DE102015004063A1

DE102015004063A1 - Anordnung und Verfahren

Info

Publication number: DE102015004063A1
Application number: DE102015004063.4A
Authority: DE
Inventors: Samuel Vogel
Original assignee: MTU Friedrichshafen GmbH
Current assignee: Rolls Royce Solutions GmbH
Priority date: 2015-03-28
Filing date: 2015-03-28
Publication date: 2016-03-10

Abstract

Anordnung (1) mit einer Brennkraftmaschine (3), wobei die Anordnung (1) der Brennkraftmaschine (3) zugeordnet ein Abgasnachbehandlungssystem (11) sowie ein Abgasrückführungsystem (13) aufweist, wobei das Abgasnachbehandlungssystem (11) stickoxidreduzierend wirkt; und wobei das Abgasrückführungssystem (13) zur Abgasrückführung mit verstellbarer Abgasrückführungsrate eingerichtet ist, wobei die Anordnung (1) eingerichtet ist, die Abgasrückführungsrate derart einzustellen, dass eine alterungsbedingt verschlechterte Wirkung des Abgasnachbehandlungssystems (11) im Hinblick auf eine Reduktion von Stickoxiden kompensiert wird. Vorgeschlagen wird auch ein korrespondierendes Verfahren.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 9.
Insbesondere bei Diesel-Brennkraftmaschinen, welche zusammen mit SCR(selektive katalytische Reduktion)- bzw. SDPF(Dieselpartikelfilter mit SCR-Beschichtung)-Abgasreinigungssystemen zur Reduktion von Stickoxiden im Motorabgas verwendet werden, ist beachtlich, dass die SCR-Aktivität alterungsbedingt abnimmt. Dieser Effekt ist gerade bei SDPF-Partikelfiltern besonders ausgeprägt, da dieselben während ihrer Lebensdauer einer Anzahl von Regenerationsprozessen unterzogen werden, welche regelmäßig mit einer deutlichen Temperaturerhöhung einhergehen. Dies führt zu einer beschleunigten Alterung und einer Verminderung der Aktivität der katalytischen, insbesondere SCR-Beschichtung.
Im druckschriftlich nicht belegten Stand der Technik ist es bekannt, die Katalysatoren deshalb größer als mit einem Neuzustand notwendig zu dimensionieren, um ausreichend Alterungsreserven der SCR-(Beschichtungs-)Aktivität über die Lebenszeit vorhalten zu können. Eine solche Lösung geht jedoch nachteilig mit einem erhöhten Bauraumbedarf für den großzügig dimensionierten Katalysator einher.
Daneben ist es auch bekannt, den Motor im Neuzustand so abzustimmen, dass derselbe über seine gesamte Lebenszeit Alterungsreserven im Hinblick auf Rohemissionen vorhält, welche dann aber erst am Ende der Lebenszeit des Motors voll ausgeschöpft werden. In nachteiliger Weise können sich hierbei aber Verbrauchsnachteile über die gesamte Lebensdauer ergeben.
Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung und ein Verfahren vorzuschlagen, welche eine effizientere Stickoxidreduktion über die Lebensdauer ermöglichen.
Diese Aufgabe wird mit einer Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungsformen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen angegeben.
Vorgeschlagen wird erfindungsgemäß eine Anordnung mit einer Brennkraftmaschine, wobei die Anordnung weiterhin ein der Brennkraftmaschine zugeordnetes Abgasnachbehandlungssystem sowie ein ebenfalls der Brennkraftmaschine zugeordnetes Abgasrückführungsystem aufweist.
Die Brennkraftmaschine ist bevorzugt eine Brennkraftmaschine der Dieselbauart (Selbstzünder) bzw. eine Diesel-Brennkraftmaschine, insbesondere ein Großmotor. Die Brennkraftmaschine kann zum Beispiel für ein Kraftfahrzeug wie etwa ein Schiff, eine Lok oder ein Nutzfahrzeug, oder auch für eine stationäre Einrichtung vorgesehen sein, z. B. für ein Blockheizkraftwerk, ein (Not-)Stromaggregat oder auch für Industrieanwendungen. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann die Brennkraftmaschine neben oder alternativ zu der Verwendung mit Dieselkraftstoff z. B. auch für die Verwendung mit Schweröl, oder Bioöl vorgesehen sein.
