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Die Erfindung betrifft ein Verarbeitungssystem für eine Abgasnachbehandlungsanlage einer Brennkraftmaschine mit einer Verarbeitungseinrichtung, die eine erste und eine zweite Schnittstelle umfasst, wobei die erste Schnittstelle für einen Empfang mehrerer von Sensoren bereitstellbaren Eingangssignale und die zweite Schnittstelle für eine Ausgabe eines von den Eingangssignalen abhängigen Ausgangssignals ausgebildet ist, mit einem in der Verarbeitungseinrichtung ausgebildeten künstlichen neuronalen Netzwerk, das für eine Verarbeitung der an der ersten Schnittstelle bereitstellbaren Eingangssignale zur Ermittlung eines Summenwerts für einen vorgebbaren Abgasbestandteil ausgebildet ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Abgasnachbehandlungsanlage.
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Aus der
DE 102 02 522 A1 ist ein Verfahren zum Diagnostizieren der Speichereigenschaften eines im Abgasweg eines Verbrennungsmotors angeordneten NOX-SCR-Katalysators, in dem während einer Speicherphase NOX aus dem Abgas des Verbrennungsmotors gespeichert wird und in dem während einer Regenerationsphase eine Katalyse des während der Speicherphase gespeicherten NOX durchgeführt wird, bekannt. Hierbei wird während der Speicherphase eine Ist-Speicherdauer ermittelt und wenigstens ein während der Ist-Speicherdauer vorliegender Motorbetriebszustand erfasst sowie eine Referenz-Speicherdauer in Abhängigkeit von dem erfassten Motorbetriebszustand ermittelt. Anschließend wird die Ist-Speicherdauer mit der Referenz-Speicherdauer verglichen. Weiterhin ist vorgesehen, in einem Vorversuch einen funktionalen Zusammenhang zwischen Motorbetriebsparametern und der durch sie determinierten tatsächlichen Ist-Speicherdauer eines bestimmten Typs eines NOX-SCR-Katalysators zu ermitteln und im späteren Betrieb des NOX-SCR-Katalysators dessen aktuelle Ist-Speicherdauer durch Messung der aktuellen Motorbetriebsparameter unter Zugrundelegung des vorab empirisch ermittelten funktionalen Zusammenhangs zu bestimmen. Zudem ist vorgesehen, die so bestimmte Ist-Speicherdauer mit einer in Vorversuchen ermittelten abgasnormkonformen Referenz-Speicherdauer eines nicht gealterten NOX-SCR-Katalysators zu vergleichen, um entscheiden zu können, ob der im Kraftfahrzeug tatsächlich eingesetzte NOX-SCR-Katalysator innerhalb tolerierbarer Grenzen noch abgasnormkonform arbeitet, oder ob er gegen einen neuen NOX-SCR-Katalysator auszutauschen ist.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Verarbeitungssystem und ein Verfahren zum Betreiben einer Abgasnachbehandlungsanlage bereitzustellen, die eine verbesserte Abgasnachbehandlung ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung für ein Verarbeitungssystem der eingangs genannten Art mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Hierbei ist vorgesehen, dass die Verarbeitungseinrichtung zusätzlich für eine Ermittlung eines Untermengenanteils für den Summenwert sowie für eine Verknüpfung des Summenwerts mit dem Untermengenanteil ausgebildet ist, um daraus das Ausgangssignal zu ermitteln. Mit Hilfe des Untermengenanteils, bei dem es sich um eine Teilmenge des vom Summenwert umfassten Abgasbestandteils handelt, kann eine präzisere Regelung der Abgasnachbehandlung durchgeführt werden. Beispielsweise kann sich der Untermengenanteil je nach Belastungssituation der Brennkraftmaschine verändern und damit zu einer Veränderung der Abgaszusammensetzung führen, ohne dass sich diese Veränderung im Summenwert für den jeweiligen Abgasbestandteil niederschlagen muss. Dadurch liefert der Summenwert allein noch kein für eine effektive Abgasnachbehandlung eindeutiges Ergebnis. Auch die alleinige Kenntnis über den Untermengenanteil ist nicht ausreichend, um verglichen mit der bereits bekannten Auswertung des Summenwerts eine Verbesserung der Nachbehandlung des Abgases im Hinblick auf den vorgebbaren Abgasbestandteil sicherzustellen. Erst durch die erfindungsgemäße Kombination des Summenwerts mit dem Untermengenanteil wird ein Informationsgewinn gegenüber der alleinigen Verwertung des Summenwerts erzielt, wodurch eine verbesserte Abgasnachbehandlung ermöglicht wird. Dabei werden erfindungsgemäß der Untermengenanteil und der Summenwert, vorzugsweise parallel und damit zeitgleich oder alternativ sequentiell, mit Hilfe des neuronalen Netzwerks in der Verarbeitungseinrichtung ermittelt. Somit können die zusätzlichen Informationen über die Abgaszusammensetzung sehr kostengünstig gewonnen werden, da vorzugsweise auf zusätzliche Sensoren verzichtet werden kann.