-
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.