DE102011004878B4 - Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer Abgasreinigungsanlage mit SCR-Katalysator - Google Patents

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Abstract

Verfahren zum Betreiben einer Abgasreinigungsanlage einer Brennkraftmaschine (1), welche in ihrem Abgaskanal (30) mindestens eine katalytisch beschichtete, oxidierende Abgasnachbehandlungskomponente zur Konvertierung und/ oder Speicherung mindestens einer Abgaskomponente eines Abgases der Brennkraftmaschine (1) aufweist, welche als SCR-Katalysator (70) ausgebildet ist, wobei in Strömungsrichtung des Abgases vor dem SCR-Katalysator (70) ein als Reduktionsmittel dienendes Reagenzmittel in den Abgaskanal (30) eingebracht wird, wobei der Reagenzmittelfüllstand im SCR-Katalysator (70) auf einen vorgegebenen Speichersollwert gesteuert oder geregelt wird und ein Vorsteuerwert aus der Differenz des NOx-Sensorwertes nach SCR (101), welcher mit einem Stickoxid-Sensor (80) nach dem SCR-Katalysator (70) gemessen wird, und einem NOx-Modellwert nach SCR (102) bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Adaption von Sensorabweichungen (107) beim Stickoxid-Sensor (80) die Sensorabweichung in einen Offsetfehler (109) und einen Mengenfehler (110) in Abhängigkeit einer NOx-Rohemission (108) aufgeteilt werden.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Abgasreinigungsanlage einer Brennkraftmaschine, welche in ihrem Abgaskanal mindestens eine katalytisch beschichtete, oxidierende Abgasnachbehandlungskomponente zur Konvertierung und/ oder Speicherung mindestens einer Abgaskomponente eines Abgases der Brennkraftmaschine aufweist, welche als SCR-Katalysator ausgebildet sein kann, wobei in Strömungsrichtung des Abgases vor dem SCR-Katalysator ein als Reduktionsmittel dienendes Reagenzmittel in den Abgaskanal eingebracht wird, wobei der Reagenzmittelfüllstand im SCR-Katalysator auf einen vorgegebenen Speichersollwert gesteuert oder geregelt wird und ein Vorsteuerwert aus der Differenz des NOx-Sensorwertes nach SCR, welcher mit einem Stickoxid-Sensor nach dem SCR-Katalysator gemessen wird, und einem NOx-Modellwert nach SCR bestimmt wird.
  • Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Die DE 10 2009 034 843 A 1 offenbart ein Dosiersteuersystem umfassend ein Analysemodul für eine selektive katalytische Reduktion (SCR-Modul, von selective catalytic reduction), ein Dosiermanagementmodul, ein Anpassungsmodul und ein Fehlermodul. Das SCR-Analysemodul schätzt einen durch einen SCR-Katalysator gespeicherten Ammoniak (NH3), eine maximale NH3-Speicherkapazität des SCR-Katalysators und eine Stickoxid (NOx)-Messung für einen ersten NOx-Sensor ab, der unterstromig des SCR-Katalysators angeordnet ist. Das Dosiermanagementmodul steuert eine Dosiermitteleinspritzung oberstromig des SCR-Katalysators auf der Basis der maximalen NH3-Speicherkapazität und des gespeicherten NH3. Das Anpassungsmodul gibt eine angepasste Abschätzung der NOx-Messung auf der Basis der Abschätzung der NOx-Messung, einer Querempfindlichkeit des NOx-Sensors und einer Verzögerungszeit für eine Abgasströmung aus. Das Fehlermodul passt das gespeicherte NH3 und/oder die maximale NH3-Speicherkapazität auf der Basis einer Differenz zwischen der angepassten Abschätzung und den durch den NOx-Sensor gemessenen NOx selektiv an.
  • Die DE 101 03 415 A1 betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben eines im Abgasweg eines Verbrennungsmotors angeordneten NOx-Sensors, wobei die Signalwerte des NOx-Sensors mit Signalwerten verglichen werden, die zuvor bei einer bekannten NOx-Konzentration ermittelt wurden. Die daraus resultierenden Differenzen werden zur Korrektur der aktuell ermittelten Signalwerte herangezogen.
