DE102007060221B4 - Process for the provision of reducing agents in an exhaust gas aftertreatment system - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Reduktionsmittelbereitstellung in einer Abgasnachbehandlungsanlage (1) einer Brennkraftmaschine (10) mit einer Abgasführung (20), in der ein SCR-Katalysator (30) vorgesehen ist, wobei gasförmiges Ammoniak als Reduktionsmittel, welches durch Aufheizen eines Speichers (41) mit einem Ammoniak-Speichermedium in einem Reduktionsmittel-Speichersystem (40) erzeugt wird, mittels einer Dosiereinrichtung (50) in die Abgasführung (20) in Strömungsrichtung des Abgases vor dem SCR-Katalysator (30) eingebracht wird, wobei das Aufheizen des Speichers (41) hinsichtlich einer Zielfreisetzungsrate für das gasförmige Ammoniak mittels einer Steuereinheit (100) geregelt und vorgesteuert wird und wobei als Regelgröße (44) ein Massendurchfluss an Reduktionsmitteln durch eine Reduktionsmittel-Zuführung (45) in Richtung Dosiereinrichtung (50), ein Druckanstiegsgradient im Speicher (41) des Reduktionsmittel-Speichersystems (40) und/ oder eine Änderung einer mit dem Speichergrad korrelierbaren Eigenschaft des Speichemediums im Speicher (41) verwendet werden.Method for providing reducing agent in an exhaust gas aftertreatment system (1) of an internal combustion engine (10) with an exhaust gas duct (20) in which an SCR catalytic converter (30) is provided, whereby gaseous ammonia is used as the reducing agent, which is obtained by heating a reservoir (41) with an ammonia -Storage medium is generated in a reducing agent storage system (40), is introduced by means of a metering device (50) into the exhaust gas duct (20) in the flow direction of the exhaust gas upstream of the SCR catalytic converter (30), the heating of the memory (41) with regard to a The target release rate for the gaseous ammonia is regulated and pre-controlled by means of a control unit (100) and a mass flow of reducing agents through a reducing agent feed (45) in the direction of the metering device (50), a pressure increase gradient in the storage (41) of the reducing agent as the control variable (44) Storage system (40) and / or a change in a property that can be correlated with the degree of storage can be used in the storage medium in the memory (41).

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduktionsmittelbereitstellung in einer Abgasnachbehandlungsanlage einer Brennkraftmaschine mit einer Abgasführung, in der ein SCR-Katalysator vorgesehen ist, wobei gasförmiges Ammoniak als Reduktionsmittel, welches durch Aufheizen eines Speichers mit einem Ammoniak-Speichermedium in einem Reduktionsmittel-Speichersystem erzeugt wird, mittels einer Dosiereinrichtung in die Abgasführung in Strömungsrichtung des Abgases vor dem SCR-Katalysator eingebracht wird.The invention relates to a method for providing reducing agent in an exhaust gas aftertreatment system of an internal combustion engine with an exhaust gas duct in which an SCR catalyst is provided, with gaseous ammonia as reducing agent, which is generated by heating a store with an ammonia storage medium in a reducing agent storage system by means of a metering device is introduced into the exhaust gas duct in the flow direction of the exhaust gas upstream of the SCR catalytic converter.

Im Zusammenhang mit künftigen gesetzlichen Vorgaben bezüglich der Stickoxidemission von Kraftfahrzeugen ist eine entsprechende Abgasnachbehandlung erforderlich. Die selektive katalytische Reduktion (SCR) kann zur Verringerung der NOx-Emission (Entstickung) von Verbrennungsmotoren, insbesondere von Dieselmotoren, mit zeitlich überwiegend magerem, d.h. sauerstoffreichem Abgas eingesetzt werden. Hierbei wird dem Abgas eine definierte Menge eines selektiv wirkenden Reduktionsmittels zugegeben. Dies kann beispielsweise in Form von Ammoniak sein, welches direkt gasförmig zudosiert wird, oder auch aus einer Vorläufersubstanz in Form von Harnstoff oder aus einer Harnstoff-Wasser-Lösung (HWL) gewonnen wird. Derartige HWL-SCR-Systeme sind erstmalig im Nutzfahrzeugsegment eingesetzt worden.Appropriate exhaust gas aftertreatment is required in connection with future legal requirements with regard to nitrogen oxide emissions from motor vehicles. The selective catalytic reduction (SCR) can be used to reduce the NO x emissions (denitrification) of internal combustion engines, in particular of diesel engines, with predominantly lean, ie oxygen-rich, exhaust gas. Here, a defined amount of a selectively acting reducing agent is added to the exhaust gas. This can be in the form of ammonia, for example, which is metered in directly in gaseous form, or it can also be obtained from a precursor substance in the form of urea or from a urea-water solution (HWL). Such HWL-SCR systems have been used for the first time in the commercial vehicle segment.

Ein Verfahren zur Reduktionsmittelbereitstellung der eingangs genannten Art ist in der WO 2006/012 903 A2 angegeben. Das Aufheizen des Speichers zum Freisetzen des Ammoniakts wird mittels einer Steuereinheit geregelt.A method for providing reducing agent of the type mentioned is in WO 2006/012 903 A2 specified. The heating of the storage tank to release the ammonia is regulated by means of a control unit.

Ein derartiges Verfahren zeigt auch die nicht vorveröffentlichte EP 1 977 817 B1 , wobei zudem eine Vorsteuerung vorhanden ist.Such a method is also shown by the one not previously published EP 1 977 817 B1 , whereby there is also a feedforward control.

