DE102005042490A1 - Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

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Abstract

Es werden ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (10), in deren Abgasbereich (13) wenigstens ein SCR-Katalysator (16) angeordnet ist, der mit einem Reagenzmittel beaufschlagt wird, welches zur NOx-Konvertierung im SCR-Katalysator (16) beiträgt, und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens vorgeschlagen. Berechnet wird wenigstens ein Maß (NOx_nK_mod) für die stromabwärts nach dem SCR-Katalysator (16) auftretende NOx-Konzentration (NOx_nK). Ein NOx-Sensor (18), der stromabwärts nach dem SCR-Katalysator (16) angeordnet ist, stellt ein Abgas-Sensorsignal (S_nK) bereit, das der Summe der NOx-Konzentration (NOx_nK) und dem Reagenzmittelschlupf (ms_Rea_nK) entspricht. Ermittelt werden die Differenzen (D) zwischen dem berechneten Maß (NOx_nK_mod) und dem Abgas-Sensorsignal (S_nK). Gespeichert werden zumindest Maße (D1 - D5, P1 - P5) für die in zeitlicher Folge ermittelten Differenzen (D). Vorgesehen ist eine Bewertung der Maße (D1 - D5, P1 - P5). Ein Reagenzmittelsignal (S_Rea), welches die Dosierung des Reagenzmittels festlegt, wird in Abhängigkeit von einer vorgegebenen Anzahl und/oder vorgegebenen Reihenfolge von Bewertungsergebnissen (0,1) der Maße (D1 - D5, P1 - P5) festgelegt.

Description

  • Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, in deren Abgasbereich ein SCR-Katalysator und stromabwärts nach dem SCR-Katalysator ein NOx-Sensor angeordnet sind und von einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche.
  • In der DE 199 03 439 A1 werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine beschrieben, in deren Abgasbereich ein SCR-Katalysator (Selective-Catalytic-Reduction) angeordnet ist, der die im Abgas der Brennkraftmaschine enthaltenen Stickoxide mit einem Reagenzmittel zu Stickstoff reduziert. Die Dosierung des Reagenzmittels erfolgt vorzugsweise in Abhängigkeit von Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine, wie beispielsweise der Drehzahl und der eingespritzten Kraftstoffmenge. Weiterhin erfolgt die Dosierung vorzugsweise in Abhängigkeit von Abgas-Kenngrößen, wie beispielsweise der Abgastemperatur oder der Betriebstemperatur des SCR-Katalysators.
  • Als Reagenzmittel ist beispielsweise das Reduktionsmittel Ammoniak vorgesehen, das aus einer Harnstoff-Wasser-Lösung gewonnen werden kann. Die Dosierung des Reagenzmittels oder von Ausgangsstoffen des Reagenzmittels muss sorgfältig festgelegt werden. Eine zu geringe Dosierung hat zur Folge, dass Stickoxide im SCR-Katalysator nicht mehr vollständig reduziert werden können. Eine zu hohe Dosierung führt zu einem Reagenzmittelschlupf, der einerseits zu einem unnötig hohen Reagenzmittelverbrauch und andererseits, in Abhängigkeit von der Beschaffenheit des Reagenzmittels, zu einer unangenehmen Geruchsbelästigung führen kann.
  • In der DE 10 2004 031 624 A1 (nicht vorveröffentlicht) ist ein Verfahren zum Betreiben eines zur Reinigung des Abgases einer Brennkraftmaschine verwendeten SCR-Katalysators beschrieben, bei dem eine Steuerung oder Regelung des Reagenzmittel-Füllstands im SCR-Katalysator auf einen vorgegebenen Sollwert vorgesehen ist. Die gezielte Vorgabe des Sollwerts stellt einerseits sicher, dass in instationären Zuständen der Brennkraftmaschine eine ausreichende Reagenzmittelmenge zur möglichst vollständigen Beseitigung der NOx-Rohemissionen der Brennkraftmaschine zur Verfügung steht und dass andererseits ein Reagenzmittelschlupf vermieden wird.
  • Der Reagenzmittel-Füllstand des SCR-Katalysators wird anhand eines Katalysatormodells ermittelt, das den in den SCR-Katalysator einströmenden NOx-Massenstrom, den den SCR-Katalysator verlassenden NOx-Massenstrom, die Katalysatortemperatur sowie gegebenenfalls den Reagenzmittelschlupf berücksichtigt. Der maximal mögliche Reagenzmittel-Füllstand des SCR-Katalysators hängt insbesondere von der Betriebstemperatur des SCR-Katalysators ab, wobei er bei geringen Betriebstemperaturen am höchsten ist und mit zunehmender Betriebstemperatur zu kleineren Werten abfällt. Der Wirkungsgrad des SCR-Katalysators hängt von der katalytischen Aktivität ab, die bei geringen Betriebstemperaturen gering ist, mit steigender Betriebstemperatur ein Maximum durchläuft und mit weiter zunehmender Betriebstemperatur wieder absinkt.