  • Im Zusammenhang mit künftigen gesetzlichen Vorgaben bezüglich der Stickoxidemission von Kraftfahrzeugen ist eine entsprechende Abgasnachbehandlung erforderlich. Die selektive katalytische Reduktion (SCR) kann zur Verringerung der NOx-Emission (Entstickung) von Verbrennungsmotoren, insbesondere von Dieselmotoren, mit zeitlich überwiegend magerem, d.h. sauerstoffreichem Abgas eingesetzt werden. Hierbei wird dem Abgas eine definierte Menge eines selektiv wirkenden Reduktionsmittels zugegeben. Dies kann beispielsweise in Form von Ammoniak (NH3) sein, welches direkt gasförmig zu dosiert wird, oder auch aus einer Vorläufersubstanz in Form von Harnstoff oder aus einer Harnstoff-Wasser-Lösung (HWL) gewonnen wird. Derartige HWL-SCR-Systeme sind erstmalig im Nutzfahrzeugsegment eingesetzt worden.
  • In der DE 101 39 142 A1 ist ein Abgasreinigungssystem einer Brennkraftmaschine beschrieben, bei dem zur Verringerung der NOx-Emission ein SCR-Katalysator eingesetzt ist, der die im Abgas enthaltenen Stickoxide mit dem Reagenzmittel Ammoniak zu Stickstoff reduziert. Das Ammoniak wird in einem stromaufwärts vor dem SCR-Katalysator angeordneten Hydrolyse-Katalysator aus der Harnstoff-Wasser-Lösung (HWL) gewonnen. Der Hydrolyse-Katalysator setzt den in der HWL enthaltenen Harnstoff zu Ammoniak und Kohlendioxid um. In einem zweiten Schritt reduziert das Ammoniak die Stickoxide zu Stickstoff, wobei als Nebenprodukt Wasser erzeugt wird. Der genaue Ablauf ist in der Fachliteratur hinreichend beschrieben worden (vgl. WEISSWELLER in CIT (72), Seite 441-449, 2000). Die HWL wird in einem Reagenzmitteltank bereitgestellt.
  • Der Wirkungsgrad des SCR-Katalysators ist von der Temperatur, vom Volumenstrom und ganz entscheidend auch von dessen NH3-Füllstand abhängig. Die SCR-Katalysatoren lagern durch Adsorption an Ihrer Oberfläche eine gewisse Menge Ammoniak an. Dadurch stehen zur NOx-Reduktion neben dem direkt zu dosierten Ammoniak (als HWL) auch gespeichertes NH3 zur Verfügung, wodurch sich der Wirkungsgrad gegenüber entleertem Katalysator erhöht. Das Speicherverhalten ist abhängig von der jeweiligen Betriebstemperatur des Katalysators. Je geringer die Temperatur, umso größer ist das Speichervermögen.
  • Hat der Katalysator seinen Speicher vollständig gefüllt, kann es aber bei Lastsprüngen zu einem NH3-Schlupf kommen, auch wenn kein Reduktionsmittel mehr zu dosiert wird. Sollen möglichst hohe NOx-Umsätze erzielt werden, ist es unumgänglich, das SCR-System bei einem hohen NH3-Füllstand zu betreiben. Dabei wird es selbst bei sehr genau ausgelegter Dosiermenge unter instationären Bedingungen kurzfristig zu einem NH3-Schlupf kommen, was aber zum Erreichen des hohen NOx-Umsatzziels tolerierbar ist.
  • Da die Berechnung der notwendigen NH3-Menge einer Vielzahl von Fehlern und Abweichungen unterliegt, z.B. die Motorrohemission, Umsatzgrad des Katalysators und natürlich auch Ungenauigkeiten des Dosiersystems selbst, kommt es selbst bei einem neuen, sorgfältig applizierten System zu einem falsch berechneten NH3-Füllstand im SCR. Deshalb ist eine Adaption des Füllstandes mittels eines NH3-querempfindlichen NOx-Sensors unumgänglich. Bei systematischen Fehlern, z.B. bei Systemtoleranzen, lässt sich die Häufigkeit der notwendigen Adaptionseingriffe durch einen Langzeitadaptionsfaktor, welcher direkt auf die Vorsteuermenge eingreift, verringern. Die Dosierstrategie passt sich an das jeweilige System und länger andauernde Umwelteinflüsse an.