Das Abgasnachbehandlungssystem ist zur Reduktion der Stickoxide (NOx) im Abgas der Brennkraftmaschine vorgesehen, das heißt das Abgasnachbehandlungssystem wirkt stickoxidreduzierend. Zur Stickoxidreduktion wirkt das Abgasnachbehandlungssystem insbesondere katalytisch und umfasst bevorzugt wenigstens einen Katalysator.
Vorzugsweise umfasst das Abgasnachbehandlungssystem zur Stickoxidreduktion einen Katalysator in Form eines SCR-Katalysators (SCR: selektive katalytische Reduktion), bereitgestellt insbesondere mit einer SCR-Anlage (welche im Rahmen des Abgasnachbehandlungssystems insbesondere auch Reduktionsmittel in das Abgas eindosieren kann).
Der SCR-Katalysator kann – mittels einer katalytischen (SCR-)Beschichtung – an einem (Diesel-)Partikelfilter gebildet sein, das heißt im Rahmen eines SDPF bereitgestellt sein, alternativ z. B. auch eigenständig. Daneben kann das Abgasnachbehandlungssystem (AGN-System) zum Beispiel auch einen (Diesel-)Oxidationskatalysator (DOC) aufweisen, insbesondere dem SCR-Katalysator in Abgasströmungsrichtung vorgeschaltet. Ein solcher Oxidationskatalysator ist z. B. zur NO2-Erzeugung für die Regeneration (Umsetzung von Ruß) des SCR-Katalysators, insbesondere SDPF, sowie zur schnellen SCR-Reaktion vorgesehen.
Das Abgasrückführungssystem der Anordnung ist weiterhin zur Abgasrückführung mit (kontrolliert) verstellbarer Abgasrückführungsrate (AGR-Rate) eingerichtet. Mit der Verstellung der AGR-Rate können die Stickoxid(NOx)-Rohemissionen der Brennkraftmaschine beeinflusst werden. Das Abgasrückführungssystem ist weiterhin bevorzugt auch zur Abgaskühlung des rückgeführten Abgases ausgebildet, welche dazu dient, durch Reduktion der Verbrennungstemperatur Stickoxide innermotorisch zu verringern. Zur Einstellung der Abgasrückführungsrate kann das Abgasrückführungssystem ein Regel- bzw. Rückführventil aufweisen, welches über eine Kontrolleinheit, zum Beispiel ein Steuergerät (ECU) der Brennkraftmaschine, steuerbar ist.
Erfindungsgemäß ist die vorgeschlagene Anordnung nunmehr vorteilhaft eingerichtet, die Abgasrückführungsrate – vorzugsweise bei Betrieb der Brennkraftmaschine – derart einzustellen, insbesondere im Rahmen einer (AGR-)Regelung, dass eine alterungsbedingt verschlechterte Wirkung des Abgasnachbehandlungssystems im Hinblick auf eine Reduktion von Stickoxiden (alterungsbedingte Wirkminderung in der Stickoxidreduktion) kompensiert wird (Alterung kann im hierbei im Sinne von Verschleiß verstanden werden, d. h. zeitlich als auch betriebsbedingt verursacht). Bevorzugt ist die Anordnung hierbei so ausgestaltet, dass die Abgasrückführungsrate im Rahmen der Einstellung der Alterung nachgeführt wird und weiterhin bevorzugt derart, dass eine alterungsabhängige Einstellung der Abgasrückführungrate über die gesamte Lebensdauer der Anordnung bzw. des Abgasnachbehandlungssystems erfolgt.
Mit der Erfindung gelingt es vorteilhaft, die Baugröße von Katalysatoren durch Ausgleich der Alterungseffekte über die Einstellung der Abgasrückführungsrate zu reduzieren. Weiterhin gelingt es mit der erfindungsgemäß gemeinsamen bzw. integrierten Betrachtung von Abgasrückführung und Wirkungsgrad des Abgasnachbehandlungssystems über die Lebensdauer, die Ressourcen im Rahmen der Systemauslegung vorteilhaft effizienter zu nutzen.