  • In der DE 199 60 731 A1 und DE 199 62 912 A1 sind jeweils NOx-Sensoren beschrieben, die zum Erfassen der in einem Abgasstrom vorliegenden NOx-Konzentration vorgesehen sind. Die beschriebenen NOx-Sensoren weisen mehrere Kammern auf, die über die Diffusionsbarrieren miteinander in Verbindung stehen. Die bekannten Mehrkammer-NOx-Sensoren weisen aufgrund des Messprinzips eine Querempfindlichkeit gegenüber Ammoniak (NH3) auf. Das im Abgas enthaltene Ammoniak als Beispiel eines Reagenzmittels führt über die Reaktion 4 NH3 + 5 O2 → 4 NO + 6 H2O zu einer Verfälschung des Sensorsignals. Wenn bei den vorbekannten Vorgehensweisen demnach eine Erhöhung der Reagenzmittel-Dosierung erfolgt, wird bei einer bisher vorliegenden Überdosierung oder richtigen Dosierung des Reagenzmittels das Sensorsignal aufgrund des auftretenden Reagenzmittelschlupfes ansteigen und bei einer bisher vorliegenden Unterdosierung aufgrund der zunehmenden NOx-Konvertierung abfallen. Wenn dagegen eine Absenkung der Reagenzmittel-Dosierung erfolgt, wird bei einer bisher vorliegenden Überdosierung des Reagenzmittels das Sensorsignal aufgrund des verminderten Reagenzmittel schlupfes abfallen und bei einer bisher vorliegenden richtigen Dosierung oder Unterdosierung aufgrund der nicht mehr vollständigen NOx-Konvertierung ansteigen.
  • In der DE 10 2004 046 640 A1 (nicht vorveröffentlicht) sind ein gattungsgemäßes Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens beschrieben, bei denen ein NOx-Sensor mit einer Querempfindlichkeit gegenüber einem Reagenzmittel stromabwärts nach dem SCR-Katalysator angeordnet ist. Im Abgasbereich ist wenigstens ein SCR-Katalysator angeordnet, der mit einem Reagenzmittel beaufschlagt wird, welches zur NOx-Konvertierung im SCR-Katalysator beiträgt. Vorgesehen ist die Berechnung zumindest eines Maßes für die stromabwärts nach dem SCR-Katalysator auftretende NOx-Konzentration, die eine Erhöhung der Genauigkeit bei der Festlegung der Dosierung des Reagenzmittels ermöglicht.
  • Ein Reagenzmittelschlupf kann aus der Differenz zwischen dem berechneten Maß für die NOx-Konzentration und dem gemessenen Maß für die Summe der NOx-Konzentration und der Reagenzmittel-Konzentration ermittelt werden. Berücksichtigt wird die Tatsache, dass sowohl ein Reagenzmittelschlupf als auch eine unzureichende NOx-Reduktionsreaktion eine Abweichung zwischen dem berechneten Maß für die NOx-Konzentration und dem gemessenen Maß für die Summe der NOx-Konzentration und der Reagenzmittel-Konzentration in dieselbe Richtung bewirken. Gemäß einer Ausgestaltung wird bei einer zu hohen Differenz zunächst die Dosierung des Reagenzmittels vermindert. Wenn ein Reagenzmittelschlupf vorlag, wird die Verminderung der Dosierung des Reagenzmittels zu einer Verminderung des Reagenzmittelschlupfs führen. Damit wird die Differenz kleiner. Die Verminderung der Dosierung des Reagenzmittels hat sich in diesem Fall als richtige Maßnahme herausgestellt. Lag ursprünglich eine zu geringe Dosierung des Reagenzmittels vor, so wird sich die ermittelte Differenz aufgrund der geringeren NOx-Konvertierung weiter erhöhen, sodass daraus geschlossen werden kann, dass die Verminderung der Dosierung des Reagenzmittels falsch war und stattdessen eine Erhöhung der Dosierung vorzunehmen ist.
  • Aufgrund der möglichen ständigen Änderungen der Dosiermittelmenge kann ein Schwingen um den optimalen Betriebszustand, bei dem sowohl eine möglichst minimale NOx-Konzentration stromabwärts nach dem SCR-Katalysator als auch ein möglichst minimaler Reagenzmittelschlupf auftreten sollten, nicht in allen Betriebszuständen aufrechterhalten werden.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, in deren Abgasbereich ein SCR-Katalysator und ein NOx-Sensor angeordnet sind, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben, die ein möglichst optimales Abgas-Reinigungsergebnis bei einem minimalen Reagenzmittelschlupf ergeben.
  • Die Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Merkmale jeweils gelöst.
  • Vorteile der Erfindung
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, in deren Abgasbereich wenigstens ein SCR-Katalysator angeordnet ist, der mit einem Reagenzmittel beaufschlagt wird, welches zur NOx-Konvertierung im SCR-Katalysator beiträgt, sieht vor, dass wenigstens ein Maß für die stromabwärts nach dem SCR-Katalysator auftretende NOx-Konzentration berechnet und mit einem NOx-Sensor gemessen wird, der eine Querempfindlichkeit gegenüber dem Reagenzmittel aufweist. Ermittelt wird die Differenz zwischen dem berechneten Maß für die NOx-Konzentration und der gemessenen Summe der NOx-Konzentration und einem Reagenzmittelschlupf. Ermittelt werden die Differenzen zwischen dem berechneten Maß und dem Abgas-Sensorsignal. Gespeichert werden zumindest Maße für die in zeitlicher Folge ermittelten Differenzen. Vorgesehen ist eine Bewertung der Maße. Ein Reagenzmittelsignal, welches die Dosierung des Reagenzmittels festlegt, wird in Abhängigkeit von einer vorgegebenen Anzahl und/oder vorgegebenen Reihenfolge von Bewertungsergebnissen der Maße festgelegt.
  • Die erfindungsgemäße Vorgehensweise vermeidet eine dauerhafte Fehldosierung durch eine Langzeitadaption. Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Vorgehensweise ergibt sich dadurch, dass der Applikationsaufwand verringert wird. Insbesondere wird mit der erfindungsgemäßen Vorgehensweise eine Dosierung des Reagenzmittels erreicht, die nur ein geringes Überschwingen und Unterschwingen aufweist.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorgehensweise ergeben sich aus abhängigen Ansprüchen.
