Die Offenbarung betrifft ein Abgasnachbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor mit einem SCR-Katalysator und einem Reduktionsmittel-Injektor sowie ein Verfahren zur Ermittlung der Ursache einer Effizienzabweichung der Stickoxid-Reduktion im Abgasnachbehandlungssystem.The disclosure relates to an exhaust aftertreatment system for an internal combustion engine having an SCR catalyst and a reducing agent injector and a method for determining the cause of an efficiency deviation of the nitrogen oxide reduction in the exhaust aftertreatment system.
Es ist in der Praxis bekannt, Stickoxide im Abgas von Verbrennungsmotoren, insbesondere von Magermotoren, durch Beigabe eines Reduktionsmittels zu Stickstoff und anderen unbedenklichen Reaktionsprodukten zu reduzieren. Hierzu wird das Reduktionsmittel dem Abgas beigegeben und in einem SCR-Katalysator gespeichert. Der SCR-Katalysator ist ein Katalysator für selektive katalytische Reduktion, in dem sich das beigegebene Reduktionsmittel an einer katalytischen Oberfläche durch Adsorption anlagert und dort mit Stickoxiden im Abgas reagiert.It is known in practice to reduce nitrogen oxides in the exhaust gas of internal combustion engines, in particular lean-burn engines, by adding a reducing agent to nitrogen and other acceptable reaction products. For this purpose, the reducing agent is added to the exhaust gas and stored in an SCR catalyst. The SCR catalyst is a catalyst for selective catalytic reduction in which the added reducing agent attaches to a catalytic surface by adsorption and reacts there with nitrogen oxides in the exhaust gas.
Der Reduktionsmittel-Gehalt (eingespeicherte Menge) in dem SCR-Katalysator sollte in einem vorgegebenen Wertebereich liegen, damit die Reduktionsreaktion bei einer gewünschten Effizienz stattfindet. Wenn der Reduktionsmittel-Gehalt zu niedrig wird oder auf Null zurückgeht, können Sickoxide durch den SCR-Katalysator durchbrechen. Wenn der Reduktionsmittel-Gehalt zu hoch wird, kann das beigegebene und etwaig giftige Reduktionsmittel sich nicht mehr im SCR-Katalysator anlagern oder es desorbiert teilweise wieder. In beiden Fällen kann Reduktionsmittel aus dem SCR-Katalysator austreten und in die Außenatmosphäre gelangen oder es ist notwendig, zusätzliche Maßnahmen zur Beseitigung des überschüssigen Reduktionsmittels vorzusehen.The reducing agent content (stored amount) in the SCR catalyst should be in a predetermined value range for the reduction reaction to take place at a desired efficiency. If the level of reducing agent becomes too low or goes down to zero, sparking oxides can break through the SCR catalyst. If the reductant level becomes too high, the added and eventually toxic reductant may no longer build up in the SCR catalyst or partially desorb it. In either case, reductant may leak out of the SCR catalyst and into the outside atmosphere, or it may be necessary to provide additional measures to remove the excess reductant.
Die bisher bekannten Abgasnachbehandlungssysteme sind nicht optimal ausgebildet. Sie sind insbesondere anfällig gegen bestimmte Störungen, so dass die Effizienz der Stockoxid-Reduktion nicht über die gesamte Lebensdauer des Abgasnachbehandlungssystems und bei allen Betriebszuständen gewährleistet wird.The previously known exhaust aftertreatment systems are not optimally formed. In particular, they are susceptible to certain disturbances, so that the efficiency of the oxide reduction is not ensured over the entire life of the exhaust aftertreatment system and in all operating conditions.
Es ist eine erste Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, ein verbessertes Abgasnachbehandlungssystem aufzuzeigen. Eine zweite Aufgabe der Offenbarung ist, ein verbessertes Verfahren zur Ermittlung der Ursache einer Effizienzabweichung der Stickoxid-Reduktion aufzuzeigen. Die beanspruchte Erfindung löst zumindest einer dieser Aufgaben durch die Merkmale des Hauptanspruchs.It is a first object of the present disclosure to provide an improved exhaust aftertreatment system. A second object of the disclosure is to provide an improved method for determining the cause of an efficiency deviation of the nitrogen oxide reduction. The claimed invention solves at least one of these objects by the features of the main claim.
Die vorliegende Offenbarung umfasst mehrere Haupt-Aspekte, die für sich allein oder in beliebiger Kombination nutzbar sind.The present disclosure encompasses several major aspects that can be utilized on their own or in any combination.
Ein erster Hauptaspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft ein Abgasnachbehandlungssystem. Das Abgasnachbehandlungssystem ist für einen Verbrennungsmotor vorgesehen und kann insbesondere mit dem Abgas des Verbrennungsmotors gespeist werden. Es umfasst zumindest einen SCR-Katalysator mit einer Vorlauf-Passage und einer Nachlauf-Passage. In dem Abgasnachbehandlungssystem wird ein (momentaner) Vorlauf-Stickoxid-Gehalt in Strömungsrichtung des Abgases vor dem SCR-Katalysator, d.h. in der Vorlauf-Passage, sowie ein (momentaner) Nachlauf-Stickoxid-Gehalt in Strömungsrichtung nach dem SCR-Katalysator, d.h. in der Nachlauf-Passage bestimmt. Mit anderen Worten ist die Vorlauf-Passage in Strömungsrichtung des Abgases vor dem SCR-Katalysator angeordnet und die Nachlauf-Passage ist in Strömungsrichtung des Abgases hinter dem SCR-Katalysator angeordnet.A first major aspect of the present disclosure relates to an exhaust aftertreatment system. The exhaust aftertreatment system is provided for an internal combustion engine and can be fed in particular with the exhaust gas of the internal combustion engine. It comprises at least one SCR catalyst with a flow passage and a wake passage. In the exhaust aftertreatment system, a (current) flow nitrogen oxide content in the flow direction of the exhaust gas upstream of the SCR catalyst, i. in the flow passage, as well as a (current) wake nitrogen oxide content in the flow direction after the SCR catalyst, i. determined in the caster passage. In other words, the flow passage in the flow direction of the exhaust gas is arranged in front of the SCR catalyst and the wake passage is arranged downstream of the SCR catalytic converter in the flow direction of the exhaust gas.
Stromaufwärts zu dem SCR-Katalysator ist ein Reduktionsmittel-Injektor angeordnet, der ein Reduktionsmittel bevorzugt in das Abgas beigibt bzw. einspritzt. Das Reduktionsmittel wird (zusammen mit dem Abgas) dem SCR-Katalysator zugeführt und in dem SCR-Katalysator gespeichert. Stickoxide im Abgas werden durch das gespeicherte Reduktionsmittel reduziert. Besonders bevorzugt ist ein Stickoxid-Sensor zur Erfassung des Vorlauf-Stickoxid-Gehalts stromaufwärts des SCR-Katalysators und weiterhin stromaufwärts des Reduktionsmittel-Injektors angeordnet.Upstream of the SCR catalyst is disposed a reducing agent injector which preferably adds a reducing agent into the exhaust gas. The reducing agent is supplied (together with the exhaust gas) to the SCR catalyst and stored in the SCR catalyst. Nitrogen oxides in the exhaust gas are reduced by the stored reducing agent. Particularly preferred is a nitrogen oxide sensor for detecting the flow of nitrogen oxide content upstream of the SCR catalyst and further upstream of the reducing agent injector.
Das Abgasnachbehandlungssystem umfasst eine Steuereinheit, die mit dem Reduktionsmittel-Injektor verbunden ist und die momentane Beigabemenge des Reduktionsmittels steuert. Die Steuereinheit hat eine besondere Ausbildung und ermöglicht die Durchführung eines Lernvorgangs, um eine erfasste Abweichung der IST-Effizienz der Stickoxid-Reduktion von einem Sollwert zu erfassen und mehrfache geeignete Korrekturen vorzunehmen, um mehrere Störeinflüsse gemeinsam zu kompensieren. Damit ist eine deutlich verbesserte Anpassung der Steuerung ermöglicht, die insbesondere die Nachteile von bisher bekannten, eindimensionalen Anpassungen überwindet.The exhaust aftertreatment system comprises a control unit which is connected to the reducing agent injector and controls the instantaneous addition amount of the reducing agent. The control unit has a special design and makes it possible to carry out a learning operation in order to detect a detected deviation of the actual efficiency of the nitrogen oxide reduction from a desired value and to make multiple suitable corrections in order to jointly compensate for a number of disturbing influences. This allows a significantly improved adaptation of the control, which in particular overcomes the disadvantages of previously known, one-dimensional adjustments.
In dem Abgasnachbehandlungssystem gemäß der vorliegenden Offenbarung umfasst die Steuereinheit ein mehrgliedriges Simulationsmodell sowie eine Vorsteuerung. Die Steuereinheit ist zur Ausführung der nachfolgend beschriebenen Schritte ausgebildet. In the exhaust after-treatment system according to the present disclosure, the control unit includes a multi-unit simulation model and a pilot control. The control unit is designed to carry out the steps described below.
Es wird ein Soll-Wert für die momentane Reduktionsmittel-Beigabemenge (Einspritzmenge) auf Basis eines Vorsteuerwertes und zusätzlich eines Speicherführungswertes festgelegt. Der Vorsteuerwert wird auf Basis des (momentanen) Vorlauf-Stickoxid-Gehalts bestimmt. Er repräsentiert diejenige Menge an Reduktionsmittel, die dem Abgas beizugeben ist, um die momentan erfasste Menge an Stickoxiden in dem Abgas zu reduzieren. Die Vorsteuerung arbeitet besonders schnell und kann in stationären Zuständen des Verbrennungsmotors bzw. des Abgasnachbehandlungssystems den wesentlichen Anteil der Steueraufgabe erfüllen, um die Effizienz der Sickoxid-Reduktion zu gewährleisten.A target value for the current reducing agent addition amount (injection quantity) is determined on the basis of a precontrol value and additionally a storage control value. The pilot control value is determined on the basis of the (current) flow nitrogen oxide content. It represents that amount of reducing agent to be added to the exhaust gas to reduce the currently detected amount of nitrogen oxides in the exhaust gas. The feedforward control operates particularly fast and can fulfill the essential part of the control task in stationary states of the internal combustion engine or of the exhaust aftertreatment system in order to ensure the efficiency of the Sickoxid reduction.
Der Speicherführungswert wird durch das mehrgliedrige Simulationsmodell in Abhängigkeit von einem geschätzten Reduktionsmittel-Gehalt in dem SCR-Katalysator so bestimmt, dass der geschätzte Reduktionsmittelgehalt einem Soll-Wert angenähert wird. Der Speicherführungswert gibt somit an, welche positive oder negative Menge an Reduktionsmittel gegenüber dem Vorsteuerwert beizugeben ist, um den Reduktionsmittel-Gehalt im SCR-Katalysator in einem solchen Wertebereich zu halten, dass die Stickoxid-Reduktion bei der erwünschten und bevorzugt maximalen Effizienz durchgeführt wird. Über den Speicherführungswert können somit Anpassungen vorgenommen werden, die die verschiedenen Störeinflüsse oder Unzulänglichkeiten der Vorsteuerung bei Zustandsänderungen im Abgasnachbehandlungssystem (transiente Systemzustände) kompensieren.The storage guide value is determined by the multi-unit simulation model in response to an estimated reductant level in the SCR catalyst to approximate the estimated reductant level to a desired value. The storage guide value thus indicates which positive or negative amount of reducing agent is to be added to the pilot value in order to keep the reducing agent content in the SCR catalyst in such a range that the nitrogen oxide reduction is carried out at the desired and preferably maximum efficiency. Adjustments can thus be made via the storage guide value which compensate for the various disturbing influences or deficiencies of the precontrol in the event of state changes in the exhaust gas aftertreatment system (transient system states).
So ist es beispielsweise möglich, durch das Lernverfahren einerseits festzustellen, ob eine (ermittelte) Effizienzabweichung der Stickoxid-Reduktion auf einem Reduktionsmittel-Überschuss oder einem Reduktionsmittel-Mangel beruht, um durch erhöhte oder verminderte Beigabe von Reduktionsmittel den Reduktionsmittel-Gehalt im SCR-Katalysator an einen Soll-Wert anzunähern. Mit anderen Worten kann festgestellt werden, dass der tatsächliche Reduktionsmittel-Gehalt im SCR-Katalysator von einem geschätzten Reduktionsmittel-Gehalt abweicht. Daraufhin kann der geschätzte Reduktionsmittel-Gehalt auf den Wert angepasst werden, der durch das Lernverfahren ermittelt wurde, d.h. einen Wert, der einen Reduktionsmittel-Überschuss oder einen Reduktionsmittel-Mangel repräsentiert. Der geschätzte Reduktionsmittel-Gehalt repräsentiert dann wieder den tatsächlichen Zustand im SCR-Katalysator. Entsprechend der Abweichung zwischen dem (aktualisierten) geschätzten Wert des Reduktionsmittel-Gehalts wird ein Speicherführungswert erzeugt, der eine erhöhte oder verminderte Beigabe von Reduktionsmittel anweist, sodass im Weiteren der geschätzte Reduktionsmittel-Gehalt dem Soll-Wert angenähert wird.Thus, for example, it is possible to determine by the learning method, on the one hand, whether a (determined) efficiency deviation of the nitrogen oxide reduction is based on a reducing agent excess or a reducing agent deficiency, in order to increase or decrease the reducing agent content in the SCR catalyst to approach a target value. In other words, it can be stated that the actual reducing agent content in the SCR catalyst deviates from an estimated reducing agent content. Thereafter, the estimated reducing agent content may be adjusted to the value determined by the learning method, i. a value representing a reductant excess or a reductant deficiency. The estimated reductant level then again represents the actual state in the SCR catalyst. In accordance with the deviation between the (updated) estimated value of the reducing agent content, a storage guide value is generated, which instructs an increased or reduced addition of reducing agent, so that the estimated reducing agent content is further approximated to the desired value.
In dem Abgasnachbehandlungssystem können verschiedene Störeinflüsse zeitweise oder dauerhaft auftreten, durch die die Effizienz der Stickoxid-Reduktion gemindert wird oder andere negative Ereignisse eintreten, wie beispielsweise eine Überfüllung des SCR-Katalysators (Reduktionsmittel-Überschuss) und ein dadurch bedingter Reduktionsmittel-Durchbruch oder eine Leerung des SCR-Katalysators (Reduktionsmittel-Mangel) und ein dadurch bedingter Stickoxid-Durchbruch. Durch das Lernverfahren können verschiedene Zustände erkannt werden und es kann eine Adaption im mehrgliedrigen Simulationsmodell vorgenommen werden, um die Störungen zu kompensieren. Diese Adaptionen erfolgen bevorzugt zusätzlich zu der vorbeschriebenen Annäherung des geschätzten Reduktionsmittel-Gehalts an den Soll-Wert. Wenn beispielsweise in mehreren Durchgängen des Lernverfahrens immer wieder festgestellt wird, dass ein Reduktionsmittel-Mangel vorliegt, kann dies darauf hindeuten, dass die tatsächliche Beigabemenge des Reduktionsmittel-Injektors bspw. durch Drift von der Steuervorgabe (Soll-Beigabemenge / Injektionskommando) abweicht, was durch eine Adaption des Simulationsmodells kompensiert werden kann.In the exhaust aftertreatment system, various perturbations may occur intermittently or permanently, reducing the efficiency of nitric oxide reduction or other negative events, such as overfilling of the SCR catalyst (reductant excess) and consequent reductant breakthrough or emptying of the SCR catalyst (reducing agent deficiency) and a resulting nitrogen oxide breakthrough. Through the learning process, different states can be detected and an adaptation in the multi-unit simulation model can be made to compensate for the disturbances. These adaptations are preferably carried out in addition to the above-described approximation of the estimated reducing agent content to the desired value. If, for example, repeatedly determined in several passes of the learning process that there is a lack of reducing agent, this may indicate that the actual loading amount of the reducing agent injector, for example, by drift from the control specification (target Beigabemenge / Injektionskommando) deviates, which an adaptation of the simulation model can be compensated.
Wird gleichzeitig festgestellt, dass trotz des Reduktionsmittel-Mangels nur eine geringe Effizienz-Abweichung vorliegt, kann dies auf einen Fehler bzw. eine Drift des Sensor-Signals hinweisen, das von einem Vorlauf-Stickoxidsensor ausgegeben wird.Mit anderen Worten kann aus dem Vergleich der Ergebnisse aus mehrerer Durchgängen des Lernverfahrens ermittelt werden, ob eine vorgenommene Kompensationshandlung (Anpassung im Simulationsmodell) ausreichend bzw. zielführend war. Wird eine unzureichende Verringerung der Effizienz-Abweichung oder gar eine Erhöhung der Effizienz-Abweichung festgestellt, kann eine andere Adaptionsstrategie gewählt werden.If, at the same time, it is found that there is only a small deviation in efficiency despite the lack of reducing agent, this may indicate an error or drift in the sensor signal which is output from a flow nitrogen oxide sensor Results from several rounds of the learning process are determined whether a compensation action (adaptation in the simulation model) was sufficient or expedient. If an insufficient reduction in the efficiency deviation or even an increase in the efficiency deviation is detected, a different adaptation strategy can be selected.
Als Reduktionsmittel kann eine beliebige chemische Substanz eingesetzt werden, die dazu geeignet ist, Stickoxide in dem SCR-Katalysator zu reduzieren. Besonders bevorzugt kann es sich um eine wässrige Harnstofflösung (Urea-Lösung) handeln, die sich im Abgas zu Ammoniak zersetzt. Ammoniak (NH3) ist die eigentlich reduzierende Substanz und ein toxisches Gas, das gemäß den gesetzlichen Bestimmungen nur in bestimmten Konzentrationen in die Außenatmosphäre gelangen darf.As the reducing agent, any chemical substance capable of reducing nitrogen oxides in the SCR catalyst can be used. Particularly preferred may be an aqueous urea solution (urea solution), which decomposes in the exhaust gas to ammonia. Ammonia (NH3) is the actually reducing substance and a toxic gas, which may enter the outside atmosphere only in certain concentrations according to the statutory provisions.
Wenn in dem Abgasnachbehandlungssystem ein Überschuss an Reduktionsmittel beigegeben wird, kann der Reduktionsmittel-Gehalt in dem SCR-Katalysator über einen vorgegebenen Soll-Wert hinaus und sogar über die momentane Speicherkapazität hinaus ansteigen, wobei der nicht mehr speicherbare Anteil des Reduktionsmittels oder ein nach und nach desorbierter Anteil des Reduktionsmittels durch den SCR-Katalysator hindurchtritt. Bei bisher bekannten Abgasnachbehandlungssystemen, bei denen es zu einem wesentlichen Reduktionsmittel-Durchbruch kommen kann, muss stromabwärts zu dem SCR-Katalysator eine weitere Filter- oder Katalyse-Einrichtung vorgesehen werden, um das überschüssige Reduktionsmittel aus dem Abgas zu entfernen Es kann sich dabei insbesondere um einen sogenannten Ammonia Slip Katalysator handeln.When an excess of reducing agent is added in the exhaust aftertreatment system, the reductant content in the SCR catalyst may increase beyond a predetermined desired value and even beyond the instantaneous storage capacity, with the non-storable portion of the reductant or one by one desorbed portion of the reducing agent passes through the SCR catalyst. In previously known exhaust aftertreatment systems in which there may be a significant reductant breakthrough, downstream of the SCR catalyst, a further filter or catalytic device must be provided to remove the excess reducing agent from the exhaust gas It may in particular a so-called ammonia slip catalyst act.
Zu den Störeinflüssen, die zu einer unzureichenden oder überhöhten Beigabe von Reduktionsmittel führen können, gehören insbesondere die Folgenden:
- - Abweichung der Ist-Beigabemenge an Reduktionsmittel von der Soll-Beigabemenge, beispielsweise durch Alterung oder Verschleiß des Reduktionsmittel-Injektors oder unzureichende Versorgung des Reduktionsmittel-Injektors;
- - Abweichung der tatsächlich durch chemische Reaktion umgesetzten Menge an Reduktionsmittel in dem SCR-Katalysator von einer geschätzten umgesetzten Menge, beispielsweise aufgrund eines (noch nicht detektierten) Reduktionsmittel-Überschusses oder Reduktionsmittel-Mangels oder bei sich stark ändernden Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors (schwankende Abgastemperatur / schwankender Stickoxid-Gehalt / schwankende Abgas-Strömungsgeschwindigkeit usw.);
- - Desorption von Reduktionsmittel aus dem SCR-Katalysator ohne chemische Umsetzung, beispielsweise durch hohe Strömungsgeschwindigkeit des Abgases, zu niedrige oder zu hohe Abgastemperatur, etc.;
- - Abweichung der Ist-Konzentration des beizugebenden Reduktionsmittels von einer Soll-Konzentration;
- - Abweichung des Versorgungs-Drucks, mit dem Reduktionsmittel zu dem Reduktionsmittel-Injektor gespeist wird, von einem Soll-Druck;
- - Unzureichende Wirksamkeit von Maßnahmen zur Vor-Umsetzung des Reduktionsmittels, beispielsweise unzureichende Ozon-Beigabe zur erhöhten Umsetzung von Harnstoff in Ammoniak;
- - Fehlerhafte Bestimmung von Eingangs-Parametern der Steuerung, insbesondere durch Kreuz-Sensitivität oder Drift an Sensoren, zeitliche Verzögerungen in der Messwert- oder Simulationswerterfassung, etc;
- - Inhomogene Speicherung des Reduktionsmittels im SCR-Katalysator.
Disturbing factors which may lead to insufficient or excessive addition of reducing agent include in particular the following: - - Deviation of the actual Beigabemenge of reducing agent from the target Beigabemenge, for example by aging or wear of the reducing agent injector or insufficient supply of the reducing agent injector;
- Deviation of the amount of reducing agent actually reacted by chemical reaction in the SCR catalyst from an estimated converted amount, for example due to a (not yet detected) reductant excess or reductant deficiency or severely changing operating conditions of the internal combustion engine (fluctuating exhaust temperature / fluctuating) Nitrogen oxide content / fluctuating exhaust flow rate, etc.);
- Desorption of reducing agent from the SCR catalyst without chemical reaction, for example by high flow rate of the exhaust gas, too low or too high exhaust gas temperature, etc .;
- - Deviation of the actual concentration of the reducing agent to be added from a desired concentration;
- - deviation of the supply pressure, is fed to the reducing agent to the reducing agent injector, from a target pressure;
- - Insufficient effectiveness of measures for the pre-conversion of the reducing agent, for example, insufficient ozone addition to the increased conversion of urea into ammonia;
- - incorrect determination of input parameters of the control, in particular by cross-sensitivity or drift at sensors, time delays in the measured value or simulation value acquisition, etc .;
- Inhomogeneous storage of the reducing agent in the SCR catalyst.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung wird eine Ausbildung des mehrgliedrigen Simulationsmodells in Kombination mit einem Lernverfahren vorgeschlagen, die dazu geeignet sind, mehrere der vorgenannten negativen Einflüsse zu kompensieren.According to the present disclosure, an embodiment of the multi-unit simulation model is proposed in combination with a learning method that is suitable for compensating for a plurality of the aforementioned negative influences.
Das Simulationsmodell schätzt den momentanen Reduktionsmittel-Gehalt im SCR-Katalysator und berechnet bzw. schätzt die verschiedenen Einflüsse, die zu einer Erhöhung oder Verminderung des Reduktionsmittel-Gehalts im SCR-Katalysator führen. Dies sind insbesondere die Adsorption von Reduktionsmittel im SCR-Katalysator und die tatsächlich beigegebene Menge an Reduktionsmittel. Darüber hinaus können die Desorption von Reduktionsmittel (ohne chemische Reaktion) sowie die Umsetzung von Reduktionsmittel durch chemische Reaktion berechnet bzw. modelliert werden.The simulation model estimates the current reductant level in the SCR catalyst and estimates the various influences that result in an increase or decrease in reductant level in the SCR catalyst. These are in particular the adsorption of reducing agent in the SCR catalyst and the actually added amount of reducing agent. In addition, the desorption of reducing agent (without chemical reaction) and the conversion of reducing agent can be calculated or modeled by chemical reaction.
Das Simulationsmodell umfasst somit zumindest ein erstes Glied in Form eines Reduktionsmittel-Beigabemodells und ein zweites Glied in Form eines Reduktionsmittel-Speichermodells, auf deren Basis die Schätzung des Reduktionsmittel-Gehalts in dem SCR-Katalysator erfolgt.The simulation model thus comprises at least a first member in the form of a reducing agent adding model and a second member in the form of a reducing agent storage model, on the basis of which the reduction agent content is estimated in the SCR catalytic converter.