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Zweckmäßig ist es, wenn ein Additivdosiersystem mit der Verarbeitungseinrichtung gekoppelt ist, das für die Bereitstellung eines Additivs an die Abgasnachbehandlungsanlage in Abhängigkeit vom Ausgangssignal der Verarbeitungseinrichtung ausgebildet ist. Das Additivdosiersystem ist zur Bereitstellung eines Additivs in den Abgasstrom ausgebildet, wobei das Additiv insbesondere als Reaktionspartner und/oder als Katalysator und/oder als Energielieferant für chemische Reaktionen im Abgasstrom dient. Dabei wird angestrebt, nur genau diejenige Menge an Additiv in den Abgasstrom zuzuführen, die für einen stabilen Ablauf der gewünschten chemischen Reaktionen im Abgasstrom notwendig ist. Eine Überdosierung des Additivs ist aus Kostengründen und gegebenenfalls aufgrund der dadurch eintretenden Verschlechterung der Abgaszusammensetzung ebensowenig erwünscht wie eine Unterdosierung des Additivs, die zu einer mangelhaften Abgasnachbehandlung führen kann. Durch die Kopplung der Verarbeitungseinrichtung mit dem Additivdosiersystem und die Bereitstellung des Ausgangssignals, das vom Summenwert sowie vom Untermengenanteil beeinflusst wird, an das Additivdosiersystem kann somit eine optimierte Abgabe des Additivs in den Abgasstrom sichergestellt werden.
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Vorzugsweise ist wenigstens ein Sensor als physikalisch-elektrischer Messwertwandler ausgebildet. Bei dem Sensor handelt es sich insbesondere um eine Komponente, die für die Ausgabe eines elektrischen Signals, insbesondere einer Spannung oder eines Stroms oder eines Digitalsignals, in Abhängigkeit von einer zu ermittelnden physikalischen Größe ausgebildet ist. Dabei wird das elektrische Signal vorzugsweise unmittelbar vom Sensor beeinflusst, beispielsweise durch eine Beaufschlagung einer, insbesondere elektrochemischen, Messzelle mit einer elektrischen Spannung und Abtastung des durch die Messzelle fließenden Stroms. Dabei wird der ermittelte Strom als Signal für die Verarbeitungseinrichtung eingesetzt.
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Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass wenigstens ein Sensor als Berechnungsmodell, insbesondere als neuronales Netzwerk, ausgebildet ist und für die Verarbeitung von Signalen wenigstens eines physikalisch-elektrischen Messwertwandlers und/oder einer Steuerungseinrichtung für die Brennkraftmaschine ausgebildet ist. Ein derartiger Sensor kann beispielsweise für die Verknüpfung mehrerer Eingangssignale von physikalisch-elektrischen Messwertwandlern und/oder Steuerungssignalen einer Steuerungseinrichtung, insbesondere einer Motorsteuerung, ausgebildet sein. Hierdurch können insbesondere unmittelbar messbare physikalische Größen wie insbesondere eine Motordrehzahl der Brennkraftmaschine, ein Saugrohrdruck im Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine, eine Temperatur im Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine, eine Abgastemperatur der Brennkraftmaschine, einem Lambdawert im Abgas der Brennkraftmaschine, mit typischerweise nur mittelbar zugänglichen physikalischen Größen wie beispielsweise einer von der Steuerungseinrichtung vorgebbaren Kraftstoffeinspritzmenge für die Brennkraftmaschine verknüpft werden, um einen Messwert zu ermitteln, der seinerseits unter Anderem als Eingangssignal für die Verarbeitungseinrichtung genutzt wird und dort mit weiteren Eingangssignalen zu einem oder mehreren Ausgangssignalen verknüpft werden kann. Vorzugsweise umfasst ein derartiges Berechnungsmodell ein künstliches neuronales Netzwerk, in dem die Eingangssignale mehrerer Sensoren aufgrund eines impliziten Lernvorgangs datentechnisch verwirklichter Neuronen in ein Ausgangssignal überführt werden.