  • Der für diese Adaption verwendete NOx-Sensor misst ein Summensignal aus NOx und NH3. Das SCR-Modell berechnet dynamisch die NOx-Emission nach SCR. Abweichungen vom gemessenen NOx-Sensorwert können 3 Ursachen haben:
    • • Modellungenauigkeit (< ± 50 ppm),
    • • Eine Unterschätzung des Füllstandes (NH3-Schlupf) und
    • • Eine Überschätzung des Füllstandes (Minderumsatz).
  • Um eine Abweichung auszugleichen, kann das aus der Offenlegungsschrift DE 10 2004 031 624 A1 bekannte Verfahren zur Regelung der Dosiermenge eingesetzt werden. In dieser Schrift werden ein Verfahren zum Betreiben eines zur Reinigung des Abgases einer Brennkraftmaschine verwendeten Katalysators und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens vorgeschlagen, die eine Steuerung oder Regelung des Reagenzmittel-Füllstands im Katalysator auf einen vorgegebenen Speichersollwert vorsehen. Die gezielte Vorgabe des Speichersollwertes stellt sicher, dass in instationären Zuständen der Brennkraftmaschine eine ausreichende Menge an Reagenzmittel zur möglichst vollständigen Beseitigung wenigstens einer unerwünschten Abgaskomponente zur Verfügung steht und dass andererseits ein Reagenzmittelschlupf vermieden wird.
  • Bei einem NOx-Sensorfehler nach SCR kann es allerdings dazu führen, dass die Dosiermenge durch den Regler soweit reduziert wird, dass die erforderlichen Emissionen nicht mehr eingehalten werden. In den aktuellen Serienprojekten gibt es bereits eine Funktion, welche im Schub einen Abgleich durchführt und einen möglichen Offsetfehler des NOx-Sensors erkennt und reduziert. Diese Funktion arbeitet allerdings nur im Schubbetrieb, einem sehr kleinen Anteil am gesamten Fahrbetrieb.
  • Da zukünftige Abgasgesetzgebungen immer strenger werden, sind die Fahrzeughersteller gezwungen, die Rohemission der Fahrzeuge weiter zu verbessern, welches das Problem mit bestehenden Toleranzen an NOx-Sensoren weiter verschärfen wird. An dem nachfolgenden Zahlenbeispiel soll die aktuelle Problematik dargestellt werden.
  • Der relative Fehler auf Grund eines Offsetfehlers des NOx-Sensors nach SCR berechnet sich gemäß der Formel (1). Die nachfolgende Tabelle zeigt beispielhaft den Fehleranteil (FA) in %, wobei die Werte für die Rohemission (RE), dem NOx-Modellwert nach SCR (MOD), dem NOx-Sensorwert nach SCR und der angenommene Offsetfehler (OF) in ppm dargestellt sind. FA = 1 − ( RE − ( MOD + OF ) ) / ( RE − MOD )
    Figure DE102011004878B4_0001
    NOx-Sensor vor SCR, Rohemission (RE) NOx-Modellwert nach SCR (MOD) NOx-Sensorwert nach SCR Angenommener Offsetfehler (OF) Fehleranteil (FA)
    1000 100 115 15 1,67 %
    500 50 65 15 3,33 %
    100 10 25 15 16,67 %
    50 5 20 15 33,3 %
    40 4 19 15 41,67%
    30 3 18 15 55,56 %
    30 10 25 15 75%
    20 2 17 15 83,33 %
  • Mit den in der Tabelle dargestellten Beispielwerten wird deutlich, dass mit einem kleinen Offsetfehler von 15 ppm (= TKU-Wert der aktuell auf dem Markt befindlichen NOx-Sensoren), insbesondere bei kleinen NOx-Emissionen vor SCR, schnell ein großer Fehler entstehen kann. Dieser Fehler wird vom NOx-Regler bzw. von der Adaption für eine Dosiermengenabweichung gehalten und entsprechend ausgeregelt. Der so ermittelte Dosiermengenfaktor kann falsch sein, so dass die gesetzlichen Emissionsgrenzwerte im Extremfall nicht mehr erfüllt werden kann.
  • Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die Robustheit der Regelung, insbesondere bei kleinen NOx-Strömen, deutlich zu verbessern.
  • Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, eine entsprechende Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bereitzustellen.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die das Verfahren betreffende Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 bis 9 gelöst.
  • Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass zur Adaption von Sensorabweichungen beim Stickoxid-Sensor die Sensorabweichung in einen Offsetfehler und einen Mengenfehler in Abhängigkeit einer NOx-Rohemission aufgeteilt werden. Dabei wird die Grundidee genutzt, dass ein NOx-Regler für die Regelung der Dosiermenge den NOx-Istwert, was einem NOx-Sensorwert nach SCR entspricht, und den NOx-Sollwert, welcher einem NOx-Modellwert nach SCR entspricht, vom NOx-lstwert abzieht, womit man die Sensorabweichung erhält. Eine Sensorabweichung wird zu einem Teil von einer Dosiermengenabweichung und zum anderen Teil von einem möglichen Offsetfehler des NOx-Sensors nach SCR verursacht. Die beiden Anteile sind zunächst unbekannt, können aber durch die vorgeschlagene Separierung getrennt in einer Korrektur des Vorsteuerwertes des NOx-Reglers berücksichtigt werden. Vorteilhaft dabei ist, eine systematische Sensorabweichung zu beseitigen und bevorzugt Phasen mit höheren NOx-Emissionen für die Dosiermengenregelung zu nutzen, bei denen eine systematische Abweichung durch einen NOx-Sensor-Offset nur eine untergeordnete Rolle spielt. Kleine systematische Fehler können besser erkannt und ausgeregelt werden. Die Robustheit einer NOx-Reglung, insbesondere bei sehr kleinen NOx-Strömen, kann erheblich verbessert werden.
  • Werden, wie dies eine bevorzugte Verfahrensvariante vorsieht, bei niedrigen NOx-Rohemissionen der Sensorfehler durch den Offsetfehler und bei hohen NOx-Rohemissionen durch den Mengenfehler bestimmt, kann die NOx-Regelung deutlich verbessert werden. Ein Blick in die oben aufgeführte Tabelle zeigt, dass bei kleinen NOx-Emissionen vor dem SCR-Katalysator sich ein möglicher Offsetfehler sehr stark bemerkbar macht. Daher werden Sensorabweichungen eher dem Offsetfehler zugeschlagen. Der Anteil zur Regelung der Dosiermenge sollte hier sehr klein sein. Bei sehr hohen NOx-Emissionen vor dem SCR-Katalysator kann aber ein Offsetfehler nahezu vernachlässigt werden und eine Sensorabweichung entsteht nahezu ausschließlich aus einer Dosiermengenabweichung. Sehr hohe NOx-Emissionen vor dem SCR-Katalysator eignen sich also sehr gut zur Regelung der Dosiermenge. Im Fahrzeug wechseln sich unterschiedliche NOx-Emissionen vor dem SCR-Katalysator sehr häufig ab, so dass beide Fehler nahezu unabhängig voneinander gelernt und ausgeregelt werden können.
  • Auch bei Überdosierung wirkt sich die Adaption von systematischen Sensorabweichungen positiv auf die NOx-Regelung aus. Ein schleichender NH3-Schlupf wird im ersten Schritt als NOx-Sensor-Offset (nach SCR) detektiert und entsprechend kompensiert. Dadurch wird verhindert, dass sich insbesondere bei kleinen Lasten der Dosiermengenfaktor stark erhöht. Bei hoher Last neigen überdosierte Systeme eher zu sehr guten Umsätzen, welche teilweise besser sind, als vom Modell erwartet, so dass dort der Dosiermengenfaktor entsprechend reduziert werden kann. Nach dem Einstellen der optimalen Dosiermenge kann sich dann der Offset wieder abbauen.