  • Prinzipiell ist es möglich, unmittelbar die in zeitlicher Folge ermittelten Differenzen der weiteren Bewertung zugrunde zu legen. Gemäß einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Diffe renzen plausibilisiert werden und dass die ermittelten Plausibilitäten als Maße für die Differenzen gespeichert und anschließend bewertet werden. Die Plausibilitäten als Ergebnisse der Plausibilisierung können beispielsweise die Feststellung widerspiegeln, ob eine Über- oder Unterdosierung des Reagenzmittels vorliegt.
  • Eine Ausgestaltung sieht vor, dass bei einer vorangegangenen Absenkung des Reagenzmittelsignals eine andere Anzahl und/oder Reihenfolge von Bewertungsergebnissen der Maße für die Differenzen als bei einer Erhöhung vorgegeben wird. Eine andere Ausgestaltung sieht vor, dass eine größere Erhöhung des Reagenzmittelsignals als eine entsprechende Absenkung des Reagenzmittelsignals vorgesehen ist. Mit diesen Maßnahmen wird der Schwerpunkt auf eine möglichst hohe NOx-Konvertierung gelegt. Bei einer eventuell vorliegenden Unterdosierung wird schnellstmöglich die maximal mögliche NOx-Konvertierung wieder erreicht.
  • Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Maße für die Differenzen bei einer geringen und/oder hohen Last der Brennkraftmaschine nicht gespeichert oder gespeicherter Maße gelöscht werden. Eine andere Ausgestaltung sieht vor, dass die Maße für die Differenzen bei einer außerhalb eines vorgegebenen Temperaturbereichs liegenden Temperatur des SCR-Katalysators und/oder außerhalb eines vorgegebenen Bereichs des Katalysator-Wirkungsgrads nicht gespeichert oder gespeicherte Maße gelöscht werden. Mit diesen Maßnahmen wird verhindert, dass eine Änderung des Reagenzmittelsignals aufgrund von besonderen, nicht repräsentativen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine und/oder Kenngrößen des Abgases vorgenommen wird.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine betrifft zunächst ein Steuergerät, das zur Durchführung des Verfahrens hergerichtet ist. Das Steuergerät enthält insbesondere eine Differenz-Ermittlung, welche die Differenz zwischen dem von einem gegenüber dem Reagenzmittel querempfindlichen NOx-Sensor bereitgestellten Abgas-Sensorsignal und dem von einer NOx-Konzentrations-Ermittlung berechneten NOx-Konzentration stromabwärts nach dem SCR-Katalysator ermittelt. Vorgesehen sind weiterhin ein Differenzenspeicher für die ermittelten Differenzen sowie eine Bewertungsanordnung zum Bewerten der Maße für die Differenzen.
  • Das Steuergerät enthält vorzugsweise wenigstens einen elektrischen Speicher, in dem die Verfahrensschritte als Computerprogramm abgelegt sind.
  • Weitere vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorgehensweise ergeben sich aus weiteren abhängigen Ansprüchen und aus der folgenden Beschreibung.
  • Zeichnung
  • 1 zeigt ein technisches Umfeld, in welchem ein erfindungsgemäßes Verfahren abläuft und
  • 2 zeigt ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • 1 zeigt eine Brennkraftmaschine 10, in deren Ansaugbereich 11 eine Luftermittlung 12 und in deren Abgasbereich 13 eine Reagenzmittel-Dosierung 14, ein erster NOx-Sensor 15, ein SCR-Katalysator 16, ein dem SCR-Katalysator 16 zugeordneter Temperatursensor 17 sowie ein zweiter NOx-Sensor 18 angeordnet sind.
  • Stromabwärts nach der Brennkraftmaschine 10 treten ein Abgasstrom ms_abg sowie eine NOx-Rohkonzentration NOx_vK auf. Stromabwärts nach dem SCR-Katalysator 16 treten eine NOx-Konzentration NOx_nK sowie ein Reagenzmittelschlupf ms_Rea_nK auf.
  • Die Luftermittlung 12 stellt einem Steuergerät 20 ein Luftsignal ms_L, die Brennkraftmaschine 10 ein Drehsignal n, der erste NOx-Sensor 15 ein erstes NOx-Signal NOx_vK_mess, der Temperatursensor 17 ein Temperatursignal te_Kat und der zweite NOx-Sensor 18 ein Abgas-Sensorsignal S_nK zur Verfügung.
  • Das Steuergerät 20 stellt einer der Brennkraftmaschine 10 zugeordneten Kraftstoff-Zumessvorrichtung 25 ein Kraftstoffsignal m_K sowie der Reagenzmittel-Dosierung 14 ein Reagenzmittelsignal S_Rea zur Verfügung.
  • Das Steuergerät 20 enthält eine Drehmoment-Ermittlung 30, der das Luftsignal ms_L, das Drehsignal n sowie ein Drehmoment-Sollwert MFa zur Verfügung gestellt werden und die ein Drehmoment Md der Brennkraftmaschine 10 ermittelt.
  • Das Steuergerät 20 enthält weiterhin eine NOx-Rohkonzentrations-Ermittlung 31, der das Luftsignal ms_L, das Drehsignal n sowie das Kraftstoffsignal m_K zur Verfügung gestellt werden und die ein berechnetes Maß NOx_vK_mod einer NOx-Rohkonzentration NOx_vK ermittelt.
  • Das Steuergerät 20 enthält ferner eine NOx-Konzentrations-Ermittlung 32, der die NOx-Rohkonzentration NOx_vK, das Temperatursignal te_Kat, eine Raumgeschwindigkeit RG sowie ein Reagenzmittel-Füllstand ReaSp im SCR-Katalysator 16 zur Verfügung gestellt werden und die ein berechnetes Maß NOx_nK_mod für die NOx-Konzentration NOx_nK stromabwärts nach dem SCR-Katalysator 16 ermittelt.