Weitere Verfahren zur Reduktioinsmittelbereitstellung sind in der DE 10 2006 008 400 A1 und der US 6 399 034 B1 gezeigt.Further processes for the supply of reducing agents are in the DE 10 2006 008 400 A1 and the US 6 399 034 B1 shown.

In der DE 101 39 142 A1 ist ein Abgasreinigungssystem einer Brennkraftmaschine beschrieben, bei dem zur Verringerung der NOx-Emission ein SCR-Katalysator eingesetzt ist, der die im Abgas enthaltenen Stickoxide mit dem Reagenzmittel Ammoniak zu Stickstoff reduziert. Das Ammoniak wird in einem stromaufwärts vor dem SCR-Katalysator angeordneten Hydrolyse-Katalysator aus der Harnstoff-Wasser-Lösung (HWL) gewonnen. Der Hydrolyse-Katalysator setzt den in der HWL enthaltenen Harnstoff zu Ammoniak und Kohlendioxid um. In einem zweiten Schritt reduziert das Ammoniak die Stickoxide zu Stickstoff, wobei als Nebenprodukt Wasser erzeugt wird. Der genaue Ablauf ist in der Fachliteratur hinreichend beschrieben worden (vgl. WEISSWELLER in CIT (72), Seite 441-449, 2000 ). Die HWL wird in einem Reagenzmitteltank bereitgestellt.In the DE 101 39 142 A1 describes an exhaust gas purification system of an internal combustion engine in which an SCR catalytic converter is used to reduce NO x emissions, which uses the reagent ammonia to reduce the nitrogen oxides contained in the exhaust gas to nitrogen. The ammonia is obtained from the urea-water solution (HWL) in a hydrolysis catalytic converter arranged upstream of the SCR catalytic converter. The hydrolysis catalyst converts the urea contained in the HWL into ammonia and carbon dioxide. In a second step, the ammonia reduces the nitrogen oxides to nitrogen, with water being produced as a by-product. The exact process has been adequately described in the specialist literature (cf. WEISSWELLER in CIT (72), pages 441-449, 2000 ). The HWL is provided in a reagent tank.

Nachteilig bei diesem Verfahren ist, dass HWL beim Betrieb der Brennkraftmaschine verbraucht wird. Dabei liegt der Verbrauch bei ca. 4 % des Kraftstoffverbrauchs. Die Versorgung mit Harnstoff-Wasser-Lösung müsste entsprechend großflächig, zum Beispiel an Tankstellen, sichergestellt sein. Ein weiterer Nachteil des Verfahrens liegt in dem notwendigen Betriebstemperaturbereich. Die Hydrolysereaktion der Harnstoff-Wasser-Lösung findet quantitativ erst ab Temperaturen von 200 °C am Hydrolysekatalysator unter Freisetzung des Ammoniaks statt. Diese Temperaturen im Abgas werden beispielsweise bei Dieselmotoren erst nach längerer Betriebsdauer erreicht. Aufgrund von Abscheidungen kann es bei Temperaturen unterhalb von 200 °C zu Verstopfungen an der Dosiereinheit kommen, welche die Zufuhr der Harnstoff-Wasser-Lösung in den Abgastrakt zumindest behindern. Weiterhin kann eine Zudosierung der Harnstoff-Wasser-Lösung bei Temperaturen unter 200 °C auf Grund einer Polymerisation zur Hemmung der notwendigen katalytischen Eigenschaften am Hydrolysekatalysator oder am SCR-Katalysator führen.The disadvantage of this method is that HWL is consumed during operation of the internal combustion engine. The consumption is around 4% of the fuel consumption. The supply of urea-water solution would have to be ensured over a correspondingly large area, for example at petrol stations. Another disadvantage of the process is the required operating temperature range. The hydrolysis reaction of the urea-water solution only takes place quantitatively from temperatures of 200 ° C on the hydrolysis catalytic converter with the release of ammonia. In the case of diesel engines, for example, these temperatures in the exhaust gas are only reached after a long period of operation. At temperatures below 200 ° C., deposits can lead to blockages in the metering unit, which at least impede the supply of the urea-water solution to the exhaust tract. Furthermore, metering in the urea-water solution at temperatures below 200 ° C. can lead to an inhibition of the necessary catalytic properties on the hydrolysis catalytic converter or on the SCR catalytic converter due to polymerization.

Um das Mitführen eines weiteren Betriebsstoffes zu vermeiden, wurde inzwischen in einer noch unveröffentlichten Schrift der Anmelderin ein Plasmaverfahren zur On-Board-Generierung von Reduktionsmitteln vorgeschlagen. Dabei wird der zur Reduktion der Stickoxide notwendige Ammoniak aus ungiftigen Substanzen bedarfsgerecht im Fahrzeug hergestellt und anschließend dem SCR-Prozess zugeführt.In order to avoid having to carry another operating material with you, a plasma process for on-board generation of reducing agents has been proposed in an as yet unpublished document by the applicant. The ammonia required to reduce nitrogen oxides is produced from non-toxic substances in the vehicle as required and then fed into the SCR process.

