DE102006009935A1 - Method for operating nitric oxide reduction catalytic converter involves determining ammonia level in upper temperature range and adding reduction agent which is ceased in lower temperature range - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Stickoxidreduktionskatalysators mit Ammoniakspeicherfähigkeit, dem Abgas einer vorwiegend mager betriebenen Brennkraftmaschine zugeführt wird, bei welchem als Reduktionsmittel Ammoniak (NH3) oder ein Stoff, aus welchem Ammoniak freigesetzt werden kann, mit einer einstellbaren Dosierrate dem Abgas zugegeben wirdThe invention relates to a method for operating a nitrogen oxide reduction catalyst with ammonia storage capability, the exhaust gas is fed to a predominantly lean internal combustion engine, in which as the reducing agent ammonia (NH 3 ) or a substance from which ammonia can be released, is added to the exhaust gas with an adjustable metering
Aus
der
Aus
der
Eine Schwierigkeit der bekannten Verfahren besteht darin, dass bei niedrigen Temperaturen der Stickoxidreduktionskatalysator inaktiv ist und/oder eine erforderliche Aufbereitung eines NH3-freisetzenden Reduktionsmittels nicht mehr möglich ist. Insbesondere bei niedrigen Temperaturen ist daher die Stickoxidverminderung nur eingeschränkt oder gar nicht mehr möglich.A difficulty of the known methods is that at low temperatures the nitrogen oxide reduction catalyst is inactive and / or a required treatment of a NH 3 -releasing reducing agent is no longer possible. Therefore, especially at low temperatures, the reduction of nitrogen oxide is limited or not possible.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben eines Stickoxidreduktionskatalysators anzugeben, welches insbesondere bei niedrigen Temperaturen einen verbesserten Stickoxidumsatz ermöglicht.task the invention is to provide a method for operating a nitrogen oxide reduction catalyst, which improved especially at low temperatures Nitrogen oxide turnover allows.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.These The object is achieved by a method having the features of the claim 1 solved.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird in einem ersten, oberen Temperaturbereich des Stickoxidreduktionskatalysators ein Ammoniakfüllstand im Stickoxidreduktionskatalysator insbesondere durch Summation und zeitliche Integration wenigstens einer Umsatzrate von im Stickoxidreduktionskatalysator umgesetzten NH3 und/oder NOx und einer Zufuhrrate von dem Stickoxidreduktionskatalysator zugeführtem NH3 ermittelt und die Dosierrate des Reduktionsmittels derart ermittelt und eingestellt, dass ein vorgebbarer Sollwert für den Ammoniakfüllstand im Stickoxidreduktionskatalysator wenigstens annähernd erreicht wird. In einem zweiten, unteren Temperaturbereich des Stickoxidreduktionskatalysators wird die Zugabe von Reduktionsmittel gestoppt. In einem dritten, mittleren Temperaturbereich des Stickoxidreduktionskatalysators, der an den ersten oberen Temperaturbereich und an den zweiten unteren Temperaturbereich direkt angrenzt, wird die auf analoge Weise wie im ersten Temperaturbereich ermittelte Dosierrate des Reduktionsmittels wenigstens zeitweise um ein vorgebbares Maß erhöht. Auf diese Weise steht bei niedrigen Temperaturen vermehrt im Katalysator gespeichertes NH3 zur NOx-Verminderung zur Verfügung. Folglich ist auch bei niedrigen Temperaturen eine NOx-Verminderung ermöglicht.In the method according to the invention, an ammonia level in the nitrogen oxide reduction catalyst is determined in a first, upper temperature range of the nitrogen oxide reduction catalyst, in particular by summation and temporal integration of at least one conversion rate of NH 3 and / or NO x reacted in the nitrogen oxide reduction catalyst and a feed rate of NH 3 fed to the nitrogen oxide reduction catalyst, and the metering rate the reducing agent is determined and adjusted such that a predefinable setpoint for the ammonia level in the nitrogen oxide reduction catalyst is at least approximately achieved. In a second, lower temperature range of the nitrogen oxide reduction catalyst, the addition of reducing agent is stopped. In a third, middle temperature range of the nitrogen oxide reduction catalyst, which directly adjoins the first upper temperature range and the second lower temperature range, the metering rate of the reducing agent determined analogously to the first temperature range is increased at least temporarily by a predeterminable amount. In this way, at low temperatures stored in the catalyst NH 3 for NO x reduction is available. As a result, NO x reduction is possible even at low temperatures.