Auf Basis des Vorlauf-Stickoxid-Gehalts und des Nachlauf-Stickoxid-Gehalts wird eine tatsächliche Effizienz der Stickoxid-Reduktion ermittelt. In dem Lernvorgang wird bei Feststellung einer Effizienz-Abweichung zwischen der tatsächlichen Effizienz und einer Soll-Effizienz der Stickoxid-Reduktion eine Korrekturwert-Anpassung in zumindest zwei Gliedern des Simulationsmodells durchgeführt, also beispielsweise durch Änderung von Korrekturwerten in Bezug auf die Schätzung der Reduktionmittel-Beigabe sowie die Schätzung der Reduktionsmittel-Speicherung. Ein Korrekturwert kann bspw. ein Verstärkungs-Faktor oder ein Offset-Wert sein oder ein Ersatz-Wert sein, auf den ein Größe des Simulationsmodells zu ändern ist. Durch die Verteilung der Korrekturwert-Anpassung auf mehrere Parameter kann in angepasster Weise auf verschiedene Störeinflüsse reagiert werden, so dass die Effizienz der Stickoxid-Reduktion über die gesamte Lebensdauer des AbgasnachbehandlungsSystems bzw. seiner Bestandteile innerhalb der zulässigen Grenzen bleibt.On the basis of the flow nitrogen oxide content and the caster nitrogen oxide content, an actual efficiency of the nitrogen oxide reduction is determined. In the learning process, upon determining an efficiency deviation between the actual efficiency and a target nitrogen oxide reduction efficiency, a correction value adjustment is performed in at least two members of the simulation model, for example, by changing correction values with respect to the reduction agent addition estimate and the estimate of reductant storage. A correction value may be, for example, a gain factor or an offset value or a substitute value to which a size of the simulation model is to be changed. By distributing the correction value adjustment to multiple parameters can be adjusted to different Disturbing influences are reacted, so that the efficiency of the nitrogen oxide reduction over the entire life of the exhaust aftertreatment system or its components remains within the allowable limits.
Ein zweiter Haupt-Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der Ursache einer Effizienz-Abweichung in der Stickoxid-Reduktion.A second main aspect of the present disclosure relates to a method for determining the cause of an efficiency deviation in the nitrogen oxide reduction.
In der Praxis verwendete Stickoxid-Sensoren weisen eine Kreuz-Sensitivität für Stickoxide und nicht-reagiertes Reduktionsmittel bzw. für durch den SCR-Katalysator hindurchtretendes Reduktionsmittel auf. Mit anderen Worten zeigen sie einen positiven Messausschlag sowohl bei Kontaktierung mit Stickoxiden (NOx) als auch bspw. mit Ammoniak (NH3).Nitrogen oxide sensors used in practice have a cross-sensitivity for nitrogen oxides and unreacted reducing agent or for reducing agent passing through the SCR catalyst. In other words, they show a positive measurement impact both when contacting with nitrogen oxides (NOx) and, for example, with ammonia (NH3).
Aus US 2003/0046928 A1 sind eine Beschreibung der Kreuz-Sensitivität eines Stickoxid-Sensors und ein Verfahren bekannt, durch das eine Unterscheidung zwischen einem Stickoxid-basierten Messwert und einem Reduktionsmittelbasierten Messwert in einem Abgasnachbehandlungssystem mit SCR-Katalysator und Reduktionsmittel-Injektor ermöglicht werden soll. Das Abgasnachbehandlungssystem wird dort bei einem aggressiven Beigabe-Schema betrieben. Als die nominale Einspritzmenge an Reduktionsmittel wird die stöchiometrische Gleichgewichtsmenge beigegeben und der SCR-Katalysator wird ständig bei einem maximalen Reduktionsmittel-Gehalt betrieben. Durch den SCR-Katalysator durchbrechendes Reduktionsmittel im Abgas muss also ggfs. durch separate Vorrichtungen entfernt werden.Out US 2003/0046928 A1 are a description of the cross-sensitivity of a nitrogen oxide sensor and a method by which a distinction between a nitrogen oxide-based measurement and a reducing agent-based reading in an exhaust aftertreatment system with SCR catalyst and reducing agent injector to be enabled. The exhaust aftertreatment system is operated there in an aggressive loading scheme. As the nominal injection amount of reducing agent, the stoichiometric balance amount is added, and the SCR catalyst is continuously operated at a maximum reducing agent content. By the SCR catalyst breaking through reducing agent in the exhaust gas must therefore be removed if necessary by separate devices.
In einem stationären Zustand des Abgasnachbehandlungssystems gemäß US 2003/0046928 A1 wird nach einem vorgegebenen Schema ein überdosierter Reduktionsmittel-Puls (Injektionspuls mit Test-Einspritzmenge größer als nominale Einspritzmenge) beigegeben und es wird eine Reaktion des Stickoxid-Messwerts ausgewertet, der stromabwärts zu dem SCR-Katalysator erfasst wird. Wenn der Stickoxid-Messwert in Reaktion auf den überdosierten Injektionspuls ansteigt, wird darauf geschlossen, dass der Sensor auf Reduktionsmittel (Ammoniak / Urea) reagiert hat. Wenn hingegen der Stickoxid-Messwert in Reaktion auf den überdosierten Injektionspuls abfällt, wird darauf geschlossen, dass der Sensor auf Stickoxid (NOx) reagiert hat. Diese Form der Schlussfolgerung basiert auf einer vereinfachten Betrachtung der Vorgänge im SCR-Katalysator. Die Annahme kann wie folgt zusammengefasst werden: Wenn eine unzureichende Reduktionsmittelbeigabe vorliegt, würde das gesamte beigegebene Reduktionsmittel reagiert und Stickoxide würden durch den SCR hindurchbrechen, sodass nur Stickoxid zu dem Sensor gelangt. Wenn in einem solchen Fall ein überdosierter Reduktionsmittel-Puls beigegeben wird, sollte dies den vorherigen Mangel kompensieren, sodass weniger Stickoxid zum Sensor gelangt und der Messwert abfällt. Wenn andererseits eine überhöhte Reduktionsmittelbeigabe vorliegt, würde das gesamte Stickoxid reagiert, sodass nur unreagiertes Reduktionsmittel durch den SCR-Katalysator hindurchbricht und zu dem Sensor gelangt. Wenn dann ein überdosierter Reduktionsmittel-Puls beigegeben wird, sollte dies den Überschuss noch verstärken, sodass noch mehr Reduktionsmittel zu dem Sensor gelangt und der Messwert ansteigt.In a stationary state of the exhaust aftertreatment system according to US 2003/0046928 A1 In accordance with a predetermined scheme, an overdosed reducing agent pulse (injection pulse with test injection quantity greater than the nominal injection quantity) is added and a reaction of the nitrogen oxide measured value detected downstream of the SCR catalytic converter is evaluated. When the nitric oxide reading increases in response to the overdosed injection pulse, it is concluded that the sensor has reacted to reductant (ammonia / urea). If, on the other hand, the nitrogen oxide reading drops in response to the overdosed injection pulse, it is concluded that the sensor has reacted to nitric oxide (NOx). This form of conclusion is based on a simplified view of the processes in the SCR catalyst. The assumption may be summarized as follows: If there is insufficient reductant addition, all of the added reductant would react and nitrogen oxides would break through the SCR so that only nitric oxide reaches the sensor. If in such a case an overdosed reducing agent pulse is added, this should compensate for the previous defect, so that less nitrogen oxide reaches the sensor and the measured value drops. On the other hand, if there is excessive reductant addition, all of the nitric oxide would react so that only unreacted reductant breaks through the SCR catalyst and passes to the sensor. If an overdosed reducing agent pulse is then added, this should increase the excess, so that even more reducing agent reaches the sensor and the measured value increases.
Nach der Offenbarung in US 2003/0046928 A1 ist weiterhin vorgesehen, dass ein unterdosierter Reduktionsmittel-Puls (Injektionspuls mit Test-Einspritzmenge kleiner als nominale Einspritzmenge) beigegeben wird, wobei für jeden Puls festgestellt wird, ob der Stickoxid-Messwert stromabwärts zu dem SCR-Katalysator in Reaktion auf einen Puls ansteigt oder abfällt. Wenn die Pulsrichtung und die Änderungsrichtung des Sensorwerts dieselbe Richtung aufweisen, wird darauf geschlossen, dass der Sensor auf Reduktionsmittel (Ammoniak / Urea) reagiert. Sind die Pulsrichtung und die Änderungsrichtung des Sensorwerts einander entgegengesetzt, wird darauf geschlossen, dass der Sensor auf Stickoxid (NOx) reagiert hat. Für jeden Reduktionsmittel-Puls wird nach einer vorgegebenen Zeitregel genau eine Änderung des Sensorwerts infolge des Pulses erfasst. Tatsächlich sind die Vorgänge im SCR-Katalysator aber von sehr komplexer Art und die vereinfachte Annahme kann zu fehlerhaften Interpretationen führen.After the revelation in US 2003/0046928 A1 It is furthermore provided that an underdosed reducing agent pulse (injection pulse with test injection quantity smaller than nominal injection quantity) is added, it being determined for each pulse whether the nitrogen oxide measured value downstream of the SCR catalytic converter rises or falls in response to a pulse , If the pulse direction and the direction of change of the sensor value have the same direction, it is concluded that the sensor reacts to reducing agent (ammonia / urea). If the pulse direction and the direction of change of the sensor value are opposite, it is concluded that the sensor has reacted to nitrogen oxide (NOx). For each reducing agent pulse, exactly one change in the sensor value due to the pulse is detected according to a predetermined time rule. In fact, the processes in the SCR catalyst are of a very complex nature and the simplified assumption can lead to erroneous interpretations.
Um ein verlässlicheres Ergebnis zu erhalten wird daher in US 2003/0046928 A1 vorgeschlagen, mehrere Pulse nacheinander auszuführen und die Ergebnisse der Pulse zu summieren bzw. zu integrieren. Dieses Verfahren hat jedoch Nachteile, aus denen es sich für Abgasnachbehandlungssysteme, die mit einem konservativen Beigabe-Schema betrieben werden, als unzuverlässig erwiesen hat bzw. zu unerwünschten Nebenwirkungen führt.In order to obtain a more reliable result is therefore in US 2003/0046928 A1 proposed to execute several pulses one after the other and to sum up the results of the pulses. However, this method has disadvantages that have proven to be unreliable for exhaust aftertreatment systems that are operated with a conservative supplementation scheme or lead to undesirable side effects.
Bei einem konservativen Beigabe-Schema wird die Einspeicherung von Reduktionsmittel im SCR-Katalysator nicht maximiert, sondern gemäß einem vorgegebenen Soll-Wert für den Reduktionsmittel-Gehalt geführt. Aus diesem Grund haben Speicher-Effekte im SCR-Katalysator einen erhöhten Einfluss auf die Änderung des Nachlauf-Stickoxid-Gehalts. Ein Reduktionsmittel-Überschuss im SCR-Katalysator kann nicht mehr einfach festgestellt werden. Ferner kann in einer Vorsteuerung als nominale Einspritzmenge ein Wert vorgesehen werden, der derjenigen Menge an Reduktionsmittel entspricht, die gemäß dem momentanen Vorlauf-Stickoxid-Gehalt vermutlich bei der Stickoxid-Reduktion reagiert wird - diese Menge wird nachfolgend als geschätzte Reaktionsmenge bezeichnet.In a conservative addition scheme, the storage of reducing agent in the SCR catalyst is not maximized, but guided according to a predetermined target value for the reducing agent content. For this reason, storage effects in the SCR catalyst have an increased influence on the change in the caster nitrogen oxide content. A reductant excess in the SCR catalyst can no longer be readily determined. Further, in a pilot control, a value may be a nominal injection quantity can be provided, which corresponds to that amount of reducing agent, which is believed to be responsive to the nitrogen oxide reduction in accordance with the current flow nitrogen oxide content - this amount is hereinafter referred to as the estimated reaction amount.
Es soll möglichst vermieden werden, dass unreagiertes Reduktionsmittel durch den SCR-Katalysator hindurchbricht, damit keine zusätzliche Reinigung des Abgases durch separate Vorrichtungen zu erfolgen braucht. Also ist es mit einem gewissen Risiko behaftet bzw. unerwünscht, eine größere Zahl von überdosierten Reduktionsmittel-Pulsen nacheinander auszuführen. Denn es könnte der Fall eintreten, dass erst durch die überdosierten Pulse ein Reduktionsmittel-Durchbruch erzeugt bzw. provoziert würde.It should be avoided as possible that unreacted reducing agent breaks through the SCR catalyst, so that no additional purification of the exhaust gas needs to be done by separate devices. Thus, there is some risk involved or undesirable to sequentially carry out a larger number of overdosed reductant pulses. Because it could happen that only through the overdosed pulses a reductant breakthrough would be generated or provoked.
Die Stickoxid-Reduktion erfolgt (auch bei einem korrekt eingestellten Reduktionsmittel-Gehalt im SCR-Katalysator) nicht zu 100%, sondern bei einer momentanen Maximal-Effizienz. Mit anderen Worten hat die Stickoxid-Reduktion einen Wirkungsgrad kleiner 1. Wenn als nominale Einspritzmenge die stöchiometrische Gleichgewichtsmenge festgelegt wird, dann kann schon infolge des Wirkungsgrads ein gewisser Anteil des beigegebenen Reduktionsmittels nicht reagiert werden. Mit anderen Worten wird quasi ein schleichendes Überfüllen des SCR-Katalysators erzwungen. Wenn der SCR-Katalysator bereits bei einem maximalen Reduktionsmittel-Gehalt betrieben wird, kann der nicht-reagierte Anteil der stöchiometrischen Gleichgewichtsmenge nicht gespeichert werden und führt somit zu einem unerwünschten Reduktionsmittel-Durchbruch. Die Beigabe mehrerer überdosierter Reduktionsmittel-Pulse zu Test- oder Lernzwecken würde diesen Reduktionsmittel-Durchbruch noch verstärken. Es ist also wünschenswert, mit nur einem oder wenigen Test-Impulsen ein verlässliches Ergebnis zu erzielen. Dies wird durch das hier offenbarte Verfahren mittels einer Mehrfach-Antwortanalyse erreicht, die weiter unten erläutert wird.The nitrogen oxide reduction (even with a correctly adjusted reducing agent content in the SCR catalyst) is not 100%, but at a momentary maximum efficiency. In other words, the nitrogen oxide reduction has an efficiency of less than 1. If the stoichiometric equilibrium quantity is defined as the nominal injection quantity, then a certain proportion of the added reducing agent can not be reacted due to the efficiency. In other words, quasi-creeping overfilling of the SCR catalyst is enforced. When the SCR catalyst is already operating at a maximum reductant level, the unreacted amount of stoichiometric equilibrium can not be stored, thus resulting in undesirable reductant breakthrough. The addition of several overdosed reducing agent pulses for testing or learning purposes would further enhance this reductant breakthrough. It is therefore desirable to achieve a reliable result with only one or a few test impulses. This is achieved by the method disclosed herein by means of a multi-response analysis, which will be explained below.
Die geschätzte Reaktionsmenge berücksichtigt den Wirkungsgrad des SCR-Katalysators und sieht bspw. als nominale Einspritzmenge das Produkt von stöchiometrischer Gleichgewichtsmenge und geschätzter Reduktions-Effizienz vor, also einen Wert, der geringer ist als bei einem aggressiven Beigabe-Schema. Mit anderen Worten wird bei dem konservativen Beigabe-Schema gemäß der vorliegenden Offenbarung durch die Vorsteuerung (nur maximal) so viel Reduktionsmittel beigegeben, wie nötig ist, um den durch eine Reduktions-Reaktion im SCR-Katalysator bedingten Abfall des Reduktionsmittel-Gehalts auszugleichen.The estimated reaction rate takes into account the efficiency of the SCR catalyst and provides, for example, as the nominal injection quantity, the product of stoichiometric equilibrium quantity and estimated reduction efficiency, that is, a value that is lower than in an aggressive addition scheme. In other words, in the conservative addition scheme according to the present disclosure by the pilot control (only maximum) as much reducing agent is added, as necessary, to compensate for the reduction in a reduction reaction in the SCR catalyst reduction of the reducing agent content.
Der wesentliche Vorteil des konservativen Beigabe-Schemas liegt also in der Vermeidung einer (schleichenden) Überfüllung des SCR-Katalysators und eines hierdurch erzeugten Reduktionsmittel-Durchbruchs. Weitere Vorteile sind die Vereinfachung des Abgasnachbehandlungssystems sowie ein reduzierter Reduktionsmittelverbrauch.The main advantage of the conservative addition scheme is thus the avoidance of (creeping) overfilling of the SCR catalyst and a reductant breakthrough generated thereby. Further advantages are the simplification of the exhaust aftertreatment system and a reduced reducing agent consumption.
Es hat sich gezeigt, dass durch ein konservatives Beigabe-Schema einige Abweichungen im messbaren Verhalten des Abgasnachbehandlungssystems auftreten, die noch nicht vollständig aufgeklärt sind. Insbesondere wurde erkannt, dass das in US 2003/0046928 A1 beschriebene Verfahren zu erheblichen fehlerhaften Erkennungen führen kann, weil es Speichereffekte im SCR-Katalysator und die unterschiedliche Kinetik (Umsetzungsgeschwindigkeit) von Adsorptions-, Desorptions- und Reaktionsvorgängen bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen des Abgasnachbehandlungssystems nicht berücksichtigt. Es gibt verschiedene Betriebsparameter, die auf die Kinetik der Adsorptions-, Desorptions- und Reaktionsvorgänge unterschiedliche und sogar gegenläufige Auswirkungen haben können. So wird bspw. durch fallende Temperaturen und sinkenden Volumenstrom die Adsorption von Reduktionsmittel im SCR-Katalysator verstärkt. Andererseits wird durch fallende Temperaturen aber auch die chemische Reaktion gehemmt.It has been shown that by a conservative addition scheme some deviations in the measurable behavior of the exhaust aftertreatment system occur, which are not yet fully elucidated. In particular, it was recognized that in US 2003/0046928 A1 described method can lead to significant erroneous detections, because it does not account for memory effects in the SCR catalyst and the different kinetics (conversion rate) of adsorption, desorption and reaction processes under different operating conditions of the exhaust aftertreatment system. There are several operating parameters that can have different and even opposite effects on the kinetics of the adsorption, desorption and reaction processes. Thus, for example, by falling temperatures and decreasing volume flow, the adsorption of reducing agent in the SCR catalyst is enhanced. On the other hand, falling temperatures also inhibit the chemical reaction.
Die Reaktion eines Sensors zur Erfassung des Nachlauf-Stickoxid-Gehalts auf einen Reduktionsmittel-Puls erfolgt bei einem konservativen Beigabe-Schema bei einer nicht vorhersagbaren Dynamik, sodass eine Unterscheidung zwischen einer positiven oder negativen Änderung des Nachlauf-Stickoxid-Gehalts nach Zeitregeln oder allein auf Basis einer Tiefpassfilterung zu Fehlinterpretationen führt.The reaction of a sensor for detecting the caster nitrogen oxide content to a reducing agent pulse takes place in a conservative addition scheme with an unpredictable dynamics, so that a distinction between a positive or negative change in the caster nitric oxide content according to time rules or alone Based on low-pass filtering leads to misinterpretations.
Es wird vermutet, dass durch das konservative Beigabe-Schema die Adsorption und Desorption von Reduktionsmittel im SCR-Katalysator lokal unterschiedlich, d.h. räumlich inhomogen erfolgt. Einerseits scheinen im SCR-Katalysator in Strömungsrichtung des Abgases vorne gelegene Oberflächenbereiche schneller und direkter auf eine Änderung der Reduktionsmittel-Beigabe zu reagieren, als hinten gelegene Bereiche. Andererseits scheinen im Querschnitt des SCR-Katalysators je nach Strömungsgeschwindigkeit, Druck, Temperatur und Volumenstrom des Abgases manche Bereiche stärker und manche Bereiche schwächer an den Adsorptions-, Desorptions- und Reaktionsvorgängen beteiligt zu sein. Nach einem transienten Betrieb (Zustand mit sich ändernden Betriebsparametern) ist nicht vorhersagbar, wie stark eine inhomogene Speicherung von Reduktionsmittel im SCR-Katalysator ausgeprägt ist. Es scheint, dass es gleichzeitig in manchen Bereichen des SCR-Katalysators zu einem Reduktionsmittel-Überschuss (einem Überlaufen) und in anderen Bereichen zu einem Reduktionsmittel-Mangel (einem Leerlaufen) kommt, wobei sich beide Vorgänge überlagern.It is assumed that the adsorption and desorption of reducing agent in the SCR catalyst takes place locally differently, ie spatially inhomogeneously, by the conservative addition scheme. On the one hand, in the SCR catalytic converter in the flow direction of the exhaust gas, front surface regions appear to react more quickly and more directly to a change in the reducing agent addition than regions located at the rear. On the other hand, in the cross section of the SCR catalyst, depending on the flow velocity, pressure, temperature and volumetric flow of the exhaust gas, some regions appear to be stronger and some regions to be less involved in the adsorption, desorption and reaction processes. After a transient operation (state with changing operating parameters), it is unpredictable how strongly an inhomogeneous storage of reducing agent in the SCR catalyst is pronounced. It seems that at the same time in some areas the SCR catalyst to a surplus of reducing agent (overflow) and in other areas to a reducing agent deficiency (an idling), with both processes overlap.
Durch das Verfahren gemäß dem zweiten Haupt-Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist es möglich, (unabhängig von einer zeitlichen Prädiktion) die Ursache für eine Effizienz-Abweichung der Stickoxid-Reduktion zu ermitteln. Das Verfahren wird bevorzugt in dem oben beschriebenen Abgasnachbehandlungssystem ausgeführt und umfasst die folgenden Schritte.By the method according to the second main aspect of the present disclosure, it is possible to determine the cause of an efficiency deviation of the nitrogen oxide reduction (regardless of a temporal prediction). The method is preferably carried out in the exhaust aftertreatment system described above and includes the following steps.
Ein momentaner Vorlauf-Stickoxid-Gehalt in der Vorlauf-Passage wird bestimmt. Die Bestimmung kann auf Basis einer Messung durch einen Vorlauf-Stickoxidsensor und/oder auf Basis einer modellbasierten Schätzung oder Berechnung des Vorlauf-Stickoxid-Gehalts erfolgen. Eine Messung des Vorlauf-Stickoxid-Gehalts wird wegen der oben erwähnten Kreuz-Sensitivität bevorzugt in Strömungsrichtung des Abgases vor dem Reduktionsmittel-Injektor durchgeführt, sodass der Vorlauf-Stickoxidsensor nicht mit dem beigegebenen Reduktionsmittel in Kontakt kommen kann. Weiterhin wird ein momentaner Nachlauf-Stickoxid-Gehalt in der Nachlauf-Passage durch einen Nachlauf-Stickoxidsensor bestimmt, der eine Kreuz-Sensitivität für Stickoxide (NOx) und das beigegebene Reduktionsmittel (Ammoniak / Urea) aufweist.A current flow nitrogen oxide content in the flow passage is determined. The determination can be made on the basis of a measurement by a feedstock nitrogen sensor and / or on the basis of a model-based estimation or calculation of the feedstock nitrogen oxide content. A measurement of the feedstock nitrogen oxide content is preferably performed in the flow direction of the exhaust gas before the reducing agent injector because of the above-mentioned cross-sensitivity, so that the feedstock nitrogen oxide sensor can not come into contact with the added reducing agent. Furthermore, an instantaneous clogging nitrogen oxide content in the catenary passage is determined by a caster nitrogen oxide sensor having a cross-sensitivity to nitrogen oxides (NOx) and the added reducing agent (ammonia / urea).
Wenn ein stationärer Zustand des Abgasnachbehandlungssystems festgestellt wird, veranlasst die Steuereinheit den Reduktionsmittel-Injektor, einen positiven oder negativen Injektionspuls auszuführen, d.h. einen Injektionspuls mit einer Test-Beigabemenge, die deutlich über oder unter einer Nominal-Beigabemenge liegt, die gemäß dem momentanen Vorlauf-Stickoxid-Gehalt bestimmt wird. Die Nominal-Beigabemenge kann dabei nach einem aggressiven oder bevorzugt nach einem konservativen Beigabe-Schema festgelegt werden.When a stationary condition of the exhaust aftertreatment system is detected, the control unit causes the reductant injector to execute a positive or negative injection pulse, i. an injection pulse having a test addition amount that is well above or below a nominal allowance determined according to the current flow rate nitric oxide content. The Nominal Beigabemenge can be determined by an aggressive or preferably a conservative addition scheme.
Das Mess-Signal des Nachlauf-Stickoxidsensors wird erfasst und in einem Zeitabschnitt nach dem Injektionspuls und vor einem etwaigen weiteren Injektionspuls mit mehreren separaten Teilantworten bewertet. Die Bewertung kann auf beliebige Weise erfolgen und wird weiter unten erläutert.The measurement signal of the wake-up nitrogen oxide sensor is detected and evaluated in a period of time after the injection pulse and before any further injection pulse with a plurality of separate partial responses. The evaluation can be done in any way and will be explained below.
