进入空气，并且内燃发动机102可以包括进气歧管，所述进气歧管联接到进气管路124并布置成将进气气流分配到多个燃烧室106。
15.在燃烧室106中，被引导到此处的燃料和空气一起燃烧，从而导致燃烧室内的气体的爆炸性体积膨胀，其强制驱动可操作地连接到驱动轴104的活塞，所述驱动轴响应于燃烧事件而旋转。所产生的废气可以通过活塞的往复相对运动从燃烧室106排出以将气体从内燃发动机102排放到排气系统130。排气系统130可以包括排气管路132或尾管以将废气流体地输送到周围环境。
16.在实施例中，为了增加燃烧室106的进入空气的流入，内燃发动机102可以与涡轮增压器134关联。涡轮增压器134利用在排气管路132中流动的加压废气对在进气管路124中流动的进入空气加压，由此增加空气的量并按比例增加可以引导到燃烧室106中的燃料。涡轮增压器134可以包括流体地设置在排气管路132中的涡轮136，所述涡轮具有固定到旋转轴的多个叶片。旋转轴从涡轮136延伸并联接到设置在进气管路124中的压缩机137，所述压缩机也包括可相对于进气管路旋转的多个叶片。加压废气强制涡轮136旋转，从而使压缩机137旋转以对到达发动机102的进气气流进行加压。
17.在实施例中，为了减少燃烧期间no
x
的形成，内燃发动机可以与废气再循环系统(egr)关联，所述废气再循环系统包括流体地布置在排气系统130与进气系统120之间的egr阀138，以将废气的一部分从排气管路132重新引导到进气管路124。在内燃发动机的某些操作条件期间，进入空气中废气的存在可以抑制燃烧室106内no
x
的形成。
18.为了进一步减少废气中的no
x
和其他化学成分，排气系统130可以与后处理系统140可操作地关联，所述后处理系统包括通过排气管路132与内燃发动机102流体联接的一个或多个后处理部件。例如，为了减少废气中的由未燃烧燃料产生的一氧化碳(co)和碳氢化合物(c
xhx
)，可以包括柴油氧化催化器(doc)142以引发将这些组分转化为二氧化碳(co2)和水(h2o)的氧化反应。doc 142可以包括穿通或流通基底，例如涂覆有催化反应的贵金属的挡板、蜂窝或网。与doc关联的第二反应是从需要进一步处理的废气中的氮氧化物(no)和氧(o2)产生二氧化氮(no2)。
19.为了除去废气中的颗粒物质和烟灰，后处理系统140可以包括在doc142下游的柴油颗粒过滤器(dpf)144，并且该柴油颗粒过滤器可以具有堇青石、铝或类似陶瓷材料的基底以捕集和保持颗粒物质。由于dpf 144从废气捕集并除去物质，而不是将物质化学转化为与废气一起传递的其他成分，所述dpf必须周期性地再生以防止排气系统130堵塞。再生dpf的一种已知方法是增加引导到dpf的焓或热能，并且燃烧其中保持的颗粒物质和烟灰。
20.为了减少并进一步减弱废气中no
x
的存在，后处理系统可以包括设置在dpf下游以接收废气的scr催化器146。scr催化器146可以包括内部scr催化基底148，所述内部scr催化基底包括或涂覆有催化材料以促进scr反应，在该scr反应中，氮氧化物no
x
在还原剂的存在下转化为氮(n2)和水(h2o)。scr催化基底148的合适材料的示例包括铜沸石、铁沸石、钨、钒等。为了通过scr催化器146接收和引导废气，scr催化基底148可以物理地构造有流通构造，
例如挡板、蜂窝或网。在实施例中，scr催化器146可以是三元催化器，其也构造为转化其他成分，如烃。
21.为了为scr反应提供诸如尿素或def的还原剂，还原剂输送系统150可以与后处理系统140关联，并且可以包括在排气管路132中设置在scr催化器146上游的还原剂喷射器152。还原剂喷射器152可以是类似于燃料喷射器的机电装置，其可以快速打开和关闭以将加压还原剂流体引入排气管路132，从而与进入scr催化器146的废气混合。为了容纳液体还原剂，还原剂输送系统150可以包括可再填充还原剂罐154或储存器。为了对液体还原剂加压以进行喷射，还原剂输送系统150可以包括设置在还原剂喷射器152与还原剂罐154之间并与还原剂喷射器和还原剂罐流体连通的还原剂泵156。