  • Das berechnete Maß NOx_nK_mod für die NOx-Konzentration NOx_nK und das Abgas-Sensorsignal S_nK werden einer Differenz-Ermittlung 33 zur Verfügung gestellt, welche eine Differenz D ermittelt. In einem Ergebnisspeicher 34 können fünf Differenzen D1-D5 gespeichert werden, wobei die zeitliche Folge von einer Zeitsteuerung 35 mit einem Zeitsignal t vorgegeben wird. Dem Ergebnisspeicher 34 werden weiterhin das Drehmoment Md, das Temperatursignal te_Kat sowie ein Resetsignal R zur Verfügung gestellt. Anstelle der Differenzen D1-D5 können im Ergebnisspeicher 34 die von einer Plausibilisierung 36 aus Differenzen D ermittelten Plausibilitäten P1-P5 gespeichert werden. Die Differenzen D1-D5 und die Plausibilitäten P1-P5 werden im Folgenden als Maße für die Differenzen D bezeichnet.
  • Die Maße D1-D5, P1-P2 für die Differenzen D werden einer Bewertungsanordnung 37 zur Verfügung gestellt, die mehrere Speicherzellen für Bewertungsergebnisse enthält, wobei die Bewertungsergebnisse als eine 1 oder eine 0 eingetragen sind. Die Bewertungsanordnung 37 stellt einer Reagenzmittelsignal-Festlegung 38 eine Reagenzmittel-Signaländerung dS_Rea zur Verfügung.
  • Die Reagenzmittelsignal-Festlegung 38 erhält weiterhin das vom ersten NOx-Sensor 15 bereitgestellte NOx-Sensorsignal NOx_vK_mess sowie das vom Temperatursensor 17 bereitgestellte Temperatursignal te_Kat zur Verfügung gestellt und gibt an die Bewertungsanordnung 37 ein bisher geltendes Reagenzmittelsignal S_Rea_alt ab.
  • 2 zeigt ein Flussdiagramm, das mit einem ersten Funktionsblock 41 beginnt, der eine Festlegung des Reagenzmittelsignals S_Rea vorsieht. In einem zweiten Funktionsblock 42 erfolgt eine Ermittlung der NOx-Rohkonzentration NOx_vK. In einem dritten Funktionsblock 43 ist eine Ermittlung der Temperatur te_Kat des SCR-Katalysators 16 vorgesehen. In einem vierten Funktionsblock 44 erfolgt die Berechnung eines Wirkungsgrads eta_Kat des SCR-Katalysators 16. In einem fünften Funktionsblock 45 ist die Berechnung der NOx-Konzentration NOx_nK_mod vorgesehen. In einem sechsten Funktionsblock 46 erfolgt die Erfassung des Ab gas-Sensorsignals S_nK. In einem siebten Funktionsblock 47 ist eine Ermittlung der Differenz D vorgesehen. In einem achten Funktionsblock 48 ist eine Ermittlung von Plausibilitäten P1-P5 vorgesehen. In einem neunten Funktionsblock 49 erfolgt eine Speicherung der ermittelten Differenzen D1-D5 oder der ermittelten Plausibilitäten P1-P5. In einem zehnten Funktionsblock 50 ist eine Bewertung der Differenzen D1-D5 oder der Plausibilitäten P1-P5 vorgesehen und in einem elften Funktionsblock 51 erfolgt die Festlegung der Reagenzmittel-Signaländerung dS_Rea. Anschließend wird zum ersten Funktionsblock 41 zurückgesprungen.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren arbeitet folgendermaßen:
    Die in der Steuerung 20 angeordnete Drehmoment-Ermittlung 30 ermittelt das von der Brennkraftmaschine 10 aufzubringende Drehmoment Md in Abhängigkeit wenigstens vom vorgegebenen Drehmoment-Sollwert MFa, der beispielsweise von einem nicht näher gezeigten Fahrpedal eines Kraftfahrzeugs bereitgestellt wird, in welchem die Brennkraftmaschine 10 als Antriebsmotor angeordnet ist. Das Drehmoment Md ist wenigstens näherungsweise ein Maß für die Last der Brennkraftmaschine 10. Bei der Ermittlung des Drehmoments Md kann weiterhin das Drehsignal n und/oder das von der Lufterfassung 12 bereitgestellte Luftsignal ms_L berücksichtigt werden.
  • Die Steuerung 20 gibt das insbesondere anhand des Drehmoments Md festgelegte Kraftstoffsignal m_K an die Kraftstoff-Zumessvorrichtung 25 ab. Das Kraftstoffsignal m_K legt beispielsweise einen Kraftstoff-Einspritzzeitpunkt sowie eine Kraftstoff-Einspritzmenge fest. Der in der Brennkraftmaschine 10 verbrannte Kraftstoff führt zum Abgasstrom ms_abg, der in Abhängigkeit vom Betriebspunkt der Brennkraftmaschine 10 die unerwünschte mehr oder weniger hohe NOx-Rohkonzentration NOx_vK enthalten kann.
  • Zur möglichst weitgehenden Beseitigung der NOx-Rohkonzentration NOx_vK ist wenigstens der SCR-Katalysator 16 im Abgasbereich 13 der Brennkraftmaschine 10 angeordnet. Neben dem SCR-Katalysator 16 können weitere Katalysatoren und/oder ein Partikelfilter vorgesehen sein. Der SCR-Katalysator 16 unterstützt die Reduktionsreaktion des NOx mit einem Reagenzmittel, das entweder in den Abgasbereich 13 mit der Reagenzmittel-Dosierung 14 eindosiert oder gegebenenfalls innermotorisch bereitgestellt wird. Anstelle des Reagenzmittels kann ein Ausgangsstoff vorgesehen sein. Im Fall des Reagenzmittels Ammoniak kann anstelle des Ammoniaks als Ausgangsstoff beispielsweise eine Harnstoff-Wasser-Lösung oder beispielsweise Ammoniumcarbamat vorgesehen sein. Die Dosierung wird mit dem Reagenzmittelsignal S_Rea festgelegt, das im gezeigten Ausführungsbeispiel der Reagenzmittel-Dosierung 14 zur Verfügung gestellt wird. Alternativ kann bei einer innermotorischen Bereitstellung des Reagenzmittels das Kraftstoffsignal m_K mit dem Reagenzmittelsignal S_Rea derart modifiziert werden, dass das benötigte Reagenzmittel innermotorisch entsteht.