Als Reduktionsmittel kommt in erster Linie Harnstoff, Ammoniumcarbamat, Ammoniumformiat oder ein ähnlicher, zu Abspaltung von NH3 befähigter Stoff in Frage. Das Reduktionsmittel kann dem Abgas in Reinform oder als wässrige Lösung und/oder als aerosolartiger Nebel an einer insbesondere stromauf des Stickoxidreduktionskatalysators angeordneten Zugabestelle einer entsprechenden Abgasleitung zugegeben werden. Die Zugabestelle ist vorzugsweise in der Art eines Dosierventils mit ein oder mehreren Düsenöffnungen ausgebildet. Der Stickoxidreduktionskatalysator ist vorzugsweise als klassischer SCR-Katalysator, insbesondere auf der Basis von Wolframoxid bzw. Vanadiumpentoxid oder als zeolithischer Katalysator ausgebildet. Es ist bekannt, dass diese Katalysatortypen beträchtliche NH3-Mengen speichern können, wobei gespeichertes NH3 als Reaktionspartner für eine Reduktion von mit dem Abgas zugeführten Stickoxiden wirkt. Nachfolgend wird vereinfachend von einem Katalysator gesprochen. In diesem Sinne ist unter dem NH3-Füllstand die Menge an im Katalysatorbett gespeichertem NH3 zu verstehen. Vorzugsweise wird als NH3-Füllstand eine relative Größe verwendet, welche die gespeicherte NH3-Menge in Bezug auf die unter den aktuellen Bedingungen maximal speicherbare NH3-Menge angibt.As a reducing agent is primarily urea, ammonium carbamate, ammonium formate or a similar, capable of cleaving NH 3 capable substance in question. The reducing agent can be added to the exhaust gas in pure form or as an aqueous solution and / or as an aerosol-like mist at an addition point of a corresponding exhaust gas line arranged in particular upstream of the nitrogen oxide reduction catalyst. The addition point is preferably formed in the manner of a metering valve with one or more nozzle openings. The nitrogen oxide reduction catalyst is preferably designed as a classic SCR catalyst, in particular based on tungsten oxide or vanadium pentoxide or as a zeolitic catalyst. It is known that these types of catalysts can store considerable quantities of NH 3 , with stored NH 3 acting as a reaction partner for a reduction of nitrogen oxides supplied to the exhaust gas. The following is a simplified discussion of a catalyst. In this sense, the NH 3 level is understood to mean the amount of NH 3 stored in the catalyst bed. Preferably 3 filling level is used as a relative value NH, which indicates the stored NH 3 amount in respect to the maximum storable under the current conditions NH 3 amount.
Zur Ermittlung des NH3-Füllstands kann beispielsweise ein im Katalysatorbett angeordneter, gegenüber NH3 empfindlicher Sensor verwendet werden. Es ist vorzugsweise jedoch vorgese hen, den NH3-Füllstand rechnerisch zu ermitteln, wobei auf sensorisch ermittelte Größen, wie einen NH3-Schlupf und/oder eine ausgangsseitig des Katalysators erfasste NOx-Konzentration zurückgegriffen werden kann. Zur Ermittlung des NH3-Füllstands ist vorzugsweise eine Elektronikeinheit vorgesehen, welche auf gespeicherte Daten, vorzugsweise in Form von Kennlinien, Kennfeldern und Programmen zugreifen kann. Anhand der Daten und zusätzlicher Eingangssignale betreffend maßgebliche Zustandsgrößen des Katalysators und des Abgases sowie Betriebsdaten der Brennkraftmaschine, wie beispielsweise Temperatur, Sauerstoffgehalt des Abgases, Abgasmassenstrom, Brennkraftmaschinenlast und -drehzahl, erfolgt eine modellbasierte rechnerische Ermittlung des NH3-Füllstands im Katalysator. Dabei ist es vorteilhaft, wenn die Elektronikeinheit mit einer üblicherweise ohnehin vorgesehenen elektronischen Brennkraftmaschinensteuerung kommunizieren kann, so dass auf alle betriebsrelevanten Größen zugegriffen werden kann. Physikalisch kann die Elektronikeinheit auch integraler Bestandteil der elektronischen Brennkraftmaschinensteuerung sein. Sie kann jedoch auch als Bestandteil einer Dosiereinheit für das Reduktionsmittel ausgebildet sein.To determine the NH 3 level, for example, a sensor arranged in the catalyst bed and sensitive to NH 3 may be used. However, it is preferably vorgese hen to determine the NH 3 level by calculation, which can be used on sensory variables such as a NH 3 -slip and / or an output side of the catalyst detected NO x concentration. To determine the NH 3 level, an electronic unit is preferably provided which can access stored data, preferably in the form of characteristic curves, characteristic diagrams and programs. Based on the data and additional input signals regarding relevant state variables of the catalyst and the exhaust gas as well as operating data the internal combustion engine, such as temperature, oxygen content of the exhaust gas, exhaust gas mass flow, engine load and speed, there is a model-based computational determination of the NH 3 level in the catalyst. It is advantageous if the electronics unit can communicate with a conventionally provided anyway electronic engine control, so that it can be accessed on all operationally relevant variables. Physically, the electronics unit can also be an integral part of the electronic engine control. However, it can also be designed as part of a dosing unit for the reducing agent.