22.在一些情况下，可以通过还原剂输送系统150将通常含有氨的过量尿素或def引入到scr催化器146，从而使得一些氨与还原的废气一起从scr催化器146排出，称为氨泄漏。为了防止过量氨排出到大气，后处理系统140可以包括在scr催化器146下游并与该scr催化器流体连通的氨氧化催化器(amo
x
)158。amo
x
催化器由能够将氨(nh3)和氧(o2)催化成氮(n2)和水(h2o)的材料制成。前面对后处理系统140的描述仅仅是示例性的，并且后处理系统可以包括不同顺序和布置的附加的或更少的后处理部件。例如，后处理系统140可以包括从废气捕集和保持no
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的氮氧化物(no
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)吸附捕集器。
23.为了监测和调节后处理过程，后处理系统140可以与计算装置(例如，电子控制单元(ecu)、电子控制模块(ecm)或如本文所述的电子控制器160)可操作地关联。电子控制器160可以是可编程计算装置，并且可以包括一个或多个微处理器162、非暂时性计算机可读和/或可写存储器164或类似的存储介质、输入/输出接口166，以及用于处理计算机可执行指令、程序、应用和数据的其他适当电路。电子控制器160的微处理器162可以配置成处理二进制位和字节形式的数字数据，并且可以具有任何合适的配置，例如专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)或类似配置。除了调节后处理系统140之外，电子控制器160可以负责监测和调节与动力生成系统100关联的其他系统和装置的操作。尽管示出为一体装置，但是电子控制器160及其功能可以分布在多个计算装置中。
24.关于监测后处理系统，电子控制器160可以与通信网络170可操作地关联，所述通信网络包括多个传感器、控件和/或致动器，其测量或感测包括内燃发动机102的动力生成系统100的操作。多个传感器能够以电数据信号的形式输出各个参数的测量结果，所述测量结果表示考虑通信网络170与电子控制器160通信以进行处理的测量参数。电信号可以是由电流或电压的相对强度表示的模拟信号，或者可以是表示为离散二进制值序列的数字信号。
25.例如，多个传感器可以包括设置在scr催化器146上游的催化器输入传感器172和设置在scr催化器146下游的催化器输出传感器174。因此催化器输入传感器172和催化器输出传感器174可以提供关于通过scr催化器146的废气的变化的信息，并且因此提供关于scr催化器的操作和效率的信息。在实施例中，催化器输入传感器172和催化器输出传感器174是成分传感器，其可以测量流入和流出scr催化器146的废气的组分。例如，氧检测传感器通常在汽车行业中用于检测废气中的氧(o2)的浓度。可以处理废气中的o2的测量结果与其他测量结果的组合以确定废气中的其他物质的浓度。替代地，催化器输入传感器172和催化器输出传感器174可以测量废气中的其他成分(如氮氧化物no
x
、二氧化碳co2)的浓度。在实施
例中，催化器输入传感器172和催化器输出传感器174可以直接测量废气中含硫化合物的浓度，并且可以提供在scr催化器146中累积的硫的直接测量结果。
26.可以设置附加传感器以测量在排气系统130中流动的废气的特性。例如，发动机输出传感器176可以在排气系统130中设置在内燃发动机102的直接下游，以接收并测量在由后处理系统140进行任何处理之前从燃烧室106直接排出的废气的特性。发动机输出传感器178可以是成分传感器，其配置成测量和生成指示废气的特定化学成分的存在或量(例如，no
x
或硫含量)的电信号。发动机输出传感器178可以因此在由后处理系统140进行任何处理之前提供指示废气的组分的信号。为了测量流量和/或温度，废气流量/温度传感器可以设置在scr催化器146的上游以测量可能影响scr催化器的操作的进入scr催化器的废气的流量和温度。由于温度会影响scr还原过程的操作，因此在实施例中，催化器温度传感器179可以设置在scr催化器146上或中以直接测量与scr过程关联的温度。