Besonders bevorzugt weist das Abgasnachbehandlungssystem – wie oben bereits ausgeführt – wenigstens einen stickoxidreduzierenden Katalysator auf, wobei die Anordnung hierbei vorzugsweise eingerichtet ist, die Abgasrückführungsrate derart einzustellen bzw. zu regeln, dass eine alterungsbedingt verschlechterte stickoxidreduzierende Wirkung des wenigstens einen Katalysators, mithin des Abgasnachbehandlungssystems, kompensiert wird. Hierbei kann die Abgasrückführungsrate im Rahmen der Einstellung der Alterung des Katalysators nachgeführt werden.
In Weiterbildung der Erfindung ist die Anordnung vorzugsweise eingerichtet, zur Kompensation der sich alterungsbedingt (fortlaufend) verschlechternden Stickoxidreduktionswirkung des Abgasnachbehandlungssystems, insbesondere des wenigstens einen Katalysators, die Abgasrückführungsrate mit zunehmender Alterung zu erhöhen (d. h. ebenfalls fortlaufend). Über die Erhöhung der AGR-Rate werden die NOx-Rohemissionen der Brennkraftmaschine bzw. die Stickoxide im Abgas vor dem Abgasnachbehandlungssystem reduziert, so dass einem alterungsbedingt schwindenden Wirkungsgrad des Abgasnachbehandlungssystems im Hinblick auf die Stickoxidreduktionsfähigkeit Rechnung getragen werden kann. Eingestellt wird bevorzugt je eine die Wirkminderung kompensierende AGR-Rate, welche eine Stickoxidmenge im Abgas vor dem Abgasnachbehandlungssystem bewirkt, welche mit der aktuell verbliebenen Stickoxidreduktionsfähigkeit in beabsichtigter Weise, z. B. einen (Emissions-)Grenzwert (noch) einhaltend, durch das Abgasnachbehandlungssystem (noch) reduziert werden kann.
Zur Kompensation bzw. Einstellung der Abgasrückführungsrate wird bevorzugt ein Alterungszustand bzw. eine alterungsgemäße Wirkfähigkeit des Abgasnachbehandlungssystems, insbesondere des wenigstens einen Katalysators (SCR-(bevorzugt SDPF) und/oder des Oxidationskatalysator), bestimmt. Hierzu kann die Anordnung eingerichtet sein, wenigstens eine repräsentative Größe zu ermitteln, insbesondere modellbasiert und/oder durch Messung, welche mit der alterungsgemäßen Wirkfähigkeit in der Stickodxidreduktion in Beziehung steht. Eine solche Größe kann z. B. ein (aktuell möglicher) NOx-Umsatz, insbesondere über dem SDPF, sein, welcher z. B. mittels NOx-Sensoren messbar ist.
Zur Ermittlung der repräsentativen Größe kann z. B. auch ein (Alterungs-)Modell vorgesehen sein, zum Beispiel die Alterung bzw. alterungsabhängige Wirkfähigkeit (z. B. des SDPF) modellierend, wobei eine oder mehrere der folgenden Größen Eingang finden können: Betriebsdauer, Lasthistorie, NOx-Rohemission, O2-Konzentration, H2O-Konzentration, Reduktionsmittel-Menge, NO2-Konzentration.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird weiterhin ein Verfahren zur Ausführung mit einer insbesondere wie oben erörterten Anordnung vorgeschlagen (auf welche Ausführungen somit ergänzend auch für das Verfahren verwiesen wird), wobei mit dem Verfahren die Abgasrückführungsrate derart eingestellt wird, dass eine alterungsbedingt verschlechterte Wirkung des Abgasnachbehandlungssystems im Hinblick auf eine Reduktion von Stickoxiden (alterungsbedingte Wirkminderung in der Stickoxidreduktion) kompensiert wird.
Besonders bevorzugt weist das Abgasnachbehandlungssystem hierbei wiederum wenigstens einen stickoxidreduzierenden Katalysator auf, wobei mit dem Verfahren die Abgasrückführungsrate derart eingestellt bzw. geregelt wird, dass eine alterungsbedingt verschlechterte stickoxidreduzierende Wirkung des wenigstens einen Katalysators, mithin des Abgasnachbehandlungssystems, kompensiert wird. Bevorzugt wird zur Kompensation der alterungsbedingt verschlechterten Stickoxidreduktionswirkung die Abgasrückführungsrate mit zunehmender Alterung erhöht, insbesondere der Alterung nachgeführt, weiterhin insbesondere über die Lebensdauer der Anordnung, s. a. oben zur Anordnung.
