DE102006025257A1 - Verfahren zum Betreiben eines SCR-Katalysators sowie Programmalgorithmus zur Ausführung des Verfahrens - Google Patents

Verfahren zum Betreiben eines SCR-Katalysators sowie Programmalgorithmus zur Ausführung des Verfahrens Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines in einer Abgasanlage (12) einer Verbrennungskraftmaschine (10) angeordneten SCR-Katalysators (16), der geeignet ist, ein chemisches Reduktionsmittel zumindest teilweise zu speichern und unter dessen Beteiligung Stickoxide NO<SUB>x</SUB> des Abgases zu reduzieren, wobei das chemische Reduktionsmittel oder eine Vorstufe von diesem in ein Abgas der Verbrennungskraftmaschine (10) stromauf des SCR-Katalysators (16) zugeführt wird. Es ist vorgesehen, dass ein Beladungsniveau des SCR-Katalysators (16) mit dem Reduktionsmittel in Abhängigkeit eines aktuellen oder angeforderten Betriebszustandes der Verbrennungskraftmaschine (10) und/oder von Komponenten der Abgasanlage (12) abgesenkt wird. Auf diese Weise kann etwa bei Anforderung einer Partikelfilterregeneration oder einer Katalysatorheizung das Beladungsniveau des SCR-Katalysators (16) so weit abgesenkt werden, dass eine unkontrollierte Freisetzung des Reduktionsmittels aus dem SCR-Katalysator (16) verhindert wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren sowie einen Programmalgorithmus zum Betreiben eines in einer Abgasanlage einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Dieselmotors, angeordneten Katalysators, der nach dem SCR-Verfahren (SCR = Selectiv Catalytic Reduction) arbeitet. Bei diesem Verfahren werden im Abgas der Verbrennungskraftmaschine enthaltene Stickoxide (NOX) unter Beteiligung eines chemischen Reduktionsmittels, das von dem Reduktionskatalysator gespeichert wird, reduziert.
  • Neben Kohlenmonoxid (CO) und Kohlenwasserstoffen (HC) gehören insbesondere Stickoxide (NOX) zu den umweltgefährdenden, direkt emittierten Primärschadstoffen, die beim Betrieb von Verbrennungsmotoren, insbesondere Dieselmotoren, entstehen. Ein Einsatz von Drei-Wege-Katalysatoren, wie sie bei λ = 1 geregelten Ottomotoren verwendet werden, ist auf Grund des Sauerstoffüberschusses im sehr mageren dieselmotorischen Abgas nicht möglich. Aus diesem Grunde wurde zur Reduktion der Stickoxidemission bei Dieselmotoren ein selektiv arbeitender SCR-Katalysator entwickelt, der mit einem zugeführten Reduktionsmittel Stickoxide (NOX) zu N2 und H2O reduziert. Das Reduktionsmittel wird dabei direkt dem Abgas zugegeben oder es wird eine chemische Vorstufe des Reduktionsmittels zugegeben, die erst in der Abgasanlage das Reduktionsmittel freisetzt. Als Reduktionsmittel dient insbesondere Ammoniak (NH3), das dem Abgas als Gas oder als wässrige Lösung zugeführt wird. Auf Grund des nicht ungefährlichen Umgangs mit NH3 wird heute üblicherweise Harnstoff als chemische Vorstufe eingesetzt, der entweder in Form einer wässrigen Lösung oder als Feststoff vorliegt. Die thermohydrolytische Aufspaltung von Harnstoff unter Freisetzung von NH3 erfolgt durch die Wärme des Abgasstroms bzw. des Katalysators oder in einem Verdampfer.
  • SCR-Katalysatoren verfügen über eine temperaturabhängige Speicherkapazität für das Reduktionsmittel (NH3), wobei die Temperaturabhängigkeit bei niedrigen Katalysatortemperaturen besonders ausgeprägt ist. Auf der anderen Seite steigt die NOX-Konvertierungsrate von SCR-Katalysatoren mit dem NH3-Beladungsniveau. Deswegen wird insbesondere bei niedrigen Temperaturen angestrebt, das NH3-Beladungsniveau möglichst nahe dem (tempe raturabhängigen) maximal möglichen Beladungsniveau zu halten. Dabei ist die Einhaltung eines Sicherheitsabstandes zum maximalen Beladungsniveau üblich, um die Gefahr eines Reduktionsmittelschlupfes gering zu halten.