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Bevorzugt ist zwischen die Sensoren und das neuronale Netzwerk der Verarbeitungseinrichtung eine Prüfeinrichtung eingeschleift, die für eine Prüfung und/oder Korrektur von Sensorsignalen und/oder zur Ausgabe von Fehlermeldungen an die Verarbeitungseinrichtung ausgebildet ist. Die Prüfeinrichtung überprüft die eintreffenden Signale der Sensoren auf Plausibilität, beispielsweise durch Vergleich mit vorgebbaren Intervallgrenzen für die jeweiligen Signale und/oder durch Vergleich mit anderen Signalen, die in einer gleichen oder ähnlichen Korrelation zu Betriebszuständen der Brennkraftmaschine stehen wie das zu prüfende Signal. Die Prüfeinrichtung kann derart ausgebildet sein, dass sie bei Überschreiten einer vorgebbaren Abweichung zwischen dem eintreffenden Signal und dem für den vorliegenden Betriebszustand zu erwartenden Signal ein vorgebbares Ersatzsignal an die Verarbeitungseinrichtung bereitstellt und/oder eine Fehlermeldung an die Verarbeitungseinrichtung ausgibt. Ergänzend oder alternativ kann für ein Signal, das von einem als Sensor dienenden Berechnungsmodell bereitgestellt wird, mit Hilfe des Berechnungsmodells ein Fehlerwert ermittelt werden, der an die Prüfeinrichtung übermittelt wird, um bei Überschreiten einer vorgebbaren Fehlerwertschwelle ein Ersatzsignal und/oder eine Fehlermeldung an die Verarbeitungseinrichtung zu übermitteln.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist dem neuronalen Netzwerk der Verarbeitungseinrichtung eine Korrektureinrichtung nachgeordnet, die für eine Anpassung des Ausgangssignals anhand eines in der Korrektureinrichtung abgelegten Korrekturmodells, insbesondere eines Alterungsmodells für die Brennkraftmaschine und/oder für die Abgasnachbehandlungsanlage, ausgebildet ist. Da sich die Eigenschaften der Komponenten eines Antriebsaggregats für ein Kraftfahrzeug, insbesondere der Brennkraftmaschine und/oder der Abgasnachbehandlungsanlage mit fortdauernder Nutzung verändern, kann anhand des Alterungsmodells der Korrektureinrichtung die Regelung für die Abgasnachbehandlung unter Berücksichtigung dieser Alterungsvorgänge noch effektiver durchgeführt werden. Zu diesem Zweck werden die altersbedingten Veränderungen des Antriebsaggregats, insbesondere der Komponenten der Brennkraftmaschine und/oder der Abgasnachbehandlungsanlage durch das Alterungsmodell nachvollzogen. Bei dem Alterungsmodell kann es sich um ein einfaches, ausschließlich zeitabhängiges Modell oder um ein komplexes, von den wechselnden Betriebszuständen der Brennkraftmaschine und des nachgeschalteten Abgasnachbehandlungssystems abhängiges Modell zur Korrektur des Ausgangssignals handeln.
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Zweckmäßig ist es, wenn die Verarbeitungseinrichtung zur Ermittlung von NOx als Summenwert und von NO oder NO2 als Untermengenanteil ausgebildet ist. Stickoxide, also insbesondere NO und NO2, können durch die mittlerweile weit verbreiteten Abgaskatalysatoren nur unzureichend aus dem Abgas entfernt werden. Um eine Reduzierung des Stickoxidanteils im Abgas zu erreichen, können SCR-Katalysatoren eingesetzt werden, die eine selektive katalytische Reaktion der Stickoxide ermöglichen. Für die katalytische Funktion derartiger SCR-Katalysatoren ist vorzusehen, zeitweilig eine wässrige Harnstofflösung in den Abgasstrom einzuspritzen, um eine Hydrolysereaktion hervorzurufen, durch die Ammoniak (NH3) und Kohlendioxid (CO2) erzeugt werden, wobei der Ammoniak zeitweilig im SCR-Katalysator eingelagert werden kann. Innerhalb des SCR-Katalysators werden die im Abgasstrom enthaltenen Stickoxide (NOx) mit Hilfe des Ammoniaks zu Stickstoff (N2) und Wasser (H2O) reduziert. Um stets eine ausreichende Beladung des SCR-Katalysators mit Ammoniak sicherzustellen, ohne dass es zu einer Übersättigung des SCR-Katalysators kommt, ist eine exakte Dosierung der Harnstoffeinspritzung erforderlich. Diese Dosierung kann durch die kombinierte Einbeziehung des Summenwerts (hier also NOx) und des Untermengenanteils (hier also NO2 oder NO) exakter durchgeführt werden, als dies bei einer Berücksichtigung nur des Summenwerts der Fall wäre.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Verarbeitungseinrichtung mit einem, insbesondere einem einzigen, NOx-Sensor verbunden ist, der benachbart, insbesondere stromab, zu einem SCR-Katalysator in der Abgasnachbehandlungsanlage angeordnet ist. Der NOx-Sensor stellt ein elektrisches Signal zur Verfügung, das den Anteil von NOx im Abgas repräsentiert und das der Verarbeitungseinrichtung als Signal zur Verfügung gestellt wird. Da ein NOx-Sensor als Verschleissteil einen erheblichen Kostenfaktor für eine Abgasnachbehandlungsanlage darstellt, ist es vorteilhaft, wenn das Verarbeitungssystem für die Abgasnachbehandlungsanlage möglichst nur genau einen NOx-Sensor umfasst, der insbesondere stromab des SCR-Katalysators angeordnet ist.