Eine Entscheidung über die Ursache der Effizienz-Abweichung wird auf Basis einer Gesamtbetrachtung der mehreren Teilantworten end etwaig erfasster Richtungsänderungen der Teilantworten getroffen.A decision on the cause of the efficiency deviation is made on the basis of an overall consideration of the multiple partial answers of any detected changes in direction of the partial answers.
Das offenbarte Verfahren hat verschiedene Vorteile. Durch die Bewertung des Mess-Signals mit Teilantworten kann die Analyse des Mess-Signals im Wesentlichen unabhängig von der Dynamik (Geschwindigkeit) der Reaktion erfolgen. Insbesondere kann das Zeitfenster für eine Interpretation der Antworten auf einen Puls im Wesentlichen unbestimmt sein. Somit ist dasselbe Messverfahren sowohl für schnelle, als auch für langsame Reaktionen anwendbar.The disclosed method has several advantages. By evaluating the measurement signal with partial responses, the analysis of the measurement signal can essentially be independent of the dynamics (speed) of the reaction. In particular, the time window for an interpretation of the responses to a pulse may be substantially indefinite. Thus, the same measurement method is applicable to both fast and slow reactions.
Bevorzugt wird eine Effizienz der Stickoxid-Reduktion auf Basis des Vorlauf-Stickoxid-Gehalts und des Nachlauf-Stickoxid-Gehalts berechnet. Die berechnete Effizienz wird mit einer geschätzten Effizienz bzw. einem Soll-Wert für die Effizienz verglichen, um eine Abweichung festzustellen. Die Ausführung eines Injektionspulses kann von der Bedingung abhängig sein, dass die berechnete Effizienz um ein unzulässiges Maß von dem Soll-Wert abweicht, bzw. dass eine Mindest-Abweichung vorliegt. Alternativ kann ein Injektionspuls ohne eine vorhergehende Ermittlung einer Effizienz-Abweichung ausgeführt werden.Preferably, an efficiency of the nitrogen oxide reduction is calculated on the basis of the flow nitrogen oxide content and the clogged nitrogen oxide content. The calculated efficiency is compared with an estimated efficiency or a target value for the efficiency to determine a deviation. The execution of an injection pulse may be dependent on the condition that the calculated efficiency deviates by an impermissible extent from the desired value, or that there is a minimum deviation. Alternatively, an injection pulse may be performed without a prior determination of an efficiency deviation.
Besonders bevorzugt können die mehreren Teilantworten mit Entscheidungsmustern verglichen werden. Dabei kann es einfache Entscheidungsmuster geben, die eine schnelle Erst-Interpretation über die Ursache einer Effizienzänderung zulassen. Diese Entscheidungsmuster können für solche Fälle aussagekräftig sein, in denen Speichereffekte nicht oder nur in geringem Ausmaß zu tragen kommen und eine im Wesentlichen schnelle Dynamik vorliegt. Darüber hinaus können komplexere Entscheidungsmuster definiert sein, die zwischen frühen Teilantworten und gegenläufigen späteren Teilantworten differenzieren können.Particularly preferably, the multiple partial answers can be compared with decision patterns. There may be simple decision patterns that allow a quick first interpretation of the cause of a change in efficiency. These decision patterns can be meaningful for cases in which memory effects do not occur or only to a small extent and there is an essentially fast dynamic. In addition, more complex decision patterns can be defined, which can differentiate between early partial answers and opposing later partial answers.
Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den Zeichnungen angegeben.Further advantageous embodiments of the invention are specified in the subclaims, the following description and the drawings.
Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielhaft und schematisch dargestellt. Diese zeigen:
- 1: eine schematische Darstellung des Abgasnachbehandlungssystems gemäß der vorliegenden Offenbarung;
- 2: Ein erster Satz von Entscheidungsmustern zur Bestimmung der Ursache einer Effizienz-Abweichung der Stickoxid-Reduktion;
- 3: Vorgänge in einem SCR-Katalysator unter Soll-Bedingungen bei konservativer Beigabe von Reduktionsmittel;
- 4A u. 4B: Vorgänge in einem SCR-Katalysator unter Soll-Bedingungen auf einen positiven und einen negativen Injektionspuls;
- 5 u. 6: Mögliche Vorgänge in einem SCR-Katalysator bei Reduktionsmittel-Mangel auf einen negativen Injektionspuls;
- 7 u. 8: Mögliche Vorgänge in einem SCR-Katalysator bei Reduktionsmittel-Mangel auf einen positiven Injektionspuls;
- 9 u. 10: Mögliche Vorgänge in einem SCR-Katalysator bei Reduktionsmittel-Überschuss auf einen negativen Injektionspuls;
- 11 u. 12: Mögliche Vorgänge in einem SCR-Katalysator bei Reduktionsmittel-Mangel auf einen positiven Injektionspuls;
- 13: Mögliche Vorgänge in einem SCR-Katalysator auf eine positiven Injektionspuls, wenn der Reduktionsmittel-Gehalt unterhalb eines Soll-Werts liegt;
- 14: Ein zweiter Satz von Entscheidungsmustern zur Bestimmung der Ursache einer Effizienz-Abweichung der Stickoxid-Reduktion;
- 15: Beispielhafte Analyse des Mess-Signals des Nachlauf-Stickoxid-Sensors nach einem positiven Injektionspuls
- 16: Ein Beispiel für die Ausführung des Lernverfahrens gemäß der vorliegenden Offenbarung in mehreren Durchgängen.
The invention is illustrated by way of example and schematically in the drawings. These show: - 1 1 is a schematic illustration of the exhaust aftertreatment system according to the present disclosure;
- 2 : A first set of decision patterns for determining the cause of an efficiency deviation of the nitric oxide reduction;
- 3 : Processes in an SCR catalyst under nominal conditions with conservative addition of reducing agent;
- 4A and , FIG. 4B: operations in an SCR catalytic converter under nominal conditions on a positive and a negative injection pulse; FIG.
- 5 and , 6: Possible processes in an SCR catalyst with reducing agent deficiency on a negative injection pulse;
- 7 and , 8: Possible processes in an SCR catalyst with reducing agent deficiency on a positive injection pulse;
- 9 u , 10: Possible processes in an SCR catalyst with reducing agent excess to a negative injection pulse;
- 11 u , 12: Possible processes in an SCR catalyst with reducing agent deficiency on a positive injection pulse;
- 13 : Possible events in an SCR catalyst to a positive injection pulse, if the reducing agent content is below a target value;
- 14 : A second set of decision patterns for determining the cause of an efficiency deviation of nitric oxide reduction;
- 15 : Exemplary analysis of the measuring signal of the wake-up nitric oxide sensor after a positive injection pulse
- 16 : An example of the execution of the learning method according to the present disclosure in multiple passes.
Das Abgasnachbehandlungssystem (10) gemäß der vorliegenden Offenbarung ist in 1 skizziert. Im unteren Bereich ist ein Katalyse-Abschnitt (12) gezeigt, der mit einer Vorlauf-Passage (11) und einer Nachlauf-Passage (13) verbunden ist. Durch die Vorlauf-Passage (11) wird ein Abgas dem Katalyse-Abschnitt (12) zugeführt. Das Abgas enthält Stickoxide (NOx). Das aus dem Katalyse-Abschnitt (12) austretende und von Stickoxiden (NOx) weitgehend gereinigte Abgas wird über die Nachlauf-Passage (13) abgeführt.The exhaust aftertreatment system ( 10 ) according to the present disclosure is in 1 outlined. At the bottom is a catalysis section ( 12 ) shown with a flow passage ( 11 ) and a trailing passage ( 13 ) connected is. Through the flow passage ( 11 ), an exhaust gas is added to the catalysis section ( 12 ). The exhaust gas contains nitrogen oxides (NOx). That from the catalysis section ( 12 ) and largely purified by nitrogen oxides (NOx) exhaust gas is passed through the wake passage ( 13 ) dissipated.
In dem Katalyse-Abschnitt (12) ist zumindest ein SCR-Katalysator (16) angeordnet, der einen bekannten Aufbau haben kann. Mit dem SCR-Katalysator (16) kann ggf. ein Filter (17) verbunden sein, insbesondere ein Rußpartikelfilter. Alternativ oder zusätzlich kann ein separater Filter in dem Abgasnachbehandlungssystem (10) vorgesehen sein, insbesondere stromabwärts zu dem SCR-Katalysator (16).In the catalysis section ( 12 ) is at least one SCR catalyst ( 16 ), which may have a known structure. With the SCR catalyst ( 16 ), if necessary, a filter ( 17 ), in particular a soot particle filter. Alternatively or additionally, a separate filter in the exhaust aftertreatment system ( 10 ), in particular downstream of the SCR catalyst ( 16 ).
In dem Beispiel von 1 ist stromaufwärts zu dem SCR-Katalysator (16) ein Diesel-Oxidations-Katalysator (14) als optionales Element vorgesehen. Ferner befindet sich stromaufwärts zu dem SCR-Katalysator (16) ein Reduktionsmittel-Injektor (15), der ebenfalls einen bekannten Aufbau haben kann. Der Reduktionsmittel-Injektor (15) ist in dem Beispiel von 1 in Strömungsrichtung des Abgases direkt vor dem SCR-Katalysator (16) angeordnet. Alternativ kann er an einer beliebigen anderen Stelle angeordnet sein, bspw. stromaufwärts zu einer Turbine oder/oder einem Abgasmischer (nicht dargestellt), durch die eine Durchmischung von Reduktionsmittel und Abgas verbessert wird.In the example of 1 is upstream of the SCR catalyst ( 16 ) a diesel oxidation catalyst ( 14 ) is provided as an optional element. Further, upstream of the SCR catalyst ( 16 ) a reducing agent injector ( 15 ), which may also have a known structure. The reducing agent injector ( 15 ) is in the example of 1 in the flow direction of the exhaust gas directly in front of the SCR catalyst ( 16 ) arranged. Alternatively, it may be arranged at any other location, for example upstream of a turbine or / or an exhaust gas mixer (not shown), through which a mixing of reducing agent and exhaust gas is improved.
Der Reduktionsmittel-Injektor (15) wird bevorzugt mit einem flüssigen Reduktionsmittel versorgt, das mit einem Förderdruck zugeführt ist. Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung wird aus Gründen der vereinfachten Darstellung nicht unterschieden, ob das Reduktionsmittel als Vorprodukt eingespritzt wird (Urea / Harnstoff), das sich erst in die reduzierende Substanz (Ammoniak) umwandelt, oder ob es sich um ein Fertig-Präparat handelt. Die Reduktionsmittel-Beigabemenge meint diejenige Menge des Vorprodukts oder der reduzierenden Substanz, die gemäß der zugrunde liegenden chemischen Reaktion erforderlich ist, um eine bestimmte Menge an Stickoxiden (NOx) zu reduzieren. Im Fall von Ammoniak können die folgenden chemischen Gleichungen zur Bestimmung einer erforderlichen Beigabemenge genutzt werden:
4 NO + 4 NH3 + O2 → 4 N2 + 6 H2O,
2 NO2 + 4 NH3 + O2 → 3 N2 + 6 H2O.
The reducing agent injector ( 15 ) is preferably supplied with a liquid reducing agent, which is fed with a delivery pressure. In the context of the present disclosure, for reasons of simplified illustration, it is not distinguished whether the reducing agent is injected as precursor (urea / urea), which first converts into the reducing substance (ammonia), or whether it is a ready-made preparation. The amount of reductant added means that amount of precursor or reducing substance required according to the underlying chemical reaction to reduce a certain amount of nitrogen oxides (NOx). In the case of ammonia, the following chemical equations may be used to determine a required amount of admixture: 4NO + 4NH 3 + O 2 → 4N 2 + 6H 2 O, 2NO 2 + 4NH 3 + O 2 → 3N 2 + 6H 2 O.
Wenn bei der Ermittlung des Stickoxid-Gehalts (cPre, cPost) nicht zwischen den verschiedenen Oxid-Arten (NO, NO2, NO3...) unterschieden wird, kann die vereinfachte Summenformel genutzt werden:
NO + NO2 + 2 NH3 → 2 N2 + 3 H2O.
If a distinction is made between the different types of oxides (NO, NO2, NO3 ...) when determining the nitrogen oxide content (cPre, cPost), the simplified empirical formula can be used: NO + NO 2 + 2 NH 3 → 2N 2 + 3H 2 O.
Demzufolge bei vereinfachter Betrachtung kann von einem stöchiometrischen Verhältnis von 1 zu 1 zwischen Stickoxiden (NOx) und Ammoniak (NH3) ausgegangen werden. Das mutmaßliche Verhältnis von Stickstoff-Monoxid (NO), Stickstoff-Dioxid (NO2) und anderen Stickoxid-Verbindungen (NOx) kann ggfs. durch modellbasierte Rechnung oder auf Basis von Kennfeldern etc. in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Verbrennungsmotors ermittelt werden, um noch genauer die stöchiometrische Gleichgewichtsmenge zu bestimmen, d.h. welche Menge an Reduktionsmittel gemäß den chemischen Gleichungen zur Umwandlung der detektierten Menge an Stickoxiden vorzusehen ist. Bei Verwendung eines anderen Reduktionsmittels sind entsprechend andere Formeln zu verwenden.As a result, a simplified stoichiometric ratio of 1 to 1 between nitrogen oxides (NOx) and ammonia (NH3) can be assumed. The presumed ratio of nitrogen monoxide (NO), nitrogen dioxide (NO 2) and other nitrogen oxide compounds (NO x) may possibly be determined by model-based calculation or on the basis of maps, etc. depending on the operating state of the internal combustion engine, to even more accurate to determine the stoichiometric equilibrium amount, ie what amount of reducing agent according to the chemical equations to convert the detected amount of nitrogen oxides is provided. When using another reducing agent, other formulas must be used accordingly.
Der Reduktionsmittel-Injektor (15) ist mit der Steuereinheit (20) des Abgasnachbehandlungssystems (10) verbunden und wird über einen Injektor-Treiber (24) mit Energie beaufschlagt. Der Injektor-Treiber (24) kann an beliebiger Stelle angeordnet sein, bspw. als Bestandteil der Steuereinheit (20) (siehe 1) oder als Bestandteil des Reduktionsmittel-Injektors (15).The reducing agent injector ( 15 ) is connected to the control unit ( 20 ) of the exhaust aftertreatment system ( 10 ) and is powered by an injector driver ( 24 ) energized. The injector driver ( 24 ) can be arranged at any position, for example as part of the control unit ( 20 ) (please refer 1 ) or as part of the reducing agent injector ( 15 ).
Durch den Injektor-Treiber (24) wird gemäß einem Sollwert (Qi*) für die Reduktionsmittel-Beigabe ein Injektions-Kommando (CQ) erzeugt, mit dem der Reduktionsmittel-Injektor (15) beaufschlagt wird. Das Injektions-Kommando (CQ) kann insbesondere ein Aktivierungsstrom für einen elektrischen Aktuator des Reduktionsmittel-Injektors (15) sein.Through the injector driver ( 24 ) is set according to a target value (Qi * ) for the reduction agent addition an injection command ( CQ ), with which the reducing agent injector ( 15 ) is applied. The injection command ( CQ ) can in particular an activation current for an electric actuator of the reducing agent injector ( 15 ) be.
Die durch den Reduktionsmittel-Injektor (15) (tatsächlich) beigegebene Menge (Qi) an Reduktionsmittel wird dem SCR-Katalysator (16) zugeführt. In dem vergrößerten Ausschnitt von 1 sind einige Vorgänge skizziert, durch die der (tatsächliche) Reduktionsmittel-Gehalt (cRed) in dem SCR-Katalysator steigt oder fällt. Derjenige Anteil der beigegebenen Menge (Qi) an Reduktionsmittel, der an der katalytischen Wandung adsorbiert wird, ist mit (Qad) gekennzeichnet. Durch die (momentan) adsorbierte Menge (Qad) an Reduktionsmittel steigt der Reduktionsmittel-Gehalt bzw. die gespeicherte Menge an Reduktionsmittel (cRed).By the reducing agent injector ( 15 ) (actually) added quantity ( Qi ) of reducing agent is the SCR catalyst ( 16 ). In the enlarged section of 1 some operations are outlined, by which the (actual) reducing agent content ( cRed ) in the SCR catalyst increases or decreases. The proportion of the added amount (Qi) of reducing agent which is adsorbed on the catalytic wall is indicated by (Qad). By (currently) adsorbed amount (Qad) of reducing agent increases the reducing agent content or the stored amount of reducing agent ( cRed ).
Derjenige Anteil der gespeicherten Menge (cRed) des Reduktionsmittels, der durch chemische Reaktion mit Stickoxiden (NOx) umgesetzt wird, ist als Reaktionsmenge (Qr) gekennzeichnet. Die (momentan) reagierte Menge (Qr) an Reduktionsmittel senkt den Reduktionsmittel-Gehalt (cRed) im SCR-Katalysator. Es kann vereinfacht davon ausgegangen werden, dass ausschließlich an der katalytischen Wandung adsorbiertes Reduktionsmittel zu einer chemischen Umwandlung von Stickoxiden (NOx) beiträgt, d.h. es ist zunächst notwendig, dass ein Reduktionsmittel-Bestandteil an der Wandung adsorbiert wird, damit er nachfolgend an der Reduktions-Reaktion teilhaben kann. Eine direkte Umsetzung von Stickoxiden (NOx) durch das im Abgas vorhandene Reduktionsmittel tritt nicht oder bei vernachlässigbaren Umsetzungsraten auf.The proportion of the stored amount (cRed) of the reducing agent, which is reacted by chemical reaction with nitrogen oxides (NOx), is the reaction quantity ( qr ). The (currently) reacted amount (Qr) of reducing agent lowers the reducing agent content ( cRed ) in the SCR catalyst. It can be assumed in a simplified manner that reducing agent adsorbed exclusively on the catalytic wall contributes to a chemical conversion of nitrogen oxides (NOx), ie it is first necessary for a reducing agent constituent to be adsorbed on the wall so that it can subsequently be bound to the reduction Reaction can participate. A direct conversion of nitrogen oxides (NOx) by the reducing agent present in the exhaust gas does not occur or at negligible conversion rates.
Die desorbierte Menge (Qde) an Reduktionsmittel gibt an, wie viel Reduktionsmittel ohne chemische Umsetzung wieder von der katalytischen Wandung abgelöst wird. Sie kann weiterhin angeben, welcher überschüssige Anteil der tatsächlich beigegebenen Menge (Qi) an Reduktionsmittel ohne chemische Umsetzung den SCR-Katalysator verlässt, bspw. wenn eine Überfüllung des SCR-Katalysators eintritt und für diesen Anteil keine Adsorption an der katalytischen Wandung möglich ist.The desorbed amount ( qdc ) of reducing agent indicates how much reducing agent is removed from the catalytic wall again without chemical reaction. It may also indicate what excess of the quantity actually contributed ( Qi ) leaves the SCR catalyst to reducing agent without chemical reaction, for example. When an overfilling of the SCR catalyst occurs and for this proportion no adsorption on the catalytic wall is possible.
Die Steuerung der Reduktionsmittel-Beigabe erfolgt in einer solchen Weise, dass einerseits der Reduktionsmittel-Gehalt (cRed) im SCR-Katalysator so hoch gehalten wird, dass die erwünschte Effizienz der Stickoxid-Reduktion erreicht wird, und dass andererseits möglichst keine Überfüllung und kein Leer-Zustand des SCR-Katalysators (16) eintreten. Der Soll-Wert (cRed*) für den Reduktionsmittel-Gehalt im SCR-Katalysator (16) repräsentiert eine solche Menge an gespeichertem Reduktionsmittel, dass die vorerwähnten Ziele erreicht werden. Der Soll-Wert (cRed*) wird an den momentanen Betriebszustand des Abgasnachbehandlungssystems angepasst, um bspw. der sich ändernden Speicherfähigkeit bei steigenden und fallenden Temperaturen sowie bei steigenden oder fallenden Volumenströmen Rechnung zu tragen.The control of the reducing agent addition takes place in such a manner that, on the one hand, the reducing agent content ( cRed ) is kept so high in the SCR catalyst that the desired efficiency of the nitrogen oxide reduction is achieved, and on the other hand as possible no overfilling and no empty state of the SCR catalyst ( 16 ) enter. The target value (cRed *) for the reducing agent content in the SCR catalyst ( 16 ) represents such an amount of stored reducing agent that the above-mentioned objects are achieved. The target value ( cRed * ) is adapted to the current operating state of the exhaust aftertreatment system, for example, to take into account the changing storage capacity at increasing and decreasing temperatures as well as increasing or decreasing volume flows.
Der Soll-Wert für die Reduktionsmittel-Beigabemenge (Qi*) kann in beliebiger Weise definiert sein, bspw. als Injektionsrate (Beigabemenge pro Zeitintervall). Die Reduktionsmittel-Beigaben (Qi) können kontinuierlich oder intermittierend auftreten, bspw. bei einem konstanten oder veränderlichen Injektions-Takt, wobei für jede Injektion oder gruppenweise unterschiedliche Einzel-Injektionsmengen vorgegeben werden, um im Mittelwert über einen oder mehrere Takte die vorgegebene Injektionsrate bzw. den Soll-Wert (Qi*) zu erreichen. Bei einer erhöhten Vorgabe des Soll-Werts (Qi*) können Injektionen mit erhöhter Beigabemenge ausgeführt werden und umgekehrt. Alternativ können jeweils einheitliche Einzel-Injektionsmengen vorgegeben sein, wobei durch die Vorgabe einer Injektions-Frequenz die Beigabemenge pro Zeitintervall veränderbar ist, um eine Anpassung an den Soll-Wert (Qi*) zu erreichen. Wiederum alternativ sind Mischungen aus einer Änderung der Einzel-Injektionsmenge und einer Änderung der Injektions-Frequenz möglich. Nachfolgend wird vereinfachend davon ausgegangen, dass ein Soll-Wert (Qi*) (pro Zeitintervall) für die Reduktionsmittel-Beigabe verändert wird, der bspw. in Abhängigkeit von Zustandsparametern des Abgasnachbehandlungssystems (10) in konkrete Injektions-Kommandos (CQ) für Einzel-Injektionen umgesetzt wird.The target value for the reducing agent addition amount ( Qi * ) can be defined in any desired manner, for example as an injection rate (amount added per time interval). The reductant additives ( Qi ) can occur continuously or intermittently, for example at a constant or variable injection cycle, wherein for each injection or groupwise different individual injection quantities are predetermined in order to obtain the predetermined injection rate or the desired value (in the mean value over one or more cycles). Qi * ) to reach. With an increased specification of the desired value ( Qi * ) Injections can be carried out with increased amount of added and vice versa. Alternatively, in each case uniform single injection quantities can be predetermined, wherein the amount of admixture per time interval can be changed by specifying an injection frequency an adjustment to the target value ( Qi * ) to reach. Alternatively, mixtures of a change in the single injection quantity and a change in the injection frequency are possible. For the sake of simplification, it is assumed below that a desired value ( Qi * ) (per time interval) for the reducing agent addition is changed, for example. Depending on the state parameters of the exhaust aftertreatment system ( 10 ) into concrete injection commands ( CQ ) is implemented for single injections.
Während die Reduktionsmittel-Beigabe (Qi) eher intermittierend erfolgt, findet die chemische Reaktion eher kontinuierlich statt. Die Speicherung des Reduktionsmittels führt zu einem Puffer-Effekt, der einen Ausgleich zwischen der intermittierenden Reduktionsmittel-Beigabe und der kontinuierlichen Reduktionsmittel-Umsetzung ermöglicht.While the reducing agent addition ( Qi ) occurs rather intermittently, the chemical reaction takes place rather continuously. The storage of the reducing agent results in a buffering effect which allows a balance between the intermittent reductant addition and the continuous reductant conversion.
Der Sollwert (Qi*) für die Reduktionsmittel-Beigabe wird durch eine Sollwert-Berechnung (23) bereitgestellt und zumindest auf Basis des Vorsteuerwerts (Qpre) und des Speicherführungswerts (Qstr) für die Reduktionsmittel-Beigabe berechnet. Die zugrundeliegende Berechnung kann von beliebiger Art sein. In einer einfachen Ausführung können der momentane Vorsteuerwert (Qpre) und der momentane Speicherführungswert (Qstr) addiert werden. Der Speicherführungswert (Qstr) kann einen positiven oder negativen Wert haben oder Null betragen. Alternativ oder zusätzlich können komplexere Berechnungen zugrunde liegen, die beispielsweise eine zeitweise Unterbindung der Reduktionsmittel-Beigabe mit nachfolgender Kompensation ermöglichen, d.h. eine zeitliche Verschiebung von Beigabemengen zwischen (benachbarten) Zeitintervallen. Eine zeitweise Unterbindung von Reduktionsmittel-Beigaben kann bspw. in solchen Zeitintervallen nötig sein, in denen sich der Betriebszustand des Verbrennungsmotors oder des Abgasnachbehandlungssystems sehr stark ändert.The setpoint ( Qi * ) for the reducing agent addition is determined by a setpoint calculation ( 23 ) and at least based on the pre-tax value ( Qpre ) and the memory management value ( SCNTR ) for the reducing agent addition. The underlying calculation can be of any kind. In a simple implementation, the instantaneous precontrol value ( Qpre ) and the current memory management value ( SCNTR ) are added. The storage management value ( SCNTR ) can have a positive or negative value or zero. As an alternative or in addition, more complex calculations may be used, which, for example, enable a temporary suppression of the addition of reducing agent with subsequent compensation, ie a temporal shift of add-on quantities between (adjacent) time intervals. A temporary suppression of reducing agent additives may, for example, be necessary in such time intervals in which the operating state of the internal combustion engine or of the exhaust gas aftertreatment system changes very greatly.