  • Vorteilhaft ist bei dem Verfahren hinsichtlich der Auswertung, wenn der Offsetfehler und der Mengenfehler normiert werden und zu jeder Zeit die Summe eins ergeben. Dabei kann vorgesehen sein, dass der Anteil des Mengenfehlers von der Sensorabweichung direkt an den NOx-Regler weitergegeben wird.
  • Der Anteil des Offsetfehlers kann besonders vorteilhaft berücksichtigt werden, wenn der Anteil des Offsetfehlers von der Sensorabweichung in den Grenzen -1 bis +1 mittels eines Integrators summiert und mit einem applizierbaren angenommenen maximalen Offsetfehler multipliziert und dem NOx-Sensorwert nach SCR abgezogen wird.
  • In bevorzugter Verfahrensvariante ist vorgesehen, dass die vom Wert der NOx-Rohemission abhängige Aufteilung in Offsetfehler und Mengenfehler mittels einer hinterlegten Funktion durchgeführt wird. Die Aufteilung kann dabei beispielsweise nach der Gleichung (1) erfolgen. Alternativ kann auch eine lineare Aufteilung oder andere formelmäßige Zusammenhänge zur Aufteilung verwendet werden. Die Aufteilung kann dabei in einem Kennfeld hinterlegt sein.
  • Vorteilhaft hinsichtlich einer Plausibilitätsbetrachtung ist es, wenn die Sensorabweichungen den angenommenen maximalen Offsetfehler übersteigen, ein Mengenfehler detektiert und der Vorsteuerwert eines NOx-Reglers zur Dosierung des Reagenzmittels angepasst wird.
  • Eine bevorzugte Verfahrensvariante sieht vor, dass die ermittelten Offset- und/ oder Mengenfehler gespeichert werden. Dies kann in einer dem NOx-Regler zugeordneten Adaptionseinheit oder in einer übergeordneten Motorsteuerung (beispielsweise im EEPROM der Motorsteuerung) erfolgen. Vorteilhaft ist dabei, dass diese Informationen im nächsten Fahrzyklus der Brennkraftmaschine verwendet werden können.
  • Zur Vermeidung von anderen dynamischen Effekten, wird die Adaption der Sensorabweichungen ausschließlich nur dann durchgeführt, wenn bestimmte Freigabebedingen vorliegen, bei denen bestimmte Motorparameter konstant sind oder lediglich in bestimmten Bereichen schwanken oder Änderungen dieser Parameter bestimmte Grenzwerte nicht übersteigen. Derartige Parameter können beispielsweise eine Abgastemperatur, ein Massestrom, ein Volumenstrom, ein NOx-Wert vor dem SCR-Katalysator, eine Dosiermenge oder ein Füllstand sein. Dazu gibt es weitere wichtige Freigabebedingungen:
    • • Keine Systemfehler liegen derzeit an,
    • • Der Status des NOx-Sensors ist gültig, d.h. es sind beispielsweise keine Sensorausfälle detektiert,
    • • Ein geeigneter Zustand der Dosierstrategie liegt an,
    • • Die Abgastemperatur, insbesondere die SCR-Temperatur, befindet sich in einem geeigneten Bereich,
    • • Die Dosiermenge ist in einem geeigneten Bereich,
    • • Der Modelwirkungsgrad befindet sich in einem geeigneten Bereich,
    • • Die NOx-Sensorsignale (vor und nach SCR) befinden sich im geeigneten Bereich,
    • • Eine Phase ohne NH3-Risiko liegt an,
    • • Die Regelabweichung des NH3-Füllstandes liegt innerhalb eines zulässigen Bereichs,
    • • Der Zustand des SCR-Katalysators ist geeignet (Alterungsfaktor und HC-Füllstand sind in Ordnung),
    • • Die Umgebungsbedingungen (Druck und Temperatur) sind günstig.