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Die Aufgabe der Erfindung wird gemäß einem zweiten Aspekt durch ein Verfahren zum Betreiben einer Abgasnachbehandlungsanlage gelöst. Hierbei ist vorgesehen, dass eine Verarbeitungseinrichtung Eingangssignale mehrerer Sensoren empfängt und mittels eines künstlichen neuronalen Netzwerks verarbeitet, um einen Summenwert für einen vorgebbaren Abgasbestandteil und einen Untermengenanteil des Summenwerts zu erhalten und durch Verknüpfung des Untermengenanteils und des Summenwerts ein Ausgangssignal zu ermitteln, wobei der Untermengenanteil einer Untermenge aus dem Summenwert des vorgebbaren Abgasbestandteils entspricht.
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Bei einer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass das Ausgangssignal der Verarbeitungseinrichtung und/oder der Summenwert und/oder der Untermengenanteil als Eingangsgröße für eine Motorsteuerung der Brennkraftmaschine eingesetzt wird, die eine Kraftstoffeinspritzmenge für die Brennkraftmaschine ermittelt. Hierdurch kann eine zusätzliche Anpassung der Zusammensetzung des Abgasstroms in der Abgasnachbehandlungsanlage erreicht werden. Beispielsweise können das für den jeweiligen Betriebszustand der Brennkraftmaschine von der Motorsteuerung vorzugebende und anhand der Kraftstoffeinspritzmenge beeinflussbare Kraftstoff-Luftgemisch und der daraus resultierende Abgasstrom durch die Abgasnachbehandlungsanlage zusätzlich zu den üblichen Parametern wie Drehzahl, Temperatur, Last und Luftmasse auch im Hinblick auf die Dosierstrategie für das Additiv optimiert werden.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Korrekturwert für den vom künstlichen neuronalen Netzwerk ermittelten Summenwert und/oder Untermengenanteil des vorgebbaren Abgasbestandteils durch Vergleich mit einem gemessenen Wert eines Sensors für den vorgebbaren Abgasbestanteil ermittelt wird. Hierdurch kann eine Anpassung des vom künstlichen neuronalen Netzwerk ermittelten Summenwerts und/oder Untermengenanteils an die realen Gegebenheiten im Abgasstrom vorgenommen werden, wie sie vom Abgassensor, der vorzugsweise stromab des SCR-Katalysators angeordnet ist, gemessen werden. Besonders bevorzugt ist das Verfahren derart ausgestaltet, dass der Vergleich zwischen dem vom künstlichen neuronalen Netzwerk ermittelten Summenwert und/oder Untermengenanteil des vorgebbaren Abgasbestandteils mit dem gemessenen Wert eines Sensors für den vorgebbaren Abgasbestanteil nach einer Regeneration der Abgasnachbehandlungsanlage, insbesondere eines in der Abgasnachbehandlungsanlage integrierten Dieselpartikelfilters vorgenommen wird. Eine solche Regeneration kann beispielsweise durch Erhöhung der Kraftstoffeinspritzmenge erreicht werden, wodurch die Abgastemperatur erhöht wird und die gewünschte Regeneration stattfindet. Als Nebeneffekt wird hierdurch beispielsweise der gesamte im SCR-Katalysator gespeicherte Ammoniak verbraucht und der SCR-Katalysator befindet sich bezüglich seiner NOx-Beladung in der Sättigung. Somit entspricht zumindest für einen kurzen Zeitraum beispielhaft der vom künstlichen neuronalen Netz werkt errechnete NOx-Summenwert dem vom Abgassensor gemessenen Anteil von NOx am Abgasstrom. Sofern diese Entsprechung nicht gegeben ist, kann sie durch Berechnung eines entsprechenden Korrekturfaktors rechnerisch herbeigeführt werden und wird beispielsweise bis zur nächsten Regenerationsphase beibehalten. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Dabei zeigt:
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1 eine schematische Darstellung eines Antriebsaggregats, das eine Brennkraftmaschine mit nachgeschalteter Abgasnachbehandlungsanlage und ein Verarbeitungssystem für die Abgasnachbehandlungsanlage umfasst sowie
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2 eine schematische Darstellung einer Verarbeitungseinrichtung des Verarbeitungssystems für die Abgasnachbehandlungsanlage.