Der Vorsteuerwert (Qpre) wird von der Vorsteuerung (22), d.h. im offenen Regelkreis, bereitgestellt und auf Basis des momentanen Vorlauf-Stickoxid-Gehalts (cPre) bestimmt. Der Vorlauf-Stickoxid-Gehalt (cPre) kann auf beliebige Weise ermittelt werden. In dem Beispiel von 1 ist ein Vorlauf-Stickoxid-Sensor (40) in der Vorlauf-Passage (11) vorgesehen, der den Vorlauf-Stickoxid-Gehalt (cPre) direkt erfasst. Alternativ oder zusätzlich kann ein Vorlauf-Stickoxid-Gehalt (cPre) als geschätzter Wert von einer anderen Steuerungskomponente bereitgestellt sein, insbesondere von einer Motor-Steuerung mit einem Verbrennungs-Modell, die den momentanen Stickoxid-Ausstoß aus einer Brennkammer des Verbrennungsmotors ermittelt. Bevorzugt können sowohl ein Messwert als auch ein geschätzter oder berechneter Wert des Vorlauf-Stickoxid-Gehalts (cPre) vorliegen, wobei diese Werte untereinander auf Konsistenz geprüft und ggf. adaptiert werden können. Wiederum alternativ oder zusätzlich kann über den Vorlauf-Stickoxidsensor eine Gesamtmenge an Stickoxiden (NOx) ermittelt werden, und über eine Schätzung oder Berechnung können die enthaltenen Stickoxide-Arten (NO, NO2, NO3 etc.) ermittelt werden. Im Folgenden wird vereinfacht davon ausgegangen, dass der Vorlauf-Stickoxid-Gehalt (cPre) sensorisch erfasst wird. The pre-tax value ( Qpre ) is controlled by the feedforward control ( 22 ), ie in the open loop, and based on the instantaneous flow nitrogen oxide content ( CpRe ) certainly. The feedstock nitrogen oxide content ( CpRe ) can be determined in any way. In the example of 1 is a flow nitrogen oxide sensor ( 40 ) in the flow passage ( 11 ), which determines the flow nitrogen oxide content ( CpRe ) recorded directly. Alternatively or additionally, a flow nitrogen oxide content ( CpRe ) may be provided as an estimated value from another control component, in particular from an engine controller having a combustion model that determines the instantaneous nitrogen oxide output from a combustion chamber of the internal combustion engine. Both a measured value and an estimated or calculated value of the precursor nitrogen oxide content ( CpRe ), whereby these values can be checked for consistency and, if necessary, adapted. Again alternatively or additionally, a total amount of nitrogen oxides (NOx) can be determined via the flow nitrogen oxide sensor, and the nitrogen oxides (NO, NO2, NO3, etc.) contained can be determined via an estimation or calculation. In the following, it is simplified to assume that the precursor nitrogen oxide content ( CpRe ) is sensory detected.
Nachfolgend wird das mehrgliedrige Simulationsmodell (21) genauer erläutert. In den Zeichnungen sind geschätzte bzw. berechnete Werte, die eine tatsächliche Größe in der Steuerung repräsentieren, jeweils durch einen Strich und Soll-Werte durch einen Stern gekennzeichnet. (Qi) bezeichnet die tatsächliche Beigabemenge an Reduktionsmittel, die in der Regel nicht direkt ermittelbar ist, während (Qi*) den Soll-Wert und (Qi') einen Schätz-Wert für die Beigabemenge angeben. (cRed) gibt den tatsächlichen Reduktionsmittel-Gehalt im SCR-Katalysator (16), der ebenfalls nicht direkt ermittelbar ist, während (cRed*) einen Soll-Wert und (cRed') einen geschätzten Wert des Reduktionsmittel-Gehalts angeben, usw.The multi-unit simulation model ( 21 ) explained in more detail. In the drawings, estimated values representing an actual size in the control are indicated by a prime and set values by an asterisk, respectively. ( Qi ) denotes the actual amount of reducing agent added, which is usually not directly determinable, while ( Qi * ) the target value and ( Qi ' ) specify an estimated value for the quantity to be added. ( cRed ) gives the actual reducing agent content in the SCR catalyst ( 16 ), which is also not directly determinable while ( cRed * ) a target value and ( cRed ' ) indicate an estimated value of the reducing agent content, etc.
Der Speicherführungswert (Qstr) wird bevorzugt als Abweichung des geschätzten Reduktionsmittels-Gehalts (cRed') von dem Sollwert (cRed*) berechnet. Der Sollwert (cRed*) kann auf beliebige Weise festgelegt sein. Gemäß einer einfachen Ausführung kann er als statischer Wert festgelegt sein und beispielsweise eine maximale Speicherkapazität des SCR-Katalysators (16) unter normalen Betriebsbedingungen angeben. Alternativ und bevorzugt kann der Sollwert (cRed*) dynamisch festgelegt sein, bspw. in Abhängigkeit von Zustandsparametern des Abgasnachbehandlungssystems (10) und/oder des Verbrennungsmotors. Die Festlegung kann insbesondere in Abhängigkeit von der Temperatur des SCR-Katalysators (16) und/oder der Temperatur des Abgases und/oder einem Alter des SCR-Katalysators (16) erfolgen. Weiterhin kann die Strömungsgeschwindigkeit bzw. der Volumenstrom des Abgases eine Anpassung des Soll-Werts (cRed*) bedingen.The storage management value ( SCNTR ) is preferred as a deviation of the estimated reducing agent content ( cRed ' ) from the setpoint ( cRed * ). The setpoint ( cRed * ) can be specified in any way. According to a simple embodiment, it may be defined as a static value and, for example, a maximum storage capacity of the SCR catalytic converter ( 16 ) under normal operating conditions. Alternatively and preferably, the desired value ( cRed * ) dynamically determined, for example, depending on the state parameters of the exhaust aftertreatment system ( 10 ) and / or the internal combustion engine. The determination can be carried out in particular as a function of the temperature of the SCR catalyst ( 16 ) and / or the temperature of the exhaust gas and / or an age of the SCR catalyst ( 16 ) respectively. Furthermore, the flow velocity or the volume flow of the exhaust gas can cause an adjustment of the desired value (cRed *).
Dabei kann der Soll-Wert (cRed*) für den Reduktionsmittel-Gehalt gemäß einem vorbestimmten Beigabe-Schema festgelegt werden.The setpoint value ( cRed * ) are determined for the reducing agent content according to a predetermined addition scheme.
Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung werden zumindest ein aggressives und ein konservatives Beigabe-Schema unterschieden, wobei die Festlegung des Soll-Werts (cRed*) für den Reduktionsmittel-Gehalt bevorzugt nach dem konservativen Beigabe-Schema erfolgt. In the context of the present disclosure, a distinction is made between at least one aggressive and one conservative addition scheme, whereby the specification of the desired value ( cRed * ) for the reducing agent content is preferably carried out according to the conservative addition scheme.
Ein konservatives Beigabe-Schema sieht vor, dass der Soll-Wert (cRed*) für den Reduktionsmittel-Gehalt im SCR-Katalysator (16) um ein erhebliches Maß geringer ist als die (momentane) maximale Speicherkapazität des SCR-Katalysators (16) für Reduktionsmittel. Ein konservatives Beigabe-Schema sieht beispielsweise den Sollwert (cRed*) in einem Bereich von 30% bis 80% der (momentanen) maximalen Speicherkapazität vor. Hierdurch wird einer unerwünschten Überfüllung des SCR-Katalysators (16) und einem dadurch bedingten Reduktionsmittel-Durchbruch vorgebeugt.A conservative addition scheme stipulates that the target value ( cRed * ) for the reducing agent content in the SCR catalyst ( 16 ) is significantly lower than the (instantaneous) maximum storage capacity of the SCR catalyst ( 16 ) for reducing agents. For example, a conservative addition scheme sees the setpoint ( cRed * ) in a range of 30% to 80% of the (current) maximum storage capacity. This is an undesirable overfilling of the SCR catalyst ( 16 ) and a resulting reductant breakthrough prevented.
Bei einem aggressiven Beigabe-Schema würde der Soll-Wert (cRed*) in einem Bereich von größer 80% oder größer 90% der (momentanen) maximalen Speicherkapazität festgelegt, was ebenfalls möglich ist, aber ggfs. erfordert, dass stromabwärts zu dem SCR-Katalysator ein Ammonia slip Katalysator (nicht dargestellt) oder ein anderes Element zur Entfernung eines überschüssigen Reduktionsmittels im austretenden Abgas vorgesehen wird.In the case of an aggressive add-on scheme, the target value ( cRed * ) is set in a range greater than 80% or greater than 90% of the (current) maximum storage capacity, which is also possible, but may require that downstream of the SCR catalyst is an ammonia slip catalyst (not shown) or other element Removal of excess reducing agent is provided in the exiting exhaust gas.
Die vorgenannten Wertebereiche sind rein exemplarisch angegeben und können sich in Abhängigkeit von der Größe und Wirksamkeit des SCR-Katalysators (16) ändern.The abovementioned value ranges are given purely by way of example and may vary depending on the size and effectiveness of the SCR catalyst ( 16 ) to change.
In dem mehrgliedrigen Simulationsmodell (21) gemäß 1 sind verschiedene Glieder enthalten, die in Abhängigkeit von den Zustandsparametern des Abgasnachbehandlungssystems (10) und insbesondere des SCR-Katalysators (16) schätzen bzw. berechnen, durch welche Einflüsse der momentane Reduktionsmittel-Gehalt (cRed) steigt oder fällt. Die Anzahl und Ausbildung der Glieder kann in Abhängigkeit von der Ausbildung des Abgasnachbehandlungssystems (10) und insbesondere des Katalyse-Abschnitts (12) abgewandelt sein.In the multi-unit simulation model ( 21 ) according to 1 are contained various members which, depending on the state parameters of the exhaust aftertreatment system ( 10 ) and in particular the SCR catalyst ( 16 ) estimate or calculate by what influences the current reducing agent content (cRed) increases or decreases. The number and design of the links may vary depending on the design of the exhaust aftertreatment system ( 10 ) and in particular the catalysis section ( 12 ) be modified.
In dem Beispiel von 1 umfasst das mehrgliedrige Simulationsmodell (21) ein erstes Glied (31) in Form eines Reduktionsmittel-Beigabemodells. Dieses ermittelt in Abhängigkeit von einer Betätigung (Qi*/CQ) des Reduktionsmittel-Injektors (15) eine geschätzte Menge (Qi') an beigegebenem Reduktionsmittel. Mit anderen Worten berechnet das Reduktionsmittel-Beigabemodell (31) einen Schätzwert (Qi') für die tatsächlich beigegebene Menge (Qi) an Reduktionsmittel. Die Betätigung des Reduktionsmittel-Injektors (15) kann durch eine beliebige Systemgröße gekennzeichnet sein, bevorzugt durch den Soll-Wert (Qi*) für die Reduktionsmittel-Beigabe oder durch das Injektions-Kommando (CQ).In the example of 1 includes the multi-unit simulation model ( 21 ) a first member ( 31 ) in the form of a reducing agent addition model. This determines depending on an actuation ( Qi * / CQ ) of the reducing agent injector ( 15 ) an estimated amount ( Qi ' ) on added reducing agent. In other words, the reducing agent adding model ( 31 ) an estimated value ( Qi ' ) for the quantity actually added ( Qi ) of reducing agent. The actuation of the reducing agent injector ( 15 ) can be characterized by any system size, preferably by the desired value ( Qi * ) for the reducing agent addition or by the injection command ( CQ ).
Die geschätzte Menge (Qi') des beigegebenen Reduktionsmittels kann weiterhin von folgenden Parametern abhängen:
- - Konzentration der reduzierenden Substanz oder eines Vorprodukts im Speise-Fluid des Reduktionsmittel-Injektors;
- - Speise-Druck des Reduktionsmittel-Injektors;
The estimated amount ( Qi ' ) of the added reducing agent may furthermore depend on the following parameters: - Concentration of the reducing substance or a precursor in the feed fluid of the reducing agent injector;
- - Feed pressure of the reducing agent injector;
15 zeigt beispielhaft den Verlauf der maximalen Speicherkapazität (cMax), des Soll-Werts (cRed*) sowie des geschätzten Werts (cRed') für den Reduktionsmittel-Gehalt im Vergleich zum tatsächlichen Reduktionsmittel-Gehalt (cRed). Der tatsächliche Reduktionsmittel-Gehalt (cRed) ist nicht direkt messbar und somit der Steuerung nicht bekannt. Im abgebildeten Zeitbereich treten drei stationäre Zustände (S1, S2, S3) auf, zwischen denen jeweils instationäre bzw. transiente Zustände liegen. In jedem der drei stationären Zustände (S1, S2, S3) liegt ein anderer Betriebszustand des Abgasnachbehandlungssystems (10) vor, sodass unterschiedliche maximale Speicherkapazitäten (cMax) vorliegen. Dementsprechend ist für jeden der stationären Zustände (S1, S2, S3) ein anderer Soll-Wert (cRed*) für den Reduktionsmittel-Gehalt festgelegt. 15 shows an example of the course of the maximum storage capacity ( Cmax ), the target value ( cRed * ) and the estimated value ( cRed ' ) for the reducing agent content compared to the actual reducing agent content ( cRed ). The actual reducing agent content ( cRed ) is not directly measurable and therefore not known to the controller. In the time range shown, three stationary states ( S1 . S2 . S3 ), between each of which there are transient or transient states. In each of the three stationary states ( S1 . S2 . S3 ) is another operating state of the exhaust aftertreatment system ( 10 ), so that different maximum storage capacities ( Cmax ) are present. Accordingly, for each of the stationary states ( S1 . S2 . S3 ) another setpoint value ( cRed * ) for the reducing agent content.
Im ersten stationären Zustand erfolgen die Reduktionsmittel-Beigabe und die Speicherführung korrekt. Der geschätzte Wert (cRed') des Reduktionsmittel-Gehalts entspricht dem tatsächlichen Reduktionsmittel-Gehalt (cRed) und es liegt keine unzulässige Abweichung zwischen dem geschätzten Reduktionsmittel-Gehalt (cRed') und dem Soll-Wert (cRed*) vor. Dementsprechend ist zu erwarten, dass die Stickoxid-Reduktion bei der korrekten Effizienz erfolgt.In the first steady state, the reductant addition and storage management are done correctly. The estimated value ( cRed ' ) of the reducing agent content corresponds to the actual reducing agent content (cRed) and there is no undue deviation between the estimated reducing agent content ( cRed ' ) and the target value ( cRed * ) in front. Accordingly, it is expected that the nitrogen oxide reduction will occur at the correct efficiency.
Im zweiten stationären Zustand (S2) liegt ein anderer Betriebszustand des Abgasnachbehandlungssystems (10) vor, weshalb eine höhere Speicherkapazität (cMax) des SCR-Katalysators (16) und ein entsprechend höherer Soll-Wert (cRed*) für den Reduktionsmittel-Gehalt vorliegen. Die Reduktionsmittel-Beigabe und die Speicherführung erfolgen ebenfalls korrekt.In the second stationary state ( S2 ) is another operating state of the exhaust aftertreatment system ( 10 ), which is why a higher storage capacity ( Cmax ) of the SCR catalyst ( 16 ) and a correspondingly higher setpoint value ( cRed * ) are present for the reducing agent content. The reducing agent addition and the storage management are also correct.
Beim Übergang zum dritten stationären Zustand, d.h. in dem transienten Übergang, tritt eine Abweichung zwischen dem geschätzten Reduktionsmittel-Gehalt (cRed') und dem tatsächlichen Reduktionsmittel-Gehalt (cRed) auf. Der geschätzte Reduktionsmittel-Gehalt (cRed) liegt fälschlicher Weise auf dem Niveau des Soll-Werts (cRed*). Tatsächlich liegt aber ein Reduktionsmittel-Überschuss vor, der gemäß den Messwerten des Nachlauf-Stickoxid-Gehalts (cPost) zu einer Verminderung der Effizienz der Stickoxid-Reduktion führt. Es findet also ein Reduktionsmittel-Durchbruch statt. During the transition to the third stationary state, ie in the transient transition, a deviation occurs between the estimated reducing agent content ( cRed ' ) and the actual reducing agent content ( cRed ) on. The estimated reducing agent content ( cRed ) is erroneously at the level of the target value ( cRed * ). In fact, however, there is an excess of reducing agent which, according to the measured values of the clogged nitrogen oxide content ( cPost ) leads to a reduction in the efficiency of nitric oxide reduction. So there is a reductant breakthrough instead.
Bei einer ersten Durchführung des unten Lernvorgangs wird der Reduktionsmittel-Überschuss erkannt. Als Grund für die Entstehung des Reduktionsmittel-Überschusses kommen verschiedene Phänomene in Betracht. Einerseits könnte der Reduktionsmittel-Injektor (15) eine tatsächliche Menge (Qi) an Reduktionsmittel beigegebenen haben, die größer war als die Soll-Menge (Qi*). Andererseits könnte im SCR-Katalysator tatsächlich mehr Reduktionsmittel adsorbiert oder weniger Reduktionsmittel reagiert worden sein, als im Simulationsmodell geschätzt wurde. D.h. die geschätzte Adsorptionsmenge (Qad) könnte im Zeitraum vor dem Lernvorgang kleiner gewesen sein als die tatsächliche Adsorptionsmenge (Qad') und die geschätzte Reaktionsmenge (Qr') könnte kleiner gewesen sein als die tatsächliche Reaktionsmenge (Qr).In a first implementation of the learning process below, the excess of reducing agent is detected. As a reason for the formation of the reducing agent excess, various phenomena come into consideration. On the one hand, the reducing agent injector ( 15 ) an actual amount ( Qi ) have been added to reducing agent, which was greater than the target amount ( Qi * ). On the other hand, in the SCR catalyst, in fact, more reductant could have been adsorbed or less reductant reacted than estimated in the simulation model. That is, the estimated adsorption amount ( Qad ) could have been smaller than the actual adsorption amount in the pre-learning period ( Qad ' ) and the estimated reaction amount ( qr ' ) could have been smaller than the actual reaction rate ( qr ).
Als Gegenmaßnahme wird einerseits der geschätzte Reduktionsmittel-Gehalt (cRed') auf den Wert (cMax) angepasst. Darüber hinaus können weitere Korrekturwertanpassungen in dem Simulationsmodell ausgeführt werden, die unten stehend erläutert werden.As a countermeasure on the one hand, the estimated reducing agent content ( cRed ' ) to the value ( Cmax ) customized. In addition, further correction value adjustments may be made in the simulation model, which will be explained below.
Wenn der geschätzte Reduktionsmittel-Gehalt (cRed') auf den Wert (cMax) adaptiert wird, wird die unzulässige Abweichung gegenüber dem Soll-Wert (cRed*) für den Reduktionsmittel-Gehalt von der Steuerung erfasst. Dementsprechend wird ein negativer Speicherführungswert (Qstr) erzeugt, der zu geringeren Soll-Injektionsmengen (Qi*) führt und damit bewirkt, dass der geschätzte Reduktionsmittel-Gehalt (cRed') wieder dem Soll-Wert (cRed*) angenähert wird.If the estimated reductant content ( cRed ' ) to the value ( Cmax ) is adapted, the impermissible deviation from the desired value ( cRed * ) for the reducing agent content detected by the controller. Accordingly, a negative storage guide value ( SCNTR ), which leads to lower target injection quantities ( Qi * ) and thus causes the estimated reductant level ( cRed ' ) again the target value ( cRed * ) is approximated.
In dem Beispiel von 16 geht das Simulationsmodell nach der ersten Durchführung (L1) des Lernvorgangs davon aus, dass der geschätzte Reduktionsmittel-Gehalt (cRed') auf dem Soll-Wert (cRed*) bleibt. Tatsächlich tritt in dem gezeigten Beispiel aber erneut eine Abweichung auf, die zu einem Reduktionsmittel-Überschuss führt, d.h. der tatsächliche Reduktionsmittel-Gehalt (cRed) ist erneut über dem Soll-Wert (cRed*) und driftet gegen den Wert von (cMas). Der Grund hierfür könnte sein, dass die tatsächliche Beigabemenge (Qi) größer ist als der Soll-Wert (Qi*), was einerseits auf einen Mess-Fehler des Vorlauf-Stickoxid-Sensors (40) oder auf einen Fehler des Injektors (15) zurückführbar sein könnte.In the example of 16 does the simulation model go after the first execution ( L1 ) of the learning process assumes that the estimated reducing agent content ( cRed ' ) at the target value ( cRed * ) remains. In fact, in the example shown, however, a deviation occurs again, which leads to a reducing agent excess, ie the actual reducing agent content ( cRed ) is again above the target value ( cRed * ) and drifts against the value of ( CMAS ). The reason for this could be that the actual quantity of Qi ) is greater than the target value ( Qi * ), which is due to a measurement error of the flow nitrogen oxide sensor ( 40 ) or an error of the injector ( 15 ) could be traceable.
Bei einer weiteren Durchführung (L2) des Lernvorgangs kann der erneute Reduktionsmittel-Überschuss erkannt werden, wobei der geschätzte Reduktionsmittel-Gehalt (cRed') wieder auf einen geeigneten Wert geändert wird, und es können weitere Adaptionen in dem Simulationsmodell vorgenommen werden, um die erfasste Drift des Reduktionsmittel-Gehalts (cRed) zu kompensieren. Geeignete Maßnahmen werden unten erläutert.In a further implementation ( L2 ) of the learning process, the renewed excess of reducing agent can be recognized, wherein the estimated reducing agent content ( cRed ' ) is changed back to a suitable value, and further adaptations can be made in the simulation model to determine the detected drift of the reducing agent content ( cRed ) to compensate. Suitable measures are explained below.
An oder in dem Reduktionsmittel-Beigabemodell (31) kann ein beliebiger Korrekturwert (W1) vorgesehen sein, der bei der Durchführung eines Lernvorgangs anpassbar ist. Im Beispiel von 1 ist vereinfachend angenommen, dass der Korrekturwert W1 ein multiplikativer Faktor ist, der den geschätzten Wert (Qi') der Beigabemenge gegenüber einer Basis-Berechnung erhöht oder verringert. Alternativ oder zusätzlich können andere Korrekturwerte vorgesehen sein, die bspw. eine oder mehr konkrete Anpassungen in Bezug auf die o.g. Einflussparameter vorsehen.At or in the reducing agent adding model ( 31 ), any correction value ( W1 ) that is adaptable when performing a learning operation. In the example of 1 For simplification, it is assumed that the correction value W1 is a multiplicative factor representing the estimated value ( Qi ' ) of the amount added to a base calculation increased or decreased. Alternatively or additionally, other correction values may be provided which, for example, provide one or more concrete adjustments with respect to the aforementioned influencing parameters.
Das zweite Glied (32) des Simulationsmodells (21) ist ein Reduktionsmittel-Speichermodell (32). Dieses schätzt in Abhängigkeit von Zustandsparametern des Abgasnachbehandlungssystems (10), welche Menge (Qad') an Reduktionsmittel momentan in dem SCR-Katalysator (16) durch Adsorption gespeichert wird. Die geschätzte Menge (Qad') kann von folgenden Zustandsparametern abhängen:
- - Momentaner (geschätzter) Reduktionsmittel-Gehalt (cRed') im SCR-Katalysator (16) - entspricht Besetzungs- bzw. Füllungsgrad der Katalysatorwandung;
- - Momentane (geschätzte) Beigabemenge (Qi') an Reduktionsmittel - bezogen vom Reduktionsmittel-Beigabemodell (31);
- - Temperatur des SCR-Katalysators (16);
- - Temperatur des zugeführten Abgases;
- - Konzentration der reduzierenden Substanz im zugeführten Abgas;
- - Durchmischungsgrad von Reduktionsmittel und Abgas stromaufwärts zu SCR-Katalysator, beispielsweise abhängig von Anordnung des Reduktionsmittel-Injektors und Betrieb oder Last einer zwischen dem Reduktionsmittel-Injektor (15) und dem SCR-Katalysator (16) etwaig angeordneten Turbine;
- - Strömungsgeschwindigkeit bzw. Volumenstrom des Abgases, bspw. bezogen von einem Strömungssensor (nicht dargestellt) oder von einer Motorsteuerung.
