DE102015004940A1

DE102015004940A1 - Anordnung und Verfahren

Info

Publication number: DE102015004940A1
Application number: DE102015004940.2A
Authority: DE
Inventors: Raphael-David Leopold; Klaus Rusch
Original assignee: MTU Friedrichshafen GmbH
Current assignee: Rolls Royce Solutions GmbH
Priority date: 2015-04-17
Filing date: 2015-04-17
Publication date: 2015-10-22

Abstract

Anordnung (1), umfassend eine Brennkraftmaschine (3) mit einem Abgasnachbehandlungssystem (5), welches einen Oxidationskatalysator (7) aufweist; wobei die Anordnung (1) eingerichtet ist, in Abhängigkeit einer NO2-Behandlungsfähigkeit des Abgasnachbehandlungssystems (5) eine HC-Konzentration im Abgas vor dem Oxidationskatalysator (7) einzustellen.

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.
Im Stand der Technik ist es hinlänglich bekannt, zur Erfüllung von Emissionsanforderungen, wie z. B. TIER 4, Abgasnachbehandlungsvorrichtungen zu nutzen. Insbesondere mit Dieselbrennkraftmaschinen, z. B. im Genset-Bereich, können Abgasnachbehandlungsvorrichtungen vorgesehen sein, bei welchen ein (Diesel-)Oxidationskatalysator (DOC) einem SCR-System (SCR: Selektive katalytische Reduktion) vorgeschaltet ist, um dessen Effizienz zu steigern.
Problematisch mit solchen Anordnungen aus Brennkraftmaschine und Abgasnachbehandlungssystem ist oftmals, dass Betriebssituationen, z. B. Warmlaufphasen der Brennkraftmaschine, auftreten können, in welchen die Reduktionsfähigkeit des Abgasnachbehandlungssystems nicht hinreicht, das im Abgas vorhandene NO2 in gewünschter Weise zu reduzieren (sei es zu Stickstoffmittels SCR oder zu NO durch Ruß in einem Dieselpartikelfilter (DPF)). Mit Bezug auf eine Warmlaufphase kann z. B. der Fall auftreten, dass die SCR-Anlage aufgrund zu geringer Temperatur, z. B. kleiner 250°C, noch keine Zudosierung von Reduktionsmittel erlaubt, der der SCR-Anlage vorgeschaltete DOC jedoch bereits NO zu NO2 konvertiert. In der Folge führt dies zu erhöhten NO2-Emissionen, die sich als gelber Rauch bemerkbar machen, einhergehend mit schädlichen Einflüssen von NO2 auf Mensch und Umwelt als auch einer erheblichen Geruchsbelästigung.
Ausgehend hiervon liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Anordnung sowie ein Verfahren anzugeben, welche vorstehende Probleme zu vermeiden helfen.
Diese Aufgabe wird mit einer Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie 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, umfassend eine Brennkraftmaschine mit einem Abgasnachbehandlungssystem, welches einen Oxidationskatalysator 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 der Anordnung ist bevorzugt mehrgliedrig bzw. mehrstufig aufgebaut und kann neben dem Oxidationskatalysator, welcher insbesondere als Diesel-Oxidationskatalysator (DOC) und weiterhin insbesondere als erste (Behandlungs-)Stufe im Abgasnachbehandlungssystem bereitgestellt ist, eine zweite (Behandlungs-)Stufe mit einer Anzahl weiterer Komponenten umfassen (wobei die zweite Stufe der ersten Stufe insbesondere auch nachgeordnet ist).
Zum Beispiel und bevorzugt ist im Abgasnachbehandlungssystem, insbesondere im Rahmen einer zweiten (Behandlungs-)Stufe, eine SCR-Anlage (SCR: Selektive katalytische Reduktion) vorgesehen. Die SCR-Anlage kann auf übliche Weise einen SCR-Katalysator und eine Vorrichtung zum Einbringen von Reduktionsmittel, insbesondere NH3 (Ammoniak), z. B. als HWL (Harnstoff-Wässrige-Lösung; AdBlue^®), in das Abgas aufweisen. Weiterhin kann das Abgasnachbehandlungssystem, insbesondere die zweite Stufe, z. B. einen (Diesel-)Partikelfilter (DPF) umfassen. Der Partikelfilter kann eigenständig gebildet sein oder als Teil einer SCR-Anlage, z. B. können DPF und SCR-Anlage im Rahmen eines SDPF zusammengeführt sein, d. h. der SCR-Katalysator ist als katalytische Beschichtung auf einem Partikelfilter aufgebracht.
Mit der Erfindung wird insbesondere eine Anordnung vorgeschlagen, bei welcher der Oxidationskatalysator im Abgasstrang bzw. im Abgasnachbehandlungssystem dem Abgastrakt der Brennräume der Brennkraftmaschine nachgeordnet ist. In dieser Hinsicht bildet der Oxidationskatalysator insoweit vorzugsweise das erste (funktionale) Glied im Abgasnachbehandlungssystem. Stromabwärts des Abgasnachbehandlungssystems bzw. der zweiten Stufe kann der Abgasstrang weiterhin einen Abgasauslass (der Anordnung) aufweisen.
In die Erfindung kennzeichnender Weise ist die vorgeschlagene Anordnung nunmehr eingerichtet, in Abhängigkeit einer (aktuellen) NO2-Behandlungsfähigkeit, insbesondere einer (aktuellen) NO2-Reduktionsfähigkeit, des Abgasnachbehandlungssystems, insbesondere der zweiten (Behandlungs-)Stufe, eine HC-Konzentration (HC: unverbrannte Kohlenwasserstoffe) im Abgas vor dem Oxidationskatalysator einzustellen. Mittels der erfindungsgemäßen Einstellung der HC-Konzentration im Abgas vor dem Oxidationskatalysator wird eine Einstellung einer NO-NO2-Konversionsrate (NO: Stickstoffmonoxid; NO2: Stickstoffdioxid) des Oxidationskatalysators bzw. der ersten Stufe bewirkt, welche Einstellung im Rahmen der Erfindung insbesondere ensprechend der (aktuellen) Fähigkeit des Abgasnachbehandlungssystems (insbesondere der zweiten Stufe) zur NO2-Behandlung, insbesondere zur NO2-Reduktion, erfolgt.
Mit der Erfindung kann somit in Situationen, in welchen NO2 durch das Abgasnachbehandlungssystem, insbesondere die zweite Stufe, (aktuell) nicht hinreichend reduziert werden kann, z. B. durch die SCR-Anlage und/oder den Partikelfilter, wirksam vermieden werden, dass NO2 überhaupt entsteht bzw. gebildet wird, insbesondere in der ersten Stufe, mithin im Rahmen von Emissionen freigesetzt wird. Beachtlich ist in diesem Zusammenhang das Wirkprinzip, dass mit der erfindungsgemäßen Einstellung der HC-Konzentration vor dem Oxidationskatalysator beeinflusst wird a) wie viele HC-Moleküle nachfolgend im Oxidationskatalysator mittels Sauerstoff zu CO2 umgesetzt werden und b) somit die NO zu NO2-Konversionsrate des Oxidationskatalysators beeinflusst wird, da diese von der Anzahl der Umsetzungsreaktionen nach a) abhängt, i. e. je mehr HC im Oxidationskatalysator reagiert, desto weniger NO kann im Oxidationskatalysator zu NO2 reagieren.
Im Rahmen der Erfindung ist die Anordnung insbesondere eingerichtet, dann, wenn die NO2-Behandlungsfähigkeit des Abgasnachbehandlungssystems, insbesondere der zweiten Stufe, nicht oder nur vermindert gegeben ist, eine HC-Konzentration im Abgas vor dem Oxidationskatalysator bzw. der ersten Stufe einzustellen, welche geeignet ist, eine Reaktion von NO zu NO2 am Oxidationskatalysator zu hemmen (die NO zu NO2-Konversionsfähigkeit des Oxidationskatalysators zu reduzieren). Eine solche HC-Konzentration ist insbesondere eine erhöhte HC-Konzentration. Vorteilhaft kann mit einer derartigen Anordnung zum Beispiel vermieden werden, dass in einer Warmlaufphase, in welcher mindertemperaturbedingt zum Beispiel noch keine Reduktionsmitteleindüsung via die SCR-Anlage erfolgt (mithin im Wesentlichen auch keine NO2-Reduktion), NO am Oxidationskatalysator zu NO2 reagiert und nachfolgend der SCR-Anlage zugeführt wird. Mit einer derartigen Anordnung kann die eingestellte, die NO zu NO2-Reaktion hemmende HC-Konzentration mit Erreichen einer vorbestimmten Temperatur dann im Rahmen der erfindungsgemäßen Einstellung auch wieder reduziert werden.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist weiterhin vorgesehen, dass die Anordnung eingerichtet ist, die Einstellung der HC-Konzentration basierend auf wenigstens einer Größe, insbesondere wenigstens einer ermittelten Größe, vorzunehmen, durch welche die (aktuelle) NO2-Behandlungsfähigkeit des Abgasnachbehandlungssystems ausgedrückt wird. Die Größe repräsentiert insoweit die NO2-Behandlungsfähigkeit des Abgasnachbehandlungssystems bzw. steht mit der NO2-Behandlungsfähigkeit (direkt) in Beziehung. Mithin ist die Anordnung hierbei insbesondere eingerichtet, in Abhängigkeit der (ermittelten) Größe, welche die (aktuelle) NO2-Behandlungsfähigkeit des Abgasnachbehandlungssystems repräsentiert bzw. ausdrückt, eine HC-Konzentration im Abgas vor dem Oxidationskatalysator einzustellen.
Zum Beispiel und bevorzugt kann als Größe eine Temperatur am Abgasstrang bzw. am Abgasnachbehandlungssystem erfasst werden, zum Beispiel nach dem Oxidationskatalysator oder an der SCR-Anlage. Die ermittelte Temperatur, z. B. erfasst über einen Sensor, spiegelt hierbei die NO2-Behandlungsfähigkeit des Abgasnachbehandlungssystems, insbesondere der zweiten Stufe, wider, welche mit der vorherrschenden Temperatur variiert. Alternativ oder in Kombination kann die wenigstens eine repräsentative Größe z. B. auch modellbasiert ermittelt sein.
Ein derartiges Modell kann zum Beispiel eine Alterung von Komponenten des Abgasnachbehandlungssystems abbilden, wobei sich die Abgasreinigungseigenschaften mit der Alterung bzw. über die Zeit ändern. Zum Beispiel kann auch vorgesehen werden, als eine repräsentative Größe einen Abgasmassenstrom zu ermitteln, insbesondere zu berechnen, weiterhin bevorzugt neben einer ermittelten Temperatur, um darauf basierend die Einstellung der HC-Konzentration vorzunehmen.
Vorgeschlagen wird in Weiterbildung der Erfindung auch, im Rahmen der Einstellung der HC-Konzentration eine aktuelle NO-NO2-Konversionsfähigkeit des Oxidationskatalysators zu berücksichtigen. Die aktuelle NO-NO2-Konversionsfähigkeit kann hierbei ebenfalls durch Messung und/oder modellbasiert ermittelt werden. Z. B. kann die NO-NO2-Konversionsfähigkeit basierend auf einer Temperatur, einer Abgasmasse oder auch unter Berücksichtigung von Alterungseffekten mit Bezug auf den Oxidationskatalysator ermittelt werden.
Für die NO2-behandlungsfähigkeitskonforme Einstellung der HC-Konzentration im Abgas vor dem Oxidationskatalysator kann die Anordnung eine Kontrolleinrichtung aufweisen, welche zum Beispiel mittels eines oder mehrerer Steuergeräte implementiert ist, z. B. einem Motorsteuergerät, und insbesondere die wenigstens eine ermittelte repräsentative Größe zur Einstellung der HC-Konzentration heranzieht und/oder eine Information betreffend die aktuelle NO-NO2-Behandlungsfähigkeit. Die Kontrolleinrichtung kann hierbei eingerichtet sein, zur Einstellung der HC-Konzentration innermotorische oder auch außermotorische Maßnahmen vorzusehen.
Zum einen kann vorgesehen sein, dass die Kontrolleinrichtung bzw. die Anordnung die Einstellung der HC-Konzentration brennkraftbetriebsmäßig bewirkt, zum Beispiel eine Konzentrationserhöhung mittels Nacheinspritzung (Kraftstoff) ermöglicht, weiterhin zum Beispiel eine Einstellung durch Änderung der Steuerzeiten wie zum Beispiel Spätverstellung, z. B. durch AGR-Verstellung oder dergleichen. Außermotorisch kann zum Beispiel vorgesehen sein, HC im Abgasstrang vor dem Oxidationskatalysator verdampfen zu lassen, zum Beispiel über ein Ventil einzudüsen. Innermotorische und außermotorische Maßnahmen können dabei selbstverständlich auch kombiniert werden.
Mit der Erfindung wird weiterhin auch ein Verfahren zur Ausführung mit einer Brennkraftmaschine mit einem Abgasnachbehandlungssystem, welches einen Oxidationskatalysator (insbesondere als erste (Behandlungs-)Stufe) aufweist, vorgeschlagen, wobei in einem ersten Schritt eine NO2-Behandlungsfähigkeit des Abgasnachbehandlungssystems, insbesondere der zweiten Behandlungsstufe, ermittelt wird, und wobei in einem zweiten Schritt basierend auf der ermittelten NO2-Behandlungsfähigkeit eine HC-Konzentration im Abgas vor dem Oxidationskatalysator eingestellt wird.
Mit dem Verfahren, im Rahmen dessen ergänzend auf die vorstehend zur Anordnung ergangenen Ausführungen und Merkmale verwiesen wird, welche auch für das Verfahren gelten können, wird im zweiten Schritt bevorzugt eine HC-Konzentration im Abgas dann erhöht, falls ermittelt wurde, dass die (aktuelle) NO2-Behandlungsfähigkeit des Abgasnachbehandlungssystems (insbesondere der zweiten (Behandlungs-)Stufe), z. B. gerade im Hinblick auf eine dem Oxidationskatalysator nachgeordnete SCR-Anlage, eine (vorbestimmte) Grenze bzw. Grenzfähigkeit unterschreitet. Zur Verfahrenssteuerung kann vorstehend erörterte Kontrolleinrichtung dienen, welche hierzu geeignete Steuerroutinen aufweisen kann. Das Verfahren kann kontinuierlich durchgeführt werden, d. h. den Betrieb der Brennkraftmaschine begleitend, insbesondere im Rahmen einer Regelung, alternativ oder zusätzlich diskret oder anlassbezogen, zum Beispiel lediglich mit einer Warmlaufphase der Brennkraftmaschine bzw. des Abgasnachbehandlungssystems.
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 Anordnung gemäß einer möglichen Ausführungsform der Erfindung.
2 exemplarisch und schematisch eine Ansicht der Anordnung, welche auf einen Betriebszustand fokussiert ist, in welchem die NO2-Behandlungsfähigkeit gegeben ist.
3 exemplarisch und schematisch eine Ansicht einer Anordnung gemäß dem Stand der Technik, welche auf einen Betriebszustand fokussiert ist, in welchem die NO2-Behandlungsfähigkeit nicht gegeben ist.
4 exemplarisch und schematisch eine Ansicht der erfindungsgemäßen Anordnung, welche auf einen Betriebszustand fokussiert ist, in welchem die HC-Konzentration bei nicht gegebener NO2-Behandlungsfähigkeit gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung höher eingestellt ist.
5 exemplarisch und schematisch ein Diagramm, das erfindungsgemäße Verfahren gemäß einer möglichen Ausführungsform der Erfindung näher veranschaulichend.
6 exemplarisch und schematisch ein Diagramm eine HC-Regelung gemäß einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung veranschaulichend.
In der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen entsprechen gleichen Bezugszeichen Elemente gleicher oder vergleichbarer Funktion.
1 zeigt exemplarisch und schematisch eine erfindungsgemäße Anordnung 1, welche eine Brennkraftmaschine (BKM) 3 mit einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung bzw. einem Abgasnachbehandlungssystem 5 aufweist, wobei das Abgasnachbehandlungssystem 5 – als erste Behandlungsstufe – einen Oxidationskatalysator 7 umfasst. Die Brennkraftmaschine 3 ist insbesondere als Dieselmotor bzw. Großdieselmotor bereitgestellt, der Oxidationskatalysator 7 insoweit als Dieseloxidationskatalysator (DOC).
Das Abgasnachbehandlungssystem 5 ist in einem der Brennkraftmaschine 3 zugeordneten Abgasstrang 9 angeordnet, welcher seitens der Brennkraftmaschine 3 anströmbar, d. h. den Brennräumen (nicht dargestellt) der Brennkraftmaschine 3 – in Abgasströmungsrichtung – nachgeordnet ist. Der Abgasstrang 9 kann z. B. über einen einlassseitigen Abgaskrümmer mit der Brennkraftmaschine 3 verbunden sein.
Bei der gezeigten Ausgestaltung der Anordnung 1 nach 1 bildet der Oxidationskatalysator 7 (wie bereits erwähnt) die erste Stufe bzw. funktionale Einheit des Abgasnachbehandlungssystems 5, welches Abgasnachbehandlungssystem 5 – auf übliche Weise – zur Abgasreinigung vorgesehen ist, insbesondere zur chemischen bzw. katalytischen Abgasreinigung. Der Oxidationskatalysator 7 kann weiterhin eine katalytische Beschichtung aufweisen und zu einer Abgastemperaturerhöhung eingerichtet sein.
Wie 1 weiter veranschaulicht, weist die Abgasnachbehandlungsvorrichtung 5 vorliegend – als zweite (Behandlungs-)Stufe – weiterhin eine SCR-Anlage 11 (SCR: selektive katalytische Reduktion) auf, welche mittels eines SCR-Katalysators 11a und einer Reduktionsmittel-Zugabevorrichtung 11b (zur Einbringung von Reduktionsmittel in den Abgasstrang 9) gebildet ist. Die SCR-Anlage 11 bzw. die zweite Stufe ist dem Oxidationskatalysator 7 bzw. der ersten Stufe im Rahmen des Abgasnachbehandlungssystems 5 ersichtlich nachgeordnet, bildet insoweit eine zweite funktionale Einheit zur Abgasbehandlung.
Als Reduktionsmittel zur Verwendung mit der SCR-Anlage 11 bzw. der Zugabevorrichtung 11b ist insbesondere NH3 (Ammoniak) vorgesehen, vorzugsweise bereitgestellt in Form von HWL (Harnstoff-wässrige-Lösung). Abströmseitig bzw. stromabwärts des Abgasnachbehandlungssystems 5 (bzw. der zweiten Stufe) mündet der über das Abgasnachbehandlungssystem 5 geführte Abgasstrang 9 an die Umwelt aus, d. h. stromabwärts der SCR-Anlage 11.
Die Anordnung 1 umfasst weiterhin eine Kontrolleinrichtung 13, welche mit der Brennkraftmaschine 3 wirkverbunden ist, z. B. in Form wenigstens eines Steuergeräts. An einen Eingang 15 der Kontrolleinrichtung 13 wird eine Größe T bzw. Messgröße geführt, welche über einen Sensor 17, insbesondere einen Temperatursensor, der Anordnung 1 aufgenommen bzw. ermittelt wird, d. h. als Temperatursignal. Die Messgröße T wird bevorzugt am Oxidationskatalysator 7 erfasst, alternativ z. B. an der SCR-Anlage 11 oder allgemein am Abgasnachbehandlungssystem 5 aufgenommen. Die ermittelte Größe T stellt im Rahmen der Erfindung eine Größe dar, welche mit der NO2-Behandlungsfähigkeit unmittelbar in Beziehung steht bzw. dieselbe repräsentiert.
Die derart ausgestaltete Anordnung 1 ist erfindungsgemäß eingerichtet, in Abhängigkeit der (aktuellen) NO2-Behandlungsfähigkeit (NO2: Stickstoffdioxid) – repräsentiert durch die ermittelte Größe T- bzw. (aktuellen) NO2-Reduktionsfähigkeit des Abgasnachbehandlungssystems 5, insbesondere der zweiten Stufe, eine Konzentration unverbrannter Kohlenwasserstoffe bzw. eine HC-Konzentration (HC: Kohlenwasserstoffe) im Abgas vor dem Oxidationskatalysator 7 bzw. der ersten Stufe einzustellen (wobei die entsprechende Position im Abgasstrang 9 durch Bz. 19 näher veranschaulicht ist).
Über die Einstellung der HC-Konzentration im Abgas vor dem Oxidationskatalysator 7 wird hierbei erfindungsgemäß die (aktuelle) Konversionsrate des Oxidationskatalysators 7 im Hinblick auf eine Umsetzung von NO zu NO2 gezielt beeinflusst, das heißt korrespondierend mit der (aktuellen) NO2-Reduktionsfähigkeit (NO2-Behandlungsfähigkeit) des Abgasnachbehandlungssystems 5 bzw. der wenigstens einen ermittelten Größe T, vorliegend insbesondere der zweiten Stufe bzw. SCR-Anlage 11.
Anhand der 2 bis 4 wird ein bevorzugter Anwendungsfall der Erfindung nachfolgend exemplarisch näher erläutert. Dargestellt sind hierbei lediglich die Anordnungskomponenten Brennkraftmaschine 3 sowie das Abgasnachbehandlungssystem 5 mit Oxidationskatalysator 7 (erste Stufe) und SCR-Anlage 11 (zweite Stufe) im Abgasstrang 9.
2 zeigt hierbei eine Reaktionskette mit einer Anordnung 1 der in Rede stehenden Art, wie diese sich im regulären Betrieb darstellen soll (Betriebstemperatur herrscht vor).
Die Effizienz der SCR-Anlage 11 steigernd ist der Oxidationskatalysator 7 nach dem Dieselmotor 3 und vor der SCR-Anlage 11 im Abgasstrang 9 angeordnet bzw. verbaut, wobei der Oxidationskatalysator 7 das Verhältnis von NO zu NO2 zu Gunsten einer besseren Reduktion in der SCR-Anlage 11 (mittels NH3) ändert. Derart lassen sich vorteilhaft verringerte Stickoxidemissionen am Abgasauslass 21 darstellen.
3 zeigt nunmehr eine Reaktionskette gemäß dem Stand der Technik, wie sich diese im Rahmen einer Warmlaufphase darstellt, d. h. wenn die SCR-Anlage 11 noch nicht funktionsfähig ist.
Um einen einwandfreien Betrieb der SCR-Anlage 11 zu gewährleisten, wird Reduktionsmittel bzw. NH3 erst dann über die SCR-Anlage 11 an das Abgas zudosiert, wenn eine vorbestimmte Minimaltemperatur erreicht ist, zum Beispiel 250°. Während der Warmlaufphase, das heißt vorrangig während der ersten Minuten des Motorstarts, findet folglich keine Zudosierung von Reduktionsmittel bzw. NH3 statt. Während dieser Zeit bzw. Warmlaufzeit konvertiert der Oxidationskatalysator 7 jedoch bereits NO zu NO2. Aufgrund der bislang noch unzureichenden NO2-Behandlungsfähigkeit der SCR-Anlage 11 kann dies NO2 im Stand der Technik aber nicht hinreichend reduziert werden, so dass erhöhte NO2-Emissionen freigesetzt werden, resultierend zum Beispiel in gelbem Rauch am Abgasauslass 21.
4 veranschaulicht nunmehr die Reaktionskette, wie diese sich mit der erfindungsgemäßen Anordnung 1 bzw. dem erfindungsgemäßen Verfahren analog zur Situation nach 3 vorteilhaft verbessert darstellen lässt.
Basierend auf der ermittelten repräsentativen Größe T, d. h. dem erfassten Temperatursignal, erkennt die Anordnung 1 bzw. Kontrolleinrichtung 13 zunächst, dass Mindertemperatur am Abgasnachbehandlungssystem 5, insbesondere der SCR-Anlage 11, vorherrscht, mithin die NO2-Behandlungsfähigkeit des Abgasnachbehandlungssystems 5, insbesondere der SCR-Anlage 11, nicht oder nur vermindert gegeben ist. In der Folge stellt die Anordnung 1 eine erhöhte HC-Konzentration via die Kontrolleinrichtung 13 im Abgas vor dem Oxidationskatalysator 7 ein, Bz. 19 (z. B. bewirkt mittels veränderter Einspritzung, welche die HC-Rohemissionen steigert), so dass die Reaktion von NO zu NO2 am Oxidationskatalysator 7 gehemmt ist (die NO zu NO2-Konversionsrate des Oxidationskatalysators 7 wird insoweit reduziert). Nunmehr in erhöhter Konzentration vorhandenes HC reagiert stattdessen im Oxidationskatalysator 7 zu CO2 mittels Sauerstoff, so dass entsprechend weniger NO zu NO2 reagieren kann. In der Folge sinken die NO2-Emissionen vorteilhaft in beabsichtigter Weise.
Sobald die Betriebstemperatur erreicht ist, d. h. die volle NO2-Behandlungsfähigkeit hergestellt ist, kann die Kontrolleinrichtung 13 die erhöhte HC-Dosierung zurücknehmen, d. h. im Rahmen einer (Neu-)Einstellung. Zielwerte für die jeweilige HC-Einstellung (insbesondere in Abhängigkeit der wenigstens einen repräsentativen Größe T) können hierbei in einer Tabelle (look-up-table) oder anderweit hinterlegt sein, auf welche die Kontrolleinrichtung 13 Zugriff hat.
5 zeigt ein Schaubild, welches das erfindungsgemäße Verfahren in einer einfachen Ausgestaltung noch näher darstellt.
Bei dem Verfahren zur Ausführung mit der Anordnung 1, wird in einem ersten Schritt eine NO2-Behandlungsfähigkeit (NO2-Reduktionsfähigkeit) des Abgasnachbehandlungssystems 5 ermittelt, Bz. 23, bevorzugt durch Aufnehmen bzw. Erfassen der wenigstens einen (repräsentativen) Größe T.
In einem zweiten Schritt kann die ermittelte NO2-Behandlungsfähigkeit, repräsentiert durch die Größe T, nunmehr einem Soll-Ist-Vergleich 25 unterzogen werden, z. B. einem Schwellwertvergleich der Größe T, wobei hierauf folgend in dem zweiten Schritt nun die Einstellung der HC-Konzentration vorgenommen wird, d. h. in Abhängigkeit der (aktuellen) NO2-Behandlungsfähigkeit, Bz. 27 bzw. 29. Wurde im Rahmen des Vergleichs erkannt, dass die NO2-Behandlungsfähigkeit aktuell nicht hinreichend gegeben ist, z. B. T < Grenze, wird die HC-Konzentration im Abgas vor dem Oxidationskatalysator 7 im Rahmen der Einstellung in dem zweiten Schritt erhöht, Bz. 27, d. h. auf einen ersten Zielwert eingestellt. Der erste Zielwert für die Einstellung der höheren HC-Konzentration kann hierfür z. B. o. a. Tabelle entnommen werden.
Ergibt sich aus dem Vergleich 25 hingegen, dass die vorbestimmte Grenze im Hinblick auf die NO2-Behandlungsfähigkeit zumindest erreicht oder gar überschritten ist, z. B. T ≥ Grenze, kann die HC-Konzentration im zweiten Schritt auf einen zweiten Zielwert eingestellt werden, Bz. 29, welcher z. B. einem regulären Betriebszustand der Anordnung 1 entspricht, insbesondere mit erreichter Betriebstemperatur. Auch hierfür kann ein Zielwert z. B. einer Tabelle entnommen werden. Das Verfahren kann mit Erreichen des zweiten Zielwerts sodann beendet oder z. B. erneut durchgeführt werden, z. B. im Rahmen einer kontinuierlichen HC-Regelung.
6 zeigt exemplarisch ein Schaubild einer weiteren bevorzugten Ausführungsform einer Anordnung 1, bei welcher die HC-Einstellung im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einer modellgestützten HC-Regelung implementiert ist.
Bei der Anordnung 1 nach 6 umfasst die erste Stufe im Abgasnachbehandlungssystem 5 wiederum einen Oxidationskatalysator 7, die zweite Stufe weiterhin einen SCR-Katalysator 11 sowie einen (Diesel-)Partikelfilter (DPF), insbesondere zusammengeführt in einer die zweite Stufe bildenden SDPF-Anlage.
Bei der Ausgestaltung nach 6 wird für die jeweilige, verfahrensgemäße Einstellung einer HC-Konzentration im ersten Schritt zunächst ein (Abgas-)NO2-Istwert – insbesondere als eine repräsentative Größe – bestimmt. Der Istwert kann hierbei über einen Sensor 31, z. B. nach der zweiten Stufe, und/oder modellbasiert ermittelt werden, Bz. 33. Mit der Ausgestaltung nach 6 ist bevorzugt vorgesehen, ein DPF-Modell als auch ein SCR-Modell zu nutzen, wobei im Rahmen des DPF-Modells eine Rußbeladung (z. B. rechnerisch ermittelt), eine Temperatur als auch eine Abgasmasse berücksichtigt werden kann, im Rahmen eines SCR-Modells vorzugsweise eine Temperatur, ein NH3-Angebot, eine NH3-Beladung (z. B. rechnerisch ermittelt) oder z. B. eine Katalysatoralterung.
Basierend auf dem ermittelten NO2-Istwert und einem vorgegebenen NO2-Sollwert (z. B. einzuhaltender Emissionsgrenzwert, Bz. 35) wird nachfolgend eine HC-Vorgabe 37 für die Einstellung der HC-Konzentration ermittelt, welche hierbei vorteilhaft weiterhin einen Zustand des Oxidationskatalysators 7 berücksichtigt, insbesondere dessen aktuelle NO-NO2-Konversionsfähigkeit. Zur Ermittlung der HC-Vorgabe 37 kann wiederum ein Modell vorgesehen werden, insbesondere ein DOC-Modell. Im Rahmen eines solchen Modells kann eine Temperatur, eine Abgasmasse und z. B. eine Alterung des Oxidationskatalysators 7 berücksichtigt sein.
Die HC-Vorgabe 37 kann nunmehr zur Einstellung der HC-Konzentration im Abgas vor dem Oxidationskatalysator 7 verwendet werden, d. h. im zweiten Schritt, z. B. durch Änderung der Einspritzzeiten, wobei mit der vorgeschlagenen Anordnung 1 nach 6 die Einstellung gemäß der aktuellen NO2-Behandlungsfähigkeit ersichtlich sowohl in Abhängigkeit der aktuellen NO2-Reduktionsfähigkeit der SCR-Anlage 11 als auch eines aktuellen, russbasierten NO2-Bedarfs des Partikelfilters als auch der aktuellen NO-NO2-Konversionsfähigkeit des Oxidationskatalysators 7 erfolgt. Vorteilhaft wird hierdurch eine hochgenaue HC-Regelung ermöglicht.
Die Verfahrenssteuerung einschließlich der Ermittlung der HC-Vorgabe 37 kann hierbei wiederum durch wenigstens eine Kontrolleinrichtung 13 erfolgen, z. B. durch ein Brennkraftmaschinen-Steuergerät, in welchem weiterhin bevorzugt auch ein jeweiliges Modell hinterlegt sein kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann vorteilhaft mittels Code implementiert werden, welcher an einem Computerprogrammprodukt, z. B. auf einem Datenträger wie etwa einem Speicherbaustein, oder einer Disk, gespeichert ist, insbesondere verwendbar mit der Kontrolleinrichtung 13.
Abschließend betrachtet gelingt es mit der Erfindung, die NO2-Bildung in Situationen, in denen NO2 im Abgasnachbehandlungssystem 5 ansonsten nicht hinreichend reduziert werden könnte, wirksam zu unterdrücken. Mitumfasst sind hierbei auch Anordnungen 1 mit Partikelfilter, bei welchen derartige Situationen bislang daraus resultieren konnten, dass NO2 nicht durch Oxidation von Particulate Matter (PM) am Partikelfilter oder anderen Bauteilen reduziert werden kann.
Bezugszeichenliste

1: Anordnung
3: Brennkraftmaschine
5: Abgasnachbehandlungssystem
7: Oxidationskatalysator
9: Abgasstrang
11: SCR-Anlage
11a: SCR-Katalysator
11b: Reduktionsmittel-Zugabevorrichtung
13: Kontrolleinrichtung
15: Eingang
17: Sensor
19: Position
21: Abgasauslass
23: NO2-Behandlungsfähigkeit ermitteln
25: Vergleich
27: Einstellung (höher)
29: Einstellung
31: Sensor
33: NO2-Istwert ermitteln
35: NO2-Sollwert
37: HC-Vorgabe
T: Größe

Claims

Anordnung (1), umfassend eine Bremskraftmaschine (3) mit einem Abgasnachbehandlungssystem (5), welches einen Oxidationskatalysator (7) aufweist; dadurch gekennzeichnet, dass – die Anordnung (1) eingerichtet ist, in Abhängigkeit einer NO2-Behandlungsfähigkeit des Abgasnachbehandlungssystems (5) eine HC-Konzentration im Abgas vor dem Oxidationskatalysator (7) einzustellen.
Anordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – die Anordnung (1) eingerichtet ist, die HC-Konzentration in Abhängigkeit wenigstens einer Größe (T) einzustellen, welche mit der NO2-Behandlungsfähigkeit des Abgasnachbehandlungssystems (5) in Beziehung steht bzw. diese repräsentiert.
Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – die Anordnung (1) eingerichtet ist, korrespondierend mit einer verminderten oder nicht gegebenen NO2-Behandlungsfähigkeit des Abgasnachbehandlungssystems (5), eine HC-Konzentration im Abgas vor dem Oxidationskatalysator (7) so einzustellen, insbesondere zu erhöhen, dass eine Reaktion von NO zu NO2 am Oxidationskatalysator (7) gehemmt oder reduziert ist.
Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – im Rahmen der Einstellung eine aktuelle NO-NO2-Konversionsfähigkeit des Oxidationskatalysators (7) berücksichtigt wird.
Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – die Anordnung (1) eingerichtet ist, die Einstellung der HC-Konzentration brennkraftbetriebsmäßig zu bewirken und/oder brennkraftmaschinenextern.
Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – das Abgasnachbehandlungssystem (5) weiterhin eine dem Oxidationskatalysator (7) nachgeordnete SCR-Anlage (11) aufweist; wobei – die Anordnung (1) eingerichtet ist, eine die NO zu NO2-Reaktion hemmende HC-Konzentration im Abgas solange einzustellen, bis eine vorbestimmte Temperatur an der SCR-Anlage (11) erreicht ist; und/oder – die Anordnung (1) eingerichtet ist, die die NO zu NO2-Reaktion hemmende HC-Konzentration im Abgas entsprechend einer aktuellen NO2-Reduktionsfähigkeit der SCR-Anlage (11) einzustellen.
Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – das Abgasnachbehandlungssystem (5) weiterhin einen dem Oxidationskatalysator (7) nachgeordneten Partikelfilter aufweist, wobei die Anordnung (1) eingerichtet ist, die HC-Konzentration im Abgas vor dem Oxidationskatalysator (7) in Abhängigkeit eines aktuellen, rußbasierten NO2-Bedarfs des Partikelfilters einzustellen.
Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – die Anordnung (1) eingerichtet ist, eine HC-Konzentration im Abgas vor dem Oxidationskatalysator (7) einzustellen, welche einem regulären Betriebszustand der Anordnung (1) entspricht, wenn die NO2-Behandlungsfähigkeit des Abgasnachbehandlungssystems (5) eine vorbestimmte Grenze überschreitet.
Verfahren zur Ausführung mit einer Anordnung (1), welche eine Brennkraftmaschine (3) mit einem Abgasnachbehandlungssystem (5) umfasst, welches einen Oxidationskatalysator (7) aufweist, insbesondere zur Ausführung mit einer Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – in einem ersten Schritt eine NO2-Behandlungsfähigkeit des Abgasnachbehandlungssystems (5) ermittelt wird; – in einem zweiten Schritt basierend auf der ermittelten NO2-Behandlungsfähigkeit eine HC-Konzentration im Abgas vor dem Oxidationskatalysator (7) eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass – im zweiten Schritt eine HC-Konzentration im Abgas erhöht wird, falls ermittelt wurde, dass die NO2-Behandlungsfähigkeit eine Grenze unterschreitet; und/oder – im zweiten Schritt eine HC-Konzentration im Abgas eingestellt wird, welche einem regulären Betrieb der Anordnung (1) entspricht, falls ermittelt wurde, dass die NO2-Behandlungsfähigkeit eine Grenze erreicht hat oder überschreitet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass – die Ermittlung der NO2-Behandlungsfähigkeit im ersten Schritt mittels Ermittlung einer repräsentativen Größe (T) erfolgt; und/oder – bei der Einstellung der HC-Konzentration eine aktuelle NO-NO2-Konversionsfähigkeit des Oxidationskatalysators (7) berücksichtigt wird.
Computerprogrammprodukt, dadurch gekennzeichnet, dass – das Computerprogrammprodukt Code zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 9 bis 11 aufweist.