  • Nach dem Start des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt im ersten Funktionsblock 41 die Festlegung des Reagenzmittelsignals S_Rea in der Reagenzmittel-Festlegung 37. Bei der Festlegung der Dosierung wird vorzugsweise die NOx-Rohkonzentration NOx_vK berücksichtigt, die im zweiten Funktionsblock 42 ermittelt wurde. Im dritten Funktionsblock 43 wird zumindest ein Maß für die Temperatur te_Kat des SCR-Katalysators 16 ermittelt. Zur Temperaturerfassung ist beispielsweise der Temperatursensor 17 vorgesehen, der stromaufwärts vor, unmittelbar am oder im oder stromabwärts nach dem SCR-Katalysator 16 angeordnet sein kann. Wesentlich ist hierbei, dass das Temperatursignal te_Kat wenigstens ein Maß für die Betriebstemperatur des SCR-Katalysators 16 widerspiegelt. Anstelle einer Temperaturmessung kann auch eine Abschätzung der Katalysatortemperatur te_Kat vorgesehen sein.
  • Im vierten Funktionsblock 44 erfolgt die Ermittlung wenigstens eines Maßes für den Wirkungsgrad eta_Kat des SCR-Katalysators 16, der insbesondere von der Betriebstemperatur te_Kat des SCR-Katalysators 16 abhängt. Die Ermittlung kann in der NOx-Konzentrations-Ermittlung 32 vorgesehen sein. Die Betriebstemperatur bestimmt im Wesentlichen die katalytische Aktivität, die bei niedrigen Temperaturen, beispielsweise unterhalb von 150°C, gering ist, bei beispielsweise 250°C ein Maximum aufweist und anschließend zu höheren Betriebstemperaturen wieder abnimmt. Weiterhin kann bei der Ermittlung des Wirkungsgrads eta_Kat der Abgasstrom ms_abg berücksichtigt werden, der sich bereits allein aus dem Luftsignal ms_L wenigstens näherungsweise ermitteln lässt. Gegebenenfalls kann zusätzlich das Kraftstoffsignal m_K berücksichtigt werden. Aus den genannten Größen lässt sich die Raumgeschwindigkeit RG des Abgases im SCR-Katalysator 16 angeben, die anstelle des Abgasstroms ms_abg bei der Ermittlung des Wirkungsgrads eta_Kat des SCR-Katalysators 16 berücksichtigt werden kann. Weiterhin wird insbesondere der Reagenzmittel-Füllstand ReaSp berücksichtigt. Die angegebenen Zusammenhänge und insbesondere die Ermittlung des Reagenzmittel-Füllstands ReaSp, welcher der NOx-Konzentrations-Ermittlung 32 zur Verfügung gestellt wird, können dem eingangs genannten Stand der Technik gemäß DE 10 2004 031 624 entnommen werden. Auf dieses Dokument wird vollinhaltlich Bezug genommen.
  • Im fünften Funktionsblock 45 wird wenigstens ein Maß für die NOx-Konzentration NOx_nK_mod im Abgas nach dem SCR-Katalysator 16 berechnet. Die berechnete NOx-Konzentration NOx_nK_mod nach dem SCR-Katalysator 16 kann aus der berechneten NOx-Rohkonzentration NOx_vK multipliziert mit dem Term (1 – Wirkungsgrad eta_Kat des SCR-Katalysators 16) erhalten werden.
  • Im nachfolgenden sechsten Funktionsblock 46 wird das Abgas-Sensorsignal S_nK erfasst. Das Abgas-Sensorsignal S_nK wird vom zweiten NOx-Sensor 18 bereitgestellt, der stromabwärts nach dem SCR-Katalysator 16 angeordnet ist. Bei Wegfall des ersten NOx-Sensors 15 ist der zweite NOx-Sensor 18 der einzige NOx-Sensor. Prinzipiell ist es möglich, die NOx-Konzentration NOx_nK nach dem SCR-Katalysator 16 mit einem NOx-Sensor und den Reagenzmittelschlupf ms_Rea_nK mit einem Reagenzmittel-Sensor zu erfassen. Besonders vorteilhaft ist jedoch die Ausnutzung einer Querempfindlichkeit des zweiten NOx-Sensors 18 gegenüber dem Reagenzmittel.
  • Die Querempfindlichkeit tritt insbesondere auf, wenn der Messung dieselben physikalischen Vorgänge zugrunde liegen. Sofern als Reagenzmittel Ammoniak vorgesehen ist, handelt es sich in beiden Fällen um eine Reduktionsreaktion innerhalb des zweiten NOx-Sensors 18. Das Abgas-Sensorsignal S_nK ändert sich bei einer Änderung der NOx-Konzentration NOx_nK nach dem SCR-Katalysator 18 und einer Änderung des Reagenzmittelschlupfs ms_Rea_nK. Deshalb wird das Abgas-Sensorsignal S_nK des zweiten NOx-Sensors 18 nicht als NOx-Signal, sondern allgemein als Abgas-Sensorsignal S_nK bezeichnet. Nachteilig ist hierbei, dass zunächst nicht zwischen der Änderung der NOx-Konzentration NOx_nK und einer Änderung des Reagenzmittelschlupfs ms_Rea_nK unterschieden werden kann.