The second link ( 32 ) of the simulation model ( 21 ) is a reducing agent storage model ( 32 ). This estimates as a function of state parameters of the exhaust aftertreatment system ( 10 ), whitch amount ( Qad ' ) reducing agent currently in the SCR catalyst ( 16 ) is stored by adsorption. The estimated amount (Qad ') may depend on the following state parameters: - - Current (estimated) reducing agent content ( cRed ' ) in the SCR catalyst ( 16 ) - corresponds to occupation or degree of filling of the catalyst wall;
- - Current (estimated) amount of add-on ( Qi ' ) of reducing agent - based on the reducing agent addition model ( 31 );
- Temperature of the SCR catalyst ( 16 );
- - temperature of the supplied exhaust gas;
- - Concentration of the reducing substance in the supplied exhaust gas;
- - Degree of mixing of reducing agent and exhaust gas upstream to SCR catalyst, for example, depending on the arrangement of the reducing agent injector and operation or load of a between the reducing agent injector ( 15 ) and the SCR catalyst ( 16 ) possibly arranged turbine;
- Flow velocity or volume flow of the exhaust gas, for example, based on a flow sensor (not shown) or of a motor control.
Im Beispiel von 1 ist vereinfachend angenommen, dass ein Korrekturwert (W2) an oder in dem Reduktionsmittel-Speichermodell (32) ein multiplikativer Faktor ist, der den Wert (Qad') gegenüber einer Basis-Berechnung erhöht oder verringert. Alternativ oder zusätzlich können andere Korrekturwerte vorgesehen sein, die bspw. eine oder mehr konkrete Anpassungen in Bezug auf die o.g. Einflussparameter vorsehen.In the example of 1 For the sake of simplification, it is assumed that a correction value ( W2 ) on or in the reducing agent storage model ( 32 ) is a multiplicative factor that determines the value ( Qad ' ) is increased or decreased compared to a base calculation. Alternatively or additionally, other correction values may be provided which, for example, provide one or more concrete adjustments with respect to the aforementioned influencing parameters.
Das in 1 separat dargestellt Summationsglied (25), das den geschätzten Reduktionsmittel-Gehalt (cRed') berechnet, kann ebenfalls Bestandteil des Reduktionsmittel-Speichermodells (32) sein. Dementsprechend kann der Korrekturwert (W2) - alternativ oder zusätzlich zu den o.g. Möglichkeiten - ein multiplikativer Faktor, ein Offsetwert oder ein Ersatzwert für den geschätzten Reduktionsmittel-Gehalt (cRed') sein. Besonders bevorzugt handelt es sich um einen Offsetwert.This in 1 separately shown summation element ( 25 ), which calculates the estimated reducing agent content (cRed '), can also be part of the reducing agent storage model ( 32 ) be. Accordingly, the correction value ( W2 ) - alternatively or in addition to the abovementioned possibilities - a multiplicative factor, an offset value or a substitute value for the estimated reducing agent content ( cRed ' ) be. Particularly preferably, it is an offset value.
Das dritte Glied (33) des Simulationsmodells (21) ist in dem Beispiel von 1 ein Reaktions-Modell (33), das in Abhängigkeit von Zustandsparametern des Abgasnachbehandlungssystems (10) schätzt, welcher Anteil (Qr') des im SCR-Katalysator gespeicherten Reduktionsmittels durch chemische Reaktion entnommen bzw. umgewandelt wird. Die geschätzte Menge (Qr') des durch Reaktion umgewandelten Reduktionsmittels kann von folgenden Zustandsparametern abhängen:
- - Momentaner (geschätzter) Reduktionsmittel-Gehalt (cRed') im SCR-Katalysator (16) - entspricht Besetzungs- bzw. Füllungsgrad der Katalysatorwandung;
- - Temperatur des SCR-Katalysators (16);
- - Temperatur des zugeführten Abgases;
- - Konzentration der Stickoxide (NOx) im zugeführten Abgas;
- - Strömungsgeschwindigkeit des Abgases.
The third link ( 33 ) of the simulation model ( 21 ) is in the example of 1 a reaction model ( 33 ), which depends on the state parameters of the exhaust aftertreatment system ( 10 ) estimates what proportion ( qr ' ) of the reducing agent stored in the SCR catalyst is removed or converted by chemical reaction. The estimated amount ( qr ' ) of the reducing agent converted by reaction may depend on the following state parameters: - - Current (estimated) reducing agent content ( cRed ' ) in the SCR catalyst ( 16 ) - corresponds to occupation or degree of filling of the catalyst wall;
- Temperature of the SCR catalyst ( 16 );
- - temperature of the supplied exhaust gas;
- - concentration of nitrogen oxides (NOx) in the supplied exhaust gas;
- - Flow rate of the exhaust gas.
Im Beispiel von 1 ist vereinfachend angenommen, dass ein Korrekturwert (W3) an oder in dem Reaktions-Modell (33) ein multiplikativer Faktor ist, der den geschätzten Wert (Qr') gegenüber einer Basis-Berechnung erhöht oder verringert. Alternativ oder zusätzlich können andere Korrekturwerte vorgesehen sein, die bspw. eine oder mehr konkrete Anpassungen in Bezug auf die o.g. Einflussparameter vorsehen. Insbesondere kann ein Korrekturwert (W3) ein multiplikativer Faktor und/oder ein Offset-Wert sein, der den Vorlauf-Stickoxid-Gehalt (cPre) gegenüber dem Messwert des Vorlauf-Stickoxidsensors (40) erhöht oder verringert. Eine Korrekturwertanpassung in Bezug auf den Messwert des Vorlauf-Sickoxidsensors (40) kann gleichzeitig eine Auswirkung auf die Vorsteuerung (22) und damit den Vorsteuerwert (Qpre) für die Reduktionsmittel-Beigabe haben. Somit kann eine Korrekturwertanpassung zusätzlich zu den Änderungen im mehrgliedrigen Simulationsmodell (21) einen Korrekturwert (W3) für die oder in der Vorsteuerung (22) ändern.In the example of 1 For the sake of simplification, it is assumed that a correction value ( W3 ) on or in the reaction model ( 33 ) is a multiplicative factor representing the estimated value ( qr ' ) is increased or decreased compared to a base calculation. Alternatively or additionally, other correction values may be provided which, for example, provide one or more concrete adjustments with respect to the aforementioned influencing parameters. In particular, a correction value ( W3 ) may be a multiplicative factor and / or an offset value that determines the feedstock nitrogen oxide content ( CpRe ) compared to the measured value of the flow nitrogen oxide sensor ( 40 ) increases or decreases. A correction value adjustment with respect to the measured value of the forward spark-type oxide sensor ( 40 ) can simultaneously affect the feedforward ( 22 ) and thus the pre-tax value ( Qpre ) for the reducing agent addition. Thus, a correction value adjustment in addition to the changes in the multi-unit simulation model ( 21 ) a correction value ( W3 ) for or in the feedforward control ( 22 ) to change.
Das vierte Glied in dem Simulationsmodell (21) ist ein Desorptionsmodell (34), das in Abhängigkeit von Zustandsparametern des Abgasnachbehandlungssystems (10) berechnet, welcher Anteil (Qde') des im SCR-Katalysator gespeicherten Reduktionsmittels ohne chemische Umsetzung desorbiert wird. Die geschätzte Menge (Qde') des desorbierten Reduktionsmittels kann weiterhin einen Anteil der geschätzten beigegebenen Menge (Qi') umfassen, der nicht im SCR-Katalysator adsorbiert werden kann. Die geschätzte Menge (Qde') kann von folgenden Zustandsparametern abhängen:
- - Momentaner (geschätzter) Reduktionsmittel-Gehalt (cRed') im SCR-Katalysator (16) - entspricht Besetzungs- bzw. Füllungsgrad der Katalysatorwandung;
- - Momentane (geschätzte) Beigabemenge (Qi') an Reduktionsmittel - bezogen vom Reduktionsmittel-Beigabemodell (31);
- - Temperatur des SCR-Katalysators (16);
- - Temperatur des zugeführten Abgases;
- - Strömungsgeschwindigkeit des Abgases.
The fourth term in the simulation model ( 21 ) is a desorption model ( 34 ), which depends on the state parameters of the exhaust aftertreatment system ( 10 ), which proportion ( qdc ' ) of the reducing agent stored in the SCR catalyst is desorbed without chemical reaction. The estimated amount ( qdc ' ) of the desorbed reducing agent may further comprise a proportion of the estimated added amount ( Qi ' ) which can not be adsorbed in the SCR catalyst. The estimated amount ( qdc ' ) may depend on the following state parameters: - - Current (estimated) reducing agent content ( cRed ' ) in the SCR catalyst ( 16 ) - corresponds to occupation or degree of filling of the catalyst wall;
- - Current (estimated) loading amount (Qi ') of reducing agent - related to the reducing agent addition model ( 31 );
- Temperature of the SCR catalyst ( 16 );
- - temperature of the supplied exhaust gas;
- - Flow rate of the exhaust gas.
Im Beispiel von 1 ist vereinfachend angenommen, dass ein Korrekturwert (W4) an oder in dem DesorptionsModell (33) ein multiplikativer Faktor ist, der den Wert (Qde') gegenüber einer Basis-Berechnung erhöht oder verringert. Alternativ oder zusätzlich können andere Korrekturwerte vorgesehen sein, die bspw. eine oder mehrere konkrete Anpassungen in Bezug auf die o.g. Einflussparameter vorsehen. In the example of 1 For the sake of simplification, it is assumed that a correction value ( W4 ) on or in the desorption model ( 33 ) is a multiplicative factor that determines the value ( qdc ' ) is increased or decreased compared to a base calculation. Alternatively or additionally, other correction values may be provided which, for example, provide one or more specific adjustments with respect to the aforementioned influencing parameters.
Das Steuerungskonzept gemäß der vorliegenden Offenbarung sieht vor, dass durch den Vorsteuerwert (Qpre) ein erheblicher Anteil der Soll-Menge (Qi*) des beizugebenden Reduktionsmittels in Abhängigkeit von dem momentanen Vorlauf-Stickoxid-Gehalt (cPre) festgelegt wird. Dies kann bei einer sehr geringen Zeitverzögerung erfolgen. Mit anderen Worten wird stets (fast) so viel Reduktionsmittel gemäß dem Vorsteuerwert (Qpre) beigegeben, dass der Verlust an Reduktionsmittel in dem SCR-Katalysator (16) infolge der chemischen Umwandlung kompensiert wird. Somit erfolgt durch die Vorsteuerung (22) eine Grundanpassung der Reduktionsmittel-Beigabe an den momentanen Bedarf.The control concept according to the present disclosure provides that by the precontrol value ( Qpre ) a significant proportion of the target quantity ( Qi * ) of the reducing agent to be added as a function of the instantaneous flow nitrogen oxide content ( CpRe ). This can be done with a very small time delay. In other words, always (almost) so much reducing agent according to the precontrol value ( Qpre ) that the loss of reducing agent in the SCR catalyst ( 16 ) is compensated as a result of the chemical transformation. Thus, by the pilot control ( 22 ) a basic adjustment of the reducing agent addition to the current need.
Durch die Vorgabe des Speicherführungswerts (Qstr), der in Abhängigkeit von einer Simulation über die Vorgänge in dem SCR-Katalysator (16) festgelegt ist, die zu einer Erhöhung oder Verringerung des momentanen Reduktionsmittel-Gehalts (cRed) führen, kann besonders bei instationären Zuständen des Verbrennungsmotors bzw. des Abgasnachbehandlungssystems (10) eine kompensierende bzw. noch feinere Steuerung der Reduktionsmittel-Beigabe erfolgen. Die zu Grunde liegenden Berechnungen und Schätzungen können infolge der zeitlichen Puffer-Wirkung des SCR-Katalysators (16) mit einer größeren Zeitverzögerung erfolgen.By specifying the storage guide value ( SCNTR ), which depends on a simulation on the processes in the SCR catalyst ( 16 ), which leads to an increase or decrease in the instantaneous reducing agent content ( cRed ), especially in unsteady states of the internal combustion engine or the exhaust aftertreatment system ( 10 ) take place a compensating or even finer control of the reducing agent addition. The underlying calculations and estimates may be due to the temporal buffering effect of the SCR catalyst ( 16 ) with a greater time delay.
Nachfolgend wird beispielhaft die Durchführung eines Lernvorgangs erläutert.The following is an example of the implementation of a learning process explained.
Ein Komparator (26) vergleicht den momentanen Vorlauf-Stickoxid-Gehalt (cPre) (geschätzt und/oder gemessen) und den momentanen Nachlauf-Stickoxid-Gehalt (cPost) (gemessen) und berechnet daraus eine momentane Effizienz der Stickoxid-Reduktion. Der Komparator (26) vergleicht die momentane Effizienz mit einem Sollwert (rEff*) und berechnet daraus eine Effizienz-Abweichung (dEff).A comparator ( 26 ) compares the instantaneous flow nitrogen oxide content ( CpRe ) (estimated and / or measured) and the instantaneous clogged nitric oxide content ( cPost ) (measured) and calculates therefrom an instantaneous nitrogen oxide reduction efficiency. The comparator ( 26 ) compares the current efficiency with a setpoint ( Reff * ) and calculates an efficiency deviation ( deff ).
Eine Effizienz-Abweichung tritt insbesondere dann auf, wenn der SCR-Katalysator (16) eine verminderte Wirksamkeit aufweist, überfüllt wird oder leer läuft. Eine verminderte Wirksamkeit kann bspw. auf einer Alterung des SCR-Katalysators (16) beruhen, durch die der Wirkungsgrad herabgesetzt wird. Ein Überfüllen oder Leerlaufen des SCR-Katalysators kann bspw. auf einer temporären oder dauerhaften Abweichung der tatsächlichen Beigabemenge (Qi) von dem Soll-Wert (Qi*), oder auf einer unzureichenden Adsorption (Qad) beruhen.An efficiency deviation occurs in particular when the SCR catalyst ( 16 ) has a reduced efficiency, is overcrowded or runs idle. A reduced effectiveness can, for example, on an aging of the SCR catalyst ( 16 ), by which the efficiency is reduced. Overfilling or idling of the SCR catalytic converter can, for example, be based on a temporary or permanent deviation of the actual amount added ( Qi ) from the target value ( Qi * ), or due to insufficient adsorption (Qad).
Die Effizienz-Abweichung (dEff) wird durch eine Korrekturwert-Anpassung (27) genutzt, um in zumindest zwei der Glieder (31, 32, 33, 34) des Simulationsmodells (21) eine Korrektur vorzunehmen, insbesondere durch Änderung an den Korrekturwerten (W1, W2, W3, W4). Zusätzlich kann eine Korrektur des geschätzten Reduktionsmittel-Gehalts (cRed') erfolgen.The efficiency deviation ( deff ) is replaced by a correction value adjustment ( 27 ) are used in at least two of the members ( 31 . 32 . 33 . 34 ) of the simulation model ( 21 ) make a correction, in particular by changing the correction values ( W1 . W2 . W3 . W4 ). In addition, a correction of the estimated reductant level ( cRed ' ) respectively.
Besonders bevorzugt wird die Effizienz-Abweichung (dEff) gemäß einem Gewichtungsschlüssel (SW) auf zwei oder mehr Korrekturwerte (W1-W4) in den mindestens zwei Gliedern (31-34) des Simulationsmodells (21) verteilt, insbesondere durch Aufteilung des Abweichungswerts (dEff) in zwei oder mehr prozentuale Anteile.Particularly preferred is the efficiency deviation ( deff ) according to a weighting key ( SW ) to two or more correction values ( W1 - W4 ) in the at least two members ( 31 - 34 ) of the simulation model ( 21 ), in particular by dividing the deviation value (dEff) into two or more percentage shares.
In bzw. für die Korrekturwert-Anpassung (27) sind bevorzugt zwei oder mehr alternative Gewichtungsschlüssel (SW) vordefiniert, aus denen ein geeigneter Gewichtungsschlüssel (SW) ausgewählt wird. Die Auswahl kann auf Basis beliebiger Kriterien erfolgen, beispielsweise auf Basis des Erfolgs eines vorherigen Lernvorgangs. Alternativ oder zusätzlich kann die Auswahl auf Basis weiterer Zustandsparameter des Abgasnachbehandlungssystems (10) erfolgen, beispielsweise einer festgestellten Inkonsistenz zwischen einem modellbasiert ermittelten Wert und einem gemessenen Wert für den Vorlauf-Stickoxid-Gehalt (cPre). Ein Korrekturwert (W1 - w4) kann alternativ oder zusätzlich zu den o.g. Möglichkeiten eine Verstärkung für einen Messwert oder einen berechneten Wert vorsehen, der dem Simulationsmodell (21) zugeführt wird. Dazu gehören insbesondere ein Messwert von einem Vorlauf-Stickoxid-Sensor, einem Nachlauf-Stickoxid-Sensor, einem Abgas-Temperatursensor und einem Katalysator-Temperatursensor.In or for the correction value adjustment ( 27 ) two or more alternative weighting keys (SW) are preferably predefined, from which a suitable weighting key (SW) SW ) is selected. The selection can be made on the basis of any criteria, for example based on the success of a previous learning process. Alternatively or additionally, the selection based on further state parameters of the exhaust aftertreatment system ( 10 ), for example a detected inconsistency between a model-based determined value and a measured value for the lead nitrogen oxide content ( CpRe ). A correction value ( W1 - w4 ) may alternatively or in addition to the above-mentioned possibilities provide for a gain for a measured value or a calculated value which corresponds to the simulation model ( 21 ) is supplied. These include in particular a measured value of a flow nitrogen oxide sensor, a lagging nitrogen oxide sensor, an exhaust gas temperature sensor and a catalyst temperature sensor.
Besonders bevorzugt wird durch einen Gewichtungsschlüssel (SW) gleichzeitig eine Adaption zumindest eines Korrekturwerts (W1) in oder an dem Reduktionsmittel-Beigabemodell (31) und zusätzlich eines Korrekturwerts (W2) in oder an dem Reduktionsmittel-Speichermodell (32) vorgenommen.Particular preference is given by a weighting key ( SW ) simultaneously an adaptation of at least one correction value ( W1 ) in or on the reducing agent addition model ( 31 ) and additionally a correction value ( W2 ) in or on the reducing agent storage model ( 32 ) performed.
In dem Beispiel von 16 wird bei der ersten Durchführung (L1) des Lernvorgangs der Korrekturwert (W2) angepasst, bspw. indem ein Offsetwert den geschätzten Reduktionsmittel-Gehalt (cRed') aktualisiert. Mit anderen Worten wird ein Gewichtungsschlüssel angewendet, der 100% Anpassung für den Korrekturwert (W2) vorsieht. In the example of 16 will be used at the first implementation ( L1 ) of the learning process the correction value ( W2 ), for example by an offset value the estimated reducing agent content ( cRed ' ) updated. In other words, a weighting key is applied, the 100% adjustment for the correction value ( W2 ).
Die Darstellung in 16 ist rein exemplarisch gewählt, um mögliche Verläufe der berechneten Größen (cRed*, cRed') im Simulationsmodell gegenüber den tatsächlichen Änderungen der physikalischen Größen zu verdeutlichen und darauf aufbauend ein Beispiel für die mehrfache Durchführung eines Lernvorgangs zu erläutern. Die lokalen Schwankungen des tatsächlichen Reduktionsmittel-Gehalts (cRed) haben rein erläuternden Charakter und geben nicht das Timing oder die Anzahl von Einzel-Injektionen wider.The representation in 16 is selected purely as an example in order to determine possible courses of the calculated quantities ( cRed * . cRed ' ) in the simulation model compared to the actual changes of the physical quantities and on this basis to explain an example of the multiple execution of a learning process. The local fluctuations of the actual reducing agent content ( cRed ) are purely illustrative and do not reflect the timing or number of single injections.
Im zweiten Durchgang (L2) des Lernverfahrens wird festgestellt, dass die reine Anpassung des geschätzten Reduktionsmittel-Gehalts (cRed') nicht ausreichend war. Mit einem unerwartet kurzen Zeitverzug wird eine erneute Effizienz-Abweichung ermittelt. Die Effizienz-Abweichung kann nun einerseits zu einer erneuten Anpassung des Korrekturwerts (W2) verwendet werden, um den geschätzten Reduktionsmittel-Gehalt (cRed') durch einen Offset-Wert zu aktualisieren. Hierfür kann eine Gewichtung von bspw. 50% der Effizienz-Abweichung vorgesehen sein. Die anderen 50% der Effizienz-Abweichung können für eine Änderung des Korrekturwerts (W1) genutzt werden, um die geschätzte Beigabemenge (Qi') gegenüber dem Basiswert zu erhöhen. Hierdurch wird kompensiert, dass der Injektor (15) vielleicht gegenüber dem Soll-Wert (Qi*) eine zu große tatsächliche Menge (Qi) beigibt.In the second round ( L2 ) of the learning process, it is determined that the pure adjustment of the estimated reducing agent content ( cRed ' ) was insufficient. With an unexpectedly short time delay, a new efficiency deviation is determined. The efficiency deviation can now on the one hand to a new adjustment of the correction value ( W2 ) can be used to calculate the estimated reducing agent content ( cRed ' ) by an offset value. For this purpose, a weighting of, for example, 50% of the efficiency deviation can be provided. The other 50% of the efficiency deviation can be used for a change of the correction value ( W1 ) can be used to calculate the estimated quantity ( Qi ' ) against the underlying. This compensates for the fact that the injector ( 15 ) maybe opposite to the target value ( Qi * ) too high an actual amount ( Qi ).
Nach der Anpassung des geschätzten Reduktionsmitte-Gehalts (cRed') wird erneut eine Abweichung gegenüber dem Soll-Wert (cRed*) erfasst. Also wird ein negativer Speicherführungswert (Qstr) erzeugt, durch den eine Absenkung des Reduktionsmittel-Gehalts (cPre, cPre') erreicht wird.After adjusting the estimated reduction center content ( cRed ' ) again a deviation from the target value ( cRed * ) detected. So a negative memory management value ( SCNTR ), by which a reduction of the reducing agent content ( CpRe . CpRe ' ) is achieved.
Nach der zweiten Durchführung (L2) wird zunächst davon ausgegangen, dass der geschätzte Reduktionsmittel-Gehalt (cRed') dem Soll-Wert (cRed*) entspricht. Tatsächlich tritt aber allmählich ein Reduktionsmittel-Mangel auf, der - nun mit einem etwas größerem Zeitverzug von L2 zu L3 - zu einer erneuten Effizienz-Abweichung der Stickoxid-Reduktion führt.After the second implementation ( L2 ) it is initially assumed that the estimated reductant content ( cRed ' ) the target value ( cRed * ) corresponds. In fact, however, a lack of reducing agents is beginning to appear, which - with a little more time lag of L2 to L3 - leads to a renewed efficiency deviation of the nitrogen oxide reduction.
In einem erneuten Lerndurchgang (L3) wird der Reduktionsmittel-Mangel festgestellt und es werden neuerliche Anpassungen im Simulationsmodell ausgeführt. Im vorliegenden Beispiel werden erneut die Korrekturwerte (W1, W2) geändert. Diesmal allerdings mit einem anderen Gewichtungsschlüssel von bspw. 75% Gewichtung für die Anpassung des Korrekturwerts (W2) bzw. des geschätzten Reduktionsmittel-Gehalts (cRed') und 25% für den Korrekturwert (W1) bszw. die geschätzte Beigabemenge (Qi').In a new learning process ( L3 ) the reductant deficiency is detected and new adjustments are made in the simulation model. In this example, the correction values ( W1 . W2 ) changed. This time, however, with another weighting key of, for example, 75% weighting for the adjustment of the correction value ( W2 ) or the estimated reducing agent content ( cRed ' ) and 25% for the correction value ( W1 ) bszw. the estimated amount of added (Qi ').
Nach dem dritten Durchgang (L3) des Lernverfahrens kehrt das System wieder in den gewünschten Zustand zurück, sodass keine unzulässigen Effizienz-Abweichungen der Stickoxid-Reduktion festgestellt werden.After the third round ( L3 ) of the learning process, the system returns to the desired state, so that no inadmissible efficiency deviations of the nitrogen oxide reduction are found.