  • Entsprechende SCR-Verfahren und -Anlagen sind aus den Druckschriften DE 199 22 959 A1 , DE 100 38 741 A1 und DE 102 51 498 A1 bekannt, die sich mit Problemen der Zuführung und Freisetzung der Reduktionsmittel im Abgas befassen.
  • Problematisch bei derartigen Anwendungen sind Betriebssituationen, die – insbesondere von einer niedrigen Abgastemperatur ausgehend – mit starken Temperaturanstiegen einhergehen. Diese können zu einer unkontrollierten Freisetzung von im SCR-Katalysator gespeicherten NH3 führen, welches unkonvertiert den Abgasstrang verlässt. Derartige Betriebssituationen treten beispielsweise auf, wenn eine Regenerationsanforderung eines dem SCR-Katalysator vor- oder nachgeschalteten Partikelfilters vorliegt oder wenn eine Heizmaßnahme zur Aufheizung eines noch nicht betriebsbereiten Katalysators bei einem Motorkaltstart erfolgen. In beiden Fällen werden motorische Maßnahmen zur Erhöhung der Abgastemperatur eingeleitet, die zu dem beschriebenen NH3-Schlupf führen können. Ebenfalls können starke Lastsprünge zur unerwünschten NH3-Desorption führen oder exotherme Prozesse bei der Partikelfilterregeneration. Diese Betriebssituationen sind um so kritischer, als für die Gewährleistung einer guten NOX-Konvertierungsrate das Beladungsniveau SCR-Katalysators mit dem Reduktionsmittel möglichst auf dem höchstmöglichen Niveau eingestellt wird (s.o.).
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren zum Betreiben eines SCR-Katalysators zur Verfügung zu stellen, bei dem eine unkontrollierte Freisetzung des gespeicherten Reduktionsmittels vermieden wird.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren sowie einen Programmalgorithmus mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Dadurch, dass ein Beladungsniveau des SCR-Katalysators mit dem Reduktionsmittel in Abhängigkeit eines aktuellen oder angeforderten Betriebszustandes der Verbrennungskraftmaschine und/oder von Komponenten der Abgasanlage abgesenkt wird, kann das Beladungsniveau des SCR-Katalysators so an die äußeren Bedingungen angepasst werden, dass eine unkontrollierte Freisetzung von Reduktionsmitteln, insbesondere von NH3, weitgehend vermieden wird.
  • Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung erfolgt die (aktive oder passive) Absenkung des Beladungsniveaus des SCR-Katalysators bei solchen Betriebszuständen der Verbrennungskraftmaschine und/oder der Komponenten der Abgasanlage, die ohne die erfindungsgemäße Vorgehensweise zu einer Desorption des Reduktionsmittels (z.B. NH3) aus dem SCR-Katalysator führen würden. Dies ist vorzugsweise eine aktuelle oder angeforderte erhöhte Abgastemperatur, insbesondere eine aktuelle oder angeforderte Abgastemperaturerhöhung. Dabei kann für die Abgastemperatur oder die Abgastemperaturdifferenz jeweils ein Schwellenwert vorgegeben werden, dessen Überschreitung die erfindungsgemäße Beladungsabsenkung auslöst. Derartige Betriebszustände liegen etwa bei Anforderung einer Regeneration eines dem SCR-Katalysator vor- oder nachgeschalteten Partikelfilters der Abgasanlage oder bei einer Anforderung einer Heizmaßnahme eines dem SCR-Katalysator vor- oder nachgeschalteten Abgaskatalysators der Abgasanlage vor. Ein weiterer Betriebszustand, bei dem die Beeinflussung des Beladungszustandes des SCR-Katalysators von Vorteil ist, ist eine starke Lastanforderung in vorbestimmbarer Mindesthöhe durch den Fahrer durch entsprechende Betätigung des Fahrpedals, beispielsweise bei einer Beschleunigung. Ferner können Temperaturerhöhungen durch stark exotherme Prozesse am Partikelfilter während seiner Regeneration und/oder an einem Katalysator auftreten, die zu einer Beeinflussung des Beladungsniveaus führen. In allen diesen Fällen wird zweckmäßigerweise das Beladungsniveau des SCR-Katalysators abgesenkt, insbesondere auf ein vorbestimmtes minimales Beladungsniveau. Das angestrebte Beladungsniveau, insbesondere das angestrebte minimale Beladungsniveau, kann für die verschiedenen Betriebszustände in unterschiedlicher Höhe vorbestimmt werden. So kann beispielsweise bei Anforderung einer Partikelfilterregeneration, die besonders hohe Abgastemperaturen erfordert, auf ein niedrigeres Beladungsniveau abgesenkt werden als bei erforderlichen Katalysatorheizmaßnahmen.