  • Ein Reagenzmittelschlupf ms_Rea_nK kann auftreten, wenn der Reagenzmittel-Füllstand ReaSP im SCR-Katalysator 16 den oberen maximalen zulässigen Wert überschreitet. Ein Reagenzmittelschlupf ms_Rea_nK kann weiterhin bei Lastsprüngen der Brennkraftmaschine 10 auftreten, auch wenn gleichzeitig in Abhängigkeit von der Richtung des Lastsprungs das Reagenzmittelsignal S_Rea vollständig auf null vermindert oder auf einen Maximalwert erhöht wird.
  • Im siebten Funktionsblock 47 wird in der Differenzermittlung 33 die Differenz D zwischen dem Abgas-Sensorsignal S_nK und der berechneten NOx-Konzentration NOx_nK_mod stromab wärts nach dem SCR-Katalysator 16 ermittelt. Die ermittelten Differenzen D können in der Plausibilisierung 36 plausibilisiert werden. Die Plausibilisierung 36 stellt die Plausibilitäten P, P1-P5 bereit. Die Plausibilisierung sieht vorzugsweise eine auf die Differenzen D gestützte Ermittlung vor, ob eine Über- oder Unterdosierung des Reagenzmittels vorliegt. Die Plausibilisierung 36 ermittelt hierzu beispielsweise das Verhältnis aus dosierter Reagenzmittelmenge und der im SCR-Katalysators 16 abreagierten Reagenzmittelmenge. Wesentlich ist, dass zumindest ein Maß für die ermittelten Differenzen D im Ergebnisspeicher 34 abgelegt wird. Das Maß kann demnach die ermittelte Differenz D selbst sein oder beispielsweise die ermittelte Plausibilität P. Die Differenzen D1-D5 oder die ermittelten Plausibilitäten P1-P5, die im folgenden als Maße D1-D5, P1-P5 bezeichnet sind, werden gemäß dem neunten Funktionsblock 49 im Ergebnisspeicher 34 gespeichert. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Maße D1-D5, P1-P5 jeweils zu bestimmten Zeitpunkten abgespeichert werden, wobei die Zeitpunkte von der Zeitsteuerung 35 festgelegt sind, die das Zeitsignal t bereitstellt.
  • Gemäß dem zehnten Funktionsblock 50 erfolgt anschließend die Bewertung der Maße D1-D5, P1-P5 in der Bewertungsanordnung 37, die in Abhängigkeit vom Bewertungsergebnis 0, 1 die Reagenzmittel-Signaländerung dS_Rea bereitstellt, welche der Reagenzmittelsignal-Festlegung 38 zugeführt wird. An dieser Stelle zeigt sich der Vorteil der Speicherung der Plausibilitäten P1- P5 gegenüber der Speicherung der Differenzen D1-D5, da die Plausibilitäten P1-P5 anstelle eines Analogwerts als logische „0" oder „1" hinterlegt werden können. Die Reagenzmittel-Signaländerung dS_Rea ändert beispielsweise Vorsteuerwerte für die Dosierung des Reagenzmittels, die im gezeigten Ausführungsbeispiel von der NOx-Rohkonzentration NOx_vK und/oder beispielsweise vom Temperatursignal te_Kat und/oder vom Wirkungsgrad eta_Kat des SCR-Katalysators 16 abhängen.
  • Die Bewertungsanordnung 37 führt insbesondere eine Bewertung der Maße D1-D5, P1-P5 aufgrund einer vorangegangenen Reagenzmittel-Signaländerung dS_Rea durch. Bei der Bewertung der Maße D1-D5, P1-P5 wird das bisher geltende Reagenzmittelsignal ms_Rea_alt berücksichtigt. Sofern es sich bei den gespeicherten Maßen um mehr als logische Werte handelt, können die Differenzen D1-D5 mit einem nicht näher gezeigten Schwellenwert verglichen werden, um sicherzustellen, dass eine Reaktion auf eine Abweichung nur bei größeren Differenzen D1-D5 vorgenommen wird.
  • Folgende Fälle können sich ergeben:
  • Erhöhung des Reagenzmittelsignals S_Rea:
  • Bei einer vorliegenden Unterdosierung des Reagenzmittels fällt das Abgas-Sensorsignal S_nK aufgrund der erhöhten NOx-Konvertierung ab. Lag dagegen bereits eine richtige oder eine Überdosierung vor, steigt das Abgas-Sensorsignal S_nK aufgrund des Reagenzmittelschlupfs ms_Rea_nK an.
  • Absenkung des Reagenzmittelsignals S_Rea:
  • Bei einer vorliegenden Überdosierung des Reagenzmittels fällt das Abgas-Sensorsignal S_nK aufgrund der Verringerung des Reagenzmittelschlupf ms_Rea_nK ab. Lag dagegen eine richtige oder eine Unterdosierung vor, so steigt das Abgas-Sensorsignal ms_Rea_nK aufgrund der ansteigenden NOx-Konzentration NOx_nK an.
  • Da sowohl der Reagenzmittelschlupf ms_Rea_nK als auch eine zu geringe NOx-Konvertierung eine Abweichung zwischen der berechneten NOx-Konzentration NOx-nK und dem Abgas-Sensorsignal S_nK in dieselbe Richtung bewirken, kann prinzipiell nicht zwischen dem Reagenzmittelschlupf ms_Rea_nK und einer zu geringen NOx-Konvertierung unterschieden werden.