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, den NH3-Füllstand des Katalysators durch Summation und zeitliche Integration von wenigstens einer Umsatzrate von im Katalysator umgesetzten NH3 und/oder NOx und einer Zufuhrrate von dem Katalysator mit dem Abgas zugeführten Reduktionsmittel zu ermitteln. Vorzugsweise erfolgt die Integration im Anschluss an die Summation der für eine Bilanzierung maßgebenden Werte betreffend den NH3-Füllstand. Durch die erfindungsgemäße Vorgehensweise ist eine laufende Ermittlung des aktuellen NH3-Füllstands durch eine fortlaufend durchgeführte Bilanzierung der den Füllstand beeinflussenden Größen ermöglicht. Um die Genauigkeit der Füllstandsermittlung weiter zu verbessern, können bei der Bilanzierung zusätzlich weitere Faktoren berücksichtigt werden. Insbesondere kann zusätzlich eine Berücksichtigung von Reduktionsmittelverlusten durch Desorption von vom Katalysator desorbiertem NH3 und von Nebenreaktionen, wie beispielsweise einer Reduktionsmitteldirektoxidation vorgesehen sein. Der Einfluss von Nebenreaktionen kann auch in der Umsatzrate enthalten sein.According to the invention, the NH 3 level of the catalyst is determined by summation and temporal integration of at least one conversion rate of NH 3 and / or NO x reacted in the catalyst and a feed rate of the catalyst with the exhaust gas supplied to the reducing agent. The integration preferably takes place after the summation of the values relevant for balancing with regard to the NH 3 level. Due to the procedure according to the invention, an ongoing determination of the current NH 3 level is made possible by continuously performing balancing of the variables influencing the level. In order to further improve the accuracy of the level detection, additional factors can be taken into account in the balancing. In particular, consideration can also be given to reducing agent losses by desorption of NH 3 desorbed from the catalyst and of side reactions, such as, for example, a reduction agent direct oxidation. The influence of side reactions can also be included in the conversion rate.
Vorteilhaft ist es, wenn zur Ermittlung des NH3-Füllstands Kennfelder oder Kennlinien mit zweckmäßigerweise im Vorfeld ermittelten Daten für den jeweiligen Katalysator vorgesehen sind. Diese können eine NOx- bzw. NH3-Umsatzrate, eine NH3-Desorptionsrate sowie gegebenenfalls weitere Einflussfaktoren, wie beispielsweise eine Verlustrate durch Direktoxidation betreffen. Zweckmäßig ist es ferner, für den einzustellenden NH3-Füllstand einen Einstellbereich mit einem oberen und einem unteren Schwellenwert vorzusehen, so dass eine Einstellung des NH3-Füllstands im Katalysator in diesen Bereich erfolgt. Die Schwellenwerte werden dabei zweckmäßigerweise vorab so vorgegeben, dass sich zwischen ihnen insgesamt ein optimaler NOx-Umsatz bei gleichzeitig minimalem oder vernachlässigbarem NH3-Schlupf ergibt.It is advantageous if, in order to determine the NH 3 level, maps or characteristic curves are provided with data, which have been advantageously determined in advance, for the respective catalyst. These may relate to a NO x or NH 3 conversion rate, an NH 3 desorption rate and optionally further influencing factors, such as, for example, a rate of direct oxidation. It is also expedient to provide a setting range with an upper and a lower threshold value for the filling level to be set NH 3 so that a setting of the NH 3 is carried -Füllstands in the catalyst in this area. The threshold values are expediently predetermined in advance such that, overall, an optimal NO x conversion results therewith with at the same time minimal or negligible NH 3 slip.
Auf der Basis der vorliegenden Informationen wird in einem ersten, oberen Temperaturbereich die Dosierrate des Reduktionsmittels derart ermittelt und eingestellt, dass ein vorgebbarer Sollwert für den NH3-Füllstand im Katalysator möglichst erreicht wird. Der erste Temperaturbereich wird dabei entsprechend des eingesetzten Katalysatortyps so gewählt, dass der Katalysator in diesem Temperaturbereich eine hohe Wirksamkeit aufweist. Zur Einstellung der Dosierrate steuert beispielsweise eine Dosiereinheit entsprechende Stellglieder wie Pumpen, Ventile und dergleichen an. Die Dosiereinheit ist dabei vorzugsweise als Regler ausgebildet, welcher den NH3- Füllstand des Katalysators auf den vorgebbaren Sollwert einregeln kann. Unter Dosierrate ist dabei die je Zeiteinheit dem Abgas zugegebene Menge an Reduktionsmittel zu verstehen, welche sich durch Mittelung über ein mehr oder weniger ausgedehntes Zeitintervall ergeben kann. Die Reduktionsmittelzugabe kann sowohl durch eine gepulste Ein-Aus-Schaltung als auch durch eine variable Einstellung innerhalb eines kontinuierlichen Wertebereichs oder durch Einstellung einer apparativ vorgegebenen Zugabemenge innerhalb eines bestimmten Zeitraums vorgenommen werden.On the basis of the available information, the metering rate of the reducing agent is determined and adjusted in a first, upper temperature range in such a way that a specifiable target value for the NH 3 level in the catalyst is achieved as far as possible. The first temperature range is chosen according to the type of catalyst used so that the catalyst has a high efficiency in this temperature range. To set the dosing rate, for example, a dosing unit controls corresponding actuators such as pumps, valves and the like. The dosing unit is preferably designed as a controller, which can adjust the NH 3 - level of the catalyst to the predetermined target value. Dosing rate is understood to mean the amount of reducing agent added per unit of time to the exhaust gas, which can result from averaging over a more or less extended time interval. Reducing agent addition may be accomplished by pulsed on-off switching as well as by variable adjustment within a continuous range of values, or by adjusting an amount of added equipment within a given time period.
