DE102011003670A1

DE102011003670A1 - Betriebsverfahren

Info

Publication number: DE102011003670A1
Application number: DE102011003670A
Authority: DE
Inventors: Jia Huang
Original assignee: Bosch Emission Systems GmbH and Co KG
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-02-04
Filing date: 2011-02-04
Publication date: 2012-08-09

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Abgasanlage (4) einer Brennkraftmaschine (1), insbesondere eines Fahrzeugs, bei dem mittels einer Reduktionsmittelzuführeinrichtung (7) ein Reduktionsmittel in einen Abgasstrom (8) eingebracht wird, bei dem mittels eines stromab der Reduktionsmittelzuführeinrichtung (7) angeordneten SCR-Katalysators (10) NOX mit Hilfe des Reduktionsmittels reduziert wird, und bei dem mittels einer stromab des SCR-Katalysators (10) angeordneten NOX-Sonde (11) ein mit dem NOX-Gehalt im Abgasstrom (8) korrelierender Messwert (yM) gemessen wird. Eine hohe Zuverlässigkeit lässt sich erreichen, wenn die Menge des dem Abgasstrom (8) zugeführten Reduktionsmittels abhängig vom Gradienten (G) eines zeitlichen Verlaufs (15) der Messwert (yM) eingestellt und/oder adaptiert wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Abgasanlage einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Fahrzeugs, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem eine Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine, insbesondere eines Fahrzeugs, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 10.
Aus der DE 10 2009 034 620 A1 ist eine Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine bekannt, bei der eine Reduktionsmittelzuführeinrichtung zum Einbringen eines Reduktionsmittels in den Abgasstrom, ein stromab der Reduktionsmittelzuführeinrichtung angeordneter SCR-Katalysator zum Reduzieren von NOX mit Hilfe des Reduktionsmittels und eine stromab des SCR-Katalysators angeordnete NOX-Sonde zum Messen des NOX-Gehalts im Abgasstrom vorgesehen sind. Ein Dosiersteuersystem mit einem Dosiermanagementmodul kann nun die Menge des stromauf des SCR-Katalysators eingedüsten Reduktionsmittels abhängig von der im SCR-Katalysator gespeicherten Ammoniakmenge und abhängig von der maximalen Speicherkapazität des SCR-Katalysators für Ammoniak steuern. Ferner umfasst das Dosiersteuersystem zusätzlich zum Dosiermanagementmodul ein Analysemodul, das die im SCR-Katalysator gespeicherte Ammoniakmenge, die maximale Ammoniakspeicherkapazität des SCR-Katalysators, den aktuellen Ammoniakschlupf durch den SCR-Katalysator, eine Ammoniakoxidation und eine Ammoniakumwandlung durch Reaktion mit NOX abschätzt. Die Abschätzung des im SCR-Katalysator gespeicherten Ammoniaks wird dabei abhängig von der Menge des eingespritzten Reduktionsmittels, des Ammoniakschlupfes, der Ammoniakoxidation und der Ammoniakumwandlung durchgeführt.
Aus der EP 1 069 287 B1 ist eine Abgasanlage bekannt, bei der die Steuerung der Reduktionsmittelzuführung durch eine Regelung der NOX-Konversionsrate erfolgt, um einen übermäßigen Ammoniakschlupf vermeiden zu können. Hierbei wird berücksichtigt, dass es zwar einen unmittelbaren Zusammenhang zwischen der NOX-Konversionsrate und dem NOX-Gehalt im Abgas stromab des SCR-Katalysators gibt, dass die beiden Werte jedoch völlig unterschiedliche Zusammenhänge zum Ammoniakschlupf zeigen. Mit Erreichen einer maximalen NOX-Konversionsrate beginnt der Ammoniakschlupf langsam. Nach Überschreiten der maximalen NOX-Konversionsrate steigt jedoch der Ammoniakschlupf stark an. Wird daher bei einer konventionellen Regelung des zugemischten Reduktionsmittels nur der NOX-Gehalt stromab des SCR-Katalysators berücksichtigt, können sich Zustände einstellen, die über die maximale NOX-Konversionsrate hinausgehen und dementsprechend rasch zu überhöhtem Ammoniakschlupf führen.