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Ein Antriebsaggregat 1, das exemplarisch in einem nicht näher dargestellten Kraftfahrzeug oder in einem Blockheizkraftwerk mit Kraft-Wärme-Kopplung verbaut werden kann, umfasst als wesentliche Komponenten eine beispielsweise als Kolbenmotor ausgebildete Brennkraftmaschine 2 und eine der Brennkraftmaschine 2 nachgeschaltete Abgasnachbehandlungsanlage 3. Die Abgasnachbehandlungsanlage 3 ist exemplarisch für eine Reduzierung der Schadstoffemissionen und für eine Reduzierung der Schallemissionen der Brennkraftmaschine 2 ausgebildet.
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Die Abgasnachbehandlungsanlage 3 umfasst beispielhaft ein an den einzelnen Auslässen der Brennkraftmaschine 2 angeschlossenes Abgassammelrohr 4, dem ein Abgasturbolader 5 zur Nutzung der kinetischen Energie des Abgases nachgeschaltet ist. Stromab des Abgasturboladers 5 ist beispielhaft ein Dieseloxidationskatalysator 6 angeordnet, der für eine katalytische Umwandlung von Abgasbestandteilen ausgebildet ist und der gegebenenfalls mit einem nicht näher dargestellten Dieselpartikelfilter kombiniert ist. An den Dieseloxidationskatalysator 6 schließt sich ein SCR-Katalysator 7 für eine selektive katalytische Reaktion von Abgasbestandteilen an, der seinerseits mit einem Endschalldämpfer 8 verbunden ist. An einem ersten Rohrabschnitt 15 ist ein Dosierventil 10 angebracht, das über eine nicht bezeichnete Rohrleitung mit einem Speichertank 11 verbunden ist und das eine Dosierung eines im Speichertank 11 aufgenommenen Additivs in das den Rohrabschnitt 15 durchströmende Abgas ermöglicht. Das Dosierventil 10 ist über eine erste Signalleitung 17 mit einer Verarbeitungseinrichtung 12 verbunden. An einem zweiten Rohrabschnitt 16 ist ein vorzugsweise als NOx-Sensor ausgebildeter Abgassensor 9 angebracht, der über eine Signalleitung 18 mit der Verarbeitungseinrichtung 12 verbunden ist.
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Die Verarbeitungseinrichtung 12 bildet zusammen mit dem Abgassensor 9 und dem Dosierventil 10 ein Verarbeitungssystem für die Abgasnachbehandlung, das vorliegend exemplarisch für die Reduzierung von Stickoxiden im Abgasstrom ausgebildet ist, der ausgehend von der Brennkraftmaschine 2 die Abgasnachbehandlungsanlage 3 durchströmt. In der Brennkraftmaschine 2 findet eine Durchmischung angesaugter Luft mit Kraftstoff, insbesondere Dieselkraftstoff, sowie eine Verdichtung und Zündung des Luft-Kraftstoffgemischs statt. Die dabei freigesetzte Energie wird beispielsweise als kinetische Energie an nicht dargestellte Antriebsräder des Antriebsaggregats 1 oder an einen elektrischen Generator abgegeben. Der dabei entstehende Abgasstrom strömt von der Brennkraftmaschine 2 durch das Abgassammelrohr 4, den Abgasturbolader 5, den Dieseloxidationskatalysator 6, den SCR-Katalysator 7 und den Endschalldämpfer 8 und wird dann in die Umgebung abgegeben.