Allgemein kann das Verfahren mit der Erfindung – vorteilhaft einfach – bevorzugt in eine AGR-Regelung implementiert werden, welche insbesondere einen (Stickoxid-)Emissionsgrenzwert als konstante Sollgröße aufweist. Mittels der erfindungsgemäßen Einstellung der AGR-Rate in Abhängigkeit des Alterungszustands kann hierbei die Stickoxidemission als Regelgröße vorteilhaft konstant auf den Sollwert geregelt werden.
Zur Durchführung des Verfahrens kann zunächst wiederum eine alterungsgemäße Wirkfähigkeit in der Stickoxidreduktion ermittelt werden (welche insbesondere einer aktuellen Wirkfähigkeit entsprechen kann), insbesondere des Abgasnachbehandlungssystem und weiterhin insbesondere zum Beispiel eines Katalysators desselben, zum Beispiel direkt oder indirekt ermittelt werden. Basierend auf der ermittelten Wirkfähigkeit kann sodann die Abgasrückführungsrate zur Kompensation der Wirkminderung eingestellt werden.
Zur Bestimmung der alterungsgemäßen Wirkfähigkeit wird – wie oben auch für die Anordnung erörtert – bevorzugt wenigstens eine repräsentative Größe ermittelt, z. B. gemessen und/oder modellbasiert ermittelt. Neben der beispielhaft angeführten Ermittlung eines NOx-Umsatzes über dem wenigstens einen Katalysator, insbesondere SDPF, kann die repräsentative Größe z. B. auch durch Ermittlung einer bereits verbrauchten Lebensdauer bestimmt werden, wozu zum Beispiel ein Lebensdauerzähler dienen kann.
Mit dem Verfahren kann weiterhin eine Reduktionsmittelmenge entsprechend der alterungsgemäßen Wirkfähigkeit des Abgasnachbehandlungssystems dosiert werden, so dass auch diesbezüglich die Resourcen effizient nutzbar sind. Mit zunehmender Alterung – des wenigstens einen Katalysators, d. h. verringertem NOx-Umsatz desselben – kann sodann, basierend auf dem erkannten Alterungszustand, eine Reduktionsmittelmenge korrespondierend verringert werden.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnungen, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
1 exemplarisch und schematisch eine Anordung gemäß einer möglichen Ausführungsform der Erfindung.
2 exemplarisch und schematisch eine Anordung gemäß einer weiteren möglichen Ausführungsform der Erfindung.
3a bis c exemplarisch und schematisch ein Diagramm zur näheren Veranschaulichung des Standes der Technik.
4a bis c exemplarisch und schematisch ein Diagramm gemäß 3a bis c zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
5 exemplarisch und schematisch eine Darstellung zur Veranschaulichung eines Modells zur Ermittlung einer repräsentativen Größe für die Alterung.
In der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen entsprechen gleichen Bezugszeichen Elemente gleicher oder vergleichbarer Funktion.
1 und 2 zeigen je exemplarisch und schematisch eine Anordung 1 gemäß der Erfindung.
Die Anordnung 1 umfasst eine Brennkraftmaschine 3, welche als Dieselmotor bereitgestellt ist, insbesondere als Großdieselmotor. Über einen Einlasstrakt 5 kann Brennräumen 7 der Brennkraftmaschine 3 Verbrennungsluft zugefördert werden, über einen Auslasstrakt 9 wird Abgas aus den Brennräumen 7 abgeführt.
Je der Brennkraftmaschine 3 zugeordnet weist die Anordnung 1 weiterhin ein Abgasnachbehandlungssystem 11 sowie ein Abgasrückführungssystem 13 auf.