Bei der mehrfachen Ausführung des Lernverfahrens können Ergebnisse aus einer vorherigen Durchführung (Adaption war schnell erfolgreich / langsam erfolgreich / nicht erfolgreich) genutzt werden, um die Anpassungen in der aktuellen Durchführung festzulegen. Mit anderen Worten kann die Auswahl eines Gewichtungsschlüssels (SW) in Abhängigkeit von einem Zeitverzug zwischen zwei Durchführungen (L1, L2) des Lernvorgangs bzw. zwischen zwei ermittelten Effizienz-Abweichungen der Stickoxid-Reduktion getroffen werden. Sie kann zusätzlich davon abhängen, ob zwischen zwei Durchführungen (L1, L2, L3) des Lernvorgangs dieselbe oder unterschiedliche Ursachen der Effizienz-Abweichung (Reduktionsmittel-Überschuss oder Reduktionsmittel-Mangel) festgestellt wurden.In the case of the multiple execution of the learning process, results from a previous execution (adaptation was quickly successful / slowly successful / unsuccessful) can be used to determine the adjustments in the current execution. In other words, the selection of a weighting key (SW) in dependence on a time delay between two bushings ( L1 . L2 ) of the learning process or between two determined efficiency deviations of the nitrogen oxide reduction are made. It may also depend on whether between two bushings ( L1 . L2 . L3 ) of the learning process the same or different causes of the efficiency deviation (reducing agent excess or reducing agent deficiency) were found.
Die Durchführung eines Lernvorgangs kann zu beliebigen Zeitpunkten erfolgen. Gemäß einer bevorzugten Variante wird ein Lernvorgang nur dann ausgeführt, wenn eine bestimmte Vorbedingung für die Durchführung einer Korrekturwert-Anpassung vorliegt. Eine solche Vorbedingung kann insbesondere sein, dass ein stationärer Zustand des Abgasnachbehandlungssystems (10) und/oder des Verbrennungsmotors vorliegt. Die Parameter für die Feststellung des Vorliegens eines stationären Zustands können von der Art und Ausbildung des Verbrennungsmotors bzw. des Abgasnachbehandlungssystems (10) abhängen. Bevorzugt können vorgegebene absolute Wertebereiche und Zeitintervalle als Maßstab für die nachfolgend genannten Parameter definiert sein, die jeweils einzeln oder in einer beliebigen Kombination zur Definition eines stationären Zustands nutzbar sind:
- - Sensorisch erfasster Vorlauf-Stickoxid-Gehalt (cPre);
- - Temperatur des Abgases, insbesondere in der Vorlauf-Passage;
- - Drehzahl des Verbrennungsmotors;
- - Strömungsgeschwindigkeit des Abgases;
- - Massenstrom des Abgases;
- - Effizienz der Stickoxid-Reduktion;
- - Geschätzte Beigabemenge (Qi') an Reduktionsmittel;
- - Druck im Ansaugkrümmer;
The execution of a learning process can take place at any time. According to a preferred variant, a learning process is only carried out if a specific precondition for carrying out a correction value adaptation is present. Such a precondition may in particular be that a stationary state of the exhaust aftertreatment system ( 10 ) and / or the internal combustion engine is present. The parameters for determining the presence of a steady state may depend on the type and design of the internal combustion engine or the exhaust aftertreatment system ( 10 ) depend. Preferably, predetermined absolute value ranges and time intervals can be defined as a scale for the parameters mentioned below, which can each be used individually or in any combination to define a stationary state: - - Sensory flow rate of nitric oxide (cPre);
- - Temperature of the exhaust gas, especially in the flow passage;
- - speed of the internal combustion engine;
- - Flow rate of the exhaust gas;
- - mass flow of the exhaust gas;
- - Efficiency of nitric oxide reduction;
- - estimated addition amount (Qi ') of reducing agent;
- - pressure in the intake manifold;
Die Korrekturwert-Anpassung (27) bzw. die Auswahl eines Gewichtungsschlüssels (SW) kann weiter alternativ oder zusätzlich in Abhängigkeit von der Ursache einer festgestellten Effizienz-Abweichung (dEff) erfolgen. Die Ursache der Effizienz-Abweichung (dEff) kann auf beliebige Weise ermittelt werden. Sie kann zumindest feststellen, ob ein Reduktionsmittel-Mangel oder ein Reduktionsmittel-Überschuss vorliegt, d.h. ob der SCR-Katalysator überfüllt oder leergelaufen ist. Ein Reduktionsmittel-Mangel kann beispielsweise dadurch ermittelt werden, dass ein Stickoxid-Durchbruch festgestellt wird. Ein Reduktionsmittel-Überschuss kann ermittelt werden, wenn ein Reduktionsmittel-Durchbruch festgestellt wird. Dies wird nachfolgend anhand verschiedener Beispiele erläutert. Darüber hinaus können jedoch weitere Ursachen einer festgestellten Effizienz-Abweichung (dEff) vorliegen, die auf andere Weise feststellbar sind. Bspw. kann eine Verminderung des Wirkungsgrads des SCR-Katalysators (16) festgestellt werden, wenn über mehrere Durchgänge des Lernvorgangs hinweg mit einer Anpassung der Korrekturwerte (W1, W2) bzw. des geschätzten Reduktionsmittel-Gehalts (cRed') und der geschätzten Beigabemenge (Qi') zwar hohe Zeitverzüge zwischen dem Erkennen eines Reduktionsmittel-Überschusses oder eines Reduktionsmittel-Mangels erfasst werden, aber dennoch große Effizienz-Abweichung der Stickoxid-Reduktion (dEff) gegenüber dem Soll-Wert (rEff*) vorliegen. Ein weiterer Hinweis auf eine Verminderung des Wirkungsgrads des SCR-Katalysators (16) kann sein, dass in einem Verfahren zu Ermittlung der Ursache einer Effizienz-Abweichung festgestellt wird, dass trotz der Vorgabe eines konservativen Beigabe-Schemas eine Reaktion des Mess-Signals des Nachlauf-Stickoxid-Sensors (41) festgestellt wird, die zu einem aggressiven Beigabe-Schema passen würde, bspw. weil ein Trend zur schleichenden Überfüllung des SCR-Katalysators (16) ermittelt wird.The correction value adjustment ( 27 ) or the selection of a weighting key (SW) can further alternatively or additionally depending on the cause of a determined efficiency deviation ( deff ) respectively. The cause of the efficiency deviation ( deff ) can be determined in any way. It can at least determine whether there is a reductant deficiency or reductant surplus, ie whether the SCR catalyst is overfilled or run dry. A reducing agent deficiency can be determined, for example, by detecting a breakthrough of nitrogen oxide. A reductant excess can be determined when a reductant breakthrough is detected. This will be explained below with reference to various examples. In addition, however, other causes of a detected efficiency deviation ( deff ), which are detectable in other ways. For example. a reduction in the efficiency of the SCR catalyst ( 16 ) are detected when, over several passes of the learning process, an adjustment of the correction values ( W1 . W2 ) or the estimated reducing agent content ( cRed ' ) and the estimated quantity ( Qi ' ) Although high time delays between the detection of a reductant excess or a reducing agent deficiency are detected, but still large efficiency deviation of the nitrogen oxide reduction ( deff ) compared to the desired value ( Reff * ) are present. Another indication of a reduction in the efficiency of the SCR catalyst ( 16 ), it may be found that, in a method for determining the cause of an efficiency deviation, it is found that despite the specification of a conservative addition scheme, a reaction of the measurement signal of the wake-up nitrogen oxide sensor ( 41 ), which would fit with an aggressive addition scheme, for example because of a trend towards creeping overfilling of the SCR catalyst ( 16 ) is determined.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele des Verfahrens zur Ermittlung der Ursache einer Effizienz-Abweichung (dEFF) der Stickoxid-Reduktion gemäß dem zweiten Hauptaspekt der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf 2 bis 15 erläutert. Zunächst werden mit Bezugnahme auf 3, 4A und 4B Vorgänge in einem SCR-Katalysator unter Soll-Bedingungen erläutert.Hereinafter, embodiments of the method for determining the cause of an efficiency deviation ( deff ) of the nitrogen oxide reduction according to the second main aspect of the present disclosure with reference to FIG 2 to 15 explained. First, with reference to 3 . 4A and 4B Operations in an SCR catalyst under target conditions explained.
3 zeigt eine vereinfachte Phasendarstellung der Vorgänge im SCR-Katalysator, wenn die Stickoxid-Reduktion und die Reduktionsmittel-Beigabe unter Soll-Bedingungen arbeiten. Ausgehend von diesem Zustand werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die 4 bis 13 abweichende Zustände und deren Auswirkungen auf den Messwert (cPost) des Nachlauf-Stickoxidsensors (41) beschrieben. Die Figuren verwenden dabei eine einheitliche Darstellung, die Phasendiagramme und Reaktionsdiagramme umfasst. Ein Phasendiagramm ist stets durch die jeweilige Phasenzahl (P0, P1, P2, P3) gekennzeichnet, durch die die Reihenfolge der Phasen (aber nicht deren Dauer) festgelegt ist. Die Phasendiagramme und Reaktionsdiagramme umfassen Summendarstellungen für Vorgänge, die in einem nicht bekannten Zeitbezug nach und nach stattfinden. In den Figuren sind die Vorgänge als eine fortschreitende Abfolge dargestellt und auf Phasen und nachfolgende Reaktionen verteilt, um das Verständnis zu vereinfachen. Auch wenn die Darstellung der Diagramme in den 3 bis 13 hintereinander angeordnet sind, bedeutet dies nicht, dass die Vorgänge auch in der Realität in dieser Ordnung stattfinden. 3 shows a simplified phase representation of the processes in the SCR catalyst when the nitrogen oxide reduction and the reducing agent addition operate under nominal conditions. Starting from this state, with reference to the 4 to 13 deviating states and their effects on the measured value (cPost) of the wake-up nitrogen oxide sensor ( 41 ). The figures use a uniform representation that includes phase diagrams and reaction diagrams. A phase diagram is always given by the respective number of phases ( P0 . P1 . P2 . P3 ), which determines the order of the phases (but not their duration). The phase diagrams and reaction diagrams include summation representations for operations that take place in an unknown time reference one by one. In the figures, the processes are presented as a progressive sequence and distributed among phases and subsequent reactions to facilitate understanding. Even if the representation of the diagrams in the 3 to 13 arranged one behind the other, this does not mean that the processes also take place in this order in reality.
Auf der linken Seite von 3 ist eine Ausgangs-Phase (P0) gezeigt, in der durch einen Vorlauf-Stickoxidsensor (40) ein Vorlauf-Stickoxid-Gehalt (cPre) erfasst wird. In dem SCR-Katalysator (16) ist eine bestimmte Menge an Reduktionsmittel als momentaner Reduktionsmittel-Gehalt (cRed) enthalten. Ferner wird durch den Injektor (15) in jeder Phase (P0, P1) eine tatsächliche Menge an Reduktionsmittel (Qi) beigegeben und durch den Nachlauf-Stickoxidsensor (41) wird in jeder Phase (P0, P1) ein momentaner Nachlauf-Stickoxid-Gehalt (cPost) als ein Messwert ermittelt. Der Nachlauf-Stickoxidsensor weist eine Kreuzsensitivität für unreagierte Stickoxide sowie unreagiertes Reduktionsmittel auf. Aus Gründen der vereinfachten Darstellung wird nachfolgend nicht zwischen dem tatsächlichen Nachlauf-Stickoxid-Gehalt und dem vom Nachlauf-Stickoxidsensor (41) ermittelten Wert unterschieden. Aus dem Messwert (cPost) allein ist für die Steuerung ohnehin nicht erkennbar, ob der Nachlauf-Stickoxidsensor (41) nur auf Stickoxide, nur auf unreagiertes Reduktionsmittel oder auf beides reagiert hat.On the left side of 3 is an initial phase ( P0 ), in which by a flow nitrogen oxide sensor ( 40 ) a flow nitrogen oxide content ( CpRe ) is detected. In the SCR catalyst ( 16 ) is a certain amount of reducing agent as the instantaneous reducing agent content ( cRed ) contain. Further, by the injector ( 15 ) in each phase ( P0 . P1 ) an actual amount of reducing agent ( Qi ) and by the wake nitrogen oxide sensor ( 41 ) is in each phase ( P0 . P1 ) determines a current caster nitrogen oxide content (cPost) as a measured value. The wake nitrogen oxide sensor has a cross-sensitivity for unreacted nitrogen oxides and unreacted reducing agent. For reasons of simplified illustration, it will not be possible between the actual caster nitrogen oxide content and that from the caster nitrogen oxide sensor ( 41 ) distinguished value. From the measured value ( cPost ) Alone is for the controller anyway not detectable if the wake-up nitric oxide sensor ( 41 ) reacted only to nitrogen oxides, only to unreacted reducing agent or to both.
In den 3 bis 13 sind Kästchen und Kreise in unterschiedlichen Anzahlen gezeigt, um die verschiedenen Mengeneinheiten an Stickoxiden und Reduktionsmittel zu illustrieren, die in dem SCR-Katalysator in der jeweiligen Phase an einer bestimmten Stelle vorliegen sowie die Änderung dieser Mengen infolge der jeweiligen Maßnahmen. Eine Mengeneinheit an Stickoxiden ist jeweils durch ein quadratisches Kästchen dargestellt. Eine Mengeneinheit an Reduktionsmittel ist jeweils durch einen Kreis dargestellt. Die Anzahl der Mengeneinheiten dient zur Verdeutlichung der ungefähren Mengenänderungen, die eintreten können. In der Praxis können abweichende Mengen und Proportionen auftreten.In the 3 to 13 Boxes and circles are shown in different numbers to illustrate the various units of nitrogen oxides and reducing agents present in the SCR catalyst in each phase at a particular location, as well as the change in these quantities due to the particular measures. A unit of nitrogen oxides is represented by a square box. A unit of quantity of reducing agent is represented by a circle. The number of units of measure is used to illustrate the approximate changes in quantity that may occur. In practice, different amounts and proportions may occur.
In dem mittleren Diagramm von 3 sind Reaktionen gezeigt, die bedingt durch die Maßnahmen in der Phase (P0) eintreten. In der Realität finden die Reaktionen nach und nach und bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten bzw. Dynamiken statt. Das Reaktionsdiagramm zeigt eine Zusammenfassung der Reaktionen als Summendarstellung.In the middle diagram of 3 are reactions that are due to the measures in phase ( P0 ) enter. In reality, the reactions take place gradually and at different speeds or dynamics. The reaction diagram shows a summary of the reactions as summation.
In der rechten Darstellung ist ein Zustand in einer folgenden Phase (P1) gezeigt. Der gezeigte Zustand folgt einerseits aus der Reaktion im SCR-Katalysator auf die Maßnahmen in der Phase (P0). Andererseits erfolgt in der Phase eine erneute momentane Messung des Vorlauf-Stickoxid-Gehalts (cPre) sowie eine erneute Beigabemenge (Qi) an Reduktionsmittel, die im Wesentlichen unabhängig von den Vorgängen in der Phase (P0) sind. Die in dem Reaktionsdiagramm gezeigten Vorgänge der Adsorption, Reaktion (chemischen Umsetzung) und Desorption sowie die dadurch bedingte Änderung des Reduktionsmittel-Gehalts (cRed) im SCR-Katalysator finden bei einer nicht vorhersagbaren Dynamik statt. Somit können die Reaktionen auf die Maßnahmen in der Ausgangs-Phase (P0) bereits zu Beginn der Phase (P1) abgeschlossen sein. Es ist aber ebenso möglich, dass ein Teil der gezeigten Vorgänge erst nach der Phase (P1) stattfinden wird (zur Vereinfachung nicht dargestellt). Die dargestellten Vorgänge zeigen somit lediglich qualitative Abläufe, ohne einen konkreten zeitlichen Bezug festzulegen. Sie helfen dennoch, die Vorgänge im SCR-Katalysator zu verstehen, auf deren Basis die Ermittlung der Ursache einer Effizienz-Abweichung stattfinden kann.In the right diagram is a state in a following phase ( P1 ). The state shown follows on the one hand from the reaction in the SCR catalyst to the measures in phase ( P0 ). On the other hand, in the phase, a renewed instantaneous measurement of the precursor nitrogen oxide content ( CpRe ) as well as a new addition amount ( Qi ) of reducing agents that are essentially independent of the processes in phase ( P0 ) are. The processes of adsorption, reaction (chemical reaction) and desorption shown in the reaction diagram and the consequent change in the reducing agent content ( cRed ) in the SCR catalyst take place with unpredictable dynamics. Thus, the reactions to the measures in the initial phase ( P0 ) already at the beginning of the phase ( P1 ) to be finished. However, it is also possible that some of the operations shown are only after the phase ( P1 ) will take place (not shown for simplicity). The illustrated processes thus show only qualitative processes, without specifying a specific temporal reference. Nevertheless, they help to understand the processes in the SCR catalyst, which can be used to determine the cause of an efficiency deviation.
Der (tatsächliche) Reduktionsmittel-Gehalt (cRed) liegt unter Soll-Bedingungen gemäß Phase (P0) in 3 auf dem Soll-Wert (cRed*). Die tatsächliche Beigabemenge (Qi) entspricht dem Soll-Wert (Qi*), d.h. der nominalen Beigabemenge (Qn). Es wird vorliegend angenommen, dass die nominale Beigabemenge (Qn) gemäß dem konservativen Beigabeschema der geschätzten Reaktionsmenge (Qr') entspricht. Ferner wird angenommen, dass infolge eines korrekt arbeitenden Simulationsmodells die geschätzte Reaktionsmenge (Qr') der tatsächlichen Reaktionsmenge (Qr) entspricht.The (actual) reducing agent content ( cRed ) is below target conditions according to phase ( P0 ) in 3 at the target value ( cRed * ). The actual amount added (Qi) corresponds to the target value ( Qi * ), ie the nominal quantity added ( Qn ). It is assumed in the present case that the nominal quantity ( Qn ) according to the conservative scheme of the estimated reaction quantity ( qr ' ) corresponds. Furthermore, it is assumed that as a result of a correctly working simulation model, the estimated reaction quantity ( qr ' ) corresponds to the actual reaction quantity (Qr).
Das Reaktionsdiagramm von 3 umfasst im oberen Bereich eine Darstellung der zugeführten Menge an Stickoxiden, d.h. diejenige Menge, die in der vorhergehenden Phase (P0) durch den Vorlauf-Stickoxidsensor erfasst worden ist. Darunter ist die zugeführte Menge an Reduktionsmittel (Qi) als Block dargestellt, d.h. diejenige Menge, die in der vorhergehenden Phase (P0) durch den Injektor (15) beigegeben worden ist. Im unteren Bereich des Reaktionsdiagramms ist die gespeicherte Menge an Reduktionsmittel im SCR-Katalysator dargestellt. Schwarz gefüllte Kästchen im Reaktionsdiagramm kennzeichnen reagierte Stickoxide (NR), d.h. die Menge an Stickoxiden, die durch chemische Reaktion mit dem Reduktionsmittel reduziert wird. Schwarz gefüllte Kreise kennzeichnen die tatsächlich durch Reaktion umgewandelte Menge an Reduktionsmittel (Qr). Ungefüllte Kästchen im Reaktionsdiagramm kennzeichnen die nicht reagierten Stickoxide, die entsprechend in der folgenden Phase (P1) zu einem Stickoxid-Durchbruch führen.The reaction diagram of 3 comprises in the upper area a representation of the amount of nitrogen oxide supplied, ie the amount which in the preceding phase ( P0 ) has been detected by the feedstock nitrogen sensor. Below this is the amount of reducing agent ( Qi ) is represented as a block, ie the quantity which was used in the previous phase ( P0 ) through the injector ( 15 ) has been added. The lower part of the reaction diagram shows the stored amount of reducing agent in the SCR catalyst. Black filled boxes in the reaction diagram indicate reacted nitrogen oxides (NR), ie the amount of nitrogen oxides that is reduced by chemical reaction with the reducing agent. Black filled circles indicate the amount of reducing agent actually converted by reaction ( qr ). Unfilled boxes in the reaction diagram indicate the unreacted nitrogen oxides which are correspondingly in the following phase ( P1 ) lead to a nitric oxide breakthrough.
In dem Beispiel von 3 wird die Menge (Qi) an Reduktionsmittel, die in der Phase (P0) beigegeben wird, in dem mittleren Reaktionsdiagramm vollständig an der katalytischen Wandung adsorbiert. Somit ist die tatsächliche Adsorptionsmenge (Qad) gleich der tatsächlichen beigegebenen Menge (Qi). Ferner wird im Übergang von der Phase (P0) zur Phase (P1) genau so viel Reduktionsmittel (Qad) adsorbiert, wie in der Summenbetrachtung durch Reaktion (Qr) aus dem SCR-Katalysator entnommen wird. Aus diesem Grund ist der Reduktionsmittel-Gehalt (cRed) in den Phasen (P0) und (P1) gleich.In the example of 3 is the amount (Qi) of reducing agent that is in phase ( P0 ) is completely adsorbed on the catalytic wall in the middle reaction diagram. Thus, the actual adsorption amount ( Qad ) equal to the actual quantity added ( Qi ). Furthermore, in the transition from phase ( P0 ) to the phase ( P1 ) just as much reducing agent ( Qad ) adsorbed, as in the sum consideration by reaction ( qr ) is taken from the SCR catalyst. For this reason, the reducing agent content ( cRed ) in the phases ( P0 ) and ( P1 ) equal.
Die Effizienz der Stickoxid-Reduktion beträgt in dem Beispiel zur vereinfachten Darstellung 80%, d.h. von den in der Phase (P0) zugeführten zehn Mengeneinheiten an Stickoxid werden acht Mengeneinheiten reagiert (NR) und zwei Mengeneinheit (NS) werden in der Phase (P1) als Nachlauf-Stickoxid-Gehalt (cPost) erfasst.The efficiency of the reduction of nitrogen oxides in the simplified example is 80%, that is to say of those in phase ( P0 ) units of nitrogen oxide are reacted eight units (NR) and two units (NS) are in the phase ( P1 ) as caster nitrogen oxide content ( cPost ) detected.
Im Weiteren wird rein exemplarisch davon ausgegangen, dass der Wirkungsgrad von 80% der Soll-Wirkungsgrad des SCR-Katalysators ist und in den gezeigten Darstellungen jeweils den Soll-Wert (rEff*) für die Stickoxid-Reduktion angibt. In der Praxis können andere Werte vorkommen. In the following, it is assumed purely by way of example that the efficiency of 80% is the desired efficiency of the SCR catalytic converter and, in the illustrations shown, respectively indicates the desired value (rEff *) for the nitrogen oxide reduction. In practice, other values may occur.
Wie aus der Darstellung in 3 hervorgeht, kann bei Fortbestehen eines stationären Zustands mit im Wesentlichen kontinuierlicher Zuführung von zehn Mengeneinheiten an Stickoxiden und Beigabe von acht Mengeneinheiten an Reduktionsmittel immer wieder dasselbe stabile Ergebnis erreicht werden.As from the illustration in 3 As can be seen, the same stable result can be achieved again and again when a stationary state continues with substantially continuous feeding of ten units of nitrogen oxides and addition of eight units of reducing agent.
4A und 4B zeigen mögliche Reaktionen auf einen positiven und einen negativen Injektionspuls, wenn dieser an einem SCR-Katalysator (16) unter Soll-Bedingungen ausgeführt wird. Es wird weiterhin angenommen, dass der Reduktionsmittel-Gehalt (cRed) in der Phase (P0) dem Soll-Wert (cRed*) entspricht. Ferner wird angenommen, dass nach dem konservativen Beigabe-Schema die nominale Einspritzmenge (Qn) grundsätzlich der geschätzten Reaktionsmenge (Qr') entspricht, die wiederum unter der Annahme des Vorliegens von Soll-Bedingungen mit der tatsächlichen Reaktionsmenge (Qr) übereinstimmt. 4A and 4B show possible reactions to a positive and a negative injection pulse, when it is connected to an SCR catalyst ( 16 ) under nominal conditions. It is further assumed that the reducing agent content ( cRed ) in phase ( P0 ) the target value ( cRed * ) corresponds. Furthermore, it is assumed that according to the conservative addition scheme, the nominal injection quantity ( Qn ) basically the estimated reaction quantity ( qr ' ), which in turn assuming the presence of target conditions with the actual reaction amount ( qr ) matches.
In dem Beispiel von 4A wird ein positiver Injektionspuls (I+) zu Testzwecken ausgeführt. Bei dem positiven Injektionspuls (I+) ist die Einspritzmenge (Qi) in der Phase (P0) um ein erhebliches Maß (dQ) größer als die nominale Einspritzmenge (Qn). Zur vereinfachten Darstellung wird vorliegend keine Unterscheidung zwischen geschätzten und tatsächlichen Werten der Beigabemenge getroffen.In the example of 4A a positive injection pulse (I +) is performed for test purposes. In the case of the positive injection pulse (I +), the injection quantity ( Qi ) in phase ( P0 ) by a considerable amount ( dQ ) greater than the nominal injection quantity ( Qn ). In the present case, for the sake of simplicity, no distinction is made between estimated and actual values of the addition quantity.