Die obere Grenze des zweiten, unteren Temperaturbereichs wird vorzugsweise anhand einer Temperaturgrenze für die Katalysatoraktivität und/oder einer für eine ausreichende Aufbereitung des Reduktionsmittels erforderlichen Temperatur festgelegt. Durch die erfindungsgemäße Vorgehensweise, im zweiten Temperaturbereich dem Katalysator kein Reduktionsmittel zuzuführen, kann somit vermieden werden, dass nicht oder unzureichend aufbereitetes und somit inaktives Reduktionsmittel auf den Katalysator gelangt. Dies könnte dort dessen Oberfläche blockieren und zu einer verminderten Wirksamkeit führen. Zudem wird vermieden, dass infolge einer mangelnden Katalysatoraktivität nicht umgesetztes Reduktionsmittel mit dem Abgas an die Umgebung abgegeben wird.The Upper limit of the second, lower temperature range is preferably based on a temperature limit for the catalyst activity and / or one for sufficient treatment of the reducing agent required Temperature set. By the procedure according to the invention, in the second Temperature range the catalyst no reducing agent can supply thus avoiding that not or insufficiently processed and thus inactive reducing agent reaches the catalyst. this could there its surface block and lead to reduced efficacy. moreover is avoided because of a lack of catalyst activity not reacted reducing agent discharged with the exhaust gas to the environment becomes.
Der dritte, mittlere Temperaturbereich liegt zwischen dem ersten und dem zweiten Temperaturbereich und stellt einen Übergangsbereich hinsichtlich der Katalysatoraktivität bzw. einer Aufbereitung des Reduktionsmittels dar. Auch im dritten Temperaturbereich erfolgt bevorzugt eine Einstellung der Reduktionsmittelzugabe analog der für den ersten Temperaturbereich erläuterten Vorgehensweise. Erfindungsgemäß ist jedoch zusätzlich vorgesehen, die solcherart ermittelte Dosierrate des Reduktionsmittels wenigstens zeitweise um ein vorgebbares Maß zu erhöhen. Damit kann zumindest zeitweise der NH3-Füllstand über das sonst vorgesehene Maß hinaus erhöht werden. Auf diese Weise kann auf die im dritten Temperaturbereich vorliegenden besonderen Bedingungen reagiert werden.The third, middle temperature range lies between the first and the second temperature range and represents a transition region with regard to the catalyst activity or a treatment of the reducing agent. Also in the third temperature range, preference is given to adjusting the reducing agent addition analogously to the procedure explained for the first temperature range. According to the invention, however, it is additionally provided to increase the metering rate of the reducing agent thus determined at least temporarily by a predeterminable amount. Thus, at least temporarily, the NH 3 level can be increased beyond the otherwise intended level. In this way it is possible to react to the particular conditions present in the third temperature range.
In Ausgestaltung des Verfahrens wird zumindest in dem dritten Temperaturbereich des Stickoxidreduktionskatalysators eine Schätzung eines zu erwartenden künftigen Verlaufs der Temperatur des Stickoxidreduktionskatalysators vorgenommen. Auf diese Weise kann eine Aussage getroffen werden, ob die Katalysatortemperatur sich aus dem kritischen Übergangsbereich hinsichtlich Wirksamkeit und/oder Reduktionsmittelaufbereitung in Richtung des ersten Temperaturbereichs mit verbesserter Katalysatorwirkung oder in Richtung des zweiten Temperaturbereichs mit verschlechterter Wirkung entwickelt. Somit kann die Reduktionsmittelzugabe optimal auf die zu erwartende Temperaturentwicklung des Katalysators angepasst werden.In an embodiment of the method, at least in the third temperature range of the nitrogen oxide reduction catalyst, an estimate of him to waiting future course of the temperature of the nitrogen oxide reduction catalyst made. In this way, a statement can be made as to whether the catalyst temperature evolves from the critical transition region for efficacy and / or reductant treatment toward the first temperature region with improved catalyst action or towards the second temperature region with degraded effect. Thus, the addition of reducing agent can be optimally adapted to the expected temperature development of the catalyst.