Das Abgasnachbehandlungssystem 11 ist zur Abgasreinigung bereitgestellt und nimmt einlassseitig das via den Auslasstrakt 9 abgeförderte Abgas auf. Im Abgasnachbehandlungssystem 11 – in Abgasströmungsrichtung Pfeil A – angeordnet sind hierbei ein (Diesel-)Oxidationskatalysator (DOC) 15 sowie eine SCR-Anlage 17, welche mittels einer Reduktionsmittel-Zugabevorrichtung 19 und einem SCR(SCR: selektive katalytische Reduktion)-Katalysator 21 gebildet ist, insbesondere mit einem als SCR-Katalysator wirkenden SCR-beschichteten Partikelfilter (SDPF) 21. Das derart gebildete Abgasnachbehandlungssystem 11 wirkt – via den DOC 15 und den SDPF 21 – stickoxidreduzierend (NOx-reduzierend). Der Oxidationskatalysator 15 ist hierbei dem SDPF 21 zur NO2(Stickstoffdioxid)-Erzeugung vorgeschaltet (für die Rußumsetzung/schnelle SCR-Reaktion am SDPF 21). Auslassseitig mündet der durch das Abgasnachbehandlungssystem 11 geführte Abgasstrang 23 zum Beispiel an die Umwelt aus.
Wie 1 und 2 weiterhin veranschaulichen, weist das Abgasrückführungssystem (AGR-System) 13 eine Abgasrückführungsstrecke 25 auf, welche bereitgestellt ist, um Abgas anteilig der Verbrennungsluft zuzufördern. Zur (kontrollierten) Verstellung der Menge des rückgeführten Abgases, das heißt zur Einstellung einer Abgasrückführungsrate (AGR-Rate), umfasst das Abgasrückführungssystem 13 hierbei ein AGR-Regelventil bzw. Rückführventil 27, welches in der AGR-Strecke 25 angeordnet und insbesondere über eine Kontrolleinheit 29 der Anordnung 1, insbesondere in Form eines Steuergeräts, steuerbar ist. Neben den dargestellten Komponenten kann das Abgasrückführungssystem 11 weiterhin eine Kühlvorrichtung zur Abgaskühlung in der AGR-Strecke 25 aufweisen (nicht dargestellt).
Die Anordnung 1 nach 1 und 2 ist – in die Erfindung kennzeichnender Weise – je eingerichtet, die Abgasrückführungsrate derart einzustellen, dass eine (im Vergleich zum Neuzustand) alterungsbedingt verschlechterte Wirkung des Abgasnachbehandlungssystems 11 im Hinblick auf eine Reduktion von Stickoxiden (NOx) kompensiert wird, d. h. eine alterungsbedingte Verminderung der Stickoxidreduktionsfähigkeit.
Eine derart alterungsbedingt verschlechterte bzw. mit der Alterung zunehmend schlechtere Wirkung des Abgasnachbehandlungssystems 11 kann z. B. daraus resultieren, dass die während des Betriebs der Anordnung 1 erforderlichen (aktiven) Filterregenerationen (am SDPF 21), welche regelmäßig mit höherer Temperatur einhergehen, zu einer Verminderung der Aktivität der SCR-Beschichtung führen. Weiterhin altert auch der DOC 15 analog zum SDPF 21 – thermisch und chemisch – und führt so ebenfalls zur Reduktion des Wirkungsgrades der nachmotorischen NOx-Minderung des Abgasnachbehandlungssystems 11.
Um die – über die Lebensdauer zunehmende – Verschlechterung in der Stickoxidreduktion zu kompensieren, ist die Anordnung 1 im Rahmen der Erfindung insbesondere eingerichtet, mit zunehmender Alterung die Abgasrückführungsrate korrespondierend zu erhöhen. Mit der gesteigerten Abgasrückführungsrate werden die Motor-NOx-Rohemissionen hierbei abgesenkt, und weiterhin im Rahmen der Erfindung bevorzugt in einem Maße, dass das alterungsbedingt vermindert wirksame Abgasnachbehandlungssystem 11 nurmehr zu einer NOx-Reduktion beansprucht wird, welche der verbliebenen Leistungfähigkeit entspricht, d. h. um einen NOx-Emissions-Grenzwert weiterhin einzuhalten. Eine solche Erhöhung der Abgasrückführungsrate kann mit der Anordnung 1 z. B. (direkt) proportional zur Alterung bzw. zur alterungsgemäßen Wirkfähigkeit in der Stickoxidreduktion erfolgen, insbesondere im Rahmen einer kontinuierlichen Regelung bzw. AGR-Regelung. Hierbei wird die Abgasrückführungsrate insbesondere der Alterung nachgeführt.