  • Anstelle eines reinen „Offset-Lernens“ des NOx-Sensors kann auch eine Adaption der Sensorabweichungen mittels Auswertung anderer Fehler des Stickoxid-Sensors durchgeführt werden. Dies kann beispielsweise die Auswertung von Sensor-Kennlinien sein, bei denen Steigungsfehler ausgewertet werden.
  • Die Abgasstranganordnung ist dabei unerheblich. Wichtig ist nur, dass ein NOx-Sensor hinter dem SCR-Katalysator oder hinter einem ersten Teil eines SCR-Katalysators verbaut ist. Die Erfindung funktioniert auch bei alternativen Medien im SCR-Betrieb (z.B. Gasdosierung). Eine NH3-Querempfindlichkeit des NOx-Sensors ist nicht erforderlich, stört aber auch nicht.
  • Die die Vorrichtung betreffende Aufgabe wird dadurch gelöst, dass dem NOx-Regler zur Adaption von Sensorabweichungen beim Stickoxid-Sensor eine Adaptionseinheit zugeordnet ist, mit der die Sensorabweichung in einen Offsetfehler und einen Mengenfehler in Abhängigkeit einer NOx-Rohemission separierbar sind, und in der Adaptionseinheit die Funktionalität des o.g. Verfahrens sowie seiner Varianten softwaremäßig implementiert ist. Diese Adaptionseinheit kann dabei integraler Bestandteil der Motorsteuerung sein und ist eingangsseitig mit dem NOx-Regler, der die Zudosierung an Reduktionsmittel steuert, verbunden.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt:
    • 1 beispielhaft ein technisches Umfeld für die Erfindung,
    • 2 in einem Funktionsdiagramm den Softwareaufbau der Teilfunktion „Adaption Sensorabweichung“ und
    • 3 in zwei Verlaufsdiagrammen den zeitlichen Verlauf eines NOx-Signals und einer Sensorabweichung.
  • 1 zeigt beispielhaft ein technisches Umfeld, in welchem das erfindungsgemäße Verfahren angewendet werden kann. Dabei beschränkt sich die Darstellung auf die für die Erklärung der Erfindung notwendigen Komponenten. Als Aufbau kann ein Fahrzeug mit Standard-Abgassystem und mit einem SCR-Katalysator (70) verwendet werden. Typische Anordnungen in Abgasströmungsrichtung sind dabei ein Oxidationskatalysator, eine Dosiereinheit (90) für NH3-abspaltende Reagenzien und der SCR-Katalysator bzw. Oxidationskatalysator, ein Diesel-Partikelfilter (DPF), die Dosiereinheit (90) für NH3-abspaltende Reagenzien und der SCR-Katalysator (70) oder ähnliche Anordnungen.
  • In der 1 ist beispielhaft eine als Dieselmotor ausgebildete Brennkraftmaschine 1, bestehend aus einem Motorblock 10 und einem Abgaskanal 30 mit einer Abgasreinigungsanlage dargestellt, welche im gezeigten Beispiel als katalytisch beschichtete Komponente in Strömungsrichtung des Abgases angeordnet zunächst einen Diesel-Oxidationskatalysator 40 (DOC) aufweist. Daran schließt sich ein SCR-Katalysator 70 an, vor dem zur Reduktion von Stickoxiden im Abgasstrom mittels einer Dosiereinheit 90 ein Reduktionsmittel eingebracht werden kann. Zur Überwachung der Stickoxidkonzentration im Abgas sind in Strömungsrichtung des Abgases jeweils ein Stickoxid-Sensor 60, 80 vor und hinter dem SCR-Katalysator 70 in den Abgaskanal 30 eingelassen. Als Stickoxid-Sensoren dienen z.B. amperometrische Doppelkammersensoren.