In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens wird eine Temperatur des Stickoxidreduktionskatalysators fortlaufend ermittelt und die Schätzung des zu erwartenden künftigen Verlaufs der Temperatur auf der Basis eines aktuellen Temperaturwerts und/oder wenigstens eines zuvor ermittelten Temperaturwerts vorgenommen. Die Temperaturermittlung erfolgt zweckmäßigerweise auf der Basis von sensorisch erfassten Temperaturwerten vor und/oder nach oder im Katalysator. Der künftige Temperaturverlauf wird vorzugsweise durch Extrapolation bereits ermittelter Temperaturwerte errechnet. In die Extrapolationsberechnung können dabei weitere Informationen, beispielsweise betreffend den Betriebszustand der Brennkraftmaschine einbezogen werden.In Another embodiment of the method is a temperature of the nitrogen oxide reduction catalyst continuously and the estimate of the expected future Temperature trend based on a current temperature value and / or at least one previously determined temperature value. The temperature determination is advantageously carried out on the basis of sensory recorded temperature values before and / or after or in the catalyst. The future Temperature course is preferably by extrapolation already calculated temperature values. In the extrapolation calculation can while more information, such as the operating state the internal combustion engine are included.
In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens wird zur Schätzung des zu erwartenden künftigen Verlaufs der Temperatur des Stickoxidreduktionskatalysators ein Wärmemodell für den Stickoxidreduktionskatalysator herangezogen. Auf diese Weise kann die Zuverlässigkeit der Schätzung verbessert werden.In Another embodiment of the method is used to estimate the expected future course the temperature of the nitrogen oxide reduction catalyst, a heat model for the Used nitric oxide reduction catalyst. In this way, the reliability the estimate be improved.
In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens wird ein Betriebsprofil für die Temperatur des Stickoxidreduktionskatalysators und/oder wenigstens für einen die Katalysatortemperatur beeinflussenden Betriebsparameter der Brennkraftmaschine ermittelt und anhand des Betriebsprofils und eines erfassten Verlaufs für den Betriebsparameter und/oder die Katalysatortemperatur die Schätzung für den zu erwartenden künftigen Verlauf der Temperatur des Stickoxidreduktionskatalysators vorgenommen. Auf diese Weise kann die Zuverlässigkeit der Extrapolation der Katalysatortemperatur weiter verbessert werden. Zusätzlich kann die Extrapolationslänge vergrößert werden.In Another embodiment of the method becomes an operating profile for the temperature of the nitrogen oxide reduction catalyst and / or at least one the catalyst temperature influencing operating parameters of Internal combustion engine determined and based on the operating profile and a recorded course for the operating parameter and / or the catalyst temperature the estimate for the expected future Course of the temperature of the nitrogen oxide reduction catalyst made. That way, the reliability can be the extrapolation of the catalyst temperature can be further improved. additionally can the extrapolation length be enlarged.
In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens wird die erhöhte Dosierrate des Reduktionsmittels eingestellt, wenn die Schätzung für den zu erwartenden künftigen Verlauf der Temperatur des Stickoxidreduktionskatalysators ergibt, dass die Temperatur des Stickoxidreduktionskatalysators in einem vorgebbaren Zeitintervall ab dem aktuellen Zeitpunkt in den zweiten, unteren Temperaturbereich fällt. Auf diese Weise wird der NH3-Füllstand zumindest vorübergehend angehoben, bevor die Reduktionsmittelzufuhr gestoppt wird. Dadurch steht vermehrt im Katalysator gespeichertes NH3 zur Verfügung, so dass eine Reduktionsmitteldosierpause wenigstens teilweise überbrückt werden kann. Der Katalysator weist aufgrund des erhöhten NH3-Füllstands auch bei den niedrigen Temperaturen des zweiten, unteren Temperaturbereichs eine verbesserte Aktivität auf. Im Abgas enthaltene Stickoxide können deshalb auch bei niedrigen Temperaturen umgesetzt werden.In a further embodiment of the method, the increased metering rate of the reducing agent is set when the estimate for the expected future course of the temperature of the nitrogen oxide reduction catalyst shows that the temperature of the nitrogen oxide reduction catalyst falls within a predefinable time interval from the current time in the second, lower temperature range. In this way, the NH 3 level is at least temporarily raised before the reductant supply is stopped. As a result, NH 3 stored in the catalyst is increasingly available, so that a reducing agent dosing interval can be at least partially bridged. The catalyst has an improved activity due to the increased NH 3 level even at the low temperatures of the second, lower temperature range. Therefore, nitrogen oxides contained in the exhaust gas can be reacted even at low temperatures.