Für die Einstellung der Abgasrückführungsrate kann mit der Anordnung 1 nach 1 ein NOx-Umsatz (über dem SDPF 21) durch Messung ermittelt werden, welcher NOx-Umsatz als Indikator bzw. als repräsentative Größe für eine Alterung bzw. alterungsgemäße Wirkfähigkeit des SDPF 21 dient. Für die Ermittlung des NOx-Umsatzes weist die Anordnung 1 bzw. das Abgasnachbehandlungssystem 11 nach 1 einen ersten NOx-Sensor 31 stromaufwärts des SDPF 21 und einen zweiten NOx-Sensor 33 stromabwärts des SDPF 21 auf, welche mit der Kontrolleinheit 29 der Anordnung 1 (signalgebend) verbunden sind.
Im Unterschied zu 1 ist die Anordnung nach 2 eingerichtet, die Abgasrückführungsrate zur Kompensation der Wirkverluste des Abgasnachbehandlungssystems 11 – im Hinblick auf eine NOx-Reduktion – über eine repräsentative Größe basierend auf einem (Alterungs-)Modell 35 einzustellen, vgl. 5. NOx-Sensoren können hierbei entfallen (zum Beispiel aber auch für die Herstellung einer Redundanz vorgesehen werden).
Bei der modellbasierten Ermittlung einer repräsentativen Größe nach 2 kann ein maximaler NOx-Umsatz in Abhängigkeit der (aufsummierten) Betriebsdauer der Anordnung 1 bestimmt werden, das heißt mittels eines virtuellen zweiten NOx-Sensors 33. Hierfür kann ein Modell 35 oder Kennfeld herangezogen werden, welches den SDPF 21 in dieser Hinsicht abbildet, zum Beispiel hinterlegt in der Kontrolleinheit 29 der Anordnung 1.
Anhand von 3, den Stand der Technik veranschaulichend, und 4 wird nachfolgend noch näher auf das erfindungsgemäße Verfahren eingegangen, welches mit einer Anordnung 1 nach 1 und 2 ausführbar ist. Ergänzend wird für das Verfahren insoweit auch auf obige Ausführungen verwiesen.
Wie 3a) veranschaulicht, ist es im Stand der Technik vorgesehen, die NOx-Rohemissionen über die Lebensdauer der Anordnung 1 im Wesentlichen konstant zu halten. Demgegenüber fällt jedoch die NOx-Reduktionsfähigkeit mit der Alterung ab 3b). In der Folge ist eine Anordnung 1 gemäß dem Stand der Technik nun entweder darauf ausgelegt, am Lebensdauerende noch die NOx-Emissionsanforderungen zu erfüllen, s. NOx-Limit, so dass Potenzial verschenkt wird, Doppelpfeil B, oder andernfalls – in an sich unzulässiger Weise – den Grenzwert in Bezug auf die NOx-Emissionen nur über einen Teil der gesamten Lebensdauer einhalten zu können, Doppelpfeil C.
Demgegenüber wird bzw. werden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren (wie bei der Anordnung 1) die Abgasrückführungsrate, mithin die NOx-Rohemissionen, vorteilhaft derart eingestellt, insbesondere über die Lebensdauer der Anordnung 1, dass eine alterungsbedingt verschlechterte Wirkung des Abgasnachbehandlungssystems 11, insbesondere des wenigstens einen stickoxidreduzierenden Katalysators 15 bzw. 21, z. B. SDPF 21, im Hinblick auf eine Reduktion von Stickoxiden kompensiert wird, vergleiche 4a und b. In der Folge ist eine Einhaltung eines NOx-Grenzwerts (NOx-Limit; konstante Sollgröße), s. 4c, über die gesamte Lebensdauer ressourcenoptimiert möglich. Angestrebt wird hierbei, die Abgasrückführungsrate mit dem Verfahren der Alterung so nachzuführen, insbesondere im Rahmen einer AGR-Regelung, dass die NOx-Emissionen als Regelgröße stets der Sollgröße entsprechen, wozu mit fortschreitender Alterung die AGR-Rate insbesondere gesteigert wird (Rohemissionen gesenkt, vgl. 4a und 4b).
Zur Durchführung des Verfahrens kann zunächst wiederum die alterungsgemäße Wirkfähigkeit des Abgasnachbehandlungssystems 11 – korrespondierend mit einem Alterungszustand – im Hinblick auf eine Stickoxidreduktion ermittelt werden, zum Beispiel direkt oder indirekt. Die Wirkfähigkeit kann – wie vor – via Ermittlung einer repräsentativen Größe bestimmt werden, z. B. in Form des NOx-Umsatzes über dem SDPF, vgl. oben zu 1, oder in Form des maximalen NOx-Umsatzes, vgl. oben zu 2 oder 5, wobei 5 mögliche Eingangsgrößen eines Modells 35 für die Ermittlung des maximalen NOx-Umsatzes veranschaulicht.
In Abhängigkeit dieser ermittelten, repräsentativen Größe kann nachfolgend die Abgasrückführungsrate bzw. die NOx-Rohemissionen zur Kompensation der Alterungseffekte eingestellt werden, z. B. gemäß einem Sollwert, welcher der ermittelten repräsentativen Größe zugeordnet ist. Ein Sollwert kann in der Kontrolleinheit 29 hinterlegt sein, z. B. in einer Tabelle (look-up table), wobei die Kontrolleinheit 29 weiterhin die Einstellung der Abgasrückführungsrate bzw. der NOx-Rohemissionen basierend auf dem Sollwert vornehmen kann, d. h. durch geeignete Steuerung des Rückführventils 27.
Für einen Soll-Ist-Vergleich im Rahmen einer AGR-Regelung kann – mit einer Anordnung 1 nach z. B. 1 – nachfolgend eine Sensorinformation des (ersten) NOx-Sensors 31 ausgewertet werden (Istwert), mit einer Anordnung 1 nach 2 z. B. ein Kennfeld oder ein Motormodell 37 herangezogen werden (zum Beispiel hinterlegt in der Kontrolleinheit 29), welches die modellbasierte Ermittlung der aktuellen NOx-Rohemission erlaubt, insoweit einen virtuellen ersten NOx-Sensor 31 bildet.
Mit dem Verfahren kann weiterhin vorteilhaft eine Reduktionsmittelmenge im Abgasnachbehandlungssystem 11 dosiert werden, welche mit dem ermittelten Alterungszustand korrespondiert. Nimmt die NOx-Reduktionsfähigkeit des wenigstens einen Katalysators 15 bzw. 21, insbesondere des SDPF bzw. SCR-Katalysators 21, ab, kann entsprechend auch die Reduktionsmittel-Dosiermenge in das Abgas reduziert werden. Somit kann auch eine Emissionsvorgabe im Hinblick auf NH3-Emissionen vorteilhaft einfach – über die Lebensdauer – erfüllt werden. Optional kann mit der Erfindung weiterhin ein NH3-Sensor (NH3: Ammoniak) 39 am Abgasstrang 23 vorgesehen sein, zum Beispiel ebenfalls mit der Kontrolleinheit 29 verbunden. Über den NH3-Sensor 39 kann kontrolliert werden, ob das dem Abgas zudosierte Reduktionsmittel (NH3, z. B. als HWL (HWL: Harnstoff-wässrige-Lösung)) wie vorgesehen sämtlich reagiert hat, das heißt die Zudosiermenge korrekt eingestellt ist.
Bezugszeichenliste

1: Anordnung
3: Brennkraftmaschine
5: Einlasstrakt
7: Brennraum
9: Auslasstrakt
11: Abgasnachbehandlungssystem
13: Abgasrückführung
15: (Diesel-)Oxidationskatalysator
17: SCR-Anlage
19: Reduktionsmittel-Zugabevorrichtung
21: SCR-Katalysator/SDPF
23: Abgasstrang
25: Abgasrückführungsstrecke
27: Rückführventil
29: Kontrolleinheit
31: erster NOx-Sensor
33: zweiter NOx-Sensor
35: Modell
37: weiteres Modell
39: NH3-Sensor

Claims

Anordnung (1) mit einer Brennkraftmaschine (3), wobei die Anordnung (1) der Brennkraftmaschine (3) zugeordnet ein Abgasnachbehandlungssystem (11) sowie ein Abgasrückführungsystem (13) aufweist, wobei – das Abgasnachbehandlungssystem (11) stickoxidreduzierend wirkt; und wobei – das Abgasrückführungssystem (13) zur Abgasrückführung mit verstellbarer Abgasrückführungsrate eingerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass – die Anordnung (1) eingerichtet ist, die Abgasrückführungsrate derart einzustellen, dass eine alterungsbedingt verschlechterte Wirkung des Abgasnachbehandlungssystems (11) im Hinblick auf eine Reduktion von Stickoxiden kompensiert wird.
Anordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – die Anordnung (1) eingerichtet ist, die einzustellende Abgasrückführungsrate mit zunehmender Alterung zu erhöhen.
Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – die Anordnung (1) eingerichtet ist, die einzustellende Abgasrückführungsrate im Rahmen einer Abgasrückführungsregelung einzustellen; und/oder – die Anordnung (1) eingerichtet ist, die einzustellende Abgasrückführungsrate der Alterung nachzuführen.
Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – die Anordnung (1) eingerichtet ist, einen Alterungszustand des Abgasnachbehandlungssystems (11) oder einer Komponente (15, 21) des Abgasnachbehandlungssystems (11) bei der Einstellung der Abgasrückführungsrate zu berücksichtigen.
Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – die Anordnung (1) eingerichtet ist, die Abgasrückführungsrate über die gesamte Lebensdauer des Abgasnachbehandlungssystems (11) kompensierend einzustellen.
Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – die Anordnung (1) eingerichtet ist, zur Einstellung der Abgasrückführungsrate wenigstens eine repräsentative Größe zu ermitteln, insbesondere modellbasiert und/oder durch Messung, welche mit der alterungsgemäßen Wirkfähigkeit in der Stickodxidreduktion in Beziehung steht.
Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – das Abgasnachbehandlungssystem (11) wenigstens einen stickoxidreduzierenden Katalysator (21) aufweist, wobei die Anordnung (1) eingerichtet ist, die Abgasrückführungsrate derart einzustellen, dass eine alterungsbedingt verschlechterte stickoxidreduzierende Wirkung des wenigstens einen Katalysators (21) kompensiert wird.
Anordnung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass – der wenigstens eine Katalysator (21) mit einem SDPF und/oder einem SCR-System im Abgasnachbehandlungssystem (11) bereitgestellt ist.
Verfahren zur Ausführung mit einer Anordnung (1), insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Brennkraftmaschine (3), wobei die Anordnung (1) der Brennkraftmaschine (3) zugeordnet ein Abgasnachbehandlungssystem (11) sowie ein Abgasrückführungsystem (13) aufweist, wobei – das Abgasnachbehandlungssystem (11) stickoxidreduzierend wirkt; und wobei – das Abgasrückführungssystem (13) zur Abgasrückführung mit verstellbarer Abgasrückführungsrate eingerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass – die Abgasrückführungsrate derart eingestellt wird, dass eine alterungsbedingt verschlechterte Wirkung des Abgasnachbehandlungssystems (11) im Hinblick auf eine Reduktion von Stickoxiden kompensiert wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass – zur Einstellung der Abgasrückführungsrate eine repräsentative Größe ermittelt wird, insbesondere modellbasiert und/oder durch Messung, welche mit der alterungsgemäßen Wirkfähigkeit in der Stickodxidreduktion in Beziehung steht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass – mit dem Verfahren eine Reduktionsmittelmenge im Abgasnachbehandlungssystem (11) entsprechend der alterungsgemäßen Wirkfähigkeit in der Stickodxidreduktion dosiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass – zur Ermittlung der alterungsgemäßen Wirkfähigkeit in der Stickodxidreduktion ein Modell (35) verwendet wird, wobei in dem Modell (35) wenigstens eine der Größen berücksichtigt ist: Betriebsdauer, Lasthistorie, NOx-Rohemission, O2-Konzentration, H2O-Konzentration, Reduktionsmittel-Menge, NO2-Konzentration.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass – das Verfahren im Rahmen einer AGR-Regelung ausgeführt wird.