  • Entsprechend sind für die Plausibilisierung in der Bewertungsanordnung 37 unterschiedliche Vorgehensweisen vorgesehen. Zunächst wird davon ausgegangen, dass in einem vorangegangenen Schritt die Maße D1-D5, P1-P5 zu einer Absenkung des Reagenzmittelsignals S_Rea geführt haben. Die Absenkung des Reagenzmittelsignals S_Rea müsste zur Folge haben, dass die Differenzen D kleiner werden. Steigen dagegen die Differenzen D, so ist davon auszugehen, dass der zweite NOx-Sensor 18 keinen Reagenzmittelschlupf ms_Rea_nK, sondern eine erhöhte NOx-Konzentration NOx_nK detektiert hat. Das Reagenzmittelsignal S_Rea muss demnach erhöht werden. Die Bewertungsanordnung 37 stellt die Reagenzmittel-Signaländerung dS_Rea jedoch erst dann zur Verfügung, wenn eine vorgegebene Anzahl und/oder vorgegebene Reihenfolge von Bewertungsergebnissen 0, 1 der Maße D1-D5, P1-P5 festgestellt wurde. Die Bewertungsergebnisse 0, 1 sind als eine 1 oder eine 0 in den einzelnen Bewertungsanordnungs-Speichern eingetragen. Eine 1 wird beispielsweise eingetragen für eine Abweichung der Maße D1-D5, P1-P5 in die falsche Richtung. Entsprechend wird eine 0 eingetragen für eine Abweichung der Maße D1-D5, P1-P5 in die richtige Richtung. Beispielsweise kann eine Erhöhung des Reagenzmittelsignals S_Rea vorgesehen sein, wenn drei aufeinander folgende Bewertungsergebnisse 0, 1 den gleichen Wert aufgewiesen haben, wie in der ersten Zeile der Bewertungsanordnungs-Speichern dargestellt. Weiterhin kann eine Erhöhung des Reagenzmittelsignals mRea vorgesehen sein, wenn beispielsweise vier von fünf Bewertungsergebnissen 0, 1 den gleichen Wert aufgewiesen haben, wie in der zweiten Zeile der Bewertungsanordnungs-Speichern dargestellt. Erst dann erfolgt die Ausgabe der Reagenzmittel-Signaländerung dS_Rea, wobei die Dosierung beispielsweise um 20 Prozent erhöht wird. Entscheidungsgrundlage ist demnach die Anzahl von positiven oder negativen Bewertungsergebnissen 0, 1 und/oder die Einhaltung einer vorgegebenen Reihenfolge von positiven oder negativen Bewertungsergebnissen 0, 1.
  • Entsprechend müsste eine Erhöhung des Reagenzmittelsignals S_Rea zur Folge haben, dass die Differenzen D in anderer Richtung ebenfalls kleiner werden. Steigen dagegen die Differenzen D, so ist davon auszugehen, dass der zweite NOx-Sensor 18 bereits den Reagenzmittelschlupf ms_Rea_nK erfasst. Die Bewertungsanordnung 37 gibt als Reaktion darauf die Reagenzmittel-Signaländerung dS_Rea erst dann aus, wenn wieder eine vorgegebene Anzahl Bewertungsergebnissen 0, 1 und/oder eine vorgegebene Reihenfolge von Bewertungsergebnissen 0, 1 festgestellt wurde. Es kann wieder vorgesehen sein, dass die Absenkung erst vorgenommen wird, wenn beispielsweise vier von fünf Bewertungsergebnissen 0, 1 den gleichen Wert aufweisen oder beispielsweise drei aufeinander folgende Bewertungsergebnisse 0, 1 gleich sind. Erst danach erfolgt die Bereitstellung der Reagenzmittel-Signaländerung dS_Rea, wobei die Dosierung beispielsweise um 5 Prozent abgesenkt werden kann. Entscheidungsgrundlage ist auch hier die Anzahl von positiven oder negativen Bewertungsergebnissen 0, 1 und/oder die Einhaltung einer vorgegebenen Reihenfolge von positiven oder negativen Bewertungsergebnissen 0, 1.
  • In Abhängigkeit vom bisher geltenden Reagenzmittelsignal S_Rea alt kann die in der Bewertungsanordnung 37 herangezogene vorgegebene Anzahl der Bewertungsergebnisse 0, 1 im zehnten Funktionsblock 50 verändert werden, die bei einer gegebenenfalls erforderlichen Anpassung der Reagenzmittel-Signaländerung dS_Rea gemäß dem elften Funktionsblock 51 berücksichtigt werden. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass eine aus dem Bewertungsergebnis 0, 1 resultierende Erhöhung des Reagenzmittelsignal S_Rea vom Betrag der Änderung einer Absenkung des Reagenzmittelsignal S_Rea unterschiedlich ist.
  • Zum weiteren Sicherstellen einer korrekten Langzeitadaption kann zusätzlich der Arbeitspunkt des SCR-Katalysators 16 und/oder die Dauer der Bewertung überwacht werden. Berücksichtigt werden kann beispielsweise das Temperatursignal te_Kat, das zumindest einen Hinweis auf das aktuell vorliegende Reagenzmittel-Speichervermögen des SCR-Katalysators 16 gibt. Vorzugsweise wird der Wirkungsgrad eta_Kat des SCR-Katalysators 16 berücksichtigt.
  • Vorzugsweise wird weiterhin die Last der Brennkraftmaschine 10 berücksichtigt. Ein geeignetes Signal ist beispielsweise das Drehmoment Md, das die Brennkraftmaschine 10 aufzubringen hat. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass bei niedrigen Lasten, entsprechend dem Leerlauf der Brennkraftmaschine 10 und/oder bei hohen Lasten eine Bewertung der in diesen Betriebszuständen nicht repräsentativen Maßen D1-D5, P1-P5 unterbleibt.