  • Liegt eine der genannten kritischen Betriebssituationen vor, wird als erste Maßnahme zur Absenkung des Beladungsniveaus die Reduktionsmittelzufuhr in die Abgasanlage unterbunden, das heißt die Reduktionsmitteldosierung wird deaktiviert. Sofern es sich bei der kritischen Betriebssituation um eine Anforderung einer Partikelfilterregeneration und/oder einer Katalysatorheizmaßnahme, so wird gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung zusätzlich der Beginn der angeforderten Abgastemperaturerhöhung verzögert, vorzugsweise bis ein angestrebtes Beladungsniveau des SCR-Katalysators erreicht ist. In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung kann die Absenkung des Beladungsniveaus des SCR-Katalysators auch durch Erhöhung der NOX-Rohemission der Verbrennungskraftmaschine erfolgen. Auf diese Weise wird eine gleichzeitige Konvertierung des Reduktionsmittels (NH3) und von NOX gewährleistet, so dass keine umweltrelevanten Schadstoffemissionen entstehen. Die Erhöhung der NOX-Rohemission kann etwa durch Veränderung der Abgasrückführrate, der der Verbrennungskraftmaschine zugeführten Frischluftmenge und/oder durch Veränderung von Kraftstoffeinspritzparametern, wie etwa Einspritzzeitpunkt und Kraftstoffmenge, erfolgen. Bei Ottomotoren kommt zudem eine Veränderung des Zündzeitpunktes in Frage. Ferner kann die Art der Gemischaufbereitung beeinflusst werden, beispielsweise durch Umschaltung eines Schichtladebetriebes, bei dem eine hochkonzentrierte Kraftstoffwolke lediglich in einem Teil des Brennraums vorliegt, auf einen Homogenbetrieb mit gleichmäßiger Gemischverteilung. Die Erhöhung der NOX-Rohemission der Verbrennungskraftmaschine erfolgt vorzugsweise, dann, wenn die Betriebssituation nicht aktiv beeinflusst werden kann, sondern von einem individuellen Fahrverhalten bedingt ist, wie etwa bei starken Lastanforderungen. Sie kann ferner als sekundäre Maßnahme eingesetzt werden, um die Absenkung des Beladungsniveaus durch die vorgenannten Maßnahmen zu unterstützen oder zu beschleunigen.
  • Nach einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird das aktuelle Beladungsniveau des SCR-Katalysators mit Reduktionsmitteln ermittelt. Dies erfolgt bevorzugt durch Bestimmung der kumulierten, im SCR-Katalysator gespeicherten Reduktionsmittelmenge und Subtraktion der durch den NOX-Umsatz des SCR-Katalysators verbrauchten Reduktionsmittelmenge. Die hierfür erforderliche Bilanzierung des NOX-Umsatzes des SCR-Katalysators, d.h. der Vergleich des stromauf und stromab des Katalysators vorliegenden NOX-Gehaltes des Abgases, kann rechnerisch oder unter Anwendung insbesondere von temperaturabhängigen Kennfeldern modelliert werden oder mittels stromauf und/oder stromab des SCR-Katalysators angeordneten NOX-Sensoren gemessen werden. Möglich ist auch, die NOX-Rohemission stromauf des SCR-Katalysators zu modellieren und den NOX-Gehalt stromab des SCR-Katalysators mittels eines NOX-Sensors zu messen oder umgekehrt. Bei der Modellierung des NOX-Gehalts stromab des SCR-Katalysators können mit Vorteil mögliche NOX-Absorptions- und -Desorptionsvorgänge im Reduktionskatalysator berücksichtigt werden.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der übrigen Unteransprüche.
  • Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel erläutert.