  • Die Stickoxid-Sensoren 60, 80 sind mit einer Diagnoseeinheit 51 verbunden, in der die Signale mit einem NOx-Emissionsmodell 20 für die Brennkraftmaschine 1 verglichen werden und die Differenz ausgewertet wird. Die Diagnoseeinheit 51 weist dazu entsprechende Vergleichseinrichtungen (Komparatoren odgl.) auf und kann, wie dies in der 1 gezeigt ist, integraler Bestandteil der Motorsteuerung 50 sein, in der auch das NOx-Emissionsmodell 20 für die Brennkraftmaschine 1 softwaremäßig, z.B. in Form von Kennfeldern, abgelegt sein kann, welches als Vergleich im gezeigten Beispiel herangezogen ist. Die Funktionalität der Diagnoseeinheit 51 ist Bestandteil eines NOx-Reglers, mit dem die Zudosierung des Reduktionsmittels gesteuert wird und kann soft- und/ oder hardware-basiert umgesetzt sein. Die Motorsteuerung 50 weist ebenfalls eine erfindungsgemäße Adaptionseinheit 52 zur Adaption von Sensorabweichungen beim NOx-Regler auf.
  • 2 zeigt ein vereinfachtes Funktionsdiagramm 100 für das erfindungsgemäße Adaptionsverfahren, welches innerhalb der Adaptionseinheit 52 softwaremäßig implementiert ist. Dargestellt ist die Teilfunktion „Adaption Sensorabweichung“.
  • Der NOx-Regler benötigt für die Regelung der Dosiermenge den NOx-Sensorwert nach SCR 101 (Istwert) und den NOx-Modellwert nach SCR 102 (Sollwert). Zur Ermittlung der Sensorabweichung 105 wird mittels eines Summierers 104 der Sollwert vom Istwert abgezogen. Innerhalb der Funktionseinheit 106 wird, basierend auf einem funktionellen Zusammenhang oder anhand von gespeicherten Kennfeldern eine auf den Wert 1 normierte Sensorabweichung 107, abhängig von der NOx-Rohemission 108, welche mit dem Stickoxid-Sensor 60 vor dem SCR-Katalysator 70 bestimmt werden kann (vergleiche 1), in einen Offsetfehler 109 und in einen Mengenfehler 110 aufgespaltet, wobei ein Mengenfehler 110 bei großen NOx-Rohemissionen 108 überwiegt und nahezu eins beträgt. Der Anteil des Mengenfehlers 110 wird direkt mittels einer Multipliziereinheit 111 mit der Sensorabweichung 105 verrechnet und als Eingangsgröße einem Pl-Reglereingang SCR-Regler 116 weitergeleitet. Der Anteil des Offsetfehlers 109 von der Sensorabweichung 105 wird mit einer weiteren Multipliziereinheit 112 berechnet und mit einem Integrator 113 in den Grenzen -1 bis +1 summiert sowie mit einem applizierbaren angenommenen maximalen Offsetfehler 115 multipliziert, was mittels der Multipliziereinheit 114 erfolgt, und vom NOx-Sensorwert nach SCR 101 abgezogen (Summierer 103).
  • 3 zeigt als Verlaufsdiagramm 200 in Abhängigkeit der Zeit 202 die Systemantwort bei einem sprunghaften NOx-Sensor-Offset. Zu einem bestimmten Zeitpunkt wird dabei eine Störung, maximal bis zum angenommenen maximalen Offsetfehler 115, auf den NOx-Sensorwert nach SCR 101 als Abweichung zum NOx-Modellwert nach SCR 102 aufaddiert (oberes Verlaufsdiagramm). Der Integrator 113 der Adaptionseinheit 52 (vergl. 2) reagiert auf die Abweichung und über die Korrektur des NOx-Sensorwertes nach SCR 101 kann der Fehler ausgeregelt werden. Die Sensorabweichung 105 (unteres Verlaufsdiagramm) nimmt innerhalb eines Adaptionsbereichs 203 wieder den Wert Null ein und der Regler und die Adaption der Sensorabweichung 105 bleiben auf den aktuellen und optimalen Werten stehen.