In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens wird das Maß der Erhöhung der Dosierrate in Abhängigkeit vom zu erwartenden Zeitpunkt der Unterschreitung der oberen Grenze des zweiten Temperaturbereichs und/oder vom niedrigsten Wert der im Zeitintervall ab dem aktuellen Zeitpunkt zu erwartenden Temperatur des Stickoxidreduktionskatalysators eingestellt. Auf diese Weise kann der NH3-Füllstand optimal an die zu erwartende Katalysatortemperatur angepasst werden.In a further refinement of the method, the extent of the increase in the metering rate is set as a function of the expected time of falling below the upper limit of the second temperature range and / or the lowest value of the temperature of the nitrogen oxide reduction catalytic converter to be expected in the time interval from the current time point. In this way, the NH 3 level can be optimally adapted to the expected catalyst temperature.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen veranschaulicht und werden nachfolgend beschrieben. Dabei sind die vorstehend genannten und nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Merkmalskombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.advantageous embodiments The invention is illustrated and illustrated in the drawings described below. Here are the above and to be explained below Features not only in the specified feature combination, but also usable in other combinations or in isolation, without to leave the scope of the present invention.
Dabei zeigen:there demonstrate:
Die
Temperatursensoren
Zur
insbesondere geregelten Ansteuerung des Dosierventils
Es
ist vorgesehen, dass die in
Nachfolgend
werden mit Bezug auf die
Das
Diagramm der
Die
NH3-Speicherfähigkeit ist in erster Linie temperaturabhängig, was
durch das in
In diesem Zusammenhang wird nachfolgend davon ausgegangen, dass der NH3-Füllstand des SCR-Katalysators die gespeicherte NH3-Menge bezogen auf die unter den jeweiligen Bedingungen maximal speicherbare NH3-Menge gemäß den dargestellten Verhältnissen angibt.In this context it is assumed hereinafter that the NH 3 indicating filling level of the SCR catalyst, the stored amount of NH 3 with respect to the maximum storable under the respective conditions NH 3 amount according to the illustrated ratios.
Ein
wichtiger Aspekt im Zusammenhang mit den Eigenschaften eines typischen
SCR-Katalysators betrifft die Abhängigkeit des NOx-Umsatzes
vom NH3-Füllstand. In
Ein
wichtiger Aspekt im Zusammenhang mit der erreichbaren NOx-Verminderung betrifft die Temperaturabhängigkeit
eines Aufbereitungsgrads des eingesetzten Harnstoffs. In
Erfindungsgemäß werden
in Abhängigkeit vom
eingesetzten Reduktionsmittel und vom eingesetzten Katalysatortyp
den NOx-Umsatz
UNOx und den Aufbereitungsgrad ARed charakterisierende Temperaturbereiche
festgelegt. Ein gegebenenfalls nach oben offener erster, oberer
Temperaturbereich T1 wird vorzugsweise so festgelegt, dass in diesem Temperaturbereich
T1 ein hoher NOx-Umsatz UNOx und
ein zumindest annähernd
maximaler Aufbereitungsgrad ARed gegeben
sind. Ein gegebenenfalls nach unten offener zweiter, unterer Temperaturbereich
T2 wird vorzugsweise so festgelegt, dass in diesem Temperaturbereich
ein geringer NOx-Umsatz UNOx und
ein niedriger Aufbereitungsgrad ARed gegeben
sind. Ein dritter, mittlerer Temperaturbereich T3 liegt zwischen
dem ersten Temperaturbereich T1 und dem zweiten Temperaturbereich
T2 und grenzt an diese Temperaturbereiche T1, T2 unmittelbar an. Dem
entsprechend repräsentiert
der dritte Temperaturbereich T3 einen Übergangstemperaturbereich, in welchem
zumindest teilweise ein mittlerer NOx-Umsatz
UNOx bzw. Aufbereitungsgrad ARed gegeben
ist. Zur Ermittlung, welcher der Temperaturbereiche T1, T2, T3 aktuell
maßgebend
ist, wird das Ausgangssignal des ersten Temperatursensors
Die
in den
Nachfolgend
wird unter Bezug auf
In
Aus
dem ermittelten NH3-Füllstand F wird wiederum ermittelt,
ob eine Zugabe von Harnstofflösung
erfolgen soll bzw. die Dosierrate errechnet. Vorzugsweise erfolgt
dies durch den Regler der Dosiereinheit
Liegt
die Temperatur des Katalysators
In
Erfindungsgemäß wird auf
der Basis der zu den Zeitpunkten t0, t_1, t_2 ermittelten
Temperaturen eine Schätzung
für den
zu erwartenden künftigen Verlauf
der Temperatur durchgeführt.
Diese Schätzung
führt zu
einem durch den Kurvenast
Was das Ausmaß der Erhöhung der Dosierrate betrifft, so wird die Erhöhung vorzugsweise nur insoweit vorgenommen, als ein damit verbundener NH3-Schlupf einen vorgegebenen Grenzwert nicht überschreitet. Dieser Grenzwert kann jedoch wenigstens zeitweise über einen sonst üblichen Wert von beispielsweise 10 ppm angehoben werden. Weiter kann zusätzlich oder alternativ der aktuelle NH3-Füllstand mitberücksichtigt werden. Die Erhöhung der Dosierrate wird vorzugsweise so gewählt, dass ein vorgebbarer NH3-Grenzfüllstand von beispielsweise 95 nicht überschritten wird. Bei einem den NH3-Grenzfüllstand überschreitenden NH3-Füllstand kann auch ein Verbot einer erhöhten Dosierrate vorgesehen sein. In diesem Zusammenhang ist es weiter vorteilhaft, wenn die Steilheit einer geschätzten Temperaturabnahme berücksichtigt wird. Ergibt die Schätzung beispielsweise, dass die Katalysatortemperatur T in einer vergleichsweise kleinen Zeitspanne (z.B. 5 s) sehr tief in den zweiten Temperaturbereich T2 eintaucht, so wird vorzugsweise nur eine geringe Erhöhung der Dosierrate eingestellt. Wird ein vergleichsweise großer negativer Temperaturgradient von etwa minus 0,5 K/s oder steiler erwartet, so kann auch ein Verbot für eine erhöhte Dosierrate vorgesehen sein. Dabei kann in vorteilhafter Weise ferner eine Berücksichtigung des Abstands ΔT der zum Zeitpunkt t0 ermittelten Temperatur von der oberen Grenze des zweiten Temperaturbereichs T2 berücksichtigt werden.As regards the extent of the increase in the metering rate, the increase is preferably carried out only to the extent that an associated NH 3 slip does not exceed a predetermined limit value. However, this limit can be raised at least temporarily above a usual value of, for example, 10 ppm. Furthermore, additionally or alternatively, the current NH 3 level can be taken into account. The increase in the metering rate is preferably selected so that a predeterminable NH 3 limit level of, for example 95 is not exceeded. When the NH 3 level exceeds the NH 3 level, a prohibition of an increased metering rate can also be provided. In this context, it is further advantageous if the slope of an estimated temperature decrease is taken into account. If, for example, the estimate indicates that the catalyst temperature T dips very deeply into the second temperature range T2 in a comparatively short period of time (eg 5 s), then only a slight increase in the metering rate is preferably set. If a comparatively large negative temperature gradient of about minus 0.5 K / s or steeper is expected, then a ban for an increased metering rate can also be provided. It can advantageously further include a consideration of the distance .DELTA.T of time t0 detected temperature from the upper limit of the second temperature range T2 to be considered.
Hinsichtlich des eingesetzten Schätzverfahrens für den zu erwartenden künftigen Temperaturverlauf kommen verschiedene Möglichkeiten in Betracht, welche die Zuverlässigkeit der Schätzung steigern können. Vorzugsweise wird die Intervall-Länge Δt für die Voraussage an diesbezügliche Kenngrößen geknüpft. Beispielsweise können hierfür statistische Aussagen bezüglich der Wahrscheinlichkeiten für ein Zutreffen gewonnen werden. Diese können sich beispielsweise aus einem Regressionskoeffizienten für einen interpolierten Kurvenzug ergeben, welcher durch die zu den Zeitpunkten t0, t–1, t–2 ermittelten Temperaturwerte gelegt wird. Die Anzahl der für eine Schätzung berücksichtigten zurückliegenden Zeitpunkte kann auf zehn oder mehr erhöht werden. Je nach Dynamik des aktuellen Motorbetriebszustands können die Zeitpunkte enger oder weiter auseinander liegend gewählt werden.With regard to the estimation method used for the expected future temperature profile, various possibilities are considered which can increase the reliability of the estimation. Preferably, the interval length .DELTA.t for the prediction is linked to relevant parameters. For example, statistical statements regarding the probabilities for an application can be obtained for this purpose. These can result, for example, from a regression coefficient for an interpolated curve, which is defined by the temperature values determined at the times t 0 , t -1 , t -2 . The number of past times considered for an estimate may be increased to ten or more. Depending on the dynamics of the current engine operating state, the times may be selected narrower or farther apart.
Es ist kann ferner vorgesehen sein, die Temperaturschätzung zusätzlich oder alternativ auf der Basis eines Wärmemodells für den Katalysator vorzunehmen. Das Wärmemodell beschreibt vorzugsweise das thermische Verhalten des Katalysators. Hierzu können Energiebilanzen betreffend einen Wärmeeintrag und einen Wärmeaustrag über das Abgas, eine Wärmeabfuhr über eine Katalysatoraußenwand und andere wärmetechnische Phänomene aufgestellt werden. Hierfür erforderliche Daten wie beispielsweise für den Abgasmassenstrom und dessen zeitlichen Verlauf sind meist ohnehin vorhanden. Weitere Daten wie Wärmeübergangskoeffizienten können in einem Datenspeicher vorgehalten werden.It may be further provided, the temperature estimate in addition or alternatively based on a heat model for the Make catalyst. The heat model preferably describes the thermal behavior of the catalyst. For this can Energy balances concerning a heat input and a heat emission via the exhaust gas, a heat dissipation over a Catalyst outer wall and other thermo-technical Phenomena become. Therefor required data such as for the exhaust gas mass flow and its time course are usually available anyway. Further Data such as heat transfer coefficients can be found in be kept in a data store.
Vorzugsweise werden mehrere Betriebsprofile ermittelt und abgespeichert und der Verlauf des entsprechenden Betriebsparameters bzw. der Katalysatortemperatur mit den Betriebsprofilen verglichen.Preferably Several operating profiles are determined and stored and the Course of the corresponding operating parameter or the catalyst temperature compared with the company profiles.
Der Betriebsparameter ist vorzugsweise eine Größe, die im Fahrzeug ohnehin erfasst bzw. gemessen wird. Dabei kann es sich um einen den aktuellen Betriebspunkt der Verbrennungseinrichtung charakterisierenden Parameter, beispielsweise eine Drehzahl und/oder eine Einspritzmenge von Kraftstoff und/oder die Fahrzeuggeschwindigkeit handeln. Das Betriebsprofil beinhaltet dabei zweckmäßig auch Häufigkeitsverteilungen des jeweiligen Betriebsparameters. Das Betriebsprofil enthält zweckmäßig auch statistische Übergangswahrscheinlichkeiten für einzelne Betriebszustände, wie sie über die Zeit hinweg auftreten.Of the Operating parameter is preferably a size that in the vehicle anyway recorded or measured. It can be a current operating point the combustion device characterizing parameters, for example a speed and / or an injection quantity of fuel and / or the vehicle speed act. The operating profile includes while expedient and frequency distributions of the respective operating parameter. The operating profile also expediently contains statistical transition probabilities for individual Operating conditions, how they over to occur over time.
Eine weitere Steigerung der Zuverlässigkeit der Temperaturverlaufsschätzung kann durch Berücksichtigung typischer Betriebsprofile für die Katalysatortemperatur und/oder für Motor- oder Abgasparameter erreicht werden. Hierzu werden die entsprechenden Größen vorzugsweise laufend erfasst und Verlaufsmuster ermittelt. Die Verlaufsmuster können mit abgespeicherten Betriebsprofilen verglichen werden. Dabei können den Betriebsprofilen Wahrscheinlichkeiten für ihr Auftreten zugeordnet werde.A further increase the reliability of Temperature curve estimation can by consideration typical operating profiles for the catalyst temperature and / or engine or exhaust parameters be achieved. For this, the corresponding sizes are preferably continuously recorded and history patterns determined. The gradient patterns can with stored operating profiles are compared. It can the Operating profiles assigned probabilities for their occurrence will.
In diesem Zusammenhang ist es auch möglich, aus den im Fahrzeug erfassten Informationen einen Fahrzustand zu ermitteln, der bei der Ermittlung des Betriebsprofils berücksichtigt wird. In vorteilhafter Weise beinhaltet der Fahrzustand eine Einteilung in unterschiedliche, den Fahrzustand charakterisierende Klassen, die den Betrieb des Fahrzeuges repräsentieren. Gewünschte Klassenaufteilungen können dabei anhand von logischen Verknüpfungen, erfahrungsbasierten Zuordnungen oder neuronalen Netzen durchgeführt werden. Eine mögliche Aufteilung in Klassen kann beispielsweise die Klassen Niedriglast (Leerlaufbetrieb/Stau), Teillast (Stadtverkehr) umfassen. Zur Einteilung des Fahrzustandes in unterschiedliche Klassen können Informationen herangezogen werden, die aus im Motormanagement erfassten Größen abgeleitet sind, wie beispielsweise die Motordrehzahl und der Zeitpunkt einer Kraftstoffeinspritzung. Ebenso können im Getriebemanagement erfasste Größen, wie eine aktuelle Getriebeübersetzung und Schaltschwellen sowie die Zeitpunkte des Schaltens zwischen den einzelnen Getriebestellungen dafür verwendet werden. Wird beispielsweise festgestellt, dass von einer Fahrstufe mit niedriger Übersetzung in eine solche mit höherer Übersetzung gewechselt wird, so kann auf mit diesem Ereignis typischerweise verbundene und abgespeicherte Temperaturänderungen zurückgegriffen werden.In In this context, it is also possible from the in the vehicle collected information to determine a driving condition, the the determination of the operating profile is taken into account. In an advantageous manner Way the driving condition includes a division into different, the driving condition characterizing classes that control the operation of the Represent vehicle. desired Class divisions can doing so using logical links, experience based assignments or neural networks. A possible For example, classes can be classified as low-load (Idle mode / congestion), part load (city traffic) include. To the division Driving conditions in different classes information can be used derived from engine management parameters, such as the Engine speed and the time of fuel injection. As well can In the transmission management detected variables, such as a current gear ratio and switching thresholds and the times of switching between the individual gear positions are used for it. For example found that of a low gear ratio in such with higher translation is changed, so can typically with this event connected and stored temperature changes used become.
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8127 | New person/name/address of the applicant |
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