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Um möglichst geringe Schadstoffkonzentrationen in dem Abgas zu gewährleisten, das in die Umgebung abgegeben wird, findet im Dieseloxidationskatalysator 6 eine Reduktion der Konzentrationen von Kohlenmonoxid und von Kohlenwasserstoffen statt. In dem gegebenenfalls dem Dieseloxidationskatalysator zugeordneten Dieselpartikelfilter werden die Rußpartikel im Abgasstrom zumindest weitestgehend, insbesondere zumindest nahezu vollständig aus dem Abgasstrom entfernt. Im SCR-Katalysator 7, der für eine selektive katalytische Reaktion ausgebildet ist, findet mit Hilfe von Ammoniak eine Reduktion der Konzentration der NOx-Bestandteile des Abgasstroms statt. Hierfür ist stromauf des SCR-Katalysators eine Zudosierung eines Additivs, insbesondere wässriger Harnstofflösung, in den Abgasstrom vorgesehen. Die Harnstofflösung wird im Abgasstrom aufgrund der hohen Temperaturen und der vorliegenden Abgasbestandteile hydrolisiert, wodurch es zur Bildung von Ammoniak und Kohlendioxid kommt. Die Konzentration des Ammoniak im Abgasstrom sollte idealerweise derart bemessen sein, dass eine maximale Reduktion der NOx-Abgasbestandteile, insbesondere von NO und NO2, im SCR-Katalysator 7 stattfindet, ohne dass jedoch eine Übersättigung des SCR-Katalysators 7 mit Ammoniak stattfindet, durch die eine unerwünschte bzw. unzulässige Abgabe von Ammoniak in die Umgebung erfolgen würde. Dabei ist zu berücksichtigen, dass für eine Reduktion von NO2 mehr Ammoniak zur Verfügung gestellt werden muss, als dies für eine Reduktion von NO der Fall ist.
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Für eine bedarfsgerechte Dosierung des Additivs aus dem Speichertank 11 über das Dosierventil 10 in den Abgasstrom ist die Verarbeitungseinrichtung 12 vorgesehen, die exemplarisch mit einer Vielzahl von Sensoren 9, 19, 20, 21 verbunden ist. Bei der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung ist die Verarbeitungseinrichtung 12 zusätzlich mit einer Motorsteuerung 22 verbunden, die ihrerseits beispielhaft mit den Sensoren 9, 19, 20, 21 verbunden ist. Bei den Sensoren 19, 20, 21 handelt es sich exemplarisch um einen Drehzahlsensor 19, einen am Ansaugstrakt der Brennkraftmaschine 2 angeordneten Luftmassensensor 20 und einen am Abgassammelrohr 4 angeordneten Abgastemperatursensor 21. Die Verarbeitungseinrichtung 12 verarbeitet die Signale dieser physikalisch-elektrischen Messwertwandler in einem schematisch in der 2 näher dargestellten künstlichen neuronalen Netzwerk, um daraus Ausgangssignale zu erzeugen, die für die Ansteuerung des Dosierventils 10 eingesetzt werden.
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Durch die vorliegend vorgesehene, für die Funktion der Verarbeitungseinrichtung 12 nicht zwingend notwendige Kopplung mit der Motorsteuerung 22 können zusätzlich oder alternativ auch Signale von Berechnungsmodellen, beispielsweise eines Berechnungsmodells zur Ermittlung einer Kraftstoffeinspritzmenge für eine Einspritzanlage, an die Verarbeitungseinrichtung 12 bereitgestellt werden. Derartige Berechnungsmodelle, die ihrerseits auch als künstliche neuronale Netzwerke ausgebildet sein können, werden von der Motorsteuerung 22 zur Verarbeitung von Sensorsignalen, beispielsweise der Sensoren 9, 19, 20, 21 eingesetzt.
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In der 2 ist die Verarbeitungseinrichtung 12 schematisch dargestellt. Die Verarbeitungseinrichtung 12 umfasst mehrere, nachstehend näher beschriebene Funktionsblöcke. Die Funktionsblöcke können gegebenenfalls mit einer physikalischen Realisierung als elektronische Bauteile übereinstimmen, eine abweichende hardwareseitige Aufbauweise, bei der Funktionsblöcke miteinander kombiniert sind oder teilweise in unterschiedlichen Bauelementen realisiert sind, kann ebenfalls vorgesehen werden.
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Beim ersten Funktionsblock handelt es sich um eine Eingangsschnittstelle 30, an der die elektrischen, analogen oder digitalen, Signale von Sensoren, insbesondere von physikalisch-elektrischen Messwertwandlern und/oder von Sensoren auf Basis von Berechnungsmodellen in die Verarbeitungseinrichtung 12 eingespeist werden können. Exemplarisch ist zu jeder Signalleitung 31 eine parallel verlaufende Fehlerleitung 32 vorgesehen, über die ein Fehlersignal des angeschlossenen Sensors in die Verarbeitungseinrichtung 12 eingespeist werden kann. Bei einer nicht dargestellten Ausführungsform des Verarbeitungssystems werden die Signale der Sensoren digital in die Verarbeitungseinrichtung eingespeist, so dass auf die Fehlerleitung verzichtet werden kann, da die Fehlermeldung im digitalen Protokoll mit übertragen werden kann.