  • Die einzige Figur zeigt eine Verbrennungskraftmaschine 10, die hier insbesondere ein Dieselmotor ist. Ein von der Verbrennungskraftmaschine 10 kommendes Abgas wird in eine insgesamt mit 12 bezeichnete Abgasanlage geleitet. Die Abgasanlage 12 umfasst einen Abgaskanal 14, der verschiedene Komponenten zur Abgasnachbehandlung enthält. Insbesondere beherbergt der Abgaskanal 14 einen SCR-Katalysator 16. Dabei handelt es sich um einen Reduktionskatalysator, der unter Beteiligung eines Reduktionsmittels, hier Ammoniak (NH3), Stickoxide (NOX) des Abgases zu N2 und H2O umsetzt. Das Reduktionsmittel NH3 wird in Form einer wässrigen Harnstofflösung als chemische Vorstufe für Ammoniak über eine Zudosiereinheit 18, die mit einem hier nicht dargestellten Vorratsbehälter für die wässrige Harnstofflösung verbunden ist, in den Abgaskanal 14 eingedüst. Die Harnstofflösung gelangt in einen beheizbaren Verdampfer 20, wo das NH3 im Wege von Hydrolyse und Thermolyse freigesetzt wird. Der optionale Verdampfer 20 ist von Vorteil, da die Kinetik der Harnstoffzersetzungsreaktion bei niedrigen Abgastemperaturen sehr langsam ist und mit Bildung von unerwünschten Polymerisationsprodukten gerechnet werden muss. Das so erzeugte NH3 wird in dem SCR-Katalysator 16 gespeichert.
  • Statt einer Harnstofflösung kann auch Festharnstoff (beispielsweise in Form von Pellets oder Prills) eingesetzt werden, der mechanisch oder thermisch aufbereitet wird. Bei thermischer Aufbereitung ist ein Reaktor erforderlich, der außerhalb oder innerhalb der Abgasanlage 12 angeordnet sein kann. Grundsätzlich kann auch gasförmiges NH3 oder eine wässrige Ammoniaklösung in die Abgasanlage 12 eingedüst werden. Aufgrund der problematischen Handhabung von NH3 sowie seiner toxischen Eigenschaften ist jedoch die Verwendung einer NH3-abspaltenden Vorstufe bevorzugt.
  • Stromauf des SCR-Katalysators 16 ist ein Oxidationskatalysator 22 im Abgaskanal 14 angeordnet, der eine Konvertierung von Kohlenmonoxid (CO) und Kohlenwasserstoffen (HC) vornimmt. Die Anordnung des Oxidationskatalysators 22 vor dem SCR-Katalysator 16 ist besonders vorteilhaft, da hierdurch insbesondere im niedrigen Temperaturbereich die Aktivität des SCR-Katalysators 16 deutlich verbessert wird. Optimal ist in diesem Zusammenhang, wenn durch die Oxidation von NO ein NO2-Anteil von etwa 50 % bezogen auf die gesamten Stickoxide NOX hinter dem Oxidationskatalysator 22 erzeugt wird. Zudem wird durch den vorgeschalteten Oxidationskatalysator 22 eine Deaktivierung des SCR-Katalysators 16 infolge erhöhter HC-Emissionen vermieden, die besonders bei niedrigen Temperaturen ausgeprägt ist. Des Weiteren kann stromab des SCR-Katalysators 16 ein Partikelfilter 24 angeordnet sein, der Rußpartikel des Abgases filtert und von Zeit zu Zeit thermisch regeneriert wird. Die Reihenfolge und Ausgestaltung der verschiedenen Komponenten der Abgasanlage 12 kann von der hier dargestellten abweichen. Beispielsweise kann der Partikelfilter 24 vor dem SCR-Katalysator 16 angeordnet sein oder ein Partikelfilter mit integriertem Oxidationskatalysator dem SCR-Katalysator 16 vorgeschaltet sein. Ferner kann stromab des SCR-Katalysators 16 ein weiterer Oxidationskatalysator vorgesehen sein, der eine Oxidation von austretendem NH3 bewirkt.
  • Der Abgaskanal 14 beherbergt zudem eine Reine von Sensoren. So kann im Falle eines Ottomotors an einer motornahen Position eine Lambdasonde 26 angeordnet sein, die in bekannter Weise der Lambdaregelung der Verbrennungskraftmaschine 10 dient. Ferner ist gemäß dem dargestellten Beispiel dem SCR-Katalysator 16 ein NOX-Sensor 28 nachgeschaltet, welcher den NOX-Gehalt des Abgases stromab des Katalysators 16 misst. Optional kann ein weiterer NOX-Sensor 30 stromauf des Reduktionskatalysators 16 vorgesehen sein.
  • Die Versorgung der Verbrennungskraftmaschine 10 mit Luft erfolgt über einen Ansaugkanal 32, in dem eine stellbare Drosselklappe 34 angeordnet ist.