Wie in dem nachfolgenden Reaktionsdiagramm dargestellt, werden die zugeführten zehn Mengeneinheiten an Stickoxiden zum gleichen Anteil reagiert (NR) wie in der Darstellung nach 3, obwohl mehr Reduktionsmittel im SCR-Katalysator vorliegt, als im Zustand nach 3. Der Grund dafür ist, dass die Reduktions-Reaktion im SCR-Katalysator in erster Linie von der gespeicherten Menge an Reduktionsmittel (cRed) abhängt und nur mittelbar durch die beigegebene Menge (Qi) beeinflusst wird. Dementsprechend bleiben bei dem Beispiel von 4A in der Phase (P1) ebenfalls zwei nicht reagierte Mengeneinheiten (NS) an Stickoxid als Nachlauf-Stickoxid-Gehalt (cPost) übrig. Da der Reduktionsmittel-Gehalt (cRed) den Soll-Wert (cRed*) entspricht und damit geringer ist als die maximale Speicherkapazität (cMax), kann der Überschuss (dQ) an beigegebenem Reduktionsmittel (hier sechs Mengeneinheiten) vollständig im SCR-Katalysator (16) adsorbiert werden (Qad=Qi). Im Ergebnis führt der positive Injektionspuls (I+) in der Phase (P1) nicht zu einer erkennbaren Änderung der Effizienz der Stickoxid-Reduktion. Der Messwert (cPost) des Nachlauf-Stickoxidsensors (41) bleibt also im Wesentlichen unverändert. Dies verdeutlicht die Pufferwirkung, die durch den Speichereffekt im SCR-Katalysator bewirkt wird.As shown in the following reaction diagram, the supplied 10 units of nitrogen oxides are reacted in the same proportion (NR) as in the illustration 3 although there is more reducing agent in the SCR catalyst than in the state after 3 , The reason for this is that the reduction reaction in the SCR catalyst is primarily dependent on the stored amount of reducing agent ( cRed ) and only indirectly by the amount ( Qi ) being affected. Accordingly, in the example of 4A in the phase ( P1 ) also two unreacted units (NS) of nitric oxide as caster nitrogen oxide content ( cPost ) left over. Since the reducing agent content ( cRed ) the target value ( cRed * ) and thus is less than the maximum storage capacity (cMax), the excess ( dQ ) of added reducing agent (in this case six units of measure) completely in the SCR catalyst ( 16 ) are adsorbed (Qad = Qi). As a result, the positive injection pulse (I +) in phase ( P1 ) not to a noticeable change in the efficiency of nitric oxide reduction. The measured value ( cPost ) of the wake-up nitrogen oxide sensor ( 41 ) remains essentially unchanged. This illustrates the buffering effect caused by the storage effect in the SCR catalyst.
4B zeigt analog einen negativen Injektionspuls (I-), der unter denselben Ausgangsbedingungen ausgeführt wird. Hier ist also in der Phase (P0) die beigegebene Menge (Qi) an Reduktionsmittel um ein bestimmtes Maß (dQ) geringer als die nominale Beigabemenge (Qn). Wie an dem Reaktionsdiagramm ersichtlich ist, kann auch hier die beigegebene Menge (Qi) an Reduktionsmittel vollständig adsorbiert werden (Qad=Qi) und die Reduktions-Reaktion erfolgt bei der erwarteten (maximalen) Effizienz, sodass sich der Messwert (cPost) des Nachlauf-Stickoxidsensors (41) nicht ändert. 4B analogously shows a negative injection pulse (I-), which is carried out under the same starting conditions. So here is in phase ( P0 ) the amount added ( Qi ) of reducing agent by a certain amount (dQ) less than the nominal amount of admixture ( Qn ). As can be seen from the reaction diagram, here too the added quantity ( Qi ) are completely adsorbed to reducing agent (Qad = Qi) and the reduction reaction takes place at the expected (maximum) efficiency, so that the measured value ( cPost ) of the wake-up nitrogen oxide sensor ( 41 ) does not change.
Aus den Darstellungen von 3, 4A und 4B lässt sich eine erste Entscheidungsregel ableiten, die wie folgt zusammengefasst werden kann: Wenn auf einen positiven oder negativen Injektionspuls (I+,I-) in einem stationären Zustand keine wesentliche Änderung des Nachlauf-Stickoxid-Gehalts (cPost) feststellbar ist, indiziert dies, dass der tatsächliche Reduktionsmittel-Gehalt (cRed) nicht unzulässig von dem Soll-Wert (cRed*) abweicht. Wenn dennoch eine Effizienz-Abweichung (dEff) der Stickoxid-Reduktion festgestellt wird, könnten hierfür andere Ursachen als ein Reduktionsmittel-Überschuss oder ein Reduktionsmittel-Mangel in Frage kommen, insbesondere eine Sensor-Drift des Vorlauf-Stickoxid-Sensors oder des Nachlauf-Stickoxid-Sensors oder eine generelle Minderung des Wirkungsgrads des SCR-Katalysators. Diese Erkenntnis lässt sich für sich allein oder in Kombination mit den Ergebnissen anderer Durchgänge des Prüfverfahrens nutzen, um eine geeignete Änderung am Simulationsmodell vorzunehmen.From the representations of 3 . 4A and 4B can be derived from a first decision rule, which can be summarized as follows: If a positive or negative injection pulse (I +, I-) in a stationary state, no significant change in the trailing nitrogen oxide content ( cPost ) indicates that the actual reductant content ( cRed ) is not inappropriately deviated from the target value (cRed *). If nevertheless an efficiency deviation ( deff ) of the nitrogen oxide reduction is detected, this could cause other causes than a reducing agent excess or a reducing agent deficiency in question, in particular a sensor drift of the flow nitrogen oxide sensor or the wake-up nitric oxide sensor or a general reduction in the efficiency of the SCR catalyst. This insight can be used alone or in combination with the results of other test procedures to make a suitable change to the simulation model.
Wie oben bereits dargelegt wurde, sind die Kinetik der Vorgänge im SCR-Katalysator und die daraus folgende Dynamik der Änderung des Messwerts (cPost) des Nachlauf-Stickoxidsensors (41) nicht hinreichend konstant oder vorhersagbar. Aus diesem Grund ist es in der Regel nicht möglich, eine klare Trennung zwischen den Phasen (P0, P1) und den dazwischen erfolgenden Reaktionen zu treffen. So ist es beispielsweise möglich, dass die Adsorption (Qad) des beigegebenen Reduktionsmittels sehr schnell erfolgt. In diesem Fall kommt es zu einer prompten und leicht erfassbaren Änderung des Messwerts (cPost) des Nachlauf-Stickoxidsensors (41). In einem solchen Fall können die aus dem Stand der Technik bekannten Interpretationen angewendet werden, die in 2 als einfache Entscheidungsregeln (42) dargestellt sind. Diese können wie folgt zusammengefasst werden:As already explained above, the kinetics of the processes in the SCR catalyst and the consequent dynamics of the change in the measured value ( cPost ) of the wake-up nitrogen oxide sensor ( 41 ) not sufficiently constant or predictable. For this reason, it is usually not possible to have a clear separation between the phases ( P0 . P1 ) and the intervening reactions. So it is possible, for example, that the adsorption ( Qad ) of the added reducing agent takes place very quickly. In this case, a prompt and easily detectable change of the measured value occurs ( cPost ) of the wake-up nitrogen oxide sensor ( 41 ). In such a case, the interpretations known from the prior art can be used be in 2 as simple decision rules ( 42 ) are shown. These can be summarized as follows:
Wenn auf einen positiven Injektionspuls (I+) eine (eindeutige) negative Änderung des Messwerts (cPost) des Nachlauf-Stickoxidsensors (41) folgt, kann auf einen Reduktionsmittel-Mangel (cRed--) geschlossen werden. Ist hingegen eine (eindeutige) positive Änderung des Messwerts (cPost) feststellbar, kann auf einen Reduktionsmittel-Überschuss (cRed++) geschlossen werden.If a positive (I +) injection pulse causes a (definite) negative change in the measured value ( cPost ) of the wake-up nitrogen oxide sensor ( 41 ), can indicate a reducing agent deficiency ( cRed-- ) getting closed. If, on the other hand, there is a (clear) positive change in the measured value ( cPost ), can indicate a reducing agent excess ( cRed ++ ) getting closed.
Bei einem negativen Injektionspuls (I-) ist die Interpretation genau umgekehrt. Wird eine (eindeutige) negative Messwertänderung festgestellt, kann auf einen Reduktionsmittel-Überschuss (cRed++) geschlossen werden, während eine (eindeutige) positive Messwertänderung auf einen Reduktionsmittel-Mangel (cRed--) schließen lässt.With a negative injection pulse (I-) the interpretation is exactly the opposite. If a (unambiguous) negative change in measured value is detected, an excess of reducing agent ( cRed ++ ), while an (unambiguous) positive change in measured value to a reducing agent deficiency ( cRed-- ).
Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die 5 bis 12 weitere Vorgänge im SCR-Katalysator erläutert, die bei einem Reduktionsmittel-Mangel oder einem Reduktionsmittel-Überschuss auftreten können, jedoch nicht den einfachen Entscheidungsregeln nach 2 bzw. dem Stand der Technik genügen.The following are with reference to the 5 to 12 however, other processes in the SCR catalyst that may occur with a reductant deficiency or reductant surplus do not explain the simple decision rules 2 or the state of the art.
Die 5 bis 8 gehen jeweils in der Phase (P0) von einem Reduktionsmittel-Mangel (cRed--) aus und zeigen mögliche Reaktionen auf einen negativen Reaktionspuls (I-) und einen positiven Reaktionspuls (I+) mit nachfolgender Beigabe von Reaktionsmittel (Qi) nach einem konservativen Beigabe-Schema (Qn=Qr) (5 und 7) sowie nach einem aggressiven Beigabe-Schema (Qn=Qs) (6 und 8) .The 5 to 8th go each in phase ( P0 ) of a reducing agent deficiency ( cRed-- ) and show possible reactions to a negative reaction pulse (I-) and a positive reaction pulse (I +) with subsequent addition of reagent ( Qi ) according to a conservative addition scheme (Qn = Qr) ( 5 and 7 ) and according to an aggressive addition scheme (Qn = Qs) ( 6 and 8th ).
Gezeigt sind jeweils in Analogie zu den Darstellungen von 3, 4A und 4B eine Ausgangssituation in der Ausgangs-Phase (P0) mit nachfolgendem Reaktionsdiagramm und anschließendem Zustand in der Phase (P1). Darüber hinaus sind Folgeänderungen in jeweils einem weiteren Reaktionsdiagramm und einer weiteren Phase (P2), (P3) mit den jeweiligen Auswirkungen auf den Messwert (cPost) des Nachlauf-Stickoxidsensors (41) dargestellt.Shown are each in analogy to the representations of 3 . 4A and 4B an initial situation in the initial phase ( P0 ) with subsequent reaction diagram and subsequent state in phase ( P1 ). In addition, follow-up changes in each case a further reaction diagram and a further phase ( P2 ) P3 ) with the respective effects on the measured value (cPost) of the wake-up nitrogen oxide sensor ( 41 ).
Links unten in den Figuren ist jeweils zur besseren Übersicht dargestellt, ob ein positiver oder negativer Injektionspuls (I+, I-) vorliegt. Weiterhin sind in dem unteren Balkendiagramm die absoluten Messwerte (cPost) des Nachlauf-Stickoxidsensors (41) in den Phasen (P0) bis (P3) gezeigt. In dem darüber liegenden Balkendiagramm sind die relativen Änderungen (dC) des Messwerts (cPost) gegenüber dem Vor-Puls Wert (cAvg) gezeigt. Der Vor-Puls Wert ist hier jeweils der Messwert (cPost) des Nachlauf-Stickoxidsensors (41) in der Phase (P0).At the bottom left in the figures, in each case for a better overview, it is shown whether there is a positive or negative injection pulse (I +, I-). Furthermore, in the lower bar graph, the absolute measured values ( cPost ) of the wake-up nitrogen oxide sensor ( 41 ) in the phases ( P0 ) to ( P3 ). In the bar graph above, the relative changes ( dC ) of the measured value ( cPost ) compared to the pre-pulse value ( CAVG ). The pre-pulse value is the measured value ( cPost ) of the wake-up nitrogen oxide sensor ( 41 ) in phase ( P0 ).
5 zeigt eine Ausgangssituation in der Phase (P0) mit Reduktionsmittel-Mangel (cRed--). Es wird ein negativer Injektionspuls (I-) ausgeführt. Im Reaktionsdiagramm zwischen den Phasen (P0) und (P1) kann wegen der unzureichenden Menge an gespeichertem Reduktionsmittel nur eine geringe Menge an Stickoxiden (NR) reagiert werden. Ein erheblicher Anteil (NS) der Stickoxide wird nicht reagiert und tritt aus dem SCR-Katalysator aus. Es ist entsprechend ein deutlich erhöhter Messwert (cPost) in der Phase (P1) erfassbar. 5 shows an initial situation in the phase ( P0 ) with reducing agent deficiency ( cRed-- ). A negative injection pulse (I-) is executed. In the reaction diagram between the phases ( P0 ) and ( P1 ), only a small amount of nitrogen oxides (NR) can be reacted because of the insufficient amount of stored reducing agent. A significant proportion (NS) of the nitrogen oxides is not reacted and exits the SCR catalyst. It is correspondingly a significantly higher measured value (cPost) in phase ( P1 ) detectable.
In der Phase (P1) wird wieder die nominale Beigabemenge (Qn) an Reduktionsmittel durch den Injektor (15) eingespritzt. Der Reduktionsmittel-Gehalt (cRed) ist infolge der geringen Beigabemenge (Qi = Qn-dQ) in der Phase (P0) noch weiter gesunken, d.h. der Reduktionsmittel-Mangel hat sich noch verstärkt. Dementsprechend wird in der nachfolgenden Phase (P2) ein noch höherer Messwert (cPost) des Nachlauf-Stickoxidsensors festgestellt. Allerdings führt die in der Phase (P1) wieder erhöhte Beigabemenge (Qi = Qn = Qr) an Reduktionsmittel auch zu einer relativen Erholung des Reduktionsmittel-Gehalts (cRed) im SCR-Katalysator. Dementsprechend wird bis zur nachfolgenden Phase (P3) bereits eine höhere Menge an Stickoxiden (NR) reagiert, und der Messwert (cPost) des Nachlauf-Stickoxidsensors (41) fällt in der Phase (P3) wieder ab, allerdings auf einen Wert, der höher als unter Soll-Bedingungen gemäß 2 zu erwarten ist. Auch der Reduktionsmittel-Gehalt (cRed) kann sich von der Phase (P2) zur Phase (P3) noch etwas erholt haben.In the phase ( P1 ), the nominal quantity added ( Qn ) of reducing agent through the injector ( 15 ) injected. The reducing agent content ( cRed ) is due to the small addition amount (Qi = Qn-dQ) in the phase ( P0 ) has fallen even further, ie the lack of reducing agent has intensified. Accordingly, in the subsequent phase ( P2 ) an even higher reading ( cPost ) of the wake nitrogen oxide sensor. However, in the phase ( P1 ) again increased addition amount (Qi = Qn = Qr) of reducing agent also to a relative recovery of the reducing agent content ( cRed ) in the SCR catalyst. Accordingly, until the subsequent phase ( P3 ) already reacts with a higher amount of nitrogen oxides (NR), and the measured value ( cPost ) of the wake-up nitrogen oxide sensor ( 41 ) falls in phase ( P3 ), but to a value that is higher than under target conditions according to 2 is to be expected. The reducing agent content (cRed) may also differ from the phase ( P2 ) to the phase ( P3 ) have recovered a bit.
6 zeigt zu 5 analoge Vorgänge unter der Annahme eines aggressiven Beigabe-Schemas, d.h., dass die nominale Beigabemenge hier der stöchiometrischen Gleichgewichtsmenge (Qn = Qs) entspricht. 6 shows 5 analogous processes assuming an aggressive addition scheme, ie that the nominal addition amount here corresponds to the stoichiometric equilibrium quantity (Qn = Qs).
Ein Vergleich der 5 und 6 zeigt, dass die Ergebnisse im Wesentlichen identisch zur 5 sind. Es kann lediglich eine etwas schnellere Erholung des Reduktionsmittel-Gehatls (cRed) im SCR-Katalysator stattfinden, die sich allerdings in dem gezeigten Beispiel nicht in einer Änderung der Messwerte (cPost) des Nachlauf-Stickoxidsensors (41) niederschlägt.A comparison of 5 and 6 shows that the results are essentially identical to 5 are. It can only be a slightly faster recovery of the reducing agent ( cRed ) take place in the SCR catalyst, which, however, in the example shown, does not result in a change in the measured values ( cPost ) of the wake-up nitrogen oxide sensor ( 41 ).
7 zeigt Vorgänge in Reaktion auf einen positiven Injektionspuls (I+) unter der Annahme eines konservativen Beigabe-Schemas (Qn = Qr). Die Ausgangssituation in der Phase (P0) entspricht den Darstellungen in 5 und 6. 7 shows events in response to a positive injection pulse (I +) assuming a conservative loading scheme (Qn = Qr). The starting situation in the phase ( P0 ) corresponds to the illustrations in 5 and 6 ,
In der Phase (P0) wird zwar eine erhöhte Menge an Reduktionsmittel (Qi = Qn + dQ) beigegeben. Diese führt jedoch wegen der zeitverzögerten Adsorption noch nicht zu einer Verbesserung der Stickoxid-Reduktion. Dementsprechend ist in der Phase (P1) zunächst ein erhöhter Messwert (cPost) des Nachlauf-Stickoxidsensors (41) festzustellen. Allerdings führt die erhöhte Beigabemenge (Qi = Qn + dQ) im weiteren Verlauf zu einer deutlich schnelleren Erholung des Reduktionsmittel-Gehalts (cRed) im SCR-Katalysator. Dementsprechend kann im Übergang zur Phase (P2) bereits ein erheblich größerer Anteil (NR) der Stickoxide umgewandelt werden, sodass in der Phase (P2) der Messwert (cPost) des Nachlauf-Stickoxidsensors (41) erheblich sinkt. Es ist jedoch weiterhin ein Reduktionsmittel-Mangel vorhanden, sodass in der Phase (P3) noch immer der im Wesentlichen selbe Messwert (cPost) vorliegt.In the phase ( P0 ), although an increased amount of reducing agent (Qi = Qn + dQ) is added. However, this does not yet lead to an improvement of the nitrogen oxide reduction because of the time-delayed adsorption. Accordingly, in phase ( P1 ) first an increased measured value ( cPost ) of the wake-up nitrogen oxide sensor ( 41 ). However, the increased loading quantity (Qi = Qn + dQ) leads to a much faster recovery of the reducing agent content ( cRed ) in the SCR catalyst. Accordingly, in the transition to phase ( P2 ), a significantly larger proportion (NR) of nitrogen oxides has already been converted so that in phase ( P2 ) the measured value ( cPost ) of the wake-up nitrogen oxide sensor ( 41 ) decreases considerably. However, there is still a reductant deficiency so that in phase ( P3 ) still the substantially same measured value ( cPost ) is present.
8 zeigt das zu 7 analoge Szenario unter der Annahme einer aggressiven Reduktionsmittel-Beigabe (Qn = Qs). Hier findet eine noch schnellere und etwas stärkere Erholung des Reduktionsmittel-Gehalts (cRed) statt, sodass in der Phase (P3) im Vergleich zu 7 ein noch geringerer Messwert (cPost) des Nachlauf-Stickoxidsensors (41) erreicht wird. Ansonsten sind die Vorgänge im Wesentlichen identisch. 8th shows that too 7 analogous scenario assuming an aggressive reductant addition (Qn = Qs). Here is an even faster and somewhat stronger recovery of the reducing agent content ( cRed ), so that in phase ( P3 ) compared to 7 an even lower reading ( cPost ) of the wake-up nitrogen oxide sensor ( 41 ) is achieved. Otherwise, the processes are essentially identical.
9 zeigt in der Phase (P0) eine Ausgangssituation mit Reduktionsmittel-Überschuss (cRed++). Es wird ein negativer Injektionspuls (I-, Qi = Qn - dQ) ausgeführt, woraufhin nachfolgend eine nominale Menge (Qn = Qr') nach dem konservativen Beigabe-Schema beigegeben wird. 9 shows in phase ( P0 ) an initial situation with reducing agent excess (cRed ++). A negative injection pulse (I-, Qi = Qn-dQ) is performed, followed by a nominal amount (Qn = Qr ') according to the conservative addition scheme.
Da der SCR-Katalysator in der Phase (P0) gut gefüllt ist, kann die Reduktion von Stickoxiden im ersten Reaktionsdiagramm bei der maximalen Effizienz erfolgen. Somit werden in Analogie zu den Vorgängen in 2 acht Mengeneinheiten Stickoxid (NR) reagiert, wobei auch die Reaktionsmenge (Qr) des gespeicherten Reduktionsmittels acht Mengeneinheiten beträgt. Allerdings stehen nur die zwei gemäß dem negativen Induktionspuls beigegebenen Mengeneinheiten an Reduktionsmittel zur Adsorption bereit. Somit wird mehr Reduktionsmittel im Übergang von Phase (P0) zur Phase (P1) im SCR-Katalyator abgebaut, als durch Adsorption wieder aufgenommen wird. Hierdurch wird der Reduktionsmittel-Überschuss reduziert. In der Phase (P1) beträgt der Messwert (cPost) des Nachlauf-Stickoxidsensors (41) zwei Mengeneinheiten. In der vorhergehenden Phase (P0) hatte er noch vier Mengeneinheiten getragen, weil dort infolge des Reduktionsmittel-Überschusses auch ein Reduktionsmittel-Durchbruch erfasst worden ist.Since the SCR catalyst is in phase ( P0 ) is well filled, the reduction of nitrogen oxides in the first reaction diagram can be done at maximum efficiency. Thus, in analogy to the processes in 2 eight units of nitrogen oxide (NR) reacts, whereby the reaction amount ( qr ) of the stored reducing agent is eight units. However, only the two units of reduction agent added in accordance with the negative induction pulse are ready for adsorption. Thus, more reducing agent in the transition from phase ( P0 ) to the phase ( P1 ) degraded in the SCR catalyst than is resumed by adsorption. As a result, the reducing agent excess is reduced. In the phase ( P1 ) the measured value (cPost) of the wake-up nitrogen oxide sensor ( 41 ) two units of measure. In the previous phase ( P0 ), he had carried four units of mass, because there has been detected as a result of the excess reducing agent and a reductant breakthrough.
Im Übergang zu den weiteren Phasen (P2, P3) wird infolge der konservativen Reduktionsmittel-Beigabe im Wesentlichen der Reduktionsmittel-Gehalt (cRed) auf einem konstanten Niveau gehalten, der geringer ist als in der Ausgangs-Phase (P0). Der Messwert (cPost) verbleibt somit auf dem niedrigen Niveau.In the transition to the further phases ( P2 . P3 ) is due to the conservative reducing agent addition essentially the reducing agent content ( cRed ) is kept at a constant level which is lower than in the initial phase ( P0 ). The measured value ( cPost ) thus remains at the low level.
In dem Beispiel von 10 findet ausgehend von einem Reduktionsmittel-Überschuss (cRed++) ein negativer Injektionspuls (I-) statt, wobei allerdings ein aggressives Beigabe-Schema (Qn=Qs) angewendet wird.In the example of 10 takes from a surplus of reducing agent ( cRed ++ ), a negative injection pulse (I-) takes place, although an aggressive addition scheme (Qn = Qs) is used.
Durch den negativen Injektionspuls (I-) wird zunächst in der Phase (P1) in Analogie zum vorherigen Beispiel der Reduktionsmittel-Überschuss abgebaut, weil die Reaktionsmenge (Qr) größer ist als die beigegebene und damit absorbierbare Menge (Qad=Qi). Der Reduktionsmittel-Gehalt (cRed) verbleibt jedoch auf einem erhöhten Niveau, weshalb durch die weitere aggressive Beigabe bis zur Phase (P3) erneut ein solcher Reduktionsmittel-Überschuss entsteht, dass eine Mengeneinheit (Qde) der in Phase (P2) beigegebenen Menge (Qi) nicht mehr adsorbiert werden kann und in der Phase (P3) als Reduktionsmittel-Durchbruch den Messwert (cPost) wieder erhöht. Somit liegt ein tendenziell höherer Messwert (cPost) des Nachlauf-Stickoxidsensors (41) vor, als im Beispiel von 9. Due to the negative injection pulse (I-), first in phase ( P1 ) is reduced in analogy to the previous example, the reducing agent excess because the reaction amount (Qr) is greater than the added and thus absorbable amount (Qad = Qi). The reducing agent content ( cRed ) remains at an elevated level, which is why further aggressive addition to phase ( P3 ) again such a reducing agent excess arises that a unit of quantity ( qdc ) in phase ( P2 ) amount added ( Qi ) can no longer be adsorbed and in phase ( P3 ) as reductant breakthrough increases the measured value (cPost) again. Thus, there is a tendency for a higher measured value (cPost) of the wake-up nitrogen oxide sensor ( 41 ), than in the example of 9 ,
11 zeigt erneut ein Beispiel ausgehend von einem Reduktionsmittel-Überschuss in der Phase (P0). Hier wird ein positiver Injektionspuls (I+) bei einem konservativen Beigabe-Schema (Qn=Qr') ausgeführt. 11 shows again an example starting from a reducing agent excess in the phase ( P0 ). Here, a positive injection pulse (I +) is carried out using a conservative addition scheme (Qn = Qr ').