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Ein zweiter Funktionsblock ist als Prüfeinrichtung 33 ausgebildet, in der eine Fehlererkennung und Fehlerbewertung der eingespeisten Signale der Sensoren und der gegebenenfalls eingespeisten Fehlersignale vorgenommen wird.
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Beispielsweise kann ein analoges Signal eines Sensors, zu dem kein Fehlersignal vorliegt, durch Vergleich mit einem vorgebbaren Intervall und/oder durch Vergleich mit anderen Signalen auf seine Plausibilität überprüft werden. Sofern das Signal des Sensors von der Prüfeinrichtung 33 als plausibel bewertet wird, weil es beispielsweise innerhalb eines vorgebbaren Intervalls liegt, kann es an den dritten Funktionsblock, bei dem es sich um ein künstliches neuronales Netzwerk 34 handelt, weitergeleitet und dort verarbeitet werden.
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Bei einem digitalen Signal eines Sensors, das insbesondere aus einem Berechnungsmodell hervorgeht, kann je nach Ausprägung des Berechnungsmodells ein Fehlersignal an die Verarbeitungseinrichtung 12 bereitgestellt werden, das in der Prüfeinrichtung 33 verarbeitet wird. Sofern das Fehlersignal innerhalb eines vorgebbaren Intervalls liegt und somit plausibel ist, wird das digitale Signal des Sensors an das künstliche neuronale Netzwerk 34 weitergeleitet und dort verarbeitet.
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Wird das Signal des Sensors als nicht plausibel bewertet oder liegt das Fehlersignal außerhalb des vorgebbaren Intervalls, so wird über eine Fehlersignalleitung 35 an einen als Kontrolleinrichtung 36 ausgebildeten Funktionsblock weitergleitet. Die Kontrolleinrichtung 36 kann derart ausgebildet sein, dass sie bei Vorliegen eines oder mehrerer Fehlersignale die Ausgabe vorgebbarer Ersatzwerte durch den nachgeschalteten Funktionsblock 37 bewirkt. Diese Ersatzwerte werden an ein Berechnungsmodell 40 für die Additivdosierung weitergeleitet und dort im Fehlerfall anstelle des vom künstlichen neuronalen Netzwerk ermittelten Summenwerts und des Untermengenanteils verarbeitet. Ein Ausgangssignal des Berechnungsmodells 40 wird über eine Ausgangsschnittstelle 44 an das in 2 nicht dargestellte Dosierventil bereitgestellt.
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Im künstlichen neuronalen Netzwerk 34 wird auf Basis der Eingangssignale, also der Signale der Sensoren, die an die Eingangsschnittstelle 30 angeschlossen sind und deren Signale von der Prüfeinrichtung 33 als plausibel qualifiziert wurden, der Summenwert für einen vorgebbaren Abgasbestandteil ermittelt. Zeitlich parallel oder in wechselweiser sequentieller Abfolge hierzu ermittelt das künstliche neuronale Netzwerk 34 den Untermengenanteil für eine Teilkomponente desjenigen vorgebbaren Abgasbestandteils, für den auch der Summenwert ermittelt wird.
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Exemplarisch ist das künstliche neuronale Netzwerk 34 für die Ausgabe einer Stickoxidkonzentration NOx [ppm] im Abgasstrom ausgebildet und ermittelt zusätzlich die Konzentration von Stickoxid NO [ppm] oder NO2 [ppm] im Abgasstrom. Das künstliche neuronale Netzwerk 34 wurde vor der Nutzung zur Ermittlung des Summenwerts und des Untermengenanteils durch Einspeisung definierter, von unterschiedlichen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine abhängiger Signale der Sensoren und durch Einspeisung von Messwerten für die gesuchten Größen, vorliegend also NOx und NO oder NOx und NO2, bei den unterschiedlichen Betriebszuständen trainiert. Damit kann das künstliche neuronale Netzwerk 34 nach Durchführung dieses Trainings allein anhand der Signale der Sensoren, die nicht als NOx-Sensor, als NO-Sensor oder als NO2-Sensor ausgebildet sind, den NOx-Gehalt und den NO-Gehalt bzw. den NO2-Gehalt im Abgasstrom ermitteln.