  • Die Signale der Gassensoren 26, 28, 30 sowie eventuell vorhandener weiterer Sensoren, wie etwa Temperatursensoren oder weiteren λ-Sonden, gehen in eine Motorsteuerung 36 ein. Weiterhin werden von der Motorsteuerung 36 verschiedene Betriebsparameter der Verbrennungskraftmaschine 10 erfasst, beispielsweise Motordrehzahl, Kühlmitteltemperatur oder ein Pedalwert des Fahrpedals. Entsprechende Signalleitungen sind vorliegend durch unterbrochene Linien dargestellt. In Abhängigkeit von den eingehenden Parametern steuert die Motorsteuerung 36 den Betrieb des Motors 10, beispielsweise Kraftstoffeinspritzmengen und Einspritzzeitpunkte, die Stellung der Drosselklappe 34 sowie die Reduktionsmittelzudosiereinheit 18 (entsprechende Steuerleitungen sind durch durchgezogene Pfeile dargestellt).
  • Die Motorsteuerung 36 weist eine Steuereinheit 38 auf, die den Betrieb des SCR-Katalysators 16 in nachfolgend beschriebener Weise steuert. Die Steuereinheit 38 beinhaltet zu diesem Zweck einen Programmalgorithmus zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie hierfür notwendige Kennfelder.
  • Der in der Steuereinheit 38 hinterlegte Programmalgorithmus steuert den SCR-Katalysator 16 insbesondere so, dass sein Beladungsniveau mit dem Reduktionsmittel NH3 in Abhängigkeit eines aktuellen oder angeforderten Betriebszustandes der Verbrennungskraftmaschine 10 und/oder von den Komponenten der Abgasanlage 12, insbesondere des Oxidationskatalysators 22 oder des Partikelfilters 24, abgesenkt wird. Dabei erfolgt die Absenkung vorzugsweise bei aktuell vorliegenden oder angeforderten Temperaturänderungen des Abgases, die eine vorbestimmte Schwelle überschreiten. Ein Betriebszustand, in dem das Verfahren zum Einsatz kommt, liegt etwa vor, wenn etwa bei einem Motorkaltstart der Oxidationskatalysator 22 seine notwendige Betriebstemperatur noch nicht erreicht hat oder wenn auf Grund einer erschöpften Speicherkapazität eine Regeneration des Partikelfilters 24 angefordert wird. Ebenfalls können stark exotherme Prozesse am Oxidationskatalysator 22 oder an dem Partikelfilter 24 infolge seiner Regernation einen hohen Temperaturanstieg verursachen oder eine sehr hohe Lastanforderung der Verbrennungskraftmaschine 10 durch den Fahrer.
  • In diesen Fällen erfolgt zunächst eine Absenkung des NH3-Beladungsniveaus des SCR-Katalysators 16 auf ein vorbestimmtes Beladungsniveau, welches für die verschiedenen der genannten Betriebssituationen unterschiedlich vorbestimmt werden kann. Vorzugsweise jedoch wird das Beladungsniveau des SCR-Katalysators 16 auf ein minimales Beladungsniveau abgesenkt. Dabei kann das Beladungsniveau in Form eines Beladungsgrades vorbestimmt werden, der das prozentuale Verhältnis von aktueller Beladungsmenge zu maximaler Beladungsmenge ist, oder als spezifische Beladungsmenge, die das Verhältnis aus aktueller Beladungsmenge und Katalysatorvolumen ist.
  • Liegt zumindest eine der kritischen Betriebssituationen vor, wird als erste Maßnahme die Zufuhr des Reduktionsmittels über die Zudosiereinheit 18 unterbrochen. Ferner wird im Falle der Anforderung einer Partikelfilterregeneration oder einer Katalysatorheizmaßnahme die erforderlich Anhebung der Abgastemperatur nach Möglichkeit verzögert. Hierfür ist eine Plausibilitätsprüfung vorgesehen, die vor Einleitung von abgastemperaturanhebenden Maßnahmen prüft, ob vorgegebene Rahmenbedingungen vorliegen, hier ein entsprechend niedriges Beladungsniveau des SCR-Katalysators 16.
  • Erst nach Erreichen des angestrebten Beladungsniveaus des Katalysators 16 wird die Verbrennungskraftmaschine 10 auf den angeforderten Betriebszustand umgestellt. Im Falle einer angeforderten Regeneration des Partikelfilters 24 oder einer angeforderten Heizmaßnahme des Katalysators 22 wird eine motorische Maßnahme ergriffen, die zu einer Erhöhung der Abgastemperatur führt. Dies kann beispielsweise ein Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 10 mit vermindertem Motorwirkungsgrad sein.
  • Liegt eine kritische Betriebssituationen vor, die nicht unmittelbar durch die Motorsteuerung 36 beeinflussbar ist, beispielsweise eine hohe Lastanforderung durch den Fahrer oder stark exotherme Katalysatorprozesse, die zu einem kritischen Anstieg der Abgastemperatur führen, so beeinflusst die Steuereinheit 38 zusätzlich mindestens einen Parameter der Verbrennungskraftmaschine 10 derart, dass eine Erhöhung der NOX-Rohemission resultiert. Vorzugsweise wird hierfür die Abgasrückführrate verändert und/oder der Einspritzzeitpunkt und/oder die Kraftstoffmenge. Die erhöhte motorische NOX-Rohemission wird solange aufrechterhalten, bis das angestrebte Beladungsniveau, insbesondere das minimale Beladungsniveau, erreicht ist.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht in diesem Zusammenhang vor, derartige Betriebssituationen, die zu einem unerwünschten Temperaturanstieg führen, im Vorfeld zu prognostizieren. Beispielsweise kann der Verlauf des Pedalwertes verfolgt und für eine gewisse zukünftige Dauer hochgerechnet werden. Entsprechende Prognoseverfahren sind dem Fachmann geläufig und werden and dieser Stelle nicht näher erläutert. Ebenso ist möglich, die Temperatur des Oxidationskatalysators 22 zu verfolgen und hochzurechnen. Wenn die Hochrechnung einen zu erwartenden kritischen Temperaturanstieg ergibt, erfolgt wiederum eine Unerbrechung der Reduktionsmittelzufuhr und – wenn diese Maßnahme nicht ausreicht – die Anhebung der NOX-Rohemission durch die oben beschriebenen Maßnahmen.
  • Das NH3-Beladungsniveau des SCR-Katalysators 16 wird kontinuierlich überwacht. Hierfür wird die kumulierte NH3-Einspeisung durch Integration über die Zeit ermittelt und eine quantitative Speicherung im SCR-Katalysators 16 angenommen. Noch genauer kann die gespeicherte zugeführte NH3-Masse ermittelt werden, indem die NH3-Speicherfähigkeit des SCR-Katalysators 16 aus temperaturabhängigen Kennfelder oder Kennlinien entnommen und berücksichtigt wird. Dabei können auch Alterungseffekte des SCR-Katalysators 16 mit Hilfe von Korrekturgrößen berücksichtigt werden. Ferner wird der Verbrauch der gespeicherten NH3-Masse über den NOX-Umsatz im SCR-Katalysator 16 bestimmt. Das Beladungsniveau ergibt sich dann aus der Differenz der kumulierten NH3-Einspeisung und der durch NOX-Umsatz im Katalysator 16 verbrauchen NH3-Masse. Die Bilanzierung des NOX-Umsatzes im SCR-Katalysator 16 erfolgt durch Vergleich des NOX-Gehaltes stromauf und stromab des Katalysators 16, welche jeweils mit NOX-Sensoren gemessen oder modelliert werden können. Beispielsweise kann der NOX-Gehaltes stromauf des Katalysators 16 als NOX-Rohemission in Abhängigkeit von einem aktuellen Betriebspunkt der Verbrennungskraftmaschine 10 aus abgespeicherten Kennfeldern ermittelt oder durch direkte Messung mit dem NOX-Sensor 30 erfasst werden und der NOX-Gehaltes stromab des Katalysators 16 mit dem NOX-Sensor gemessen werden. Eine Verbesserung der Genauigkeit der Umsatzbilanzierung wird erzielt, wenn mögliche NOX-Adsorptions- und NOX-Desorptionsvorgänge im SCR-Katalysator 16 berücksichtigt werden. Sofern die NOX-Sensoren 28, 30 noch nicht ihre Arbeitstemperatur und damit Systembereitschaft erreicht haben, was insbesondere nach einem Motorkaltstart bei Anforderung von motorischen Heizmaßnahmen der Fall ist, erfolgt die Ermittlung des Beladungsniveaus des SCR-Katalysators 16 bis zum Erreichen der Systembereitschaft der NOX-Sensoren 28, 30 durch Modellierung, wobei eine Temperaturabhängige Umsatzkennlinie verwendet wird. Das so ermittelte aktuelle NH3-Beladungsniveau des SCR-Katalysators 16 wird in der Steuereinheit 38 auch nach Abstellen der Verbrennungskraftmaschine 10 gespeichert und dient als Eingangsgröße beim nächsten Motorstart.
  • Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann somit ein unerwünschter NH3-Schlupf wirksam verhindert werden. Ferner erlaubt das Verfahren unzulässige oder undefinierte NH3-Beladungsniveaus des SCR-Katalysators 16 zu vermeiden.
    • 10
    Verbrennungskraftmaschine
    12
    Abgasanlage
    14
    Abgaskanal
    16
    SCR-Katalysator
    18
    Zudosiereinheit
    20
    Verdampfer
    22
    Oxidationskatalysator
    24
    Partikelfilter
    26
    Lambdasonde
    28
    NOX-Sensor
    30
    NOX-Sensor
    32
    Ansaugkanal
    34
    Drosselklappe
    36
    Motorsteuerung
    38
    Steuereinheit

Claims (10)

  1. Verfahren zum Betreiben eines in einer Abgasanlage (12) einer Verbrennungskraftmaschine (10) angeordneten SCR-Katalysators (16), der geeignet ist, ein chemisches Reduktionsmittel zumindest teilweise zu speichern und unter dessen Beteiligung Stickoxide NOX des Abgases zu reduzieren, wobei das chemische Reduktionsmittel oder eine Vorstufe von diesem in ein Abgas der Verbrennungskraftmaschine (10) stromauf des SCR-Katalysators (16) zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Beladungsniveau des SCR-Katalysators (16) mit dem Reduktionsmittel in Abhängigkeit eines aktuellen oder angeforderten Betriebszustandes der Verbrennungskraftmaschine (10) und/oder von Komponenten der Abgasanlage (12) abgesenkt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Absenkung des Beladungsniveaus des SCR-Katalysators (16) mit dem Reduktionsmittel in Abhängigkeit von einer aktuellen oder angeforderten Abgastemperatur erfolgt, insbesondere einer aktuellen oder angeforderten Abgastemperaturerhöhung.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der aktuelle oder angeforderte Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine (10) und/oder von Komponenten der Abgasanlage (12) zumindest eine der folgenden Zustände umfasst – Anforderung einer Regeneration eines Partikelfilters (24) der Abgasanlage (12) – Anforderung einer Heizmaßnahme eines Katalysators (22) der Abgasanlage (12) – starke Lastanforderung der Verbrennungskraftmaschine (10) und – stark exotherme Reaktion an einem Partikelfilter (24) und/oder Katalysator (22).
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Absenkung des Beladungsniveaus des SCR-Katalysators (16) durch Abschalten der Zufuhr des Reduktionsmittels oder seiner Vorstufe erfolgt.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Absenkung des Beladungsniveaus des SCR-Katalysators (16) durch Erhöhung einer NOX-Rohemission der Verbrennungskraftmaschine (10) erfolgt.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhöhung der NOX-Rohemission der Verbrennungskraftmaschine (10) durch Veränderung mindestens eines Parameters erfolgt, umfassend Abgasrückführrate, Kraftstoffeinspritzparameter, insbesondere Einspritzzeitpunkt und Kraftstoffmenge, Frischluftmenge, Zündzeitpunkt und/oder Gemischaufbereitung erfolgt.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Beladungsniveau des SCR-Katalysators (16) auf ein vorbestimmtes Beladungsniveau abgesenkt werden soll, das insbesondere in unterschiedlicher Höhe für verschiedene Betriebszustände der Verbrennungskraftmaschine (10) und/oder von Komponenten der Abgasanlage (12) vorbestimmt wird.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Beladungsniveau des SCR-Katalysators (16) mit dem Reduktionsmittel durch Bilanzierung eines NOX-Umsatzes des SCR-Katalysators (16) ermittelt wird, wobei ein NOX-Gehalt des Abgases stromauf und/oder stromab des SCR-Katalysators (16) modelliert und/oder gemessen wird.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das chemische Reduktionsmittel Ammoniak NH3 ist, das aus dem Abgas zugegebenen Harnstoff erzeugt wird oder dem Abgas direkt zugegeben wird.
  10. Programmalgorithmus zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
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