27.为了确定引入内燃发动机102的燃料量，燃料流量传感器180可以设置在燃料管路116中，从而在燃料箱112与多个喷射器118之间引导燃料。类似地，为了测量进气系统120吸入的进气量，气流传感器182可以设置在进气管路124中。燃料流量传感器180和气流传感器182可以是质量流量传感器或体积流量传感器，并且可以利用任何合适的感测技术，例如压力换能器、压电技术、旋转叶轮，以及在气流传感器182的情况下，热丝技术。在燃料流量传感器180的情况下，代替设置在燃料管路116中的单个传感器，多个燃料喷射器118中的每一个可以配置成感测和传送关于燃料量或速率的数据。
28.为了确定与内燃发动机102关联的操作条件(例如，内燃发动机102的操作速度)，通信网络170可以与发动机速度传感器184可操作地关联，所述发动机速度传感器测量例如以rpm为单位的驱动轴104的输出速度。合适的发动机速度传感器的示例包括霍尔效应传感器，其直接测量与设置在驱动轴104上并与该驱动轴一起旋转的磁体关联的磁场的强度变化。为了测量与发动机102中发生的燃烧过程关联的参数，歧管压力传感器186可以设置在发动机缸体上。歧管压力传感器186可以测量燃烧室内的燃烧的压力效应，并且可以被分析以确定关于燃烧过程的各种信息。
29.在实施例中，通信网络170还可以包括燃料组分传感器188，所述燃料组分传感器设置在燃料箱112中并且能够测量燃料的硫含量或与燃料组分关联的可以直接或间接地指示燃料的可燃性的其他特性。替代地，可以通过在填充燃料箱112时选择特定等级的燃料来确定关于燃料的质量和组分的信息，包括硫含量。
30.如图所示，多个传感器可以通过经由通信网络170发送和接收电子数据信号来与电子控制器160通信。通信网络170可以体现为汽车技术领域的技术人员熟悉的控制器区域网络(can)。通信网络170可以利用包括诸如导线的物理通信通道的标准化通信总线在电子控制器160与多个传感器之间传送数据和信息信号。然而，在可能的实施例中，通信网络可以利用其他形式的数据通信，例如射频波，如wi-fi、光波导和光纤，或其他技术。
31.在可能的实施例中，为了与动力生成系统100的操作者相接，电子控制器160可以与人机接口(hmi)190关联。hmi 190可以包括不同的输入装置和输出装置(i/o)以与人交互。各种输入装置或硬件包括键盘192、鼠标、拨盘等。各种输出装置或硬件包括视觉显示屏194、扬声器等。通过与hmi关联的输入和输出装置，电子控制器160可以提供关于后处理系统140的操作的可感知信息，并且可以接收用于调节动力生成系统100的该操作和其他操作
的指令和命令。电子控制器160可以经由通信网络170与hmi 190进行电子数据通信。
32.废气中的特定成分(例如，硫酸盐和含硫化合物)可能随着时间的推移而降低后处理系统140的各种后处理部件的性能。含硫化合物包括so2、so3、h2s和/或cos，并且是燃烧过程的副产物。关于scr催化器146，含硫化合物可以结合到scr催化基底148并在其上累积，这可以被称为scr催化器的硫污染或硫中毒。取决于scr催化基底148的材料，特别是关于铜沸石和铁沸石材料，硫累积可能是有问题的。含硫化合物的累积降低了scr催化材料进行scr反应并将no
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转化为n2和h2o的可用性。
33.因此，期望通过脱硫过程定期清除scr催化器146中累积的硫。可以以各种方式(包括例如将scr催化基底148加热至高温，例如超过500℃持续一段时间)进行脱硫。也可以通过改变内燃发动机102中燃烧的空燃比或通过改变scr催化基底148的空燃比和温度的组合来进行脱硫。
34.已开发了各种方法和策略来通过测量或估计scr催化器146中累积的含硫化合物的数量或量来确定是否需要脱硫。例如，通过使用催化器输入传感器172测量进入scr催化器146的废气中的含硫化合物的浓度并使用催化器输出传感器172测量离开scr催化器146的废气中的含硫化合物的浓度，可以直接测量累积的硫的量。这提供了对含硫化合物的直接测量，并且可以随时间积分以提供scr催化器146中累积的含硫化合物的量。
35.也可以间接测量scr催化器中的硫累积。例如，通过使用催化器输入传感器172和催化器输出传感器174测量进入和离开scr催化器146的另一化合物(例如no
x
)的量，可以确定scr催化器146在还原no
x
时的效率。scr催化器146的效率可以与其中的含硫化合物的累积成反比。使用关于scr催化器146的容量和scr催化基底148的量的信息，可以基于scr催化器的no
x
还原效率来估计累积的硫的量。
36.也可以使用虚拟传感器来测量scr催化器146中的硫累积，所述虚拟传感器将数学模型应用于与内燃发动机102和关联的系统的其他方面关联的测量参数。例如，在内燃发动机102中燃烧的烃基燃料的硫浓度可以由燃料组分传感器188确定，或者由与用于填充燃料箱112的燃料的等级关联的数据确定。关于燃烧过程的信息可以由歧管压力传感器186、发动机速度传感器184以及与内燃发动机102关联的其他传感器测量。可以处理燃料的硫浓度和燃烧数据以估计由燃烧产生并因此存在于废气中的含硫化合物的量，并且电子控制器160可以应用数学模型来估计scr催化器146中保持和累积的硫的量，其被称为硫累积值。
37.尽管确定scr催化器146中保持的含硫化合物的硫累积值是有用的，但是可能需要提供预后评估或估计。预后是指对装置或部件(如scr催化器146)将不再以其预期效率执行其预期功能的时间量的预测。关于scr催化器146的示例，预后确定将预测scr催化器不再能够以符合环境法规的效率转化废气中的no
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的时间。预后评估的结果是部件有效地起作用或操作的剩余时间，并且可以称为剩余使用寿命(rul)。
38.在诸如本公开中描述的大型动力生成系统100的背景下，后处理部件的剩余使用寿命的预后评估可能是特别有用的。大型动力生成系统100可以仅间歇地操作，并且可以随着时间的推移由几个不同的操作者操作。因此，通过包括关于scr催化器146或其他后处理部件中累积的硫和含硫化合物的信息，关于动力生成系统的操作的历史信息可以在操作者之间传送。如果动力生成系统100通过租赁协议在商业上可获得，由此由所有者向另一用户提供动力生成系统的临时使用，则这可能是有利的。动力生成系统100对应于发电机或发电
机组可能就是这种情况，所述发电机或发电机组可以在特定时间段内临时租用，并且当前操作者可能不具有关于发电机的先前操作的历史知识。
39.因此，本公开的一个方面提供了对与大型动力生成系统100关联的后处理系统的后处理部件的剩余使用寿命(rul)的预后预测或估计。在实施例中，用于预后预测剩余使用寿命的过程或方法可以涉及可以由以下等式的变型表示的计算或算法：
40.剩余使用寿命(rul)＝
41.[硫累积阈值-当前硫累积值(t)]
÷
[0042]
[瞬时硫累积变化速率]
[0043]
其中剩余使用寿命(rul)表示后处理部件(例如scr催化器)可以在可接受阈值内有效地转化或还原废气的剩余时间，并且可以以时间单位(例如小时)测量；
[0044]
其中硫累积阈值可以表示后处理部件中可以保持或累积的硫、硫酸盐和/或含硫化合物的预定量或数量，在所述预定量或数量下后处理部件不再有效或可接受地操作，并且可以以质量单位(如克)或质量/体积单位(如克/升)表示；
[0045]
其中当前硫累积值(t)可以表示后处理部件中的硫或含硫化合物的当前或时间瞬时数量或量，并且可以以质量单位(如克)或质量/体积单位(如克/升)表示；并且
[0046]
其中瞬时硫累积变化速率可以表示后处理部件中保持的硫和/或含硫化合物的当前或暂时存在的速率，并且可以由质量/体积/时间单位(如克/升/小时)表示。
[0047]
根据本公开的一个方面，剩余使用寿命(rul)算法可以由电子控制器160使用从多个传感器收集并通过通信网络170传送的数据和信息来计算。电子控制器160可以编程为进行或执行由以软件编程语言编写的计算机可执行指令表示的过程、例程或模块。为了便于理解剩余使用寿命(rul)算法，由电子控制器160执行的过程可以由图2中所示的流程图表示。
[0048]
在确定步骤200中，该过程可以确定后处理部件中的含硫化合物的当前硫累积值202。如上所述，可以以任何合适的方式进行后处理部件(例如scr催化器146)中的含硫化合物的量或数量的确定。例如，可以通过直接测量流入scr催化器146和流出scr催化器的废气的硫组分的差异来确定当前硫累积值202，该差异是scr催化器中保持的硫的量。这可以称为直接硫测量204，并且可以使用来自催化器输入传感器172和催化器输出传感器174的硫成分测量结果来进行。
[0049]
可以通过测量与废气的另一化学成分(例如no
x
或o2)关联的参数的值的变化来间接计算当前硫累积值202。例如，可以通过使用催化器输入和催化器输出传感器172、174、182来测量后处理部件(例如scr催化器146)在转化和还原废气中的nox时的效率。scr催化器146的效率可以与保持在其中的含硫化合物的量或数量关联，并且可以估计当前硫累积值202。这可以称为间接硫测量206。
[0050]
当前硫累积值202可以使用虚拟传感器和模型驱动估计来虚拟地估计，所述模型驱动估计使用与内燃发动机的操作、其中的燃料和空气的燃烧和/或燃料和/或空气的物理和化学特性关联的一个或多个测量参数。这可以被称为虚拟硫测量208。
[0051]
由于当前硫累积值202随操作时间变化，因此当前硫累积值202是时间相关变量，并且必须通过求和或更新步骤210周期性地或连续地更新。例如，特定时刻的当前硫累积值202可以存储在电子控制器160的计算机可读存储器164中，并成为与过去实例关联的存储
硫累积值212。自前一实例以来保持在后处理部件(例如scr催化器146)中的含硫化合物的量可以使用任何上述方法来确定。该值可以称为附加硫保持量214，并且通过更新步骤210加入到存储硫累积值212以提供当前硫累积值202。在实施例中，更新步骤210可以结合与电子控制器160关联的每个处理环重复地或连续地进行。
[0052]
在另一确定步骤220中，可以确定后处理部件(例如scr催化器146)的残余硫容量222。残余硫容量222表示scr催化器146保持更多数量或量的含硫化合物的剩余容量，并且取决于scr催化器146的尺寸和设计。为了确定残余硫容量222，可以从例如电子控制器160的计算机可读存储器164检索硫累积阈值224。硫累积阈值224可以取决于scr催化器146的尺寸和构造，并且可以是催化器的设计因素。硫累积阈值224可以是固定值，或者可以是温度相关的，原因是scr催化基底148的温度可能影响scr催化器146可以保持的含硫化合物的量。确定步骤220从硫累积阈值224减去当前硫累积值202，并且差值是残余硫容量222。
[0053]
在另一确定步骤230中，瞬时硫累积变化速率232可以被确定并且可以表示含硫化合物可以结合到催化基底148的表面上的催化材料的当前速率。瞬时硫累积变化速率232是可以取决于若干其他因素和变量的变量。变量可以包括废气中的含硫化合物的量或水平、scr催化器146的温度、废气的温度、废气的流量以及其他。电子控制器160使用例如发动机输出传感器176、催化器输入传感器172、催化器输出传感器174、排气温度/流量传感器178、催化器温度传感器179和来自通信网络170的其他传感器获得以上变量的测量结果。
[0054]
电子控制器160可以编程有一个或多个查找表或数据映射，所述查找表或数据映射将测量变量与可以直接或间接用于确定瞬时硫累积变化速率232的值关联或参考。例如，使用查找表或数据映射，电子控制器160可以使用催化器温度传感器179基于scr催化器的操作温度查找scr催化器146的硫吸附速率，并且可以基于催化器温度和硫负载量查找硫解吸速率。可以对硫吸附速率和硫解吸速率求和以计算瞬时硫累积变化速率232。替代地，查找表或数据映射可以直接表示硫累积变化速率232的值。查找表和数据映射可以凭经验确定，并且可以取决于scr催化器146的尺寸、构造和材料。查找表和/或数据映射可以电子方式存储在与电子控制器160关联的计算机可读存储器中。在确定步骤230中，电子控制器访问适当的查找表或数据映射，并且在内燃发动机102和后处理系统140的当前或瞬时操作条件下确定瞬时硫累积变化速率232的相应值。
[0055]
在实施例中，可以使用过滤步骤234来对瞬时硫累积变化速率232的值进行过滤。例如，由于瞬时硫累积变化速率232可以取决于随着内燃发动机102的操作的变化而快速且不断变化的若干变量，因此瞬时硫累积变化速率232可以类似地波动。而且，如果在与电子控制器160关联的每个处理环从查找表或数据映射检索瞬时硫累积变化速率232，则检索到的任何单个值可能是统计异常值，并且可以表示信号噪声。因此，应用过滤步骤234来对检索到的瞬时硫累积变化速率232的值进行过滤。
[0056]
过滤步骤234可以通过引导每个检索到的瞬时硫累积变化速率232的值通过单极低通滤波器236来进行。单极低通滤波器236截止或消除在预定范围(即截止点或阈值)之外的检索值或读数，并且由此减小或消除与检索到的瞬时硫累积变化速率232的值关联的噪声。单极低通滤波器236可以是经由软件与电子控制器160关联的软件实现的滤波器。在其他实施例中，过滤步骤234可以通过其他数学平均操作，例如通过计算瞬时硫累积变化速率232的移动平均值来执行。
[0057]
一旦确定瞬时硫累积变化速率232，电子控制器160可以进行预测步骤240，其中使用剩余使用寿命(rul)算法预测或估计剩余使用寿命(rul)242。例如，将来自确定步骤220的残余硫容量222除以瞬时硫累积变化速率232，得到的结果是后处理部件(例如scr催化器146)将在功能上可接受的限制内保持操作的例如以小时为单位的rul 242。为了将rul 242传送给动力生成系统100的操作者，电子控制器160可以将适当的电子信号引导到hmi 190，所述hmi以适当的时间单位(如小时)在显示屏194上呈现rul预测。
[0058]
在实施例中，可以包括限制比较步骤244以确保rul 242在rul的合理预测结果的可接受限制内，从而确保预测的rul的准确性。例如，可以将rul 242与上限和/或下限246或阈值进行比较。上限和下限246可以指示rul的预测结果是不可能的或不期望的。例如，如果预测的rul大于制造的使用寿命，则指示预测的rul不正确。如果rul 242在这些限制之外，则电子控制器160可以采取适当的动作，例如经由hmi 190警告操作者。
[0059]
工业适用性
[0060]
参考图3，并且继续参考图1-2，以图形表示根据本公开的剩余使用寿命(rul)算法的输出。沿着图形300的x轴304表示与后处理部件(例如scr催化器146)关联的操作小时数，并且y轴302表示后处理部件的剩余使用寿命(rul)。图形300上绘制的是rul 306计算的各个和/或瞬时估计，例如，使用瞬时硫累积变化速率的以上等式，并且使用可以从如上所述的查找表和/或数据映射获得或者如上所述计算的数据。由于用于检索瞬时硫累积变化速率的变量(例如排气温度、排气流量、含硫化合物的浓度)根据动力生成系统100的负载而波动，因此瞬时硫累积变化速率和从其计算的rul 306的图形类似地波动。
[0061]
在动力生成系统100与发电机或发电机组关联的示例中，检索到的瞬时硫累积变化速率的值根据负载的瞬时变化而波动。然而，通过应用上述过滤步骤234并引导检索到的瞬时硫累积变化速率的值通过单极低通滤波器236，剩余使用寿命(rul)算法可以减小与内燃发动机102的变化操作条件关联的噪声，并且可以对图形300上的瞬时硫累积变化速率和从其计算的rul 306的结果图进行平均或平滑。过滤的输出可以由图形300上的第一直线310表示。
[0062]
图形300也可以表示在操作持续时间内后处理部件中硫积聚的逐渐减慢。例如，在后处理部件的早期操作期间，硫保持可以与操作时间成正比，使得对应于y轴的rul 302与x轴上的操作时间304成比例地减小。然而，在后处理部件的操作寿命的后期，对应于y轴的rul 302可以不以成比例的速率减小，并且rul 302可以不随着由第二直线312表示的操作小时数304线性下降。应用上述rul算法的可能优点是它考虑了该变化。
[0063]
根据本公开，提供了一种计算机实现的方法和系统，通过所述方法和系统可以使用预后算法预测后处理部件的剩余使用寿命(rul)。这可以在需要脱硫之前为动力生成系统的当前操作者提供对rul的准确预测，而不管动力生成系统的使用的任何历史知识。本公开的这些和其他可能的优点和特征将从前面的详细描述和附图中显而易见。
[0064]
应当理解，前面的描述提供了所公开的系统和技术的示例。然而，可设想，本公开的其他实施方式可在细节上与前述示例不同。对本公开或其示例的所有引用旨在引用当时所讨论的特定示例，而并非旨在更一般地暗示对本公开的范围的任何限制。关于某些特征的所有区别和不利言辞旨在表明这些特征不是优选的，但除非另外指明，否则并不是将这些特征从本发明的范围中完全排除。
[0065]
除非本文另有指示，否则本文对值范围的叙述仅仅旨在用作分别提及落入所述范围内的每个独立值的速记方法，并且每个独立值并入到说明书中，如同在本文中分别叙述一样。本文描述的所有方法可以任何合适的顺序执行，除非本文另外指明或者与上下文明显矛盾。
[0066]
在描述本发明的上下文中(尤其是在以下权利要求的上下文中)使用术语“一”和“一个”和“所述”和“至少一个”以及类似的指代物应当被解释为涵盖单数和复数两者，除非上下文另有说明或明确与上下文相矛盾。使用术语“至少一个”后跟一个或多个项目的清单(例如，“a和b中的至少一个”)应当被解释为表示从列出项目选择的一个项目(a或b)或列出项目中的两个或更多个的任何组合(a和b)，除非上下文另有说明或明确与上下文相矛盾。
[0067]
因此，如适用法律所允许的，本公开包括所附权利要求书中叙述的主题的所有修改和等效内容。另外，除非在本文中另有指示或者与上下文明显矛盾，本公开涵盖上述元件以其所有可能变型的任何组合。

技术特征：
1.一种动力生成系统，包括：内燃发动机，所述内燃发动机包括用于燃烧燃料和进入空气的混合物的一个或多个燃烧室；排气系统，所述排气系统包括与所述一个或多个燃烧室流体连通的排气管路以将废气从所述内燃发动机引导到周围环境；后处理系统，所述后处理系统与所述排气系统可操作地关联并且包括流体地设置在所述排气管路中的后处理部件；多个传感器，所述多个传感器测量与所述内燃发动机、所述排气系统和所述后处理系统中的一者或多者关联的一个或多个操作特性；以及电子控制器，所述电子控制器与所述多个传感器进行数据通信，所述电子控制器编程为执行剩余使用寿命算法以预测所述后处理部件的剩余使用寿命(rul)，所述剩余使用寿命算法部分地基于根据所述一个或多个操作特性确定瞬时硫累积变化速率。2.根据权利要求1所述的动力生成系统，其中通过将残余硫容量除以所述瞬时硫累积变化速率来确定所述rul。3.根据权利要求2所述的动力生成系统，其中通过从硫累积阈值减去当前硫累积值来计算所述残余硫容量。4.根据权利要求3所述的动力生成系统，其中通过将和所述后处理部件关联的存储硫累积值与附加的硫保持量重复相加来计算所述当前硫累积值。5.根据权利要求4所述的动力生成系统，其中所述硫累积阈值表示所述后处理系统在有效操作时能够累积的含硫粒子的总量。6.根据权利要求1所述的动力生成系统，其中使用所述一个或多个操作特性从查找表或数据映射检索所述瞬时硫累积变化速率。7.根据权利要求6所述的动力生成系统，其中对检索的瞬时硫累积变化速率进行过滤以降低信号噪声。8.根据权利要求6所述的动力生成系统，其中所述一个或多个操作特性选自以下各项：所述废气中的含硫化合物的浓度水平、所述废气的温度、所述废气的流量和所述后处理部件的温度。9.根据权利要求1所述的动力生成系统，其中所述剩余使用寿命算法是：剩余使用寿命(rul)＝[硫累积阈值-当前硫累积值(t)]
÷
[瞬时硫累积变化速率]。10.一种监测后处理部件的性能的方法，所述后处理部件与排气系统关联并且接收来自内燃发动机的废气，所述方法包括：确定所述后处理部件中的含硫化合物的当前硫累积值；从与所述后处理部件关联的硫累积阈值减去所述当前硫累积值以计算所述后处理部件的残余硫容量；以及将所述残余硫容量除以瞬时硫累积变化速率，所述瞬时硫累积变化速率表示含硫化合物保持在所述后处理部件中的当前速率。

技术总结
一种用于监测动力生成系统的排气系统中的后处理部件的性能的计算机实现的系统利用剩余使用寿命(RUL)算法来预测其剩余操作寿命，直到其必须通过脱硫过程再生。RUL算法可以利用这些值，例如表示当前在后处理部件中累积的硫的量的当前硫累积值、表示后处理部件可以操作地保持的硫的量的硫累积阈值以及表示后处理部件保持硫的当前速率的瞬时硫累积变化速率。速率。速率。


技术研发人员：J
受保护的技术使用者：卡特彼勒公司
技术研发日：2022.12.13
技术公布日：2023/6/28