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Der Summenwert und der Untermengenanteil werden vom künstliche neuronalen Netzwerk 34 in einen als Korrektureinrichtung 41 ausgebildeten Funktionsblock eingespeist, in dem eine Korrektur des Summenwerts und/oder des Untermengenanteils vorgenommen werden kann. Eine solche Korrektur ist beispielsweise zur Anpassung des Summenwerts und/oder des Untermengenanteils an sich verändernde äußere Umstände, insbesondere durch Alterung der Brennkraftmaschine und/oder der Komponenten der Abgasnachbehandlungsanlage, erforderlich. Für eine Berücksichtigung derartiger Veränderungen sind exemplarisch zwei als Motoralterungsmodell 42 und als Abgasnachbehandlungsanlagenalterungsmodell 43 ausgebildete Funktionsblöcke vorgesehen, die in nicht dargestellter Weise Signale von Sensoren zur Ermittlung des Alterungszustandes der Brennkraftmaschine und der Abgasnachbehandlungsanlage verarbeiten und die daraus resultierenden Alterungskoeffizienten an die Korrektureinrichtung 41 weitergeben. In der Korrektureinrichtung 41 wird exemplarisch aus dem Summenwert und dem Untermengenanteil ein Verhältnis dieser beiden Werte und/oder eine Differenz der beiden Werte zur Bestimmung eines weiteren Untermengenanteils errechnet.
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Entsprechend der in 1 dargestellten Ausführungsform ist in der Abgasnachbehandlungsanlage 3 ein als NOx-Sensor ausgebildeter Abgassensor 9 vorgesehen, dessen Signal ebenfalls von der in 2 dargestellten Verarbeitungseinrichtung 12 berücksichtigt wird. Mit Hilfe des Signals des Abgassensors 9 kann eine Plausibilitätsüberprüfung des vom künstlichen neuronalen Netzwerk 34 ermittelten und in der Korrektureinrichtung 41 korrigierten Summenwerts und/oder Untermengenanteils vorgenommen werden. Hierzu wird insbesondere nach einer Regenerationsphase für einen dem Dieseloxidationskatalysator 6 zugeordneten, nicht näher dargestellten Dieselpartikelfilter, innerhalb derer durch vermehrte Kraftstoffzufuhr eine Temperpaturerhöhung für den Abgasstrom erreicht wird und durch die sichergestellt wird, dass der SCR-Katalysator einerseits frei von eingelagertem Ammoniak und andererseits bezüglich seiner NOx-Beladung in der Sättigung ist, ein Vergleich zwischen dem vom künstlichen neuronalen Netzwerk 34 ermittelten Summenwert, der die NOx-Konzentration im Abgas vor dem SCR-Katalysator 7 repräsentiert, und dem vom Abgassensor 9 stromab des SCR-Katalysators 7 gemessenen NOx-Wert vorgenommen. Innerhalb eines kurzen, gut bestimmbaren Zeitraums sollte der ermittelte NOx-Wert vor dem SCR-Katalysator 7 dem gemessenen NOx-Wert nach dem SCR-Katalysator 7 entsprechen, dieser Vergleich wird von einem als Statussensor 45 ausgebildeten Funktionsblock ausgelöst. Dazu ist der Statussensor 45 mit der in 1 dargestellten Motorsteuerung 22 verbunden und erhält von dieser das Signal über die Durchführung der Regeneration. Bei Vorliegen eines entsprechenden Regernationssignals im Statussensor 45 wird der Vergleich des vom Abgassensor 9 gemessenen Summenwerts mit dem im künstlichen neuronalen Netzwerk 34 ermittelten Summenwert in einem als Vergleicher 46 ausgebildeten Funktionsblock vorgenommen.
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Sofern der Vergleicher 46 ermittelt, dass die beiden Summenwerte innerhalb eines vorgebbaren Toleranzbands liegen, muss keine zusätzliche Korrektur des Summenwerts und/oder des Untermengenanteils erfolgen. Sofern eine Abweichung zwischen dem ermittelten und dem gemessenen Summenwert vorliegt, kann mi Vergleicher 46 die Differenz zwischen den beiden Summenwerten zur Bildung eines Korrekturkoeffizienten herangezogen werden, der anschließend der Korrektureinrichtung 41 bis zur nächsten Regenerationsphase zur Korrektur des Summenwerts und/oder des Untermengenanteils bereitgestellt wird.
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Sofern keine Ausgabe von Ersatzwerten erforderlich ist, werden der Summenwert und/oder der Untermengenanteil und/oder ein aus diesen Werten berechneter und gegebenenfalls korrigierter Wert, vorliegend exemplarisch die Werte NOx, NO, NO2 und das Verhältnis von NO/NOx oder von NO2/NOx, beispielhaft durch X/Y bezeichnet, an das Berechnungsmodell 40 für die Additivdosierung weitergeleitet, dessen Ausgangssignal über eine Ausgangsschnittstelle 44 an das in 2 nicht dargestellte Dosierventil geht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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