Claims (10)

  1. Verfahren zum Betreiben einer Abgasreinigungsanlage einer Brennkraftmaschine (1), welche in ihrem Abgaskanal (30) mindestens eine katalytisch beschichtete, oxidierende Abgasnachbehandlungskomponente zur Konvertierung und/ oder Speicherung mindestens einer Abgaskomponente eines Abgases der Brennkraftmaschine (1) aufweist, welche als SCR-Katalysator (70) ausgebildet ist, wobei in Strömungsrichtung des Abgases vor dem SCR-Katalysator (70) ein als Reduktionsmittel dienendes Reagenzmittel in den Abgaskanal (30) eingebracht wird, wobei der Reagenzmittelfüllstand im SCR-Katalysator (70) auf einen vorgegebenen Speichersollwert gesteuert oder geregelt wird und ein Vorsteuerwert aus der Differenz des NOx-Sensorwertes nach SCR (101), welcher mit einem Stickoxid-Sensor (80) nach dem SCR-Katalysator (70) gemessen wird, und einem NOx-Modellwert nach SCR (102) bestimmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Adaption von Sensorabweichungen (107) beim Stickoxid-Sensor (80) die Sensorabweichung in einen Offsetfehler (109) und einen Mengenfehler (110) in Abhängigkeit einer NOx-Rohemission (108) aufgeteilt werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei niedrigen NOx-Rohemissionen (108) der Sensorfehler durch den Offsetfehler (109) und bei hohen NOx-Rohemissionen (108) durch den Mengenfehler (110) bestimmt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Offsetfehler (109) und der Mengenfehler (110) normiert werden und zu jeder Zeit die Summe eins ergeben.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des Offsetfehlers (109) von der Sensorabweichung (107) in den Grenzen -1 bis +1 summiert und mit einem applizierbaren angenommenen maximalen Offsetfehler (115) multipliziert und dem NOx-Sensorwert nach SCR abgezogen wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Wert der NOx-Rohemission (108) abhängige Aufteilung in Offsetfehler (109) und Mengenfehler (110) mittels einer hinterlegten Funktion durchgeführt wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn die Sensorabweichungen (107) den angenommenen maximalen Offsetfehler (115) übersteigen, ein Mengenfehler (110) detektiert und der Vorsteuerwert eines NOx-Reglers zur Dosierung des Reagenzmittels angepasst wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelten Offset- und/ oder Mengenfehler (109, 110) gespeichert werden.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Adaption der Sensorabweichungen (107) ausschließlich nur dann durchgeführt wird, wenn bestimmte Freigabebedingen vorliegen, bei denen bestimmte Motorparameter konstant sind oder lediglich in bestimmten Bereichen schwanken oder Änderungen dieser Parameter bestimmte Grenzwerte nicht übersteigen.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Adaption der Sensorabweichungen (107) mittels Auswertung anderer Fehler des Stickoxid-Sensors (80) durchgeführt wird.
  10. Vorrichtung zum Betreiben einer Abgasreinigungsanlage einer Brennkraftmaschine (1), welche in ihrem Abgaskanal (30) mindestens eine katalytisch beschichtete, oxidierende Abgasnachbehandlungskomponente zur Konvertierung und/ oder Speicherung mindestens einer Abgaskomponente eines Abgases der Brennkraftmaschine (1) aufweist, welche als SCR-Katalysator (70) ausgebildet ist, wobei in Strömungsrichtung des Abgases vor dem SCR-Katalysator (70) ein als Reduktionsmittel dienendes Reagenzmittel in den Abgaskanal (30) einbringbar ist, wobei der Reagenzmittelfüllstand im SCR-Katalysator (70) mittels eines NOx-Reglers auf einen vorgegebenen Speichersollwert gesteuert oder geregelt ist und ein Vorsteuerwert aus der Differenz des NOx-Sensorwertes nach SCR (101), welcher mit einem Stickoxid-Sensor (80) nach dem SCR-Katalysator (70) messbar ist, und einem NOx-Modellwert nach SCR (102) bestimmbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass dem NOx-Regler zur Adaption von Sensorabweichungen (107) beim Stickoxid-Sensor (80) eine Adaptionseinheit (52) zugeordnet ist, mit der die Sensorabweichung in einen Offsetfehler (109) und einen Mengenfehler (110) in Abhängigkeit einer NOx-Rohemission (108) separierbar sind, und in der Adaptionseinheit (52) die Funktionalität des Verfahrens gemäß den Ansprüchen 1 bis 9 softwaremäßig implementiert ist.
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