DE102008039687B4 - Process for the aftertreatment of an exhaust gas stream of an internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Nachbehandlung eines Abgasstroms (7) eines Verbrennungsmotors (3) eines Kraftfahrzeuges (1) mittels einer selektiven katalytischen Reduktion, mit: – Ermitteln einer von einer ersten Teilgröße (47) und einer zweiten Teilgröße (49) abhängigen, die Zusammensetzung des Abgasstromes kennzeichnenden Leitgröße (21), wobei die erste Teilgröße eine Anwesenheit von Schadstoffen im Abgasstrom und die zweite Teilgröße eine Anwesenheit eines Reduktionsmittels (13) kennzeichnet, – Zugeben des Reduktionsmittels (13) in den Abgasstrom (7) in Abhängigkeit von der Leitgröße (21), gekennzeichnet durch Ermitteln der zweiten Teilgröße (cNH3) (49) mittels einer katalytischen exothermen Oxidation von NH3 des im Abgasstrom (7) enthaltenen Reduktionsmittels (13) an einer katalytisch wirksamen Pt-Oberfläche (57) und Ermitteln einer Reaktionswärme der exothermen Oxidation.Method for the after-treatment of an exhaust gas flow (7) of an internal combustion engine (3) of a motor vehicle (1) by means of a selective catalytic reduction, comprising: - determining a composition of the exhaust gas stream which is dependent on a first part size (47) and a second part size (49) Guide variable (21), wherein the first part size indicates a presence of pollutants in the exhaust gas flow and the second part size indicates the presence of a reducing agent (13), - adding the reducing agent (13) into the exhaust gas flow (7) as a function of the control variable (21), characterized by determining the second part size (cNH3) (49) by means of a catalytic exothermic oxidation of NH3 of the reducing agent (13) contained in the exhaust stream (7) on a catalytically active Pt surface (57) and determining a heat of reaction of the exothermic oxidation.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Nachbehandlung eines Abgasstroms eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs mittels einer selektiven katalytischen Reduktion.The invention relates to a method for the after-treatment of an exhaust gas stream of an internal combustion engine of a motor vehicle by means of a selective catalytic reduction.

Es ist bekannt zur Nachbehandlung eines Abgasstroms, insbesondere zur Entstickung, so genannte SCR-Katalysatoren (selektive katalytische Reduktion) einzusetzen. Diese können beispielsweise für Dieselmotoren oder beliebige andere Motoren mit einer überstöchiometrisch arbeitenden Motorsteuerung, beispielsweise Motoren mit homogener Kompressionszündung und/oder Magermotoren mit Fremdzündung eingesetzt werden. Mittels des SCR-Katalysators können in dem Abgasstrom mitgeführte Schadstoffe, beispielsweise NO, NO2 in Anwesenheit eines zusätzlich zugebbaren Reduktionsmittels, beispielsweise NH3, in unschädliche Komponenten umgesetzt werden. Zum Steuern und/oder Regeln einer Umsetzungsrate der Schadstoffe kann eine Zugabemenge des Reduktionsmittels gesteuert werden. Die DE 10 2007 044 193 A1 betrifft ein Verfahren und Vorrichtung zum Steuern der Einspritzung eines Reduktionsmittels in einen Abgasstrom. Aus der DE 10 2006 041 676 A1 ist ein Verfahren zum Dosieren eines Reagenzmittels in den Abgasbereich einer Brennkraftmaschine und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bekannt. Die DE 60 2005 001 922 T2 gibt ein Verfahren zur Regelung der Zugabe eines Reduktionsmittels in das Abgas einer Brennkraftmaschine an.It is known for the aftertreatment of an exhaust gas stream, in particular for denitrification, to use so-called SCR catalysts (selective catalytic reduction). These can be used, for example, for diesel engines or any other engines with a lean of stoichiometric engine control, for example, engines with homogeneous compression ignition and / or lean-burn engines with spark ignition. By means of the SCR catalyst, pollutants entrained in the exhaust gas stream, for example NO, NO 2, can be converted into harmless components in the presence of an additionally attributable reducing agent, for example NH 3. For controlling and / or controlling a conversion rate of the pollutants, an addition amount of the reducing agent may be controlled. The DE 10 2007 044 193 A1 relates to a method and apparatus for controlling the injection of a reducing agent into an exhaust stream. From the DE 10 2006 041 676 A1 a method for dosing a reagent in the exhaust region of an internal combustion engine and apparatus for performing the method is known. The DE 60 2005 001 922 T2 discloses a method for controlling the addition of a reducing agent in the exhaust gas of an internal combustion engine.

Aus der DE 103 46 220 A1 sowie der DE 197 36 384 A1 sind jeweils ein Verfahren zur Nachbehandlung eines Abgasstroms eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs mittels einer selektiven katalytischen Reaktion bekannt, wobei ein Ermitteln einer die Zusammensetzung des Abgasstromes kennzeichnenden Leitgröße sowie ein zugebendes Reduktionsmittel in den Abgasstrom in Abhängigkeit von der Leitgröße erfolgt.From the DE 103 46 220 A1 as well as the DE 197 36 384 A1 In each case, a method for the aftertreatment of an exhaust gas stream of an internal combustion engine of a motor vehicle by means of a selective catalytic reaction is known, wherein determining a characteristic of the composition of the exhaust gas flow leading variable and an attributing reducing agent in the exhaust gas flow in dependence on the guide size.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Nachbehandlung eines Abgasstroms eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeuges mittels einer selektiven katalytischen Reduktion zu ermöglichen, insbesondere eine verbesserte Regelung und/oder Steuerung einer Zugabe eines Reduktionsmittels in den Abgasstrom.The object of the invention is to enable an improved aftertreatment of an exhaust gas stream of an internal combustion engine of a motor vehicle by means of a selective catalytic reduction, in particular an improved control and / or control of an addition of a reducing agent in the exhaust gas stream.

Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.The object is achieved with the features of claim 1.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Nachbehandlung eines Abgasstroms eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeuges mittels einer selektiven katalytischen Reduktion ist vorgesehen

  • – Ermitteln einer von einer ersten Teilgröße (47) und einer zweiten Teilgröße (49) abhängigen, die Zusammensetzung des Abgasstromes kennzeichnenden Leitgröße (21), wobei die erste Teilgröße eine Anwesenheit von Schadstoffen im Abgasstrom und die zweite Teilgröße eine Anwesenheit eines Reduktionsmittels (13) kennzeichnet,
  • – Zugeben des Reduktionsmittels (13) in den Abgasstrom (7) in Abhängigkeit von der Leitgröße (21), und zeichnet sich aus durch Ermitteln der zweiten Teilgröße (cNH3) (49) mittels einer katalytischen exothermen Oxidation von NH3 des im Abgasstrom (7) enthaltenen Reduktionsmittels (13) an einer katalytisch wirksamen Pt-Oberfläche (57) und Ermitteln einer Reaktionswärme der exothermen Oxidation.
In the method according to the invention for the aftertreatment of an exhaust gas stream of an internal combustion engine of a motor vehicle by means of a selective catalytic reduction is provided
  • - Determining one of a first partial size ( 47 ) and a second partial size ( 49 ) dependent, the composition of the exhaust gas flow characterizing ( 21 ), wherein the first part size, a presence of pollutants in the exhaust stream and the second part size, a presence of a reducing agent ( 13 ),
  • Adding the reducing agent ( 13 ) in the exhaust stream ( 7 ) as a function of the control variable ( 21 ) and is characterized by the determination of the second part size (cNH3) ( 49 ) by means of a catalytic exothermic oxidation of NH 3 in the exhaust gas stream ( 7 ) reducing agent ( 13 ) on a catalytically active Pt surface ( 57 ) and determining a heat of reaction of the exothermic oxidation.

Erfindungsgemäß ist also ein Ermitteln der zweiten Teilgröße (cNH3) mittels einer katalytischen exothermen Oxidation von NH3 des im Abgasstrom enthaltenen Reduktionsmittels an einer katalytisch wirksamen Pt-Oberfläche und Ermitteln einer Reaktionswärme der exothermen Oxidation vorgesehen. Vorteilhaft kann zumindest ein kleiner Teil des Abgasstroms an der katalytisch wirksamen Pt-Oberfläche vorbeigeführt werden. Vorteilhaft reagiert NH3 in Verbindung mit Sauerstoff und in Anwesenheit von Platin bereits bei niedrigen Temperaturen, beispielsweise ab circa 200°C schnell und stark exotherm. Die dabei auftretende Reaktionswärme kann vorteilhaft ein Maß für eine Konzentration des in dem Abgasstrom mitgeführten NH3 sein.According to the invention, therefore, a determination of the second part size (cNH3) by means of a catalytic exothermic oxidation of NH3 of the reducing agent contained in the exhaust stream to a catalytically active Pt surface and determining a heat of reaction of the exothermic oxidation is provided. Advantageously, at least a small part of the exhaust gas flow can be guided past the catalytically active Pt surface. Advantageously, NH 3 reacts in combination with oxygen and in the presence of platinum even at low temperatures, for example from about 200 ° C fast and highly exothermic. The reaction heat occurring can advantageously be a measure of a concentration of the entrained in the exhaust stream NH3.

Zum Ermitteln der Leitgröße kann ein Verrechnen einer eine Anwesenheit von Schadstoffen in dem Abgasstrom kennzeichnenden ersten Teilgröße (cNOx) und einer eine Anwesenheit eines Reduktionsmittels in dem Abgasstrom kennzeichnenden zweiten Teil Größe (cNH3) mittels einer Rechenvorschrift und einem auf eine der Teilgrößen angewendeten inversen Operator der Rechenvorschrift zum Ermitteln einer die Zusammensetzung des Abgasstromes kennzeichnenden Leitgröße und ein Zugeben des Reduktionsmittels in den Abgasstrom in Abhängigkeit von der Leitgröße vorgesehen sein. Die Rechenvorschrift kann beispielsweise eine Addition oder eine Multiplikation aufweisen. Unter einem inversen Operator kann eine Rechenoperation verstanden werden, die bezüglich der zugehörigen Rechenvorschrift und angewendet bei identischen Operanden als Ergebnis das neutrale Element der Rechenvorschrift liefert. Im Falle einer Addition liefern dann die Rechenvorschrift und der inverse Operator in Form einer Multiplikation einer der Operanden mit (–1) als Ergebnis das neutrale Element Null und im Falle einer Multiplikation bei einer Kehrbruchbildung das neutrale Element 1. Vorteilhaft ist mittels der Verrechnung im Vergleich zu üblichen Summensignalen die Leitgröße eindeutig Betriebszuständen des Verbrennungsmotors zuordenbar. Vorteilhaft können Nachteile einer sich sonst ergebenden unterbestimmten Regelung vermieden werden.For determining the control variable, a first partial variable (cNOx) characterizing a presence of pollutants in the exhaust gas flow and a second partial variable (cNH3) characterizing a presence of a reducing agent in the exhaust gas flow can be calculated by means of a calculation rule and an inverse operator applied to one of the partial quantities Calculation rule for determining a characteristic of the composition of the exhaust gas stream Leitgröße and adding the reducing agent may be provided in the exhaust stream in dependence on the Leitgröße. The calculation rule may have, for example, an addition or a multiplication. An inverse operator can be understood to mean an arithmetic operation which, as a result, supplies the neutral element of the calculation rule with regard to the associated arithmetic rule and applied to identical operands. In the case of an addition, then the calculation rule and the inverse operator in the form of a multiplication of one of the operands with (-1) result in the neutral element zero and in the case of a multiplication in a sweep formation the neutral element 1. Advantageous is by means of the comparison in comparison to usual summation signals, the leading variable clearly assigned to operating conditions of the internal combustion engine. Can be advantageous Disadvantages of otherwise resulting underdetermined regulation can be avoided.

Bei einer Ausführungsform des Verfahrens ist ein Ermitteln der Leitgröße mittels subtrahieren der zweiten Teilgröße von der ersten Teilgröße (cNOx-cNH3) vorgesehen. Vorteilhaft kann die Leitgröße als Eingangsgröße eines Reglers zur Zugabe des Reduktionsmittels dienen, wobei vorteilhaft sowohl Ammoniakdurchbrüche als auch Betriebszustände mit zu hohen NOx-Emissionen erfassbar sind.In one embodiment of the method, determining the guide variable by means of subtracting the second part size from the first part size (cNOx-cNH3) is provided. Advantageously, the control variable can serve as an input variable of a regulator for the addition of the reducing agent, wherein advantageously both ammonia breakthroughs and operating states with too high NOx emissions can be detected.

Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist ein Ermitteln der Leitgröße mittels Dividieren der ersten Teilgröße durch die zweite Teilgröße (cNOx/cNH3) vorgesehen. Eine so ermittelte Leitgröße kann ebenfall den Betriebszuständen des Verbrennungsmotors und damit einhergehenden Emissionen von Stickoxiden oder Ammoniak eindeutig zugeordnet werden und als Eingangsgröße des Reglers dienen.In a further embodiment of the method, a determination of the guide variable by means of dividing the first part size by the second part size (cNOx / cNH3) is provided. A so determined control variable can also be clearly assigned to the operating conditions of the internal combustion engine and associated emissions of nitrogen oxides or ammonia and serve as an input variable of the controller.

Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist ein Ermitteln der ersten Teilgröße als Addition einer ersten Stickoxidgröße (cNO) und einer zweiten Stickoxidgröße (cNO2) vorgesehen. Die erste Teilgröße kann als Summensignal der Stickoxidgrößen gebildet werden.In a further embodiment of the method, determining the first part size is provided as addition of a first nitrogen oxide size (cNO) and a second nitrogen oxide size (cNO2). The first part size can be formed as a sum signal of the nitrogen oxide sizes.

Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist ein Ermitteln der Leitgröße mittels einer dem Abgasstrom zuordenbaren NH3/NOx-Verhältnissonde vorgesehen. Vorteilhaft können basische redoxchemische Eigenschaften von Ammoniak zur Detektion ausgenutzt werden. Vorteilhaft kann mittels nur einer Sonde ein Verhältnis zwischen der ersten und zweiten Teilgröße zum Ermitteln der Leitgröße gebildet werden.In a further embodiment of the method, a determination of the guide variable is provided by means of a NH3 / NOx ratio probe which can be assigned to the exhaust gas flow. Advantageously, basic redox chemical properties of ammonia can be exploited for detection. Advantageously, by means of only one probe, a ratio between the first and second part sizes can be formed for determining the guide variable.

Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens sind ein Ermitteln der ersten Teilgröße mittels eines NOx-Sensors und/oder ein Ermitteln der zweiten Teilgröße mittels eines NH3-Sensors vorgesehen. Vorteilhaft können für die Teilgrößen separate Signale ermittelt werden, die mittels einer Recheneinheit zur Leitgröße verrechnet werden können.In a further embodiment of the method, determining the first part size by means of a NOx sensor and / or determining the second part size by means of an NH3 sensor are provided. Advantageously, separate signals can be determined for the sub-quantities, which can be offset by means of a computing unit to the leading variable.

Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahren ist ein Verrechnen der ersten und der zweiten Teilgröße mittels eines mittels eines elektrochemischen Sensors ermittelbaren Summensignals (cNO + cNO2 + CNH3) und eines Korrektursignals für die zweite Teilgröße (cNH3) vorgesehen. Vorteilhaft kann das Summensignal mittels eines üblichen Sensors zur quantitativen Erfassung der ersten und zweiten Teilgröße ermittelt werden. Das Summensignal kann mittels des Korrektursignals entsprechend korrigiert werden, sodass eine die Betriebszustände des Verbrennungsmotors eindeutig kennzeichnende Leitgröße ermittelbar ist.In a further embodiment of the method, a calculation of the first and the second part size is provided by means of a sum signal (cNO + cNO2 + CNH3) which can be determined by means of an electrochemical sensor and a correction signal for the second part size (cNH3). Advantageously, the sum signal can be determined by means of a conventional sensor for the quantitative detection of the first and second part sizes. The sum signal can be correspondingly corrected by means of the correction signal, so that an operating parameter of the internal combustion engine uniquely characterizing guide variable can be determined.

Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist ein Berücksichtigen eines ersten Zeitverhaltens des NOx-Sensors und eines zweiten Zeitverhaltens des NH3-Sensors und/oder Berücksichtigen des ersten und zweiten Zeitverhaltens mittels messen der ersten Teilgröße mittels des NOx-Sensors stromaufwärts des die zweite Teilgröße messenden NH3-Sensors, oder umgekehrt vorgesehen. Vorteilhaft kann mittels der Berücksichtigung des Zeitverhaltens der Sensoren die Verrechnung zur Leitgröße möglichst wenig zeitverzerrt erfolgen. Eine Kompensation beziehungsweise Berücksichtigung des unterschiedlichen Zeitverhaltens der Sensoren kann beispielsweise mittels einer nachgeschalteten Recheneinheit, beispielsweise einer Motorsteuerung erfolgen. Vorteilhaft kann dies jedoch auch alternativ oder zusätzlich lediglich mittels einer passenden Positionierung der Sensoren im Abgasstrom erfolgen. Dazu können diese in einem gewissen Abstand zueinander in dem Abgasstrom angeordnet werden, so dass aufgrund der Strömungsgeschwindigkeit, also dem zwischen den Sensoren zurückgelegten Weg der mitgeführten Stoffe des Abgasstroms eine Zeitverzögerung beziehungsweise Laufzeit auftritt. Vorteilhaft kann der Abstand beziehungsweise die sich daraus ergebende Verzögerungszeit so gewählt werden, dass die unterschiedlichen Zeitverhalten der Sensoren bestmöglich kompensiert werden. Der Abstand zwischen den Sensoren kann so gewählt werden, dass bei einem Arbeitspunkt und/oder einer mittleren Geschwindigkeit des Abgasstroms eine optimale Kompensation des Zeitverhaltens der Sensoren möglich ist.In a further embodiment of the method, taking into account a first time behavior of the NOx sensor and a second time behavior of the NH3 sensor and / or taking into account the first and second time behavior by measuring the first part size by means of the NOx sensor upstream of the second part size measuring NH3 Sensors, or vice versa. Advantageously, by means of taking into account the time behavior of the sensors, the billing to the control variable can be as little as possible time-skewed. A compensation or consideration of the different timing of the sensors can be done for example by means of a downstream processing unit, such as a motor control. Advantageously, this can also be done alternatively or additionally only by means of a suitable positioning of the sensors in the exhaust stream. These can be arranged at a certain distance from each other in the exhaust stream, so that due to the flow velocity, so the distance traveled between the sensors path of the entrained substances of the exhaust stream, a time delay or running time occurs. Advantageously, the distance or the resulting delay time can be selected so that the different time behavior of the sensors are compensated as best as possible. The distance between the sensors can be selected so that an optimal compensation of the time behavior of the sensors is possible at an operating point and / or a mean velocity of the exhaust gas flow.

Die Aufgabe ist außerdem mit einem Kraftfahrzeug mit einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung mittels einer selektiven katalytischen Reduktion zum Reinigen eines Abgasstroms eines Verbrennungsmotors des Kraftfahrzeuges ausgelegt, konstruiert und/oder eingerichtet zum Durchführen eines vorab beschriebenen Verfahrens gelöst. Es ergeben sich die vorab beschriebenen Vorteile.The object is also designed with a motor vehicle having an exhaust aftertreatment device by means of a selective catalytic reduction for purifying an exhaust gas flow of an internal combustion engine of the motor vehicle, designed and / or set up to carry out a method described above. This results in the advantages described above.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezug auf die Zeichnung ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen:Further advantages, features and details emerge from the following description in which an exemplary embodiment is described with reference to the drawing. The same, similar and / or functionally identical parts are provided with the same reference numerals. Show it:

1 eine schematische Darstellung eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeuges mit einer nachgeschalteten Abgasreinigungsvorrichtung; 1 a schematic representation of an internal combustion engine of a motor vehicle with a downstream emission control device;

2 eine weitere schematische Darstellung des in 1 gezeigten Verbrennungsmotors mit der nachgeschalteten Abgasreinigungsvorrichtung, wobei im Unterschied zwei beabstandet zueinander angeordnete Sensoren vorgesehen sind; 2 another schematic representation of the in 1 shown internal combustion engine with the downstream exhaust gas purification device, in difference, two spaced-apart sensors are provided;

3 eine einem Abgasstrom zuordenbare Sensorvorrichtung zur Ermittlung einer zweiten Teilgröße (cNH3) zur Kennzeichnung einer Anwesenheit eines in dem Abgasstrom mitgeführten Reduktionsmittels; 3 a sensor device assignable to an exhaust gas flow for determining a second partial variable (cNH3) for characterizing a presence of a reducing agent entrained in the exhaust gas flow;

4 ein Schaubild eines Übertragungsverhaltens mit unterschiedlichen Offsetwerten eines dem Abgasstrom zuordenbaren Sensors zur Ermittlung eines quantitativen Summensignals; 4 a diagram of a transmission behavior with different offset values of a sensor assignable to the exhaust gas flow for determining a quantitative sum signal;

5 das in 4 gezeigte Schaubild, jedoch zusätzlich mit einem eingezeichneten Signalverlauf einer aus einer ersten Teilgröße und zweiten Teilgröße ermittelbaren Leitgröße. 5 this in 4 shown graph, but in addition with a marked waveform of a determinable from a first part size and second part size guide.

1 zeigt eine schematische Ansicht eines Teils eines Kraftfahrzeuges 1 mit einem Verbrennungsmotor 3 und einer diesem nachgeschalteten Abgasanlage 5. Die Abgasanlage 5 ist zum Reinigen und Führen eines Abgasstroms 7 des Verbrennungsmotors 3 ausgelegt. Zum Reinigen des Abgasstroms 7 kann die Abgasanlage 5 weitere, nicht in 1 dargestellte Komponenten zur Abgasnachbehandlung aufweisen, beispielsweise Katalysatoren und Sensoren. Bei dem Verbrennungsmotor 3 kann es sich beispielsweise um einen Dieselmotor handeln. Es ist jedoch auch möglich, dass es sich um einen beliebigen anderen überstöchiometrisch arbeitenden Motor, beispielsweise einen Motor mit einer homogenen Kompressionszündung und/oder einen Magermotor mit Fremdzündung, handelt. 1 shows a schematic view of a part of a motor vehicle 1 with an internal combustion engine 3 and a downstream exhaust system 5 , The exhaust system 5 is for cleaning and guiding an exhaust gas flow 7 of the internal combustion engine 3 designed. For cleaning the exhaust gas flow 7 can the exhaust system 5 more, not in 1 have shown components for exhaust aftertreatment, such as catalysts and sensors. In the internal combustion engine 3 it may be, for example, a diesel engine. However, it is also possible that it is any other lean-stoichiometric engine, such as an engine with a homogeneous compression ignition and / or a lean-burn engine, is.

Die Abgasanlage 5 ist zur Nachbehandlung des Abgasstroms 7 mittels einer selektiven katalytischen Reduktion ausgelegt und weist dazu einen SCR-Katalysator 9 auf. Der SCR-Katalysator 9 kann unter Anwesenheit eines Reduktionsmittels 13, beispielsweise NH3 in dem Abgasstrom mitgeführte Schadstoffe, beispielsweise NOx, in unschädliche Komponenten konvertieren. Unter Reduktionsmittel kann auch eine chemische Vorstufe eines solchen verstanden werden, insbesondere Harnstoff. Das Reduktionsmittel 13 kann mittels weiterer, nicht näher dargestellter Komponenten dem Abgasstrom 7 zudosiert werden, beispielsweise in Form mittels einer wässrigen Harnstofflösung, die erst in dem Abgasstrom 7 das NH3 freigibt. Zum Zudosieren des Reduktionsmittels 13, beispielsweise der dieses freisetzenden wässrigen Harnstofflösung, kann der Abgasanlage 5 eine Dosiereinrichtung 11 zugeordnet sein.The exhaust system 5 is for after treatment of the exhaust gas flow 7 designed by means of a selective catalytic reduction and has an SCR catalyst for this purpose 9 on. The SCR catalyst 9 can in the presence of a reducing agent 13 For example, NH3 in the exhaust stream entrained pollutants, such as NOx, convert into harmless components. Reducing agent may also be understood to mean a chemical precursor of such, in particular urea. The reducing agent 13 can by means of further, not shown components to the exhaust stream 7 be metered, for example in the form of an aqueous urea solution, the first in the exhaust gas stream 7 the NH3 releases. For dosing the reducing agent 13 , For example, this releasing aqueous urea solution, the exhaust system 5 a metering device 11 be assigned.

Zur Ansteuerung der Dosiervorrichtung 11 zum Zudosieren des Reduktionsmittels 13 in den Abgasstrom 7 ist der Dosiervorrichtung 11 eine Steuervorrichtung 15 vorgeschaltet. Mittels der Steuervorrichtung 15 kann eine Dosiermenge 17 zur Ansteuerung der Dosiervorrichtung 11 ermittelt werden. Mittels der Steuervorrichtung 15 wird auch eine Gemischbildung 19 des Verbrennungsmotors 3 gesteuert. Mittels der Gemischbildung 19 und der Dosiermenge 17 der Steuervorrichtung 15 kann auf eine Zusammensetzung des Abgasstroms 7 Einfluss genommen werden. Mittels einer, beispielsweise dem SCR-Katalysator 9 zugeordneten Messvorrichtung beziehungsweise Sensorvorrichtung, insbesondere einer NH3/NOx-Verhältnissonde 31, kann eine die Zusammensetzung des Abgasstromes kennzeichnende Leitgröße 21 ermittelt werden. Diese Leitgröße 21 kann einem Regler 23 zugeführt werden, der mittels eines Vergleichs mit einem vorgebbaren Sollwert 25 und nicht dargestellten Regelalgorithmen eine Steuergröße 27 zur Ansteuerung der Steuervorrichtung 15 generieren kann. Der Regler 23 und die Steuervorrichtung 15 können in einem Motorsteuergerät 29 des Verbrennungsmotors 3 implementiert sein.For controlling the dosing device 11 for metering in the reducing agent 13 in the exhaust stream 7 is the metering device 11 a control device 15 upstream. By means of the control device 15 can be a dosing 17 for controlling the metering device 11 be determined. By means of the control device 15 is also a mixture formation 19 of the internal combustion engine 3 controlled. By means of mixture formation 19 and the dosage 17 the control device 15 can be based on a composition of the exhaust gas flow 7 Be influenced. By means of one, for example the SCR catalyst 9 associated measuring device or sensor device, in particular a NH3 / NOx ratio probe 31 , can be a characteristic of the composition of the exhaust stream characteristic size 21 be determined. This benchmark 21 can be a regulator 23 be fed, which by means of a comparison with a predetermined setpoint 25 and control algorithms, not shown, a control variable 27 for controlling the control device 15 can generate. The regulator 23 and the control device 15 can in an engine control unit 29 of the internal combustion engine 3 be implemented.

Zur Ermittlung der Leitgröße 21 kann die NH3/NOx-Verhältnissonde 31 dienen. Die Verhältnissonde 31 kann dem SCR-Katalysator 9 zugeordnet sein. Alternativ ist es jedoch auch möglich, die Verhältnissonde 31 dem SCR-Katalysator 9 nachzuschalten. Vorteilhaft kann mittels der Verhältnissonde 31 eine in dem Abgasstrom 7 vorhandene Konzentration von Ammoniak (cNH3) direkt in das Verhältnis zu einer in dem Abgasstrom 7 vorhandenen Konzentration von Stickoxiden (NOx) eingesetzt werden. Vorteilhaft kann basierend auf der Leitgröße 21 mittels des Reglers 23 eine Regelung der Zudosierung des Reduktionsmittels 13 zum Erzielen einer bestmöglichen Entstickung des Abgasstroms realisiert werden.For determining the control variable 21 can be the NH3 / NOx ratio probe 31 serve. The ratio probe 31 can the SCR catalyst 9 be assigned. Alternatively, however, it is also possible to use the ratio probe 31 the SCR catalyst 9 nachzuschalten. Advantageously, by means of the ratio probe 31 one in the exhaust stream 7 existing concentration of ammonia (cNH3) directly in relation to one in the exhaust stream 7 existing concentration of nitrogen oxides (NOx) are used. Advantageously, based on the guide size 21 by means of the regulator 23 a regulation of the metered addition of the reducing agent 13 be realized to achieve the best possible denitrification of the exhaust stream.

Alternativ und/oder zusätzlich ist es möglich dem Regler 23 weitere Eingangsgrößen zuzuführen, insbesondere mittels eines mitrechnenden Modells 33 die Leitgröße 21 zu ermitteln.Alternatively and / or additionally, it is possible for the controller 23 to supply further input variables, in particular by means of a co-calculating model 33 the benchmark 21 to investigate.

2 zeigt eine schematische Darstellung des in 1 gezeigten Kraftfahrzeuges 1, jedoch mit einer modifizierten Messvorrichtung 35. Im Folgenden wird lediglich auf die Unterschiede zu 1 eingegangen. Im Unterschied zur Darstellung gemäß 1 ist die Messvorrichtung 35 dem SCR-Katalysator 9 nachgeschaltet und weist einen ersten Sensor 37 und einen dem ersten Sensor 37 nachgeschalteten zweiten Sensor 39 auf. Der erste Sensor 37 kann beispielsweise als NOx-Sensor und der zweite Sensor 39 als NH3-Sensor ausgelegt sein. Die Sensoren 37 und 39 sind in einem mittels eines Doppelpfeils 41 angedeuteten Abstand zueinander angeordnet. Aufgrund des Abstandes werden in dem Abgasstrom mitgeführte Schadstoffkonzentrationen beziehungsweise Konzentrationen des Reduktionsmittels 13 zeitverzögert von den Sensoren 37, 39 gemessen. Eine mittlere Geschwindigkeit des Abgasstroms 7 ist mittels eines Pfeils 43 angedeutet. Im Falle einer zeitlichen Änderung des Abgasstroms 7 beziehungsweise einer Zusammensetzung des Abgasstroms 7 registriert der erste Sensor 37 diese Änderung früher als der zweite Sensor 39. Vorteilhaft kann der mittels des Doppelpfeils 41 symbolisierte Abstand zwischen den Sensoren 37, 39 so gewählt werden, dass möglicherweise vorhandene unterschiedliche Zeitverhalten zwischen den Sensoren 37, 39 ausgeglichen werden können. 2 shows a schematic representation of the in 1 shown motor vehicle 1 but with a modified measuring device 35 , The following is merely to the differences too 1 received. In contrast to the representation according to 1 is the measuring device 35 the SCR catalyst 9 downstream and has a first sensor 37 and one the first sensor 37 downstream second sensor 39 on. The first sensor 37 For example, as a NOx sensor and the second sensor 39 be designed as NH3 sensor. The sensors 37 and 39 are in one by means of a double arrow 41 indicated distance from each other. Due to the distance, entrained pollutant concentrations or concentrations of the reducing agent are carried in the exhaust gas flow 13 delayed by the sensors 37 . 39 measured. A mean velocity of the exhaust stream 7 is by means of an arrow 43 indicated. In the case of a change in the exhaust gas flow over time 7 or a composition of the exhaust stream 7 the first sensor registers 37 this change earlier than the second sensor 39 , Advantageously, the means of double arrow 41 symbolized distance between the sensors 37 . 39 be chosen so that there may be different timing between the sensors 37 . 39 can be compensated.

Vorliegend kann der zweite Sensor 39 ein schnelleres Zeitverhalten als der erste Sensor 37 aufweisen. Dennoch können trotz dieser unterschiedlichen Zeitverhalten, aufgrund der mittels des Pfeils 43 symbolisierten Laufzeit des Abgasstroms 7, die Sensoren im Wesentlichen gleich schnell auf eine Veränderung einer Zusammensetzung des Abgasstroms 7 reagieren. Vorteilhaft können mittels einer Recheneinheit 45, die beispielsweise in dem Regler 23 implementiert sein kann, eine mittels des ersten Sensors 37 ermittelbare erste Teilgröße 47 (cNOx) mit einer zweiten Teilgröße 49 des zweiten Sensors 39 (cNH3) zu der Leitgröße 21 verrechnet werden. Die erste Teilgröße 47 kennzeichnet eine Anwesenheit von Schadstoffen, beispielsweise Stickoxiden, des Abgasstroms 7. Die zweite Teilgröße 49 kennzeichnet eine Anwesenheit des Reduktionsmittels 13 im Abgasstrom 7, beispielsweise eine Konzentration von Ammoniak. Die Recheneinheit 45 kann insbesondere eine Division oder eine Subtraktion der Teilgrößen 47 und 49 durchführen. Zusätzlich ist es möglich, die Teilgrößen 47, 49 mit unterschiedlichen Faktoren und/oder Offset-Werten zu verrechnen und/oder alternativ und/oder zusätzlich das Zeitverhalten der Sensoren 37, 39 rechnerisch auszugleichen.In the present case, the second sensor 39 a faster time response than the first sensor 37 exhibit. Nevertheless, despite this different timing, due to the means of the arrow 43 symbolized transit time of the exhaust stream 7 , the sensors are essentially equally fast on changing a composition of the exhaust gas flow 7 react. Advantageously, by means of a computing unit 45 For example, in the controller 23 can be implemented, one by means of the first sensor 37 ascertainable first part size 47 (cNOx) with a second part size 49 of the second sensor 39 (cNH3) to the benchmark 21 will be charged. The first part size 47 indicates a presence of pollutants, for example nitrogen oxides, of the exhaust gas flow 7 , The second part size 49 indicates a presence of the reducing agent 13 in the exhaust stream 7 , For example, a concentration of ammonia. The arithmetic unit 45 In particular, a division or a subtraction of the part sizes 47 and 49 carry out. In addition, it is possible to specify the part sizes 47 . 49 with different factors and / or offset values and / or alternatively and / or additionally the time behavior of the sensors 37 . 39 to compensate mathematically.

3 zeigt eine weitere Messvorrichtung 35, die eine Anwesenheit der zweiten Teilgröße 49 ermitteln kann. Hierzu kann die Messvorrichtung 35 dem Abgasstrom 7 einen Teilstrom 51 entnehmen und diesen aufteilen auf einen Leerpfad 53 und einen katalytischen Pfad 55. Der katalytische Pfad 55 weist eine katalytisch wirksame Oberfläche 57 auf, an der der Teilstrom 51 hälftig, oder in einem bekannten Verhältnis vorbeigeführt wird. Zur Ermittlung einer Wärmetönung sind sowohl dem Leerpfad 53 als auch dem katalytischen Pfad 55 Temperaturmessstellen 59 zugeordnet. Die Temperaturmessstelle 59 des katalytischen Pfades 55 ist der katalytischen Oberfläche 57 nachgeschaltet. Vorteilhaft kann mittels der Temperaturmessstelle 59 eine Differenztemperatur gebildet werden, die auf eine Temperaturerhöhung des katalytischen Pfades 55 hindeutet. Da an der katalytischen Oberfläche 57, die beispielsweise Platin aufweisen kann, das Reduktionsmittel Ammoniak unter der Voraussetzung in dem Abgasstrom 7 enthaltenen Sauerstoffs exotherm oxidiert werden kann, ist die Temperaturerhöhung ein Maß für eine Reaktionswärme der Oxidation und damit für eine Umsetzungsrate und damit für eine Konzentration des in dem Abgasstrom 7 mitgeführten Reduktionsmittels Ammoniak. Vorteilhaft kann dadurch die erste Teilgröße 47 ermittelt werden. Alternativ und/oder zusätzlich ist es denkbar, der katalytischen Oberfläche 57 eine weitere Temperaturmessstelle die in 3 gepunktet dargestellt ist, vorzuschalten. Die Temperaturdifferenz vor und nach der katalytischen Oberfläche 57 kann ebenfalls ein Maß für eine Umsetzung des Reduktionsmittels 13 sein. Alternativ und/oder zusätzlich ist es möglich, den Leerpfad 53 und den katalytischen Pfad 55 sensorisch und bezüglich einer Wärmekapazität identisch auszugestalten und jeweils zwei Temperatursensoren vorzusehen. 3 shows another measuring device 35 that have a presence of the second part size 49 can determine. For this purpose, the measuring device 35 the exhaust gas flow 7 a partial flow 51 and divide this on an empty path 53 and a catalytic path 55 , The catalytic path 55 has a catalytically active surface 57 on, on which the partial flow 51 in half, or is passed in a known ratio. To determine a heat of reaction are both the empty path 53 as well as the catalytic path 55 Temperature measurement points 59 assigned. The temperature measuring point 59 of the catalytic path 55 is the catalytic surface 57 downstream. Advantageously, by means of the temperature measuring point 59 a differential temperature can be formed, which depends on a temperature increase of the catalytic path 55 suggesting. Because at the catalytic surface 57 , which may comprise, for example, platinum, the reducing agent ammonia, provided in the exhaust gas stream 7 contained oxygen can be exothermally oxidized, the temperature increase is a measure of a heat of reaction of the oxidation and thus for a conversion rate and thus for a concentration of the in the exhaust stream 7 entrained reducing agent ammonia. Advantageously, thereby the first part size 47 be determined. Alternatively and / or additionally, it is conceivable that the catalytic surface 57 another temperature measuring point in 3 dotted is shown, to advance. The temperature difference before and after the catalytic surface 57 may also be a measure of conversion of the reducing agent 13 be. Alternatively and / or additionally, it is possible to use the empty path 53 and the catalytic path 55 sensory and with respect to a heat capacity to design identical and provide two temperature sensors.

4 zeigt ein Schaubild 61 mit einer X-Achse 63 und einer Y-Achse 65. Auf der X-Achse 63 ist ein Verhältnis zwischen der ersten Teilgröße 47 und der zweiten Teilgröße 49 aufgetragen, beispielsweise zwischen 0 und 1,5. Auf der Y-Achse 65 ist ein Sensorsignal zwischen –20 und +80 aufgetragen. In 4 sind insgesamt drei Kennlinien 67 eines aus dem Stand der Technik bekannten Sensors zur Ermittlung eines quantitativen Summensignals der ersten Teilgröße 47 und der zweiten Teilgröße 49 aufgetragen. Die drei Kennlinien 67 unterscheiden sich lediglich durch verschiedene Offset-Werte, die in 4 mittels Pfeilen 69 angedeutet sind. Es ist zu erkennen, dass die Kennlinien 67 bei einem Verhältnis von 1 der Teilgrößen 47 und 49 jeweils minimal werden. Nachteilig ist daran, dass die mittels der Kennlinien 67 gekennzeichneten Sensorsignale jeweils für zwei ganz unterschiedliche Zusammensetzungen beziehungsweise Verhältnisse der Teilgrößen 47 und 49 und damit Betriebszustände des Verbrennungsmotors 3 des Kraftfahrzeuges 1 gleiche Werte annehmen. Eine Unterscheidung von beispielsweise einem Zustand des Verbrennungsmotors 3 und der nachgeschalteten Abgasanlage 5 mit einer sehr hohen Konzentration an Stickoxiden würde also dasselbe Signal liefern, wie bei einem Ammoniakdurchbruch durch den SCR-Katalysator 9. Mithin kann ohne Kenntnis weiterer Parameter keine funktionierende Regelstrategie auf Basis solcher Sensorsignale gefunden werden. 4 shows a graph 61 with an x-axis 63 and a Y-axis 65 , On the X axis 63 is a ratio between the first part size 47 and the second part size 49 applied, for example between 0 and 1.5. On the Y axis 65 a sensor signal between -20 and +80 is plotted. In 4 are a total of three characteristics 67 a known from the prior art sensor for determining a quantitative sum signal of the first part size 47 and the second part size 49 applied. The three characteristics 67 differ only by different offset values, which in 4 by means of arrows 69 are indicated. It can be seen that the characteristics 67 at a ratio of 1 of the part sizes 47 and 49 each become minimal. The disadvantage is that the means of the curves 67 labeled sensor signals respectively for two completely different compositions or ratios of the part sizes 47 and 49 and thus operating conditions of the internal combustion engine 3 of the motor vehicle 1 to assume the same values. A distinction from, for example, a state of the internal combustion engine 3 and the downstream exhaust system 5 with a very high concentration of nitrogen oxides would therefore provide the same signal as in an ammonia breakthrough by the SCR catalyst 9 , Thus, without knowing further parameters, no functioning control strategy based on such sensor signals can be found.

Im Unterschied dazu ist gemäß der 5, die ebenfalls das Schaubild 61 zusammen mit den Kennlinien 67 zeigt ein Verlauf 71 der Leitgröße 21 eingezeichnet. Der Verlauf 71 der Leitgröße 21 kann beispielsweise direkt mittels der Verhältnissonde 31 oder mittelbar mittels der Recheneinheit 45 generiert werden.In contrast, according to the 5 , which is also the graph 61 together with the characteristics 67 shows a course 71 the benchmark 21 located. The history 71 the benchmark 21 for example, directly by means of the ratio probe 31 or indirectly by means of the arithmetic unit 45 to be generated.

Es ist zu erkennen, dass der Verlauf 71 die Verhältnisse zwischen der ersten Teilgröße 49 und damit die Betriebszustände des Verbrennungsmotors 3 und der Abgasanlage 5 eindeutig kennzeichnet. Vorteilhaft ist auf Basis der Leitgröße 21 eine Regelung der Dosierung des Reduktionsmittels 13 mittels der Dosiervorrichtung 11 möglich.It can be seen that the course 71 the relationships between the first part size 49 and thus the operating conditions of the internal combustion engine 3 and the exhaust system 5 clearly identifies. It is advantageous on the basis of the Leitgröße 21 a regulation of the dosage of the reducing agent 13 by means of the metering device 11 possible.

Vorteilhaft kann ein für eine möglichst vollständige Umsetzung günstiges Verhältnis zwischen NO, NO2 sowie dem Reduktionsmittel 13 (NH3) eingestellt werden. Hierzu kann die Abgasanlage 5 zusätzlich einen Oxidationskatalysator aufweisen. Das Reduktionsmittel 13 kann mittels der Dosiervorrichtung 11 in Form einer wässrigen Harnstofflösung zudosiert werden. Hierzu können ein nicht dargestellter Vorratsbehälter und eine Dosierpumpe vorgesehen sein, die eine Dosierung des Reduktionsmittels 13 oberhalb des SCR-Katalysators 9 bewirken können. Vorteilhaft kann die Dosiervorrichtung 11 mittels der Leitgröße 21, die eine Verrechnung der ersten Teilgröße 47 und der zweiten Teilgröße 49 darstellt, erfolgen. Im Vergleich zu üblichen NOx-Sonden, beispielsweise nach einem amperometrischen Prinzip, tritt keine störende, annähernd quantitative Querempfindlichkeit auf NH3 auf. Vorteilhaft ermöglicht der Verlauf 71 der Leitgröße 21 eine Auflösung von Signalbeiträgen des Reduktionsmittels 13 und der mittels der ersten Teilgröße gekennzeichneten Schadstoffe. Das insbesondere mittels des Reglers 23 realisierte Regelsystem ist bestimmt, wobei keine Motorbetriebzustände des Verbrennungsmotors 3 existieren, die gleiche Sensorsignale, also eine gleiche Leitgröße 21 bewirken würden. Vorteilhaft können durch Verbrennungsparameter veränderte NOx-Emissionen des Verbrennungsmotors 3 und eine NH3-Dosiermenge voneinander unterschieden werden, sodass mittels des Reglers 23 beziehungsweise des Motorsteuergeräts 29 eine Nachregelung beziehungsweise Adaption der NH3-Dosiermenge, der Kraftstoffmenge, der Luftmenge und/oder weiterer Parameter fehlerfrei möglich ist.Advantageously, a favorable for a complete implementation as possible ratio between NO, NO 2 and the reducing agent 13 (NH3) can be adjusted. For this purpose, the exhaust system 5 additionally have an oxidation catalyst. The reducing agent 13 can by means of the metering device 11 be added in the form of an aqueous urea solution. For this purpose, an unillustrated reservoir and a metering pump may be provided which is a dosage of the reducing agent 13 above the SCR catalyst 9 can effect. Advantageously, the metering device 11 by means of the guide size 21 that set off the first part size 47 and the second part size 49 represents done. In comparison to conventional NOx probes, for example, according to an amperometric principle, no disturbing, approximately quantitative cross-sensitivity to NH3 occurs. Advantageously, the course allows 71 the benchmark 21 a resolution of signal contributions of the reducing agent 13 and the pollutants characterized by the first part size. This in particular by means of the controller 23 realized control system is determined, with no engine operating conditions of the internal combustion engine 3 exist, the same sensor signals, that is, a same guide 21 would cause. Advantageously, by combustion parameters modified NOx emissions of the internal combustion engine 3 and a NH3 dosing amount are distinguished from each other, so that by means of the regulator 23 or the engine control unit 29 a readjustment or adaptation of the NH3 dosing amount, the amount of fuel, the amount of air and / or other parameters is possible without errors.

Vorteilhaft können neben unerwünschten NH3-Durchbrüchen auch Unterdosierungen oder zu hohe Dosierungen der in dem Abgasstrom 7 mitgeführten NOx-Emissionen erkannt werden.Advantageously, in addition to undesirable NH3 breakthroughs, underdoses or excessively high dosages in the exhaust gas flow 7 entrained NOx emissions are detected.

Vorteilhaft kann eine Regelung beziehungsweise Ansteuerung des Verbrennungsmotors 3, insbesondere ausgelegt als Dieselmotor, und/oder eine Adaption einer Ammoniakdosierung mittels der Dosiervorrichtung 11 mit Hilfe der Leitgröße 21 als (cNO2 + cNO) – cNH3 erfolgen. Alternativ und/oder zusätzlich, beispielsweise durch eine einfache Anpassung des Reglers 23 ist es auch möglich, mit der gleichen Zielsetzung auch eine äquivalente Leitgröße als (cNO2 + cNO) dividiert durch cNH3 zu nutzen.Advantageously, a control or control of the internal combustion engine 3 , in particular designed as a diesel engine, and / or an adaptation of an ammonia metering by means of the metering device 11 with the help of the benchmark 21 as (cNO2 + cNO) - cNH3 done. Alternatively and / or additionally, for example by a simple adaptation of the controller 23 it is also possible, with the same objective, to use an equivalent guide as (cNO2 + cNO) divided by cNH3.

Die Ermittlung der Leitgröße 21 kann beispielsweise, wie in 2 dargestellt, mittels solitären Sensoren, mittels des ersten Sensors 37 und des zweiten Sensors 39 erfolgen. Die Sensoren 37 und 39 können, wie in 2 dargestellt, dem SCR-Katalysator 9 nachgeschaltet sein oder alternativ und/oder zusätzlich auch innerhalb des SCR-Katalysators 9 vorgesehen sein.The determination of the benchmark 21 can, for example, as in 2 represented by solitary sensors, by means of the first sensor 37 and the second sensor 39 respectively. The sensors 37 and 39 can, as in 2 represented, the SCR catalyst 9 be downstream or alternatively and / or additionally also within the SCR catalyst 9 be provided.

Alternativ ist es denkbar, wie in 1 dargestellt, eine kombinierte NH3/NOx-Sonde, die Verhältnissonde 31 vorzusehen. Besonders vorteilhaft kann die Verhältnissonde 31 basische und/oder redoxchemische Eigenschaften des Reduktionsmittels 13 beziehungsweise des Ammoniaks zur Detektion nutzen.Alternatively, it is conceivable, as in 1 shown, a combined NH3 / NOx probe, the ratio probe 31 provided. Particularly advantageous may be the ratio probe 31 basic and / or redox chemical properties of the reducing agent 13 or the ammonia used for detection.

Vorteilhaft ist im Vergleich zum Stand der Technik dadurch jederzeit eine eindeutige Zuordnung des Sensor-Signals beziehungsweise des Verlaufs 71 der Leitgröße 21 mit dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors 3 beziehungsweise der NH3-Dosiermenge der Dosiervorrichtung 11 möglich und es können sowohl Stickoxid- als auch Ammoniakdurchbrüche erkannt und korrigiert werden (Vergleich 5).It is advantageous compared to the prior art at any time an unambiguous assignment of the sensor signal or the course 71 the benchmark 21 with the operating state of the internal combustion engine 3 or the NH3 metering amount of the metering device 11 possible and both nitrogen oxide and ammonia breakthroughs can be detected and corrected (comparison 5 ).

Das Regelsystem mit dem Regler 23 kann gemäß der Darstellung in 2 mit separaten NOx- und NH3-Sensoren 37, 39, die im oder hinter dem SCR-Katalysator 9 positioniert sind, aufgebaut werden. Vorteilhaft können die Sensoren 37, 39 auch so ausgewählt und dimensioniert sein, dass der erste Sensor 37 eine nahezu quantitative Querempfindlichkeit auf Ammoniak aufweist, während der zweite Sensor 39 nicht oder zumindest nur in einem minimalen Maß auf Stickoxide anspricht.The control system with the controller 23 can, as shown in 2 with separate NOx and NH3 sensors 37 . 39 that are in or behind the SCR catalyst 9 are positioned to be built. Advantageously, the sensors 37 . 39 also be selected and dimensioned so that the first sensor 37 has a nearly quantitative cross-sensitivity to ammonia, while the second sensor 39 does not respond or at least only to a minimal extent to nitrogen oxides.

Die separat erhaltenen Sensor-Signale, beispielsweise die erste Teilgröße 47 und die zweite Teilgröße 49 können mittels einer ECU, beispielsweise mit der Recheneinheit 45, zu der gemeinsamen Leitgröße 21 cNOx-cNH3 beziehungsweise cNOx/cNH3 zur Harnstoffdosierregelung und/oder Motorsteuerung mittels des Motorsteuergerätes 29 verarbeitet werden.The separately obtained sensor signals, for example, the first part size 47 and the second part size 49 can by means of an ECU, for example with the arithmetic unit 45 , to the common benchmark 21 cNOx-cNH3 or cNOx / cNH3 for urea metering control and / or engine control by means of the engine control unit 29 are processed.

Ein Einbau der Sensoren 37, 39 im SCR-Katalysator 9 kann vorteilhaft ein schnelleres Regel- beziehungsweise Adaptionsverhalten ermöglichen, wobei eine Positionierung der Sensoren 37, 39, wie in 2 gezeigt, einen grundsätzlich einfacheren Aufbau ermöglicht. Vorteilhaft kann, wie in 2 gezeigt, ein unterschiedliches Retentionsverhalten (Speicherverhalten) von Ammoniak beziehungsweise Stickoxiden im SCR-Katalysator 9 und/oder ein unterschiedliches zeitliches Ansprechverhalten der Sensoren 37, 39 so durch die Positionierung der Sensoren 37, 39 kompensiert werden, dass bei der Zusammenführung der Sensor-Signale beziehungsweise der Teilgrößen 47, 49 in der Recheneinheit 45, die Leitgröße 21 cNOx-cNh3 oder cNOx dividiert durch cNH3 möglichst präzise und ohne zeitliche Verzerrung erhalten wird.An installation of the sensors 37 . 39 in the SCR catalyst 9 can advantageously enable a faster control or adaptation behavior, wherein a positioning of the sensors 37 . 39 , as in 2 shown, a fundamentally simpler structure allows. Advantageously, as in 2 shown, a different retention behavior (storage behavior) of ammonia or nitrogen oxides in the SCR catalyst 9 and / or a different temporal response of the sensors 37 . 39 so by the positioning of the sensors 37 . 39 be compensated that when merging the sensor signals or the partial sizes 47 . 49 in the arithmetic unit 45 , the benchmark 21 cNOx-cNh3 or cNOx divided by cNH3 is obtained as precisely as possible and without temporal distortion.

Wie in 1 gezeigt, kann das Reglersystem mit dem Regler 23 auch nur mit einem Sensortyp, der NH3/NOx-Verhältnissonde 31, aufgebaut werden. Vorteilhaft ist die NH3/NOx-Verhältnissonde 31 selbst in der Lage, das im Abgas beziehungsweise im Abgasstrom 7 vorliegende NOx/NH3-Verhältnis zu detektieren. Das Sensorsignal beziehungsweise die Leitgröße 21 kann bei dieser Ausgestaltung dann direkt als Eingangsgröße des Reglers 23 und damit zur Dosierregelung genutzt werden. Vorteilhaft ist eine Positionierung der NH3/NOx-Verhältnissonde 31 von unterschiedlichen Zeitverhalten unabhängig und kann daher vorteilhaft bezüglich Einbaukosten, Regelgeschwindigkeit sowie einer Minimierung einer Belastung durch Temperaturwechsel und möglicherweise auftretender Vergiftungen optimiert werden.As in 1 shown, the controller system with the controller 23 even with only one sensor type, the NH3 / NOx ratio probe 31 , being constructed. The NH3 / NOx ratio probe is advantageous 31 even in a position that in the exhaust or in the exhaust stream 7 present NOx / NH3 ratio to detect. The sensor signal or the reference variable 21 can in this embodiment then directly as input of the controller 23 and thus be used for dosing. It is advantageous to position the NH3 / NOx ratio probe 31 independent of different time behavior and can therefore be optimized in terms of installation costs, control speed and a minimization of stress due to temperature changes and possibly occurring poisoning advantageous.

Als Funktionsprinzip für die NH3/NOx-Verhältnissonde 31 können die sehr unterschiedlichen Säure/Baseeigenschaften der Stickoxide und des Ammoniaks bevorzugt genutzt werden. Da Ammoniak eine starke Brönstedt-Base mit einem pKB-Wert von 4,75 ist und die höheren Stickoxide mäßig saure Eigenschaften aufweisen, kann unter Voraussetzung einer genügend schnellen Neutralisationsreaktion an einer absorbierenden Oberfläche die vorherrschende Spezies über eine pH-Wert-analoge Größe nachgewiesen werden. Zur Bestimmung einer solchen pH-Wert-analogen Größe können vorteilhaft temperaturfeste Protonenleiter, wie zum Beispiel β-Aluminate, Sr-, Ba-Cerate oder La-Zirkonate verwendet werden. In einem gewissen Maße auftretende Querempfindlichkeiten auf SO2 und/oder H2O können bei einer Auslegung des Reglers 23 berücksichtig werden.As a functional principle for the NH3 / NOx ratio probe 31 For example, the very different acid / base properties of the nitrogen oxides and of the ammonia can be used with preference. Since ammonia is a strong Brönstedt base with a pK B value of 4.75 and the higher nitrogen oxides have moderately acidic properties, assuming a sufficiently rapid neutralization reaction on an absorbent surface, the predominant species can be detected over a pH analogous size become. To determine such a pH-analogous size, temperature-resistant proton conductors, such as, for example, β-aluminates, Sr-, Ba-cerates or La-zirconates can advantageously be used. To a certain extent occurring cross-sensitivities to SO2 and / or H2O may occur in a design of the regulator 23 be taken into account.

Alternativ ist es denkbar, thermisch stabile basische und/oder saure Oxide und/oder Zeolithe zur selektiven Chemiesorption von NH3 und NO/NO2 einzusetzen. Zur Detektion kommen Änderungen der Impedanz, die Elektrizitätseigenschaften und/oder einer Masse des beladenen Materials in Frage.Alternatively, it is conceivable to use thermally stable basic and / or acidic oxides and / or zeolites for the selective chemisorption of NH 3 and NO / NO 2. For detection, changes in the impedance, the electricity properties and / or a mass of the loaded material come into question.

Außerdem ist es denkbar, insbesondere um ein noch selektiveres und empfindlicheres Übertragungsverhalten der NH3/NOx-Verhältnissonde 31 zu ermöglichen, Halbleiterfeldeffekt-Transistoren mit einem selektiv empfindlichen Gate für NO2 und/oder für NH3 vorzusehen.In addition, it is conceivable, in particular for an even more selective and sensitive transmission behavior of the NH3 / NOx ratio probe 31 to provide semiconductor field effect transistors with a selectively sensitive gate for NO2 and / or for NH3.

Ferner sind zur Ermittlung der Leitgröße 21 beliebige andere Sonden, die auf anderen chemischen und/oder physikalischen Eigenschaften des Ammoniaks beziehungsweise der Stickoxide basieren, möglich, beispielsweise ein redoxchemisches Verhalten dieser Spezies.Furthermore, to determine the guide size 21 Any other probes based on other chemical and / or physical properties of the ammonia or the nitrogen oxides are possible, for example a redox chemical behavior of these species.

Ferner ist es denkbar, die NH3/NOx-Verhältnissonde 31 so auszulegen, dass diese als elektrochemischer Sensor nutzbar ist, der die Teilkonzentrationen von den Stickoxiden und Ammoniak im Abgas beziehungsweise Abgasstrom 7 quantitativ erfasst, aber eine zusätzliche Funktion aufweist, die es erlaubt das Summensignal (cNO + cNO2 + cNH3) bezüglich der vorliegenden Ammoniakkonzentration (cNH3) zu korrigieren.It is also conceivable to use the NH3 / NOx ratio probe 31 be interpreted that it can be used as an electrochemical sensor, the partial concentrations of the nitrogen oxides and ammonia in the exhaust gas or exhaust stream 7 quantified, but has an additional function that allows the sum signal (cNO + cNO2 + cNH3) to be corrected for the present ammonia concentration (cNH3).

Eine solche Korrekturfunktion kann unter Nutzung der sehr unterschiedlichen Säure-Baseeigenschaften von Ammoniak im Vergleich zu Stickoxiden erfolgen. Wie bereits ausgeführt, ist Ammoniak eine starke Brönstedt-Base mit einem PKB-Wert von 4,75 während die höheren Stickoxide hingegen mäßig bis stark saure Eigenschaften aufweisen, wobei mittels eines im Sensor platzierten Festprotonenleiters ein hoher Ammoniakteil erfasst werden kann.Such a correction function can be done using the very different acid-base properties of ammonia compared to nitrogen oxides. As already stated, ammonia is a strong Brönstedt base with a PK B value of 4.75, whereas the higher nitrogen oxides have moderate to highly acidic properties, whereby a high proportion of ammonia can be detected by means of a solid proton conductor placed in the sensor.

Verschiedene Festkörper mit Perowskit-Struktur weisen im Applikationstemperaturbereich von Dieselabgasen eine gute Protonenleitfähigkeit auf, zum Beispiel für die Ladungsträger H3O+ oder NH4+. Ein Beispiel für besonders vorteilhaft bei Temperaturen bis 650°C als „Feststoff-pH-Meter” einsetzbares Material beziehungsweise Materialgruppe sind dotierte Li-Lanthan-Titanate (zum Beispiel Sr-dotiertes LLT). Eine Auswahl von geeigneten Materialien mit kubischer oder tetragonaler Perowskit-Struktur ist aber keinesfalls auf das oben genannte Beispiel beschränkt. Ein Maß des H+ Ionenstroms beziehungsweise der Impedanz bei bekannter Temperatur und Spannung korreliert mit einer NH3-Konzetration, also der zweiten Teilgröße 49, wobei eine auftretende H2O-Querempfindlichkeit im Regler 23 berücksichtigbar ist.Different solids with perovskite structure have a good proton conductivity in the application temperature range of diesel exhaust gases, for example for the charge carriers H3O + or NH4 +. An example of material or material group which can be used particularly advantageously at temperatures up to 650 ° C. as a "solid pH meter" are doped Li lanthanum titanates (for example Sr-doped LLT). However, a selection of suitable materials with cubic or tetragonal perovskite structure is by no means limited to the above-mentioned example. A measure of the H + ion current or the impedance at known temperature and voltage correlates with a NH3 concentration, ie the second part size 49 , where an occurring H2O cross sensitivity in the controller 23 is considered.

Alternativ ist es denkbar, eine katalytische Oxidation von NH3 an einer Pt-Oberfläche, beispielsweise der in 3 dargestellten katalytischen Oberfläche 57 möglich, wobei das Maß des Stoffumsatzes an einem Katalysator der katalytischen Oberfläche 57 mit der NH3-Konzentration, also der zweiten Teilgröße 49 korreliert, wobei auftretende Querempfindlichkeiten auf andere oxidierbare Abgaskomponenten, wie beispielsweise HCx bei der Auslegung des Reglers 23 berücksichtigbar sein können.Alternatively, it is conceivable, a catalytic oxidation of NH3 on a Pt surface, for example, the in 3 represented catalytic surface 57 possible, wherein the measure of the metabolic rate of a catalyst of the catalytic surface 57 with the NH3 concentration, ie the second part size 49 correlated, with occurring cross-sensitivities to other oxidizable exhaust gas components, such as HCx in the design of the regulator 23 can be considered.

Ammoniak wird schon bei niedrigen Temperaturen, beispielsweise ab 200°C, an einer Pt-Oberfläche schnell und stark exotherm katalytisch oxidiert. Eine solche Oxidation von Ammoniak stellt eine unerwünschte Nebenreaktion beim SCR-Verfahren dar. Vorteilhaft kann der SCR-Katalysator 9 eine möglichst hohe SCR-Aktivität bei einer möglichst niedrigen NH3-Oxidationsaktivität aufweisen und kann vorteilhaft möglichst wenig PGM (PlatinGruppenMetalle) enthalten.Ammonia is already catalytically oxidized rapidly and strongly exothermically at low temperatures, for example from 200 ° C., on a Pt surface. Such oxidation of ammonia is an undesirable side reaction in the SCR process. Advantageously, the SCR catalyst 9 have the highest possible SCR activity at the lowest possible NH3 oxidation activity and may advantageously contain as little as possible PGM (platinum group metals).

Bei der Pt-katalysierten Oxidation von Ammoniak mit O2 treten folgende Reaktionen auf: 4NH3 + 3O2 → 2N2 + 6H2O (Hauptreaktion bis ca. 300°C), Reaktionswärme +1266 kJ 2NH3 + 2O2 → 2N2O + 3H2O (Hauptreaktion von 300 bis 400°C) Reaktionswärme 550 kJ 4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O (Hauptreaktion ab 400 Grad C) Reaktionswärme +905 kJ. In the Pt-catalyzed oxidation of ammonia with O2, the following reactions occur: 4NH3 + 3O2 → 2N2 + 6H2O (main reaction up to about 300 ° C), heat of reaction +1266 kJ 2NH3 + 2O2 → 2N2O + 3H2O (main reaction from 300 to 400 ° C) reaction heat 550 kJ 4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O (main reaction from 400 degrees C) heat of reaction +905 kJ.

Als Nebenreaktion kann noch eine Oxidation mit NO berücksichtigt werden, die wie folgt abläuft: 4NH3 + 6NO → 5N2 + 6H2O + Reaktionswärme 1.808 kJ As a side reaction, an oxidation with NO, which proceeds as follows: 4NH3 + 6NO → 5N2 + 6H2O + heat of reaction 1.808 kJ

Vorteilhaft können Diemerisierungs- oder Disproportionierungsreaktionen und/oder weitergehende Oxidationen zu NO2 wegen ihrer im Wesentlichen geringen Wärmetönung und/oder ihrer Gleichgewichtslage unberücksichtigt bleiben. Eine Detektion eines NH3-Umsatzes entsprechend der oben aufgeführten 4 Oxidationsreaktionen an einer feinteiligen katalytisch hochaktiven Pt-Fläche, also der katalytischen Oberfläche 57, kann daher vorteilhaft als Maß zur Ermittlung der zweiten Teilgröße 49 dienen.Diemerization or disproportionation reactions and / or further oxidation to NO 2 can advantageously be disregarded because of their essentially low heat of reaction and / or their equilibrium position. A detection of a NH3 conversion corresponding to the above-mentioned 4 oxidation reactions on a finely divided catalytically highly active Pt surface, ie the catalytic surface 57 , Therefore, can be advantageous as a measure for determining the second part size 49 serve.

Vorteilhaft kann eine Messung der Reaktionswärme beziehungsweise Wärmetönung der Oxidationsreaktion, wie in 3 dargestellt, über eine vergleichsweise resistive Messung zwischen einem katalytisch aktiven und einem passivierten Elektronenpad erfolgen, beispielsweise wie in 3 dargestellt durch einen Vergleich des Leerpfades 53 mit dem katalytischen Pfad 55.Advantageously, a measurement of the heat of reaction or heat of reaction of the oxidation reaction, as in 3 represented by a comparatively resistive measurement between a catalytically active and a passivated electron pad, for example as in 3 represented by a comparison of the empty path 53 with the catalytic path 55 ,

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
Kfzautomotive
33
Verbrennungsmotorinternal combustion engine
55
Abgasanlageexhaust system
77
Abgasstromexhaust gas flow
99
SCR-KatalysatorSCR catalyst
1111
Dosiervorrichtungmetering
1313
Reduziermittelreducing
1515
Steuervorrichtungcontrol device
1717
Dosiermengedosage
1919
Gemischbildungmixture formation
2121
Leitgrößecommand variable
2323
Reglerregulator
2525
Sollwertsetpoint
2727
Steuergrößecontrol variable
2929
MotorsteuergerätEngine control unit
3131
NH3/NOx-VerhältnissondeNH3 / NOx ratio probe
3333
Modellmodel
3535
Messvorrichtungmeasuring device
3737
1. Sensor1st sensor
3939
2. Sensor2nd sensor
4141
Doppelpfeildouble arrow
4343
Pfeilarrow
4545
Recheneinheitcomputer unit
4747
1. Teilgröße1st part size
4949
2. Teilgröße2nd part size
5151
Teilstrompartial flow
5353
Leerpfadempty path
5555
katalytischer Pfadcatalytic path
5757
katalytische Oberflächecatalytic surface
5959
TemperaturmessstelleTemperature measuring point
6161
Schaubildgraph
6363
X-AchseX axis
6565
Y-AchseY-axis
6767
Kennliniencharacteristics
6969
Pfeilarrow
7171
Verlaufcourse

Claims (9)

Verfahren zur Nachbehandlung eines Abgasstroms (7) eines Verbrennungsmotors (3) eines Kraftfahrzeuges (1) mittels einer selektiven katalytischen Reduktion, mit: – Ermitteln einer von einer ersten Teilgröße (47) und einer zweiten Teilgröße (49) abhängigen, die Zusammensetzung des Abgasstromes kennzeichnenden Leitgröße (21), wobei die erste Teilgröße eine Anwesenheit von Schadstoffen im Abgasstrom und die zweite Teilgröße eine Anwesenheit eines Reduktionsmittels (13) kennzeichnet, – Zugeben des Reduktionsmittels (13) in den Abgasstrom (7) in Abhängigkeit von der Leitgröße (21), gekennzeichnet durch Ermitteln der zweiten Teilgröße (cNH3) (49) mittels einer katalytischen exothermen Oxidation von NH3 des im Abgasstrom (7) enthaltenen Reduktionsmittels (13) an einer katalytisch wirksamen Pt-Oberfläche (57) und Ermitteln einer Reaktionswärme der exothermen Oxidation.Process for the aftertreatment of an exhaust gas stream ( 7 ) of an internal combustion engine ( 3 ) of a motor vehicle ( 1 ) by means of a selective catalytic reduction, comprising: - determining a first partial size ( 47 ) and a second partial size ( 49 ) dependent, the composition of the exhaust gas flow characterizing ( 21 ), wherein the first part size, a presence of pollutants in the exhaust stream and the second part size, a presence of a reducing agent ( 13 ), - adding the reducing agent ( 13 ) in the exhaust stream ( 7 ) as a function of the control variable ( 21 ), characterized by determining the second part size (cNH3) ( 49 ) by means of a catalytic exothermic oxidation of NH 3 in the exhaust gas stream ( 7 ) reducing agent ( 13 ) on a catalytically active Pt surface ( 57 ) and determining a heat of reaction of the exothermic oxidation. Verfahren nach Anspruch 1, mit: – Ermitteln der Leitgröße (21) mittels Subtrahieren der zweiten Teilgröße (49) von der ersten Teilgröße (47) (cNOx-cNH3).Method according to claim 1, comprising: - determining the reference variable ( 21 ) by subtracting the second part size ( 49 ) of the first part size ( 47 ) (cNOx-cNH3). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit: – Ermitteln der Leitgröße (21) mittels Dividieren der ersten Teilgröße (47) durch die zweite Teilgröße (49) (cNOx/cNH3)Method according to one of the preceding claims, comprising: - determining the reference variable ( 21 ) by dividing the first part size ( 47 ) by the second part size ( 49 ) (cNOx / cNH3) Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit: – Ermitteln der ersten Teilgröße (47) als Addition einer ersten Stickoxidgröße (cNO) und einer zweiten Stickoxidgröße (cNO2).Method according to one of the preceding claims, comprising: determining the first part size ( 47 ) as the addition of a first nitrogen oxide (cNO) and a second nitrogen oxide (cNO2). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit: – Ermitteln der Leitgröße (21) mittels einer dem Abgasstrom (7) zuordenbaren NH3/NOx-Verhältnissonde (31).Method according to one of the preceding claims, comprising: - determining the reference variable ( 21 ) by means of a flow of exhaust gas ( 7 ) assignable NH3 / NOx ratio probe ( 31 ). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit zumindest einem des Folgenden: – Ermitteln der ersten Teilgröße (47) mittels eines NOx-Sensors (37), – Ermitteln der zweiten Teilgröße (49) mittels eines NH3-Sensors (39).Method according to one of the preceding claims, with at least one of the following: determining the first part size ( 47 ) by means of a NOx sensor ( 37 ), - determining the second part size ( 49 ) by means of an NH3 sensor ( 39 ). Verfahren nach einem der hervorgehenden Ansprüche, mit: – Ermitteln der ersten und der zweiten Teilgröße (47, 49) mittels eines elektrochemischen Sensors ermittelbaren Summensignals (cNO + cNO2 + cNH3) und eines Korrektursignals für die zweite Teilgröße (cNH3) (49).A method according to any one of the preceding claims, comprising: - determining the first and second part sizes ( 47 . 49 ) by means of an electrochemical sensor ascertainable sum signal (cNO + cNO2 + cNH3) and a correction signal for the second part size (cNH3) ( 49 ). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6 oder 7, mit zumindest einem des Folgenden: – Berücksichtigen eines ersten Zeitverhaltens des NOx-Sensors (37) und eines zweiten Zeitverhaltens des NH3-Sensors (39), – Berücksichtigen des ersten und zweiten Zeitverhaltens mittels Messen der ersten Teilgröße (47) mittels des NOx-Sensors (37) stromaufwärts des die zweite Teilgröße (49) messenden NH3-Sensors (39), oder umgekehrt.Method according to one of the preceding claims 6 or 7, with at least one of the following: - taking into account a first time behavior of the NOx sensor ( 37 ) and a second time behavior of the NH3 sensor ( 39 ), - taking into account the first and second time behavior by measuring the first part size ( 47 ) by means of the NOx sensor ( 37 ) upstream of the second part size ( 49 ) measuring NH3 sensor ( 39 ), or the other way around. Kraftfahrzeug (1) mit einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung mittels einer selektiven katalytischen Reduktion zum Reinigen eines Abgasstroms (7) eines Verbrennungsmotors (3) des Kraftfahrzeuges (1), ausgelegt, konstruiert und/oder eingerichtet zum Durchführen eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Motor vehicle ( 1 ) with an exhaust aftertreatment device by means of a selective catalytic reduction for purifying an exhaust gas stream ( 7 ) of an internal combustion engine ( 3 ) of the motor vehicle ( 1 ), designed, constructed and / or arranged for carrying out a method according to one of the preceding claims.
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