In der DE 19 728 343 C1 wird ein Verfahren zur selektiven katalytischen NOx-Reduktion in sauerstoffhaltigen Abgasen unter Verwendung von Ammoniak und einem Reduktionskatalysator beschrieben, bei dem der gasförmige Ammoniak durch Aufheizen eines festen Speichermediums, welches in einem Behälter eingebracht ist, zur Verfügung gestellt wird. Ammoniak ist dabei durch Adsorption und/ oder in Form eines chemischen Komplexes an das Speichermedium gebunden. Derartige Ammoniakspeichersubstanzen, aus denen Ammoniak durch thermische Desorption oder Thermolyse, d.h. infolge von Temperatureinwirkung, freigesetzt wird, sind beispielsweise Salze, insbesondere Chloride und/ oder Sulfate eines oder mehrerer Erdalkalielemente, wie MgCl2, CaCl2, und/ oder eines oder mehrerer 3d-Nebengruppenelemente, wie Mangan, Eisen, Kobalt, Nickel, Kupfer und/ oder Zink. Derartige Salze sind beispielsweise in der WO 2006 / 012 903 als Ammoniakspeichermedien beschrieben. Weiterhin sind organische Adsorber und Ammoniumsalze, wie beispielsweise Ammoniumcarbamat, geeignete Ammoniakspeicher-substanzen.In the DE 19 728 343 C1 describes a method for selective catalytic NO x reduction in oxygen-containing exhaust gases using ammonia and a reduction catalyst, in which the gaseous ammonia is made available by heating a solid storage medium which is placed in a container. Ammonia is bound to the storage medium by adsorption and / or in the form of a chemical complex. Such ammonia storage substances from which ammonia is released by thermal desorption or thermolysis, ie as a result of the effect of temperature, are, for example, salts, in particular chlorides and / or sulfates of one or more alkaline earth elements, such as MgCl 2 , CaCl 2 , and / or one or more 3d- Subgroup elements such as manganese, iron, cobalt, nickel, copper and / or zinc. Such salts are described, for example, in WO 2006/012 903 as ammonia storage media. Furthermore, organic adsorbers and ammonium salts, such as for example ammonium carbamate, suitable ammonia storage substances.

Bei Verfahren zur selektiven katalytischen NOx-Reduktion (SCR-Verfahren), bei denen gasförmiger Ammoniak durch Aufheizung derartiger Speichermedien bereitgestellt wird, ist die Systemdynamik abhängig davon, wie schnell die Freisetzung an den momentanen Bedarf angepasst werden kann.In processes for selective catalytic NO x reduction (SCR process), in which gaseous ammonia is provided by heating such storage media, the system dynamics depend on how quickly the release can be adapted to the current demand.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, bei dem im Hinblick auf eine optimale Abgasreinigung und unter Vermeidung bzw. Mini-mierung eines Ammoniakschlupfes die Bereitstellung von Ammoniak als Reduktionsmittel an den momentanen Bedarf optimal angepasst wird.It is therefore the object of the invention to provide a method in which the provision of ammonia as a reducing agent is optimally adapted to the current requirement with a view to optimal exhaust gas cleaning and while avoiding or minimizing ammonia slip.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass das Aufheizen des Speichers hinsichtlich einer Zielfreisetzungsrate für das gasförmige Ammoniak mittels einer Steuereinheit geregelt und vorgesteuert wird. Durch eine Vorsteuerung der Heizleistung kann das Reduktionsmittel schneller verfügbar gemacht werden als bei einer reinen Regelung. Fahrzustandswechsel können frühzeitig erkannt und die Abgasreinigung damit optimiert werden, so dass die Einhaltung von Abgasgrenzwerten auch im dynamischen Betrieb sichergestellt werden kann. Darüber hinaus kann der Verbrauch an Reduktionsmitteln und die Gefahr eines möglichen Ammoniakschlupfes infolge einer möglichen Überdosierung reduziert werden.The object of the invention is achieved in that the heating of the store is regulated and precontrolled by means of a control unit with regard to a target release rate for the gaseous ammonia. By pre-controlling the heating output, the reducing agent can be made available more quickly than with pure regulation. Changes in driving conditions can be recognized at an early stage and exhaust gas cleaning can thus be optimized so that compliance with exhaust gas limit values can be ensured even in dynamic operation. In addition, the consumption of reducing agents and the risk of a possible ammonia slip as a result of a possible overdose can be reduced.

Erfindungsgemäß werden zur Überwachung, Regelung und Adaption der Reduktionsmittelfreisetzung als Regelgröße ein Massendurchfluss an Reduktionsmittel durch eine Reduktionsmittel-Zuführung in Richtung Dosiereinrichtung, ein Druck (-anstiegsgradient) im Speicher des Reduktionsmittel-Speichersystems und/ oder eine Änderung einer mit dem Speichergrad korrelierbaren Eigenschaft des Speichermediums, z.B. eine Änderung der elektrischen Leitfähigkeit, der Wärmeleitfähigkeit oder der Dielektrizitätskonstante, im Speicher verwendet.According to the invention, a mass flow of reducing agent through a reducing agent feed in the direction of the metering device, a pressure (increase gradient) in the memory of the reducing agent storage system and / or a change in a property of the storage medium that can be correlated with the storage level are used as a control variable for monitoring, regulating and adapting the reducing agent release , e.g. a change in the electrical conductivity, the thermal conductivity or the dielectric constant, is used in the memory.

Vorteilhaft ist es, wenn bei der Regelung bzw. Vorsteuerung der Reduktionsmittelbereitstellung eine Korrelation zwischen der Stellgröße Wärmeeinbringung und der Zielgröße Reduktionsmittelfreisetzung nach Betrag und Zeitverhalten ein Modell hinterlegt wird. Damit können auch komplexe physikalische bzw. chemische Zusammenhänge abgebildet werden.It is advantageous if, in the regulation or pre-control of the supply of reducing agent, a correlation between the manipulated variable of heat input and the target variable of reducing agent release is stored in terms of amount and time behavior. This means that complex physical or chemical relationships can also be mapped.

Eine Überwachung kann erfolgen, wenn ein NOx-Gehalt einer Abgassonde und/ oder ein Temperatursignal eines Temperaturfühlers in Strömungsrichtung des Abgases vor dem SCR-Katalysator und/ oder ein NOx/NH3-Gehalt einer weiteren Abgassonde hinter dem SCR-Katalysator bei der Regelung bzw. Vorsteuerung der Reduktionsmittelbereitstellung berücksichtigt werden. Abhängig von dem NOx-Gehalt vor dem SCR-Katalysator kann die Dosierung des Reduktionsmittels optimal eingestellt werden. Eine Überwachung des NOx/NH3-Gehalts nach dem SCR-Katalysator kann zur Effizienzüberwachung bzw. zur Detektion eines möglichen NH3-Schlupfes genutzt werden.Monitoring can take place when an NO x content of an exhaust gas probe and / or a temperature signal from a temperature sensor in the flow direction of the exhaust gas upstream of the SCR catalytic converter and / or a NO x / NH 3 content of a further exhaust gas probe downstream of the SCR catalytic converter in the Regulation or precontrol of the reducing agent supply are taken into account. The dosage of the reducing agent can be optimally adjusted as a function of the NO x content upstream of the SCR catalytic converter. Monitoring the NO x / NH 3 content after the SCR catalytic converter can be used to monitor efficiency or to detect a possible NH 3 slip.

Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn in dem Modell der Speicherzustand des Speichers des Reduktionsmittel-Speichersystems berücksichtigt wird. Damit kann eine sehr genaue Prognose für die momentan zu erwartende Reduktionsmittelfreisetzung unter Einbringung einer bestimmten Wärmeenergie erstellt werden, was sich hinsichtlich des Regelverhaltens positiv auswirkt.It has proven to be advantageous if the storage state of the storage of the reducing agent storage system is taken into account in the model. A very precise prognosis for the reducing agent release to be expected at the moment can be made with the introduction of a certain thermal energy, which has a positive effect on the control behavior.

Insbesondere wenn die Reduktionsmittelfreisetzungsrate durch Auswertung von Regelgrößen als Zustandsparameter des Reduktionsmittel-Speichersystems überwacht wird, kann eine optimale Regelung erfolgen. Dabei können auch örtlich aufgelöste Informationen über das Reduktionsmittel-Speichersystem von Interesse sein.In particular, if the reducing agent release rate is monitored by evaluating control variables as state parameters of the reducing agent storage system, optimal regulation can take place. In this context, locally resolved information about the reducing agent storage system can also be of interest.

Hinsichtlich einer einfachen Auswertung der genannten Regelgrößen und Ableiten einer optimalen Heizleistung hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn das Modell des Speicherzustands des Speichers des Reduktionsmittel-Speichersystems sowie die eingangsseitigen Regelgrößen in einem oder mehreren Kennfeldern hinterlegt werden.With regard to a simple evaluation of the control variables mentioned and deriving an optimal heating output, it has been found to be advantageous if the model of the storage status of the memory of the reducing agent storage system and the input-side control variables are stored in one or more characteristic maps.

Wird beim dynamischen Wechsel zwischen zwei Zielfreisetzungsraten ein stationärer Vorsteuerwert gezielt übersteuert, kann die Anstiegszeit zusätzlich verkürzt werden.If a stationary pre-control value is deliberately overridden when dynamically changing between two target release rates, the rise time can also be shortened.

Der aktuelle Betriebszustand der Brennkraftmaschine kann optimal bei der Dosierung des Reduktionsmittels berücksichtigt werden, wenn die Zielfreisetzungsrate des Reduktionsmittels der momentanen Dosiermenge entspricht und die Dosiermenge aus einem modellbasierten Algorithmus unter Berücksichtigung von Betriebszustandsparametern, wie beispielsweise Motordrehzahl oder Moment, einer Motorsteuerung der Brennkraftmaschine sowie einer Beladungsstrategie für den SCR-Katalysator ermittelt wird.The current operating state of the internal combustion engine can be optimally taken into account when metering the reducing agent if the target release rate of the reducing agent corresponds to the current metering quantity and the metering quantity is derived from a model-based algorithm, taking into account operating state parameters such as engine speed or torque, an engine control of the internal combustion engine and a loading strategy for the SCR catalytic converter is determined.

Vorteilhaft kann es zudem sein, wenn die Zielfreisetzungsrate im Rahmen der Vorsteuerung zusätzlich von einem prognostizierten Fahrzustand beeinflusst wird. So können beispielsweise Konstantfahrt, Beschleunigung oder Verzögerung bei der Vorsteuerung berücksichtigt werden. Werden für den prognostizierten Fahrzustand Ortsdaten aus einem GPS-Empfänger herangezogen, kann das zukünftige Streckenprofil, eventuell auch das Höhenprofil der Fahrstrecke vorhergesagt und somit die Prognose angepasst werden.It can also be advantageous if the target release rate is also influenced by a predicted driving state as part of the pre-control. For example, constant travel, acceleration or deceleration during the Feedforward control must be taken into account. If location data from a GPS receiver are used for the predicted driving condition, the future route profile, possibly also the height profile of the driving route, can be predicted and the prognosis can thus be adjusted.

Hinsichtlich einer weiteren Optimierung der Vorsteuerung der Reduktionsmittelfreisetzung können in einer Verfahrensvariante für den prognostizierten Fahrzustand Daten zur Verkehrssituation und/ oder Daten zum Abstand zu vorausfahrenden Fahrzeugen herangezogen werden. Solche Daten können beispielsweise aus TMC-Daten gewonnen werden. Der Traffic Message Channel (TMC) ist ein digitaler Radio-Datendienst, der zur Übertragung von Verkehrsstörungen an ein geeignetes Empfangsgerät verwendet wird.With regard to a further optimization of the pre-control of the reducing agent release, data on the traffic situation and / or data on the distance to vehicles traveling ahead can be used in a variant of the method for the predicted driving state. Such data can be obtained from TMC data, for example. The Traffic Message Channel (TMC) is a digital radio data service that is used to transmit traffic disruptions to a suitable receiving device.

Eine bevorzugte Anwendung des Verfahrens mit den zuvor beschriebenen Merkmalen sieht den Einsatz bei Reduktionsmittel-Speichersystemen vor, bei denen Ammoniak durch Desorption und/ oder Thermolyse aus Salzen und/ oder organischen Adsorbern freigesetzt wird. Insbesondere können hier die teils recht komplexen chemischen und physikalischen Zusammenhänge bei der Desorption bzw. Thermolyse besonders gut prognostiziert und somit die Ammoniakfreisetzung exakt vorgesteuert bzw. geregelt werden.A preferred application of the method with the features described above provides for use in reducing agent storage systems in which ammonia is released from salts and / or organic adsorbers by desorption and / or thermolysis. In particular, the sometimes quite complex chemical and physical relationships during desorption or thermolysis can be predicted particularly well and the ammonia release can thus be precisely controlled or regulated.

FigurenlisteFigure list

Die Erfindung wird im Folgenden anhand des in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt:

  • 1 eine schematische Darstellung einer Abgasnachbehandlungsanlage einer Brennkraftmaschine mit einem Reduktionsmittel-Speichersystem.
The invention is explained in more detail below with reference to the embodiment shown in the figure. It shows:
  • 1 a schematic representation of an exhaust gas aftertreatment system of an internal combustion engine with a reducing agent storage system.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

1 zeigt schematisch das technische Umfeld in dem das erfindungsgemäße Verfahren angewendet werden kann. 1 shows schematically the technical environment in which the method according to the invention can be used.

Dargestellt ist eine Abgasnachbehandlungsanlage 1 für eine Brennkraftmaschine 10, deren Abgase über eine Abgasführung 20 geführt werden, wobei in Strömungsrichtung des Abgases im gezeigten Beispiel zunächst eine Abgassonde 70 zur Ermittlung eines NOx-Gehalts 71 im Abgas, ein Temperaturfühler 80, welcher ein Temperatursignal 81 liefert und ein SCR-Katalysator 30 vorgesehen sind. Zur Reduktion von Stickoxiden ist vor dem SCR-Katalysator 30 von einem Reduktionsmittel-Speichersystem 40 über eine Reduktionsmittel-Zuführung 45 und eine Dosiereinrichtung 50 Ammoniak als Reduktionsmittel zuführbar. SCR-Katalysatoren 30 arbeiten dabei nach dem Prinzip der selektiven katalytischen Reduktion, bei dem mittels des Reduktionsmittels Ammoniak in sauerstoffhaltigen Abgasen Stickoxide zu Stickstoff und Wasser reduziert werden.An exhaust gas aftertreatment system 1 for an internal combustion engine is shown 10 , their exhaust gases via an exhaust system 20th are performed, in the flow direction of the exhaust gas in the example shown initially an exhaust gas probe 70 to determine a NO x content 71 in the exhaust gas, a temperature sensor 80 , which is a temperature signal 81 supplies and an SCR catalyst 30th are provided. For the reduction of nitrogen oxides is in front of the SCR catalytic converter 30th from a reducing agent storage system 40 via a reducing agent feed 45 and a metering device 50 Ammonia can be supplied as a reducing agent. SCR catalysts 30th work according to the principle of selective catalytic reduction, in which the reducing agent ammonia in oxygen-containing exhaust gases is used to reduce nitrogen oxides to nitrogen and water.

Die Brennkraftmaschine 10 ist mit einer Motorsteuerung 60 in der Art verknüpft, dass Betriebszustandsparameter 61, wie beispielsweise Drehzahl, Drehmoment, Luftmenge, Temperatur, etc., von Sensoren im Motorblock bzw. im Ansaugsystem bzw. im Kraftstoffzudosierungssystem der Brennkraftmaschine 10 übermittelt und innerhalb der Motorsteuerung erfasst, verarbeitet und zur weiteren Auswertung bereitgestellt werden können. Weiterhin ist im gezeigten Beispiel noch eine weitere Abgassonde 90 in Strömungsrichtung des Abgases hinter dem SCR-Katalysator 30 angeordnet, mit der ein NOx/NH3-Gehalt 91 ermittelt werden kann.The internal combustion engine 10 is with a motor control 60 linked in the way that operating status parameters 61 , such as speed, torque, air volume, temperature, etc., from sensors in the engine block or in the intake system or in the fuel metering system of the internal combustion engine 10 can be transmitted and recorded, processed and made available for further evaluation within the engine control system. There is also another exhaust gas probe in the example shown 90 in the direction of flow of the exhaust gas behind the SCR catalytic converter 30th arranged with a NO x / NH 3 content 91 can be determined.

Das Reduktionsmittel-Speichersystem 40 umfasst als wesentliche Komponenten einen Speicher 41 für Ammoniakspeichersubstanzen der eingangs erwähnten Art, bei denen Ammoniak durch Desorption und/ oder Thermolyse aus Salzen und/ oder organischen Adsorbern freigesetzt wird, und eine Heizeinrichtung 42, welche über einen Leistungsregler 43, der im einfachsten Fall ein Schaltrelais sein kann, hinsichtlich der Leistung gesteuert und mittels einer Fahrzeugbatterie 120 mit Energie versorgt werden kann.The reducing agent storage system 40 includes a memory as essential components 41 for ammonia storage substances of the type mentioned at the outset, in which ammonia is released from salts and / or organic adsorbers by desorption and / or thermolysis, and a heating device 42 , which has a power regulator 43 , which can be a switching relay in the simplest case, controlled in terms of power and by means of a vehicle battery 120 can be supplied with energy.

Der Speicher 41 kann als monolithischer Block, segmentiert in einem Behältnis oder in mehreren Kartuschen ausgeführt sein. Die Wärmeeinbringung erfolgt entweder im gesamten Speichervolumen gleichmäßig oder lokal begrenzt in einzelnen Sektionen mit Wechsel des Einbringungsortes in oder am Speichermedium in Abhängigkeit vom Speicherbeladungsgrad. Die Energie zur Temperatursteigerung kann elektrisch, mittels Heizleiter, als elektromagnetische Strahlung geeigneter Wellenlänge, z.B. Mikrowelle, oder elektromagnetisch, durch metallische Dotierung des Speichermediums eingebracht werden. Denkbar ist auch die Einbringung von mechanischer Energie, z.B. durch Reibung oder durch Druckschwingungen. Eine weitere, insbesondere bei Fahrzeugen effektive Heizmethode stellt das Aufheizen mit einem Brenner, gas-, öl- und/ oder benzinbefeuert, dar. Auch eine chemische Reaktion an Behälterwand oder in Aussparungen des Speichers oder Phasenübergänge von Medien, die zwischen dem Speicher und einer Abwärmequelle zirkulieren, können zur Aufheizung dienen.The memory 41 can be designed as a monolithic block, segmented in a container or in several cartridges. The heat is introduced either uniformly in the entire storage volume or locally limited in individual sections with a change in the place of introduction in or on the storage medium depending on the degree of storage. The energy to increase the temperature can be introduced electrically, by means of heating conductors, as electromagnetic radiation of a suitable wavelength, for example microwave, or electromagnetically, by doping the storage medium with metal. The introduction of mechanical energy is also conceivable, for example through friction or through pressure oscillations. Another heating method that is particularly effective in vehicles is heating with a gas, oil and / or petrol-fired burner. Also a chemical reaction on the container wall or in recesses in the memory or phase transitions of media between the memory and a waste heat source circulate, can be used for heating.

Zur Steuerung bzw. Regelung des Reduktionsmittel-Speichersystems 40 ist eine Steuereinheit 100 vorgesehen, in der das erfindungsgemäße Verfahren zur Reduktionsmittelbereitstellung implementiert ist. Bestandteil der Steuereinheit 100 sind im Wesentlichen vier Funktionseinheiten, eine Vorsteuereinheit 101, eine Regeleinheit 103, ein SCR-Katalysator-Modell 102 sowie eine Korrelationseinheit 104, mit denen eine Dosiervorgabe 105 für die Dosiereinrichtung 50 bestimmt bzw. die Zielfreisetzungsrate für das gasförmige Ammoniak durch Einwirkung auf den Leistungsregler 43 des Reduktionsmittel-Speichersystems 40 geregelt und vorgesteuert wird.For controlling or regulating the reducing agent storage system 40 is a control unit 100 provided, in which the inventive method for providing reducing agent is implemented. Part of the control unit 100 are essentially four functional units, one pilot control unit 101 , a control unit 103 , an SCR catalytic converter model 102 and a correlation unit 104 with which a dosing specification 105 for the dosing device 50 determined or the target release rate for the gaseous ammonia by acting on the power regulator 43 of the reducing agent storage system 40 is regulated and piloted.

Innerhalb der Vorsteuereinheit 101 ist vorgesehen, dass die Zielfreisetzungsrate der momentanen Dosiermenge entspricht und die Dosiermenge aus einem modellbasierten Algorithmus unter Berücksichtigung von Betriebszustandsparametern 61 der Motorsteuerung 60 der Brennkraftmaschine 10 sowie einer Beladungsstrategie für den SCR-Katalysator 30 ermittelt wird. Zusätzlich kann im gezeigten Beispiel die Zielfreisetzungsrate im Rahmen der Vorsteuerung von einem prognostizierten Fahrzustand 110 beeinflusst werden.Inside the pilot control unit 101 it is provided that the target release rate corresponds to the current dosing amount and the dosing amount from a model-based algorithm, taking operating state parameters into account 61 the engine control 60 the internal combustion engine 10 as well as a loading strategy for the SCR catalytic converter 30th is determined. In addition, in the example shown, the target release rate can be used as part of the pre-control of a predicted driving condition 110 to be influenced.

Eine Regelung der Reduktionsmittelbereitstellung erfolgt innerhalb der Regeleinheit 103 durch Berücksichtigung des NOx-Gehaltes 71 der Abgassonde 70 und/ oder des Temperatursignals 81 des Temperaturfühlers 80 vor dem SCR-Katalysator 30 und/ oder des NOx/NH3-Gehaltes 91 der Abgassonde 90 hinter dem SCR-Katalysator 30. In dem SCR-Katalysator-Modell 102 sind dabei u.a. der NOx-Gehalt nach dem SCR-Katalysator 30, ein Ammoniak-Füllstand und ein Ammoniak-Schlupf modellhaft hinterlegt.The supply of reducing agent is regulated within the regulating unit 103 by taking into account the NO x content 71 the exhaust probe 70 and / or the temperature signal 81 of the temperature sensor 80 in front of the SCR catalytic converter 30th and / or the NO x / NH 3 content 91 the exhaust probe 90 behind the SCR catalytic converter 30th . In the SCR catalytic converter model 102 include the NO x content after the SCR catalytic converter 30th , an ammonia level and an ammonia slip are stored as models.

Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass in dem Modell der Speicherzustand des Speichers 41 des Reduktionsmittel-Speichersystems 40 berücksichtigt wird. Zusätzlich kann die Reduktionsmittelfreisetzungsrate durch Auswertung von Regelgrößen 44 als Zustandsparameter des Reduktionsmittel-Speichersystems 40 überwacht werden. Als Regelgröße 44 kann ein Massendurchfluss an Reduktionsmitteln durch die Reduktionsmittel-Zuführung 45 in Richtung Dosiereinrichtung 50, ein Druckanstiegsgradient im Speicher 41 des Reduktionsmittel-Speichersystems 40 und/ oder eine Änderung einer mit dem Speichergrad korrelierbaren Eigenschaft des Speichermediums im Speicher 41 verwendet werden. Idealerweise ist das Modell des Speicherzustands des Speichers 41 des Reduktionsmittel-Speichersystems 40 sowie die eingangsseitigen Regelgrößen 44 in ein oder mehreren Kennfeldern hinterlegt.Furthermore, it can be provided that in the model the memory status of the memory 41 of the reducing agent storage system 40 is taken into account. In addition, the reducing agent release rate can be determined by evaluating controlled variables 44 as state parameters of the reducing agent storage system 40 be monitored. As a controlled variable 44 can be a mass flow rate of reducing agents through the reducing agent feed 45 in the direction of the metering device 50 , a pressure increase gradient in the accumulator 41 of the reducing agent storage system 40 and / or a change in a property of the storage medium in the memory that can be correlated with the degree of storage 41 be used. Ideally, the model is the memory state of the memory 41 of the reducing agent storage system 40 as well as the input-side controlled variables 44 stored in one or more maps.

Bei der Regelung bzw. Vorsteuerung der Reduktionsmittelbereitstellung ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass innerhalb der Korrelationseinheit 104 eine Korrelation zwischen der Stellgröße Wärmeeinbringung (bzw. der elektrischen Heizleistung Pel) und der Zielgröße Reduktionsmittelfreisetzung (nAmmoniak) nach Betrag und Zeitverhalten in einem Modell hinterlegt wird.When regulating or pre-controlling the supply of reducing agent, it is provided according to the invention that within the correlation unit 104 a correlation between the manipulated variable of heat input (or the electrical heating power P el ) and the target variable of reducing agent release (n ammonia ) is stored in a model according to amount and time behavior.

Die Funktionseinheiten innerhalb der Steuereinheit 100 können als Software und/ oder Hardware implementiert sein und können, wie im gezeigten Beispiel, in einer separaten Einheit hinterlegt oder zumindest Teil einer übergeordneten Motorsteuerung sein.The functional units within the control unit 100 can be implemented as software and / or hardware and, as in the example shown, can be stored in a separate unit or at least be part of a higher-level engine control system.

Claims (12)

Verfahren zur Reduktionsmittelbereitstellung in einer Abgasnachbehandlungsanlage (1) einer Brennkraftmaschine (10) mit einer Abgasführung (20), in der ein SCR-Katalysator (30) vorgesehen ist, wobei gasförmiges Ammoniak als Reduktionsmittel, welches durch Aufheizen eines Speichers (41) mit einem Ammoniak-Speichermedium in einem Reduktionsmittel-Speichersystem (40) erzeugt wird, mittels einer Dosiereinrichtung (50) in die Abgasführung (20) in Strömungsrichtung des Abgases vor dem SCR-Katalysator (30) eingebracht wird, wobei das Aufheizen des Speichers (41) hinsichtlich einer Zielfreisetzungsrate für das gasförmige Ammoniak mittels einer Steuereinheit (100) geregelt und vorgesteuert wird und wobei als Regelgröße (44) ein Massendurchfluss an Reduktionsmitteln durch eine Reduktionsmittel-Zuführung (45) in Richtung Dosiereinrichtung (50), ein Druckanstiegsgradient im Speicher (41) des Reduktionsmittel-Speichersystems (40) und/ oder eine Änderung einer mit dem Speichergrad korrelierbaren Eigenschaft des Speichemediums im Speicher (41) verwendet werden.Method for providing reducing agent in an exhaust gas aftertreatment system (1) of an internal combustion engine (10) with an exhaust gas duct (20) in which an SCR catalytic converter (30) is provided, whereby gaseous ammonia is used as the reducing agent, which is obtained by heating a reservoir (41) with an ammonia -Storage medium is generated in a reducing agent storage system (40), is introduced by means of a metering device (50) into the exhaust gas duct (20) in the flow direction of the exhaust gas upstream of the SCR catalytic converter (30), the heating of the memory (41) with regard to a The target release rate for the gaseous ammonia is regulated and pre-controlled by means of a control unit (100) and a mass flow of reducing agents through a reducing agent feed (45) in the direction of the metering device (50), a pressure increase gradient in the storage (41) of the reducing agent as the control variable (44) Storage system (40) and / or a change in a property that can be correlated with the degree of storage can be used in the storage medium in the memory (41). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Regelung bzw. Vorsteuerung der Reduktionsmittelbereitstellung eine Korrelation zwischen der Stellgröße Wärmeeinbringung und der Zielgröße Reduktionsmittelfreisetzung nach Betrag und Zeitverhalten in einem Modell hinterlegt wird.Procedure according to Claim 1 , characterized in that during the regulation or pre-control of the supply of reducing agent, a correlation between the manipulated variable of heat input and the target variable of reducing agent release is stored in a model according to amount and time behavior. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein NOx-Gehalt (71) einer Abgassonde (70) und/ oder ein Temperatursignal (81) eines Temperaturfühlers (80) in Strömungsrichtung des Abgases vor dem SCR-Katalysator (30) und/ oder ein NOx/NH3-Gehalt (91) einer weiteren Abgassonde (90) hinter dem SCR-Katalysator (30) bei der Regelung bzw. Vorsteuerung der Reduktionsmittelbereitstellung berücksichtigt werden.Procedure according to Claim 1 or 2 , characterized in that a NO x content (71) of an exhaust gas probe (70) and / or a temperature signal (81) of a temperature sensor (80) in the flow direction of the exhaust gas upstream of the SCR catalytic converter (30) and / or a NO x / NH 3 content (91) of a further exhaust gas probe (90) downstream of the SCR catalytic converter (30) can be taken into account in the regulation or pre-control of the supply of reducing agent. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Modell der Speicherzustand des Speichers (41) des Reduktionsmittel Speichersystems (40) berücksichtigt wird.Method according to one of the Claims 1 until 3 , characterized in that the storage state of the store (41) of the reducing agent storage system (40) is taken into account in the model. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Reduktionsmittelfreisetzungsrate durch Auswertung von Regelgrößen (44) als Zustandsparameter des Reduktionsmittel-Speichersystems (40) überwacht wird.Method according to one of the Claims 1 until 4th , characterized in that the reducing agent release rate is monitored by evaluating control variables (44) as state parameters of the reducing agent storage system (40). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Modell des Speicherzustands des Speichers (41) des Reduktionsmittel Speichersystems (40) sowie die eingangsseitigen Regelgrößen (44) in ein oder mehreren Kennfeldern hinterlegt werden.Method according to one of the Claims 1 until 5 , characterized in that the model of the storage state of the store (41) of the reducing agent storage system (40) and the input-side controlled variables (44) are stored in one or more characteristic diagrams. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass beim dynamischen Wechsel zwischen zwei Zielfreisetzungsraten ein stationärer Vorsteuerwert gezielt übersteuert wird.Method according to one of the Claims 1 until 6th , characterized in that a stationary pilot control value is deliberately overridden when dynamically changing between two target release rates. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Zielfreisetzungsrate der momentanen Dosiermenge entspricht und die Dosiermenge aus einem modellbasierten Algorithmus unter Berücksichtigung von Betriebszustandsparametern (61) einer Motorsteuerung (60) der Brennkraftmaschine (10) sowie einer Beladungsstrategie für den SCR-Katalysator (30) ermittelt wird.Method according to one of the Claims 1 until 7th , characterized in that the target release rate corresponds to the current dosing amount and the dosing amount is determined from a model-based algorithm taking into account operating state parameters (61) of an engine control (60) of the internal combustion engine (10) and a loading strategy for the SCR catalytic converter (30). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zielfreisetzungsrate im Rahmen der Vorsteuerung zusätzlich von einem prognostizierten Fahrzustand (110) beeinflusst wird.Method according to one of the Claims 1 until 8th , characterized in that the target release rate is also influenced by a predicted driving state (110) in the context of the pre-control. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass für den prognostizierten Fahrzustand (110) Ortsdaten aus einem GPS-Empfänger herangezogen werden.Procedure according to Claim 9 , characterized in that location data from a GPS receiver are used for the predicted driving condition (110). Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass für den prognostizierten Fahrzustand (110) Daten zur Verkehrssituation und/ oder Daten zu Abstand zu vorausfahrenden Fahrzeugen herangezogen werden.Procedure according to Claim 9 , characterized in that data on the traffic situation and / or data on the distance to vehicles traveling ahead are used for the predicted driving condition (110). Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11 bei Reduktionsmittel-Speichersystemen (40), bei denen Ammoniak durch Desorption und/ oder Thermolyse aus Salzen und/ oder organischen Adsorbern freigesetzt wird.Application of the method according to one of the Claims 1 until 11th in reducing agent storage systems (40) in which ammonia is released from salts and / or organic adsorbers by desorption and / or thermolysis.
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