Problematisch bei derartigen Abgasanlagen ist somit die Einstellung einer optimalen Zuführmenge für das Reduktionsmittel, bei dem es sich üblicherweise um eine wässrige Harnstofflösung handelt. Wird zu wenig Reduktionsmittel zugeführt, erfolgt im SCR-Katalysator eine zu geringe Umsetzung von NOX, so dass sich im SCR-Katalysator vermehrt NOX anlagert, was die Leistungsfähigkeit des SCR-Katalysators reduziert. In der Folge kann es dann zu einer Erhöhung der NOX-Emissionen kommen. Wird dagegen zuviel Reduktionsmittel eingebracht, kann es dazu kommen, dass das Reduktionsmittel bzw. Ammoniak aus dem SCR-Katalysator austritt, sogenannter Reduktionsmittel- bzw. Ammoniakschlupf. Auch dies führt zu unerwünschten Schadstoffemissionen.
Erschwert wird die optimale Dosierung des Reduktionsmittels dadurch, dass hierbei eine Vielzahl von sich permanent ändernden Randbedingungen berücksichtigt werden müssen, wie zum Beispiel die aktuelle Abgastemperatur und Abgaszusammensetzung sowie Alterungserscheinungen der beteiligten Komponenten, wie zum Beispiel des SCR-Katalysators und/oder der Reduktionsmittelzuführeinrichtung.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für ein Betriebsverfahren der eingangs genannten Art bzw. für eine Abgasanlage der eingangs genannten Art eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch eine hohe Zuverlässigkeit auszeichnet und dabei die Gefahr eines übermäßigen Reduktionsmittel- bzw. Ammoniakschlupfes reduziert.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, für das Einstellen bzw. das Adaptieren der Menge des dem Abgasstrom zugeführten Reduktionsmittels den zeitlichen Verlauf eines Gradienten von Messwerten zu berücksichtigen, die von der NOX-Sonde generiert werden und die den NOX-Gehalt im Abgasstrom enthalten, insbesondere damit korrelieren. Mit anderen Worten, um die Menge des zugeführten Reduktionsmittels zu optimieren, werden die von der NOX-Sonde ermittelten Messwerte nicht unmittelbar herangezogen, sondern deren zeitlicher Verlauf bzw. der Gradient des zeitlichen Verlaufs der Messwerte. Hierdurch kann eine bessere bzw. zuverlässigere Aussage über den Ammoniakschlupf getroffen werden, um beispielsweise die Menge des Reduktionsmittels zu reduzieren, falls ein unerwünscht hoher Ammoniakschlupf erkannt wird.
Entsprechend einer besonders vorteilhaften Ausführungsform kann zur Ermittlung eines unerwünschten Ammoniak- bzw. Reduktionsmittelschlupfes die Zuführung des Reduktionsmittels vorübergehend unterbrochen oder um bzw. auf einen vorbestimmten Wert reduziert werden. Ferner kann dann die Reaktion der gemessenen Messwerte beobachtet und ausgewertet werden. Bei dieser Ausführungsform wird die Erkenntnis berücksichtigt, dass es beim Unterbrechen bzw. Reduzieren der Reduktionsmittelzuführung zu unterschiedlichen Reaktionen im zeitlichen Verlauf der gemessenen Messwerte kommt, abhängig davon, ob ein Ammoniakschlupf vorhanden war oder nicht.
Besonders zweckmäßig ist dabei eine Ausführungsform, bei welcher für die Ermittlung des unerwünschten Reduktionsmittelschlupfes für einen vorbestimmten Zeitraum ein Gradient des zeitlichen Verlaufs der Messwerte beobachtet und ausgewertet wird. Hierbei wird die Erkenntnis genutzt, dass sich der Reduktionsmittelschlupf bzw. der Ammoniakschlupf auf den zeitlichen Verlauf der Messwerte auswirkt und insbesondere anhand des zugehörigen Gradienten identifizierbar ist.
Besonders vorteilhaft ist dabei eine Ausführungsform, bei welcher das Auftreten eines negativen Gradienten im zeitlichen Verlauf der Messwerte innerhalb des vorbestimmten Zeitraums als unerwünschter Reduktionsmittelschlupf aufgefasst wird. Das Reduzieren der zugeführten Reduktionsmittelmenge müsste an sich dazu führen, dass stromab des SCR-Katalysators nach einer Sättigung des SCR-Katalysators mit NOX der NOX-Gehalt im Abgas ansteigt, so dass an sich ein positiver Gradient der Messwerte der NOX-Sonde erwartet wird. Falls jedoch ein Reduktionsmittelschlupf bzw. Ammoniakschlupf vorhanden war, führt die Reduzierung der Reduktionsmittelzuführung dazu, dass die mit Hilfe der NOX-Sonde erfassten Messwerte vorübergehend ein Abfallen des NOX-Gehalts im Abgas anzeigen. Dies ist auf die Querempfindlichkeit einer herkömmlichen NOX-Sonde auf Ammoniak zurückzuführen, so dass die von der NOX-Sonde erfassten Messwerte sowohl den NOX-Gehalt als auch den Ammoniakgehalt im Abgas umfassen. Die mit der NOX-Sonde erfassten Messwerte beinhalten somit den Ammoniakschlupf. Durch Reduzieren der Reduktionsmittelzuführung bzw. durch Unterbrechen der Reduktionsmittelzuführung kann der Ammoniakschlupf bzw. allgemein der Reduktionsmittelschlupf reduziert bzw. beendet werden, so dass die NOX-Sonde mit entsprechender zeitlicher Verzögerung dann nur noch den tatsächlichen NOX-Gehalt im Abgas ermitteln kann. Folglich kommt es zu einem Abfall des gemessenen NOX-Gehalts, also zu einem negativen Gradienten.
Für den Fall, dass ein unerwünschter Reduktionsmittelschlupf festgestellt wird, können dann entsprechende Einstellparameter der Reduktionsmittelzuführeinrichtung zum Reduzieren der zugeführten Reduktionsmittelmenge adaptiert werden. Da über entsprechende Berechnungsmodelle und/oder Versuche an sich die im jeweiligen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine anfallenden NOX-Emissionen vergleichsweise genau bekannt sind, ist auch die hierfür erforderliche Reduktionsmittelmenge vergleichsweise genau bekannt. Im Neuzustand der Abgasanlage und der Brennkraftmaschine kommt es dann in der Regel auch zu keinem unerwünschten Reduktionsmittelschlupf. Alterungserscheinungen können jedoch zu Abweichungen in der NOX-Emission und/oder in der tatsächlich zugeführten Reduktionsmittelmenge führen. Durch Überprüfen des Reduktionsmittelschlupfes und durch Adaptieren der Einstellparameter der Reduktionsmittelzuführeinrichtung, können diese Alterungserscheinungen kompensiert werden.
Entsprechend einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann die dem Abgasstrom zugeführte Reduktionsmittelmenge abhängig vom Gradienten der Messwerte geregelt werden. Mit anderen Worten, über Kennfelder und dergleichen wird bestenfalls eine Voreinstellung der zugeführten Reduktionsmittelmenge abhängig vom jeweiligen Betriebszustand der Brennkraftmaschine durchgeführt. Die Feinjustierung bzw. Optimierung der zugeführten Reduktionsmittelmenge wird dann mit Hilfe einer Regelung durchgeführt, wobei die Regelung auf dem Gradienten der Messwerte der NOX-Sonde basiert.
Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass die Regelung einen Soll-Ist-Vergleich des Gradienten berücksichtigt bzw. auswertet. Somit kann ein Soll-Gradient vorgegeben werden, von dem die ermittelten Ist-Gradienten nicht allzu weit abweichen sollen. Es hat sich gezeigt, dass eine auf dem Gradienten der Messwerte basierende Regelung besonders einfach zu handhaben ist und hinreichend zuverlässig arbeitet.
Beispielsweise kann als Soll-Gradient ein Wert ≤ 0 verwendet werden. Das bedeutet, dass im zeitlichen Verlauf der Messwerte stets ein abnehmender oder ein konstanter NOX-Gehalt vorliegen soll. Beispielsweise kann die zugeführte Reduktionsmittelmenge erhöht werden, sobald der Ist-Gradient > 0 ist, da ein positiver Gradient mit einem zunehmenden NOX-Gehalt einhergeht. Im anderen Fall kann die zugeführte Reduktionsmittelmenge reduziert werden, sobald der Messwert unter einen vorbestimmten unteren Grenzwert abfällt und/oder sobald Reduktionsmittelschlupf festgestellt wird, was beispielsweise anhand der vorstehend beschriebenen Prozedur geschehen kann.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann ein geschlossener Regelkreis zum Einstellen der zugeführten Reduktionsmittelmenge verwendet werden. Ein derartiger geschlossener Regelkreis führt automatisch zur Optimierung der zugeführten Reduktionsmittelmenge. Insbesondere kann der Regelkreis als Führungsgröße den Gradienten des Messwerts verwenden. Als Regelgröße kann der Regelkreis die dem Abgas zugeführte Regelreduktionsmittelmenge verwenden. Ferner kann der Regelkreis als Stellgröße die Einstellparameter der Reduktionsmittelzuführeinrichtung verwenden. Als Steuergröße des Regelkreises kann die Differenz zwischen gemessenem Ist-Gradient und gewünschtem Soll-Gradient verwendet werden.
Insbesondere die Ausführungsform des hier vorgestellten Verfahrens, bei der zur Ermittlung des Reduktionsmittelschlupfes vorübergehend die Reduktionsmittelzuführung unterbrochen bzw. reduziert wird, verwendet einen für das Reduktionsmittel bzw. für Ammoniak querempfindlichen NOX-Sensor, so dass der vom NOX-Sensor ermittelte Messwert den NOX-Gehalt und den Reduktionsmittelgehalt bzw. Ammoniakgehalt im Abgasstrom repräsentiert.
Eine Abgasanlage, die mit selektiver katalytischer Reduktion der Stickoxide mittels eines entsprechenden Reduktionsmittels arbeitet, kann mit einer Steuereinrichtung ausgestattet sein, die eingangsseitig zum Empfangen der Messwerte der NOX-Sonde mit dieser NOX-Sonde gekoppelt ist und die ausgangsseitig zum Betätigen der Reduktionsmittelzuführeinrichtung mit dieser Reduktionsmittelzuführeinrichtung gekoppelt ist. Ferner kann diese Steuereinrichtung so programmiert bzw. ausgestaltet sein, dass sie das vorstehend beschriebene Verfahren durchführen kann.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Bauteile beziehen.
Es zeigen, jeweils schematisch
1 eine stark vereinfachte, schaltplanartige Prinzipdarstellung einer Brennkraftmaschine mit einer Abgasanlage,
2 ein Diagramm zur Veranschaulichung eines zeitlichen Verlaufs von Messwerten eines NOX-Sensors bei der Ermittlung eines Reduktionsmittelschlupfes, und zwar a) bei fehlendem Reduktionsmittelschlupf und b) bei vorhandenem Reduktionsmittelschlupf,
3 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung einer Prozedur zur Ermittlung eines Reduktionsmittelschlupfes,
4 ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung eines Regelkreises.
Entsprechend 1 kann eine Brennkraftmaschine 1, die beispielsweise in einem Fahrzeug angeordnet sein kann, eine Frischluftanlage 2 zur Versorgung von Brennräumen 3 der Brennkraftmaschine 1 mit Frischluft sowie eine Abgasanlage 4 zum Abführen von Verbrennungsabgasen von den Brennräumen 3 aufweisen. Zum Steuern der Brennkraftmaschine 1 kann ein Motorsteuergerät 5 vorgesehen sein, das entsprechend einem Doppelpfeil 6 auf geeignete Weise mit der Brennkraftmaschine 1 bzw. mit deren Komponenten gekoppelt ist.
Die Abgasanlage 4 umfasst eine Reduktionsmittelzuführeinrichtung 7, mit deren Hilfe ein Reduktionsmittel in einen durch Pfeile angedeuteten Abgasstrom 8 eingebracht werden kann, der in einer Abgasleitung 9 der Abgasanlage 4 geführt ist. Als Reduktionsmittel kommt grundsätzlich Ammoniak in Frage. Bevorzugt handelt es sich jedoch um Harnstoff bzw. um eine wässrige Harnstofflösung, die in flüssiger Form in den Abgasstrom 8 eingedüst wird.
Die Abgasanlage 4 weist außerdem einen SCR-Katalysator 10 auf, der stromab der Reduktionsmittelzuführeinrichtung 7 angeordnet ist. Ferner ist stromab des SCR-Katalysators eine NOX-Sonde 11 vorgesehen, die Messwerte ermittelt, die mit dem NOX-Gehalt im Abgasstrom 8 korrelieren. Der NOX-Sensor 11 ist so gestaltet, dass er eine Querempfindlichkeit für Ammoniak bzw. für das jeweils verwendete Reduktionsmittel aufweist. Das bedeutet, dass der mit Hilfe des NOX-Sensors 11 ermittelte Messwert nicht nur den NOX-Gehalt im Abgasstrom 8, sondern zusätzlich auch den Reduktionsmittelgehalt bzw. den Ammoniakgehalt im Abgasstrom 8 widerspiegelt. Mit anderen Worten, der Messwert des NOX-Sensors 8 beinhaltet einen gegebenenfalls auftretenden Reduktionsmittelschlupf bzw. Ammoniakschlupf, also einen Durchtritt von Reduktionsmittel bzw. Ammoniak durch den SCR-Katalysator 10.
Zweckmäßig können die Reduktionsmittelzuführungseinrichtung 7, der SCR-Katalysator 10 und insbesondere die NOX-Sonde 11 in einem gemeinsamen Gehäuse 37 einer SCR-Anlage 38 angeordnet sein, die in der Abgasanlage 4 angeordnet ist.
Die Abgasanlage 4 ist außerdem mit einer Steuereinrichtung 12 ausgestattet, die eingangsseitig mit der NOX-Sonde 11 und über eine entsprechende Signalleitung 13 und ausgangsseitig über eine entsprechende Steuerleitung 14 mit der Reduktionsmittelzuführeinrichtung 7 gekoppelt ist. Auf diese Weise kann die Steuereinrichtung 13 zum einen die Messwerte der NOX-Sonde 11 empfangen. Zum anderen kann die Steuereinrichtung 12 die Reduktionsmittelzuführeinrichtung 7 betätigen.
In den Diagrammen der 2a und 2b ist jeweils eine Verlaufskurve 15 für die Messwerte y_M des NOX-Sensors 11 abhängig von der Zeit t aufgetragen. Die Abszisse ist dabei jeweils die Zeitachse. Die Ordinate zeigt die Messwerte y_M. Ferner ist in beiden Diagrammen 2a und 2b eine Verlaufskurve 16 eingetragen, die den aktuellen Betriebszustand der Reduktionsmittelzuführeinrichtung 7 repräsentiert. Die Verlaufskurve 16 kann im vereinfachten Beispiel den Wert oder Zustand „1” einnehmen, wenn die Reduktionsmittelzuführeinrichtung 7 eingeschaltet ist und die für den jeweiligen Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 vorgesehene Reduktionsmittelmenge für den Abgasstrom 8 einbringt. Ferner kann die Verlaufskurve 16 den Wert oder Zustand „0” einnehmen, wenn die Reduktionsmittelzuführeinrichtung 7 deaktiviert ist und dementsprechend kein Reduktionsmittel in den Abgasstrom 8 eingebracht wird. Bei einem Zeitpunkt t₁ wird die Zuführung des Reduktionsmittel ausgeschaltet, so dass die Verlaufskurve 16 vom Zustand „1” auf den Zustand „0” wechselt.
Die Steuereinrichtung 12 kann nun so ausgestaltet bzw. programmiert sein, dass sie das nachfolgend näher beschriebene Betriebsverfahren zum Betreiben der Abgasanlage 4 durchführen kann.
Beispielsweise wird die Menge des dem Abgasstrom 8 zugeführten Reduktionsmittels abhängig vom zeitlichen Verlauf eines Gradienten G der Messwerte y_M eingestellt und/oder adaptiert. Der Gradient G der Messwerte y_M entspricht der Steigung des zeitlichen Messwertverlaufs 15, also der ersten zeitlichen Ableitung des gemessenen Messwertverlaufs 15.
Im Folgenden wird zunächst eine Prozedur näher beschrieben, mit deren Hilfe die Steuereinrichtung 12 das Vorhandensein eines unzulässigen Reduktionsmittelschlupfes bzw. Ammoniakschlupfes ermitteln kann.
Beispielsweise kann zu einem Zeitpunkt t₂ bei der Überwachung der Messwerte y_M erkannt werden, dass ein vorbestimmter Grenzwert y₁ erreicht worden ist. Das Erreichen dieses Grenzwerts y₁ deutet primär darauf hin, dass im Abgasstrom 8 stromab des SCR-Katalysators 10 mehr NOX enthalten ist, als erwünscht ist. In der Folge könnte die Steuereinrichtung 12 einfach dafür sorgen, dass durch eine entsprechende Ansteuerung der Reduktionsmittelzuführeinrichtung 7 mehr Reduktionsmittel dem Abgas zugeführt wird. Aufgrund der Querempfindlichkeit des NOX-Sensors 11 besteht jedoch die Möglichkeit, dass das Ansteigen des Messwerts y_M nicht auf die Zuführung von zu wenig Reduktionsmittel und somit auf einen Durchschlag von NOX zurückzuführen ist, sondern auf eine Zuführung von zuviel Reduktionsmittel und somit auf einen Durchschlag von Reduktionsmittel bzw. auf einen Ammoniakschlupf zurückzuführen ist. Eine Erhöhung der Reduktionsmittelzuführung würde dann zu einer übermäßigen Belastung der Umwelt mit Ammoniak führen. Folglich überprüft die Steuereinrichtung 12 das Vorhandensein eines unzulässig hohen Ammoniakschlupfes bzw. Reduktionsmittelschlupfs. Hierzu wird zum Zeitpunkt t₁ die Reduktionsmittelzuführung vorübergehend ausgeschaltet. Alternativ ist es grundsätzlich auch möglich, die Reduktionsmittelzuführung vorübergehend um einen vorbestimmten Wert zu reduzieren bzw. auf einen vorbestimmten Wert zu reduzieren. In der Folge beobachtet die Steuereinrichtung 12 die zeitliche Reaktion des Systems, nämlich den zeitlichen Verlauf der Messwerte y_M.
Im Fall der 2a steigt der Messwert y_M mit positivem Gradienten G an. Dabei bleibt der Gradient G für einen vorbestimmten Zeitraum 17, welcher der Differenz von t3 und t1 entspricht, positiv. In diesem Fall nimmt der NOX-Durchschlag oder NOX-Schlupf durch den SCR-Katalysator 10 erwartungsgemäß zu. Die Steuereinrichtung 12 kann dann davon ausgehen, dass kein unerwünscht hoher Ammoniakschlupf vorhanden ist bzw. war. Folglich kann die Steuereinrichtung 12 die Reduktionsmittelzuführung wieder aktivieren bzw. wieder den ursprünglichen Zustand einstellen und außerdem die Menge des eingebrachten Reduktionsmittels um einen vorbestimmten Wert erhöhen.
2b zeigt nun einen Fall, bei dem ein unzulässig hoher Ammoniakschlupf vorhanden ist. Erkennbar ist dies für die Steuereinrichtung 12 dadurch, dass während des Zeitraums 17 der Gradient G negativ wird. Zu Beginn des Zeitraums 17 steigt der Messwert y_M wie gehabt an. Dann kommt zeitlich verzögert beim NOX-Sensor 11 das Fehlen der Reduktionsmittelzuführung an, wodurch jeglicher Schlupf eliminiert wird. Hierdurch kann der Messwert y_M stark abfallen, was zum negativen Gradienten G führt. Anschließend steigt der Messwert y_M wieder an, da ja bei deaktivierter oder reduzierter Reduktionsmittelzuführung die NOX-Emissionen weiter zunehmen.
Die Steuereinrichtung 12 beobachtet somit für den vorbestimmten Zeitraum 17 den Gradienten G des zeitlichen Verlaufs 15 der Messwerte y_M und wertet diesen zeitlichen Verlauf 15 aus. Dabei wird das Auftreten eines negativen Gradienten G < 0 im zeitlichen Verlauf 15 der Messwerte y_M innerhalb der vorbestimmten Zeit 17 als unerwünschter Reduktionsmittelschlupf aufgefasst.
Wenn nun entsprechend dem in 2b gezeigten Fall ein unerwünschter Reduktionsmittelschlupf festgestellt wird, kann die Steuereinrichtung 12 nun die entsprechenden Einstellparameter der Reduktionsmittelzuführeinrichtung 7 adaptieren, derart, dass die zugeführte Reduktionsmittelmenge für den jeweiligen aktuellen Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 reduziert wird.
Vereinfacht ausgedrückt lässt sich diese Prozedur anhand des Flussdiagramms der 3 wie folgt zusammenfassen:
In einem ersten Block 18 erfolgt permanent eine Abfrage, ob der Grenzwert y₁ erreicht ist. Falls nicht, wird diese Abfrage zu einem späteren Zeitpunkt wiederholt. Ein entsprechender Rücklaufpfad ist mit 19 bezeichnet und kann ein Zeitglied 20 enthalten.
Fällt die Prüfung jedoch positiv aus, also ist der Grenzwert y₁ erreicht, wird gemäß einem Pfad 21 ein zweiter Block 22 angesteuert, der die Zuführung des Reduktionsmittels zum Zeitpunkt t₁ reduziert bzw. ausschaltet. Einem Pfad 23 folgend wird in einem dritten Block 24 der zeitliche Verlauf 15 der Messwerte y_M für den vorbestimmten Zeitraum 17 beobachtet. Einem Pfad 25 folgend, erfolgt in einem vierten Block 26 die Überwachung dahingehend, ob der Gradient G einen negativen Wert erreicht. Bleibt der Gradient positiv (G > 0), liegt der Fall gemäß 2a vor und gemäß einem Pfad 27 kann die Steuereinrichtung 12 in einem fünften Block 28 feststellen, dass kein Reduktionsmittelschlupf vorliegt. Über einen Pfad 39 geht es dann zurück zum Beginn der Prozedur.
Kann jedoch ein negativer Gradient (G < 0) festgestellt werden, liegt der Fall gemäß 2b vor, was über einen Pfad 29 zu einem sechsten Block 30 führt, in dem die Steuereinrichtung 12 feststellt, dass ein unzulässig hoher Reduktionsmittelschlupf vorliegt. Über einen Pfad 40 geht es dann wieder zurück zum Beginn der Prozedur.
Bezugnehmend auf 4 wird nun eine Regelung der dem Abgasstrom 8 zugeführten Reduktionsmittelmenge basierend auf dem Gradienten G der Messwerte y_M näher erläutert:
Besagte Regelung der Reduktionsmittelmenge erfolgt dabei innerhalb eines geschlossenen Regelkreises 31. Der Regelkreis 31 umfasst ein Stellglied 32, das innerhalb der hier vorgestellten Abgasanlage 4 die Reduktionsmittelzuführeinrichtung 7 ist. Der Regelkreis 31 umfasst ferner eine Regelstrecke 33, die hier physikalisch die Abgasleitung 9 von der Reduktionsmittelzuführeinrichtung 7 bis zum NOX-Sensor 11 umfasst, also insbesondere die SCR-Anlage 38 und zumindest den SCR-Katalysator 10 beinhaltet. Ferner enthält der Regelkreis 31 ein Messglied 34, das im Beispiel durch die NOX-Sonde gebildet ist. Schließlich umfasst der Regelkreis 31 einen Regler 35, der im Beispiel in der Steuereinrichtung 12 ausgebildet ist.
Der Regelkreis 31 verwendet als Führungsgröße w den Gradienten G des Messwerts y_M. Als Regelgroße y wird die im Abgasstrom zugeführte Reduktionsmittelmenge verwendet. Als Stellgröße u_R werden die weiter oben bereits genannten Einstellparameter der Reduktionsmittelzuführeinrichtung 7 herangezogen. Als Steuergröße u verwendet der Regelkreis 31 die Differenz zwischen dem mit Hilfe des Messglieds 34 gemessenen Ist-Gradienten y_M und dem Soll-Gradienten w, wobei ein Differenzglied 36 die Differenz ermittelt. Ein mit der Differenz korreliertes Differenzsignal e wird dem Regler 35 eingangsseitig zugeführt. Der Regler 35 wandelt das Differenzsignal e in eine damit korrelierende Steuergröße u um, die er dann dem Stellglied 32 zuführt. Die Regelstrecke 33 ist unterschiedlichen Störgrößen d ausgesetzt, die letztlich zur Abweichung zwischen Soll-Wert und Ist-Wert des Gradienten G führen.
Für den Soll-Gradienten w wird bevorzugt ein Wert ≤ 0 verwendet. Ist der Gradient = 0, bleibt der Ist-Messwert y_M konstant. Ist der Soll-Gradient < 0 nimmt der Ist-Messwert y_M ab.
Stellt der Regler 35 einen positiven Gradienten G > 0 fest, wird die Steuergröße u so gewählt, dass die zugeführte Reduktionsmittelmenge erhöht wird. Wird dagegen festgestellt, dass der Messwert y_M unter einen vorbestimmten unteren Grenzwert abfällt, wird die zugeführte Reduktionsmittelmenge reduziert. Eine Reduktion der zugeführte Reduktionsmittelmenge kann auch dann durchgeführt werden, wenn die Steuereinrichtung 12 Reduktionsmittelschlupf feststellt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009034620 A1 [0002]
EP 1069287 B1 [0003]

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Abgasanlage (4) einer Brennkraftmaschine (1), insbesondere eines Fahrzeugs, – bei dem mittels einer Reduktionsmittelzuführeinrichtung (7) ein Reduktionsmittel in einen Abgasstrom (8) eingebracht wird, – bei dem mittels eines stromab der Reduktionsmittelzuführeinrichtung (7) angeordneten SCR-Katalysators (10) NOX mit Hilfe des Reduktionsmittels reduziert wird, – bei dem mittels einer stromab des SCR-Katalysators (10) angeordneten NOX-Sonde (11) ein mit dem NOX-Gehalt im Abgasstrom (8) korrelierender Messwert (y_M) gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Menge des dem Abgasstrom (8) zugeführten Reduktionsmittels abhängig vom Gradienten (G) eines zeitlichen Verlaufs (15) der Messwerte (y_M) eingestellt und/oder adaptiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung eines unerwünschten Reduktionsmittelschlupfs die Zuführung des Reduktionsmittels vorübergehend unterbrochen oder um einen vorbestimmten Wert reduziert wird und die Reaktion der gemessenen Messwerte (y_M) beobachtet und ausgewertet wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass für einen vorbestimmten Zeitraum (17) ein Gradient (G) des zeitlichen Verlaufs (15) der Messwert (y_M) beobachtet und ausgewertet wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Auftreten eines negativen Gradienten (G) im zeitlichen Verlauf (15) des Messwerts (y_M) innerhalb des vorbestimmten Zeitraums (17) als unerwünschter Reduktionsmittelschlupf aufgefasst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass für den Fall, dass unerwünschter Reduktionsmittelschlupf festgestellt wird, entsprechende Einstellparameter der Reduktionsmittelzuführeinrichtung (7) zum Reduzieren der zugeführten Reduktionsmittelmenge adaptiert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass die dem Abgasstrom (8) zugeführte Reduktionsmittelmenge abhängig vom Gradienten (G) der Messwerte (y_M) geregelt wird, wobei insbesondere vorgesehen sein kann, dass die Regelung auf einem Soll-Ist-Vergleich des Gradienten (G) basiert.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass als Soll-Gradient (w) ein Wert ≤ 0 verwendet wird, wobei insbesondere vorgesehen sein kann, dass die zugeführte Reduktionsmittelmenge erhöht wird, sobald der Ist-Gradient > 0 ist, wobei insbesondere vorgesehen sein kann, dass die zugeführte Reduktionsmittelmenge reduziert wird, sobald der Messwert (y_M) unter einen vorbestimmten unteren Grenzwert abfällt und/oder sobald Reduktionsmittelschlupf festgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein geschlossener Regelkreis (31) zum Einstellen der zugeführten Reduktionsmittelmenge verwendet wird, wobei insbesondere vorgesehen sein kann, dass der Regelkreis (31) als Führungsgröße (w) den Gradienten (G) des Messwerts (y_M) verwendet, als Regelgröße (y) die dem Abgasstrom (8) zugeführte Reduktionsmittelmenge verwendet, als Stellgröße (u_R) die Einstellparameter der Reduktionsmittelzuführeinrichtung (7) verwendet und als Steuergröße (u) die Differenz zwischen gemessenem Ist-Gradient und gewünschtem Soll-Gradient verwendet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein für das Reduktionsmittel querempfindlicher NOX-Sensor (11) verwendet wird, dessen Messwert (y_M) mit dem NOX-Gehalt und dem Reduktionsmittelgehalt im Abgasstrom (8) korreliert.
Abgasanlage für eine Brennkraftmaschine (1), insbesondere eines Fahrzeugs, – mit einer Reduktionsmittelzuführeinrichtung (7) zum Einbringen eines Reduktionsmittels in den Abgasstrom (8), – mit einem stromab der Reduktionsmittelzuführeinrichtung (7) angeordneten SCR-Katalysator (10) zum Reduzieren von NOX mit Hilfe des Reduktionsmittels, – mit einer stromab des SCR-Katalysators (10) angeordneten NOX-Sonde (11) zum Messen des NOX-Gehalts im Abgasstrom (8), gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung (12), die eingangsseitig zum Empfangen der Messwerte (y_M) der NOX-Sonde (11) mit der NOX-Sonde (11) gekoppelt ist, die ausgangsseitig zum Betätigen der Reduktionsmittelzuführeinrichtung (7) mit der Reduktionsmittelzuführeinrichtung (7) gekoppelt ist und die zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgestaltet und/oder programmiert ist.