  • Weiterhin kann vorgesehen sein, dass nach einer vorgegebenen Zeitdauer, innerhalb welcher das Reagenzmittelsignal S_Rea nicht geändert wurde, die Maße D1-D5, P1-P5 nicht mehr zur Bewertung herangezogen werden. Dadurch wird vermieden, dass eine gut adaptierte Reagenzmittel-Dosierung 14 im Laufe der Zeit immer wieder zumindest leicht verlernt.
  • Die zu berücksichtigenden Signale sind beispielsweise das Zeitsignal t, das Drehmoment Md, das Temperatursignal te_Kat sowie das Resetsignal R, welche im gezeigten Ausführungsbeispiel dem Ergebnisspeicher 34 zur Verfügung gestellt werden. Im einfachsten Fall werden die Signale dazu herangezogen, die Maße D1-D5, P1-P5 zu löschen. Alternativ können die Signale der Bewertungsanordnung 37 zur Verfügung gestellt werden.
  • Anstelle einer direkten Beeinflussung des Reagenzmittelsignals S_Rea mit der Reagenzmittel-Signaländerung dS_Rea kann eine Änderung der Dosierung des Reagenzmittels über eine Beeinflussung des Reagenzmittel-Füllstands im SCR-Katalysator 16 durchgeführt werden, sofern eine Steuerung oder Regelung des Reagenzmittel-Füllstands im SCR-Katalysator 16 vorgesehen ist. Aufgrund einer Änderung des Reagenzmittel-Sollfüllstands oder des Reagenzmittel-Istfüllstands ergibt sich eine indirekte Beeinflussung des Reagenzmittelsignals S_Rea.

Claims (10)

  1. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (10), in deren Abgasbereich (13) wenigstens ein SCR-Katalysator (16) angeordnet ist, der mit einem Reagenzmittel beaufschlagt wird, welches zur NOx-Konvertierung im SCR-Katalysator (16) beiträgt, bei dem wenigstens ein Maß (NOx_nK_mod) für die stromabwärts nach dem SCR-Katalysator (16) auftretende NOx-Konzentration (NOx_nK) berechnet und mit einem gegenüber dem Reagenzmittel querempfindlichen NOx-Sensor (18) gemessen wird und bei dem die Differenz (D) zwischen dem berechneten Maß (NOx_nK_mod) für die NOx-Konzentration (NOx_nK) und der gemessenen Summe der NOx-Konzentration (NOx_nK) und einem Reagenzmittelschlupf (ms_Rea_nK) ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenzen (D) in zeitlicher Folge ermittelt werden, dass Maße (D1-D5, P1-P5) für die Differenzen (D) gespeichert werden, dass die Maße (D1-D5, P1-P5) bewertet werden und dass ein Reagenzmittelsignal (S_Rea), welches die Dosierung des Reagenzmittels festlegt, in Abhängigkeit von einer vorgegebenen Anzahl und/oder vorgegebenen Reihenfolge von Bewertungsergebnissen (0, 1) der Maße (D1-D5, P1-P5) festgelegt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Differenzen (D) plausibilisiert werden und dass die ermittelten Plausibilitäten (P1-P5) als Maße gespeichert werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer vorangegangenen Absenkung der Dosierung des Reagenzmittels eine andere Anzahl und/oder eine andere Reihenfolge von Bewertungsergebnissen (0, 1) der Maße (D1-D5, P1-P5) für die Differenzen (D) vorgesehen wird als bei einer vorangegangenen Erhöhung der Dosierung.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine größere Erhöhung der Dosierung des Reagenzmittels als eine Absenkung der Dosierung vorgenommen wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach einer Änderung des Reagenzmittelsignals (S_Rea) die gespeicherten Maße (D1-D5, P1-P5) für die Differenzen (D) gelöscht werden.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Maße (D1-D5, P1-P5) für die Differenzen (D) bei einer geringen oder hohen Last (Md) der Brennkraftmaschine (10) nicht gespeichert oder die gespeicherten Maße (D1-D5, P1-P5) gelöscht werden.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gespeicherten Maße (D1-D5, P1-P5) für die Differenzen (D) gelöscht werden, wenn für eine vorgegebene Zeitdauer keine Änderung des Reagenzmittelsignals (S_Rea) vorgenommen wurde.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Maße (D1-D5, P1-P5) für die Differenzen (D) bei einer außerhalb eines vorgegebenen Temperaturbereichs liegenden Temperatur des SCR-Katalysators (16) und/oder außerhalb eines vorgegebenen Bereichs des Katalysator-Wirkungsgrads (eta_Kat) nicht gespeichert oder die gespeicherten Maße (D1-D5, P1-P5) gelöscht werden.
  9. Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine (10), in deren Abgasbereich (13) zumindest ein SCR-Katalysator (16) angeordnet ist, der mit einem Reagenzmittel beaufschlagt wird, welches zur NOx-Konvertierung im SCR-Katalysator (16) beiträgt, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein zur Durchführung des Verfahrens hergerichtetes Steuergerät (20) vorgesehen ist.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (20) eine Differenz-Ermittlung (33) enthält, welche die Differenz (D) zwischen dem vom gegenüber dem Reagenzmittel querempfindlichen NOx-Sensor (18) bereitgestellten Abgas- Sensorsignal (S_nK) und der von einer NOx-Konzentrations-Ermittlung (32) berechneten NOx-Konzentration (NOx_nK_mod) stromabwärts nach dem SCR-Katalysator (16) ermittelt, dass ein Ergebnisspeicher (34) für die Maße (D1-D5, P1-P5) für die Differenzen (D) und eine Bewertungsanordnung (37) für die gespeicherten Maße (D1-D5, P1-P5) vorgesehen sind.
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