Aufgrund der Überfüllung des SCR-Katalysators kann ein erheblicher Teil (Qde > 0) der in der Phase (P0) beigegebenen Menge (Qi) nicht adsorbiert (Qad < Qi) werden und verlässt in einem Reduktionsmittel-Durchbruch den SCR-Katalysator. Dementsprechend kommt es in der Phase (P1) zu einem Anstieg des Messwerts (cPost). Durch die nachfolgende konservative Beigabe (Qi=Qn) wird auch in den folgenden Phasen (P2, 3) ein Reduktionsmittel-Durchbruch auftreten, der entweder auf einer unvollständigen Adsorption (der beigegebenen Menge (Qad<Qi) oder auf einem erneuten Ablösen bzw. Desorbieren einer bereits eingespeicherten Mengeneinheit des Reduktionsmittels beruht. Dementsprechend wird auch in den Phasen (P2, P3) ein erhöhter Messwert (cPost) festgestellt.Due to the overfilling of the SCR catalyst, a significant part (Qde> 0 ) in the phase ( P0 ) amount added ( Qi ) are not adsorbed (Qad <Qi) and leaves the SCR catalyst in a reductant breakthrough. Accordingly, it comes in phase ( P1 ) to an increase in the measured value (cPost). The following conservative addition (Qi = Qn) is also used in subsequent phases ( P2 . 3 ) a reductant breakthrough occurs due either to incomplete adsorption (of the added amount (Qad <Qi) or to a redissolving or desorbing of an already stored one Quantity unit of the reducing agent is based. Accordingly, even in the phases ( P2 . P3 ) an increased reading (cPost).
12 zeigt ebenfalls einen Reduktionsmittel-Überschuss (cRed++) im Ausgangs-Zustand (P0) und einen positiven Injektionspuls (I+). In den folgenden Phasen (P1-P3) wird allerdings ein aggressives Beigabe-Schema (Qn=Qs) angewendet. Die Folge ist qualitativ ähnlich zu dem vorherigen Beispiel von 11. Allerdings wird im Beispiel von 12 in den Phasen (P2, P3) ein noch stärker erhöhter Messwert (cPost) festgestellt, der auf der relativ höheren Beigabemenge (Qs > Qr) basiert. Denn der in der Phase (P1) bereits deutlich überfüllte SCR-Katalysator kann die leicht überdimensionierte Beigabemenge (Qi=Qs) nicht mehr aufnehmen, sodass die Desorptionsmenge (Qde) noch weiter steigt. 12 also shows a reductant excess ( cRed ++ ) in the initial state ( P0 ) and a positive injection pulse (I +). In the following phases ( P1 - P3 ), however, an aggressive addition scheme (Qn = Qs) is used. The sequence is qualitatively similar to the previous example of 11 , However, in the example of 12 in the phases ( P2 . P3 ) an even higher measured value (cPost), which is based on the relatively higher amount added (Qs> Qr). Because in the phase ( P1 ) already clearly overfilled SCR catalyst can no longer absorb the slightly oversized addition quantity (Qi = Qs), so that the desorption amount (Qde) increases even further.
13 zeigt einen Sonderfall der möglichen Vorgänge im SCR-Katalysator, der bei Anwendung eines konservativen Beigabe-Schemas festgestellt wurde. In der Phase (P0) liegt ein Ausgangszustand vor, bei dem der Reduktionsmittel-Gehalt (cRed) im SCR-Katalysator zwar deutlich über dem als gestrichelte Linie dargestellten Soll-Wert (cRed*) liegt. Allerdings ist der SCR-Katalysator noch nicht überfüllt. Dieser Zustand kann als mäßiger Reduktionsmittel-Überschuss aufgefasst werden. 13 shows a special case of the possible processes in the SCR catalytic converter, which was determined using a conservative loading scheme. In the phase ( P0 ) is an initial state in which the reducing agent content ( cRed ) in the SCR catalyst, although clearly above the setpoint shown as a dashed line ( cRed * ) lies. However, the SCR catalyst is not overcrowded yet. This condition can be considered as a moderate excess of reducing agent.
Bei der Verwendung eines konservativen Schemas für die Festlegung des Soll-Werts (cRed*) für den Reduktionsmittel-Gehalt (cRed) im SCR-Katalysator kann ein Zustand eintreten, in dem der Soll-Wert für die Effizienz der Stickoxid-Reduktion (rEff*) unter dem maximalen Wirkungsgrad liegt. In der Phase (P0) wird ein positiver Injektionspuls (I+) ausgeführt. Erstaunlicherweise findet gemäß dem Reaktionsdiagramm im Übergang von Phase (P0) zur Phase (P1) schon sehr früh eine erhöhte Reduktion von Stickoxiden statt, deren Ursache bisher ungeklärt ist (etwaig lokaler Reduktionsmittel-Mangel und schnelle Adsorption, die Umwandlungs-Effizienz erhöht). Im Vergleich zu dem Beispiel von 11 und 12 erhöht sich also die Anzahl (NR) der reagierten Mengeneinheiten an Stickoxid. Dementsprechend werden durch den Nachlauf-Stickoxidsensor (41) in der Phase (P1) weniger Stickoxide festgestellt als in der Phase (P0), sodass der Messwert (cPost) sinkt. Ferner wird etwaig ein Teil der in der Phase (P0) beigegebenen Menge (Qi) nicht adsorbiert (Qad < Qi), sondern bewirkt einen Reduktionsmittel-Durchbruch (Qde) (lokaler Reduktionsmittel-Überschuss), der zu einer Erhöhung des Messwerts (cPost) führt. In den Phasen (P1, P2) wird gemäß dem konservativen Beigabe-Schema die nominale Beigabemenge (Qn=Qr') eingespritzt, die ebenfalls wegen dem andauernden Reduktionsmittel-Überschusses zu einem Reduktionsmittel-Durchbruch führen kann, der in den Phasen (P2, P3) zu einer Erhöhung des Messwerts (cPost) führt.When using a conservative schema for setting the target value ( cRed * ) for the reducing agent content ( cRed ) in the SCR catalyst may enter a state in which the target value for the efficiency of the nitrogen oxide reduction ( Reff * ) is below the maximum efficiency. In the phase ( P0 ), a positive injection pulse (I +) is performed. Surprisingly, according to the reaction diagram, in the transition from phase ( P0 ) to the phase ( P1 ) an increased reduction of nitrogen oxides takes place very early on, the cause of which is still unclear (possibly local reductant deficiency and rapid adsorption, which increases conversion efficiency). Compared to the example of 11 and 12 Thus, the number (NR) of the reacted units of nitrogen oxide increases. Accordingly, by the wake nitrogen oxide sensor ( 41 ) in phase ( P1 ) less nitrogen oxides than in the phase ( P0 ) so that the reading (cPost) decreases. Furthermore, any part of the phase ( P0 ) amount added ( Qi ) does not adsorbed (Qad <Qi), but causes a reductant breakthrough (Qde) (local excess of reducing agent) which leads to an increase in the measured value (Qd). cPost ) leads. In the phases ( P1 . P2 ), the nominal addition amount (Qn = Qr ') is injected according to the conservative addition scheme, which can also lead to a reduction agent breakthrough due to the continuing excess of reducing agent, which in the phases ( P2 . P3 ) to an increase in the measured value ( cPost ) leads.
Die dargestellte Änderung (dC) des Messwerts (cPost) in 13 kann noch ausgeprägter sein. Infolge der nicht vorhersehbaren Kinetik der Vorgänge kann es vorkommen, dass ausgehend von dem Zustand in der Phase (P0) bei der Ausführung des positiven Injektionspulses (I+) zunächst ein sehr markanter Abfall des Messergebnisses (cPost) stattfindet, während nachfolgend ein noch höherer Reduktionsmittel-Durchbruch stattfindet. Dies könnte etwaig auf eine nur zeitweise Einspeicherung der in der Phase (P0) zu viel eingespritzten Mengenanteile an Reduktionsmittel zurückzuführen sein, zunächst eine übermäßige Adsorption stattfindet, die nachfolgend durch eine schleichende Desorption ausgeglichen wird.The illustrated change (dC) of the measured value (cPost) in 13 can be even more pronounced. Due to the unpredictable kinetics of the processes, it can happen that, starting from the state in phase ( P0 ) in the execution of the positive injection pulse (I +) initially a very significant drop in the measurement result (cPost) takes place, while subsequently takes place an even higher reductant breakthrough. This could possibly be due to a temporary storage of data in the phase ( P0 ) be attributed to much injected amounts of reducing agent, initially excessive adsorption takes place, which is subsequently compensated by a creeping desorption.
Ein Vergleich der möglichen Änderungen (dC) des Messwerts (cPost) in den 5 bis 13, die tatsächlich bei einem Reduktionsmittel-Mangel oder einem Reduktionsmittel-Überschuss bzw. mäßigen Reduktionsmittel-Überschuss auftreten können, mit den Entscheidungsregeln aus 2 verdeutlich das oben genannte Risiko von Fehlinterpretationen. Eine erste Reaktion des Mess-Signals (cPost) kann (bspw. infolge von Speichereffekten im SCR-Katalysator) zu einer Interpretation führen, die dem tatsächlichen Zustand entgegengesetzt ist.A comparison of the possible changes (dC) of the measured value (cPost) in the 5 to 13 , which may actually occur with a reductant deficiency or a reductant excess or moderate reductant surplus, with the decision rules 2 clarifies the above-mentioned risk of misinterpretations. A first reaction of the measurement signal (cPost) may (for example due to memory effects in the SCR catalyst) lead to an interpretation that is opposite to the actual state.
14 zeigt die relativen Änderungen des Messwerts (cPost) für die in den 5 bis 13 dargestellten Fälle als mögliche Reaktionen auf einen negativen Injektionspuls (I-) sowie einen positiven Injektionspuls (I+) unter Anwendung eines konservativen Beigabe-Schemas (Qn=Qr') oder eines aggressiven Beigabe-Schemas (Qn=Qs). 14 shows the relative changes of the measured value ( cPost ) for in the 5 to 13 Cases shown as possible responses to a negative injection pulse (I-) and a positive injection pulse (I +) using a conservative supplementation scheme (Qn = Qr ') or an aggressive addiction scheme (Qn = Qs).
Zusätzlich sind Teilantworten als sukzessive Erhöhungen des Messwertes (cPost) dargestellt, die nachfolgend im Detail erläutert werden.In addition, partial answers are considered as successive increases in the measured value ( cPost ), which will be explained in detail below.
15 zeigt beispielhafte Verläufe eines Vorlauf-Stickoxidgehalts (cPre), einer Beigabemenge (Qi), eines Messwerts (cPost) des Nachlauf-Stickoxidsensors (41) sowie eine Antwort-Charakteristik (R). 15 shows exemplary courses of a feed nitrogen oxide content ( CpRe ), a loading quantity (Qi), a measured value ( cPost ) of the wake-up nitrogen oxide sensor ( 41 ) as well as a response characteristic (R).
In dem Beispiel von 15 liegt ein stationärer Zustand vor. Der Vorlauf-Stickoxidgehalt (cPre) liegt während des stationären Zustands innerhalb eines Toleranzbandes (T). Wenn der Vorlauf-Stickoxid-Gehalt (cPre) das Toleranzband (T) verlassen würde, könnte dies als Ende des stationären Zustands erfasst werden. In the example of 15 is a stationary state. The flow nitrogen oxide content (cPre) is within a tolerance band (T) during the stationary state. If the lead nitrogen oxide (cPre) content left the tolerance band (T), this could be detected as the steady state end.
Wie an dem Verlauf der Beigabemenge (Qi) zu erkennen ist, wird ein positiver Injektionspuls (I+) als erster Injektionspuls (I1) ausgeführt. Der positive Injektionspuls (I+) kann durch eine einzige erhöhte Beigabe oder durch eine zusammenhängende Gruppe von Injektionen mit erhöhter Injektionsrate ausgeführt werden. Ein Vor-Puls Wert (cAvg) des Nachlauf-Stickoxidgehalts (cPost) wird erfasst, der einen Messwert des Nachlauf-Stickoxidsensors (41) vor oder zu Beginn der Ausführung des ersten Injektionspulses (I1) wiedergibt. Bevorzugt kann der Vor-Puls Wert (cAvg) ein Mittelwert sein, der in einem Zeitfenster vor der Ausführung des Injektionspulses (I1) erfasst wird. Dieses Zeitfenster ist in 15 als Mittelwertbildungszone (Zavg) markiert.As can be seen from the course of the addition amount (Qi), a positive injection pulse (I +) is used as the first injection pulse ( I1 ). The positive injection pulse (I +) may be performed by a single boost or by a contiguous set of injections at an increased injection rate. A pre-pulse value ( CAVG ) of caster nitrogen oxide content ( cPost ) is detected, which is a measured value of the wake-up nitrogen oxide sensor ( 41 ) before or at the beginning of the execution of the first injection pulse ( I1 ). Preferably, the pre-pulse value (cAvg) may be an average value that is determined in a time window before the execution of the injection pulse (FIG. I1 ) is detected. This time window is in 15 marked as averaging zone (Zavg).
Das Mess-Signal (cPost) des Nachlauf-Stickoxidsensors (41) wird in einem (in der Dauer unbestimmten) Zeitabschnitt nach dem Injektionspuls oder ab dem Beginn des Injektionspulses (I+) und vor einem etwaigen weiteren Injektionspuls (I2) mit mehreren separaten Teilantworten (R1-R13) bewertet. Die Teilantworten können nach einem beliebigen Bewertungsschema gesetzt werden, um eine sukzessive relative Änderung des Messwerts (cPost) zu erfassen. Gemäß einer bevorzugten Ausführung wird eine erste Teilantwort (R1) gesetzt, wenn das Mess-Signal (cPost) gegenüber dem Vor-Puls Wert (cAvg) um ein bestimmtes Maß ansteigt oder abfällt. Jeweils eine weitere Teilantwort (R2-R13) wird gesetzt, wenn das Mess-Signal (cPost) gegenüber dem Wert des Mess-Signals (cPost) zum Ende der vorherigen Teilantwort (R1) um ein bestimmtes Maß, insbesondere dasselbe Maß, ansteigt oder abfällt.The measuring signal (cPost) of the caster nitrogen oxide sensor ( 41 ) is in a (indeterminate duration) period after the injection pulse or from the beginning of the injection pulse (I +) and before any further injection pulse ( I2 ) with several separate partial answers ( R1 - R13 ) rated. The partial answers can be set according to any evaluation scheme to record a successive relative change of the measured value (cPost). According to a preferred embodiment, a first partial response ( R1 ) when the measurement signal ( cPost ) increases or decreases by a certain amount from the pre-pulse value (cAvg). Each further partial answer ( R2 - R13 ) is set when the measuring signal ( cPost ) compared to the value of the measuring signal ( cPost ) at the end of the previous partial answer ( R1 ) increases or decreases by a certain amount, in particular the same amount.
In dem Beispiel von 15 werden bei jeder sukzessiven fallenden Änderung des Mess-Signals (cPost) eine negative Teilantwort (R1-R5) und bei jeder sukzessiven positiven Änderung des Mess-Signals (cPost) eine positive Teilantwort (R6-R13) gesetzt.In the example of 15 are at each successive falling change of the measurement signal ( cPost ) a negative partial answer ( R1 - R5 ) and with each successive positive change of the measuring signal ( cPost ) a positive partial response ( R6 - R13 ) set.
Nach demselben Bewertungsschema sind in den 5 bis 13 repräsentative Verläufe der Teilantworten für die dargestellten Vorgänge im SCR-Katalysator dargestellt. Die repräsentativen Verläufe der Teilantworten sind auch in den Entscheidungsmustern in 2 und 14 gezeigt.According to the same evaluation scheme are in the 5 to 13 Representative profiles of the partial answers for the operations shown in the SCR catalyst shown. The representative progressions of the partial answers are also in the decision patterns in 2 and 14 shown.
Aus der Bewertung des Mess-Singals (cPost) mit Teilantworten kann eine leicht analysierbare qualitative Änderung des Mess-Signals (cPost) abgeleitet werden, die weitgehend unabhängig von der Dynamik der Änderung ist. Aus der Reihenfolge, der Verteilung und ggf. dem Verhältnis von negativen und positiven Teilantworten ist ein Muster erkennbar, das zur Ermittlung der Ursache der Effizienz-Abweichung auswertbar ist.From the evaluation of the measuring signal ( cPost ) with partial answers, an easily analyzable qualitative change of the measuring signal ( cPost ), which is largely independent of the dynamics of the change. From the sequence, the distribution and possibly the ratio of negative and positive partial answers, a pattern can be identified, which can be evaluated to determine the cause of the efficiency deviation.
Bevorzugt werden die mehreren Teilantworten (R1-R13) mit Entscheidungsmustern (42) verglichen (vgl. 2 und 14), die repräsentative Verläufe von Teilantworten und/oder Änderungen (dC) des Mess-Signals (cPost) einer Ursache (Reduktionsmittel-Überschuss (cRed++), Reduktionsmittel-Mangel (cRed--) zuordnen. Aus dem Mustervergleich können auch bei Ausführung lediglich eines einzigen Injektionspulses (I1) oder weniger Injektionspulse (I1, I2) Interpretationen über die Ursache einer Effizienz-Abweichung über das Vorliegen eines Reduktionsmittel-Überschusses oder eines Reduktionsmittel-Mangels getroffen werden. Die Ergebnisse des Mustervergleichs sind in der Regel genauer und verlässlicher als diejenigen Ergebnisse, die mit bisher bekannten Analyseverfahren erzielt werden. Bspw. kann erfasstes Muster einem aggressiven Beigabe-Schema entsprechen, obwohl von der Steuerung ein konservatives Beigabe-Schema vorgesehen war. Dies kann darauf hindeuten, dass die Festlegung der nominalen Beigabemenge (Qn) fehlerhaft erfolgt, d.h. bei einem Wert, der über der Reaktionsmenge (Qr) liegt. Zur Kompensation kann eine Korrekturwertanpassung in der Vorsteuerung vorgenommen werden, ggfs. gepaart mit einer Änderung des geschätzten Reduktionsmittelgehalts (cRed') durch einen Offset-Wert.Preference is given to the multiple partial answers ( R1 - R13 ) with decision patterns ( 42 ) (cf. 2 and 14 ), the representative courses of partial responses and / or changes (dC) of the measurement signal (cPost) of a cause (reducing agent excess ( cRed ++ ), Reducing agent deficiency ( cRed-- ) assign. From the pattern comparison, even when only a single injection pulse ( I1 ) or less injection pulses ( I1 . I2 ) Interpretations on the cause of an efficiency deviation over the presence of a reductant excess or a reductant deficiency. The results of the pattern comparison are usually more accurate and reliable than those obtained with previously known analysis methods. For example. The captured pattern may conform to an aggressive add-on scheme, although the controller provided a conservative addition scheme. This may indicate that the determination of the nominal quantity ( Qn ) is erroneous, ie at a value above the reaction rate ( qr ) lies. For compensation, a correction value adjustment in the precontrol can be carried out, if necessary, paired with a change in the estimated reducing agent content ( cRed ' ) by an offset value.
Der Analysezeitraum für die Bewertung des Mess-Signals (cPost) nach bzw. ab Beginn eines Injektionspulses (I1) braucht nicht festgelegt und insbesondere nicht nach Zeitregeln in Phasen unterteilt zu werden. Es ist vielmehr möglich, eine Bewertung so lange auszuführen, bis entweder der stationäre Zustand endet, ein Mustervergleich wegen zu großer Abweichungen endgültig unmöglich wird, oder ein erneuter Injektionspuls (I2) ausgeführt wird. Der Bewertungszeitraum kann also variabel sein und beispielsweise bis zu 15s (Sekunden) oder 30s oder noch länger sein. Somit können selbst besonders träge Adsorptions- und Desorptionsvorgänge und damit besonders starke Speichereffekte des SCR-Katalysators mit ausgewertet werden.The analysis period for the evaluation of the measurement signal ( cPost ) after or from the beginning of an injection pulse ( I1 ) need not be fixed and in particular not to be divided according to time rules in phases. Rather, it is possible to carry out a valuation until either the stationary state ends, a pattern comparison becomes permanently impossible due to excessive deviations, or a renewed injection pulse (FIG. I2 ) is performed. The evaluation period can therefore be variable and, for example, up to 15s (Seconds) or 30s or even longer. Thus, even particularly slow adsorption and desorption and thus particularly strong memory effects of the SCR catalyst can be evaluated with.
Andererseits ist es möglich, bereits auf Basis einer oder mehrerer früherer Teilantworten (R1-R5) eine Vorabentscheidung (D1) über die Ursache zu treffen. Dies kann insbesondere dann erfolgen, wenn zunächst eine der einfachen Entscheidungsregeln gemäß 2 eine hohe Übereinstimmung zur Antwortcharakteristik (R) aufweist. Wenn der stationäre Zustand früh endet, kann die Vorabentscheidung als finale Entscheidung übernommen werden, was für eine erhebliche Anzahl der auftretenden Fälle eine korrekte Entscheidung sein kann.On the other hand, it is possible, already on the basis of one or more earlier partial answers ( R1 - R5 ) a preliminary ruling ( D1 ) about the cause. This can be done in particular if initially one of the simple decision rules according to 2 a high agreement with the response characteristic (R). If the in-patient condition ends early, the preliminary ruling can be taken as a final decision, which may be a correct decision for a significant number of cases.
Wenn der stationäre hingegen Zustand fortbesteht und weitere Teilantworten (R6-R13) nicht mehr mit dem Entscheidungsmuster übereinstimmen, das der Vorabentscheidung (D1) zugrunde lag, kann eine abweichende finale Entscheidung (D2) getroffen werden, wenn im Weiteren eine Übereinstimmung zu einem der anderen Entscheidungsmuster (42) erfasst wird. Dies ist beispielhaft in 15 dargestellt. In dem dortigen Beispiel weisen die ersten fünf Teilantworten (R1-R5) eine Übereinstimmung mit einem Entscheidungsmuster aus 2 auf. Ab der Teilantwort (R6) geht die Übereinstimmung verloren. Etwa ab der Teilantwort (R9/R10) wird eine neue Übereinstimmung mit einem Entscheidungsmuster aus 14 ermittelt, das zu den in 13 beschriebenen Vorgängen gehört. Dementsprechend wird die finale Entscheidung (D2) getroffen, dass die festgestellte Ursache in dem vorliegenden Beispiel ein moderater Reduktionsmittel-Überschuss (cRed>cRed*) ist.If the stationary state persists and further partial answers ( R6 - R13 ) are no longer consistent with the decision making D1 ), a different final decision ( D2 ) if, in addition, a match to one of the other decision patterns ( 42 ) is detected. This is exemplary in 15 shown. In the example, the first five partial answers ( R1 - R5 ) matches a decision pattern 2 on. From the partial answer ( R6 ) the match is lost. From about the partial response (R9 / R10), a new match with a decision pattern is made 14 that determines to the in 13 heard operations described. Accordingly, the final decision ( D2 ) that the identified cause in the present example is a moderate excess of reducing agent (cRed> cRed *).
Ein Entscheidungsmuster (42) kann also vorsehen, dass eine oder mehrere frühe Teilantworten (R1-R5) in einer ersten Richtung und eine oder mehrere späte Teilantworten (R6-R13) in der Gegenrichtung vorliegen. Gegebenenfalls können Verhältnisangaben für die jeweilige Anzahl der Teilantworten in der ersten Richtung und in der Gegenrichtung vorgesehen sein.A decision pattern ( 42 ) can therefore provide that one or more early partial answers ( R1 - R5 ) in a first direction and one or more late partial answers ( R6 - R13 ) in the opposite direction. If appropriate, ratios for the respective number of partial answers in the first direction and in the opposite direction can be provided.
Darüber hinaus kann ein Entscheidungsmuster vorsehen, dass das Mess-Signal (cPost) im Bereich der mindestens einen späten Teilantwort (R6-R13), die in der Gegenrichtung zu den ein oder mehreren Teilantworten (R1-R5 vorliegt, um einen Grenzwert (K) von dem Vor-Puls Wert (cAvg) abweichen muss, wobei die Abweichung in der Richtung der späten Teilantwort vorliegen muss. Mit anderen Worten kann in manchen Fällen bei einem frühen Abfallen des Mess-Werts (cPost), das zu einer Übereinstimmung mit einem ersten Entscheidungsmuster führt, eine Abkehr zu einem anderen Entscheidungsmuster nur dann erfolgen, wenn im weiteren Verlauf ein so starkes Ansteigen des Messwerts (cPost) erfolgt, dass der Messwert (cPost) um einen festlegbaren Grenzwert (K) über das Niveau des Vor-Puls Werts (cAvg) hinaus ansteigt - und umgