AT501921B1 - Verfahren zum betreiben eines abgasnachbehandlungssystems - Google Patents

Description

2 AT 501 921 B1

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Abgasnachbehandlungssystem zur Reduktion der Stickoxid-Emissionen einer Brennkraftmaschine, vorzugsweise eines SCR-Katalysators, wobei stromabwärts des Abgasnachbehandlungssystems ein Sensor zur Bestimmung der ΝΟχ-Konzentration im Abgasstrang angeordnet ist, und wobei ein Reduktionsmittel, 5 insbesondere NH3 oder eine wässrige Harnstoff-Lösung in einem definierten, vorzugsweise im stöchiometrischen Verhältnis zu den ΝΟχ-Emissionen stromaufwärts des Abgasnachbehandlungssystems in das Abgas oberhalb einer definierten Mindesttemperatur des Abgases zudosiert wird, und wobei die ΝΟχ-Emissionen der Brennkraftmaschine mittels eines Motorkennfeldes oder eines Abgasmodells ermittelt werden. 10

Ein Abgasnachbehandlungssystem der genannten Art ist aus der US 6,363,771 B1 bekannt.

Bei ausreichender Temperatur des SCR-Katalysators (Selective Catalytic Reduction) muss das Reduktionsmittel in einem geeigneten, beispielsweise im stöchiometrischen Verhältnis zu den 15 ΝΟχ-Emissionen der Brennkraftmaschine in das Abgas dosiert werden. Die ΝΟχ-Emissionen der Brennkraftmaschine werden dabei üblicherweise durch ein Kennfeld oder ein Abgasmodell abgeschätzt. Abweichungen im realen Motorbetrieb von diesem Kennfeld oder Abgasmodell führen allerdings zu erhöhten NOx- oder NH3-Emissionen nach dem SCR-Katalysator. Insbesondere führt eine gegenüber dem Kennfeld oder Modell erhöhte ΝΟχ-Emission der Brenn-20 kraftmaschine bei herkömmlichen Verfahren zur Steuerung des SCR-Katalysators zur Dosierung einer nicht ausreichenden Menge an Reduktionsmittel in das Abgas und damit zu erhöhten ΝΟχ-Emissionen nach dem SCR-Katalysator. Eine gegenüber dem Kennfeld oder Modell verminderte ΝΟχ-Emission führt dagegen bei herkömmlichen Verfahren zur Dosierung eine großen Menge an Reduktionsmittel, was zu schädlichen Emissionen von NH3 nach dem SCR-25 Katalysator führt. Durch einen weiteren NOx-Sensor im Abgasstrang stromaufwärts des SCR-Katalysators ließe sich die Genauigkeit zwar verbessern, aber diese ΝΟχ-Sensoren sind kostenintensiv.

Aufgabe der Erfindung ist es, die genannten Nachteile zu vermeiden und die katalytische Ver-30 minderung der ΝΟχ-Emissionen zu verbessern.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass unterhalb der Mindesttemperatur des Abgases und/oder in Betriebsphasen, in denen kein Reduktionsmittel zugegeben wird, stromabwärts des Abgasnachbehandlungssystems mit dem Sensor die ΝΟχ-Emissionen gemessen und mit 35 den kennfeld- oder modellbasierten Werten verglichen werden, und dass bei Abweichung zwischen gemessenen und kennfeld- oder modellbasierten Werten eine Korrektur des Kennfeldes oder des Emissionsmodells durchgeführt wird, wobei vorzugsweise beim Vergleich der gemessenen mit den kennfeld- oder modellbasierten Werten der ΝΟχ-Emissionen die Abgastransportzeit zwischen der Brennkraftmaschine und dem Sensor berücksichtigt wird. 40

Das Verfahren nutzt aus, dass bei Temperaturen des SCR-Katalysators unterhalb von circa 200°C kein Reduktionsmittel zugegeben werden kann, da keine Hydrolyse und keine Reduktion erfolgt. In diesen Betriebspunkten entsprechen also die ΝΟχ-Emissionen nach dem SCR-Katalysator den Rohemissionen, wenn die Zeitdauer des Transports berücksichtigt wird. Kon-45 kret setzt das Verfahren auf ein Rohemissions-Kennfeld der Brennkraftmaschine. Es wertet aus, ob der Gradient in Drehzahl und Drehmoment gering, d.h. kleiner als ein definierter Schwellwert, ist. Wenn ja, wird bestimmt, in welchem Bereich des Kennfeldes sich der Motor aufhält und dieser Wert sowie die dort abgespeicherten Rohemissionen werden in einem Ringspeicher gespeichert. Wird vom Abgasnachbehandlungssystem kein Reduktionsmittel eingedüst, werden so die aktuell gemessenen Emissionen unter Berücksichtigung der Transportzeit des Abgases mit den gespeicherten Werten verglichen. Bei Abweichungen wird der entsprechende Bereich des Kennfeldes oder des Abgasmodells korrigiert, wobei in jedem Änderungsschritt nur eine kleine Änderung zulässig ist. 55 Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figur näher erläutert.

Claims (4)

1. 3 AT 501 921 B1 Die Figur zeigt schematisch eine Brennkraftmaschine 1 mit einem Abgasstrang 2, in welchem ein SCR-Katalysator 3 angeordnet ist. Stromaufwärts des SCR-Katalysators 3 mündet in den Abgasstrang 2 eine Dosiereinrichtung 4 für Reduktionsmittel, beispielsweise NH3 oder eine wässrige Harnstoff-Lösung, ein. Stromabwärts des SCR-Katalysators 3 ist ein ΝΟχ-Sensor 5 5 vorgesehen. NOx-Sensoren 5 dieser Art werden beispielsweise in On-Board-Diagnostik-Systemen eingesetzt. Bei ausreichender Temperatur des SCR-Katalysators 3 wird über die Dosiereinrichtung 4 Reduktionsmittel in einem bestimmten, beispielsweise stöchiometrischem Verhältnis zu den ΝΟχ-io Emissionen der Brerinkraftmaschine 1 in das Abgas dosiert. Die Bestimmung der Menge des zu dosierenden Reduktionsmittels erfolgt dabei aufgrund eines Kennfeldes oder eines Abgasmodells. Abweichungen im realen Motorbetrieb von diesem Kennfeld oder Modell führen allerdings zu erhöhten ΝΟχ- oder NH3-Emissionen nach dem SCR-Katalysator 3. Im Kennfeld sind hierbei vorzugsweise die NOx-Emissionen der Brennkraftmaschine als Funktion der Drehzahl und des 15 Drehmomentes, bzw. einer zum Drehmoment proportionalen Größe, wie beispielsweise der Menge des eingespritzten Kraftstoffes, abgelegt. Um die Genauigkeit bei der Zumessung des Reduktionsmittels zu erhöhen, wird gemäß dem hier vorgeschlagenen Verfahren ein stromabwärts des SCR-Katalysators 3 beispielsweise im 20 Rahmen eines On-Board-Diagnostik-Systems schon vorhandener ΝΟχ-Sensor 5 eingesetzt. Das Verfahren nutzt dabei aus, dass bei Temperaturen des SCR-Katalysators 3 unterhalb von circa 200°C kein Reduktionsmittel zugegeben werden kann, da keine Hydrolyse und keine Reduktion erfolgt. In diesen Betriebspunkten entsprechen also die ΝΟχ-Emissionen nach dem SCR-Katalysator 3 den Rohemissionen, wenn die Zeitdauer des Transports des Abgases zwi-25 sehen Brennkraftmaschine 1 und NOx-Sensor 5 mitberücksichtigt wird. Dabei wird neben den NOx-Emissionen über den ΝΟχ-Sensor 5 auch die Drehzahl und/oder das Drehmoment der Brennkraftmaschine 1 erfasst, um auszuwerten, ob der Betrag des Gradienten in Drehzahl und/oder Drehmoment unterhalb eines vorgegebenen Maximalwertes liegt. Ist dies der Fall, wird bestimmt, in welchem Bereich des Abgaskennfeldes, z.B. ausgedrückt als Intervall über 30 Drehzahl und Drehmoment, sich die Brennkraftmaschine 1 befindet und dieser Wert, sowie die dort abgespeicherten Rohemissionen in einem Ringspeicher gespeichert. Wird über die Dosiereinrichtung 4 kein Reduktionsmittel eingedüst, so können die aktuell über die NOx-Sonde 5 gemessenen ΝΟχ-Emissionen unter Berücksichtigung der Transportzeit mit den im Ringspeicher gespeicherten Werten verglichen werden. Bei Abweichungen wird der entsprechende 35 Bereich des Kennfeldes und/oder das Abgasmodell korrigiert, wobei in jedem Korrekturschritt nur eine kleine Änderung zulässig ist. Die pro Korrekturschritt durchgeführte Korrektur darf einen definierten zulässigen Maximalwert nicht überschreiten. In einer besonders einfachen Ausführung des Verfahrens wird der aus dem Kennfeld oder Modell berechnete Wert der ΝΟχ-Emissionen mit einem Faktor multipliziert, welcher der Abweichung zwischen berechneten und 40 aus dem Kennfeld oder Modell bestimmten Emissionen, unter Berücksichtigung der Totzeit, entspricht. Besonders vorteilhaft ist es hierbei, wenn der oder die Korrekturfaktoren für das Kennfeld oder das Abgasmodell in einem nicht-flüchtigen Speicher abgelegt werden, damit diese Korrekturen sofort beim nächsten Start der Brennkraftmaschine zur Verfügung stehen. 45 Durch das beschriebene einfache Verfahren können die NOx-Rohemissionen der Brennkraftmaschine 1 bestimmt werden, ohne dass ein teurer zweiter ΝΟχ-Sensor verbaut werden muss. Abweichungen in den ΝΟχ-Rohemissionen sind unabhängig von der aktuellen Temperatur des SCR-Katalysators 3. 50 Patentansprüche: 1. Verfahren zum Betreiben eines Abgasnachbehandlungssystem zur Reduktion der Stickoxid-Emissionen einer Brennkraftmaschine, vorzugsweise eines SCR-Katalysators, wobei 55 stromabwärts des Abgasnachbehandlungssystems ein Sensor zur Bestimmung der ΝΟχ- 4 AT 501 921 B1 Konzentration im Abgasstrang angeordnet ist, und wobei ein Reduktionsmittel, insbesondere NH3 oder eine wässrige Harnstoff-Lösung in einem definierten, vorzugsweise im stöchiometrischen Verhältnis zu den ΝΟχ-Emissionen stromaufwärts des Abgasnachbehandlungssystems in das Abgas oberhalb einer definierten Mindesttemperatur des Abgases zu-5 dosiert wird, und wobei die ΝΟχ-Emissionen der Brennkraftmaschine mittels eines Motorkennfeldes oder eines Abgasmodells ermittelt werden, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb der Mindesttemperatur des Abgases und/oder in Betriebsphasen, in denen kein Reduktionsmittel zugegeben wird, stromabwärts des Abgasnachbehandlungssystems mit dem Sensor die NOx-Emissionen gemessen und mit dem kennfeld- oder modellbasierten io Werten verglichen werden, und dass bei Abweichung zwischen gemessenen und kennfeld- oder modellbasierten Werten eine Korrektur des Kennfeldes oder des Emissionsmodells durchgeführt wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Korrektur des Kennfeldes 15 oder des Modells nur erfolgt, wenn ein Betrag des Gradienten der Drehzahl und/oder des Drehmomentes der Brennkraftmaschine unterhalb eines vordefinierten Schwellwertes liegt.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass beim Vergleich der gemessenen mit den kennfeld- oder modellbasierten Werten der NOx-Emissionen die Ab- 20 gastransportzeit zwischen der Brennkraftmaschine und dem Sensor berücksichtigt wird.
4. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass pro Korrekturschritt die durchgeführte Korrektur kleiner ist als ein vordefinierter zulässiger Maximalwert. 25 Hiezu 1 Blatt Zeichnungen 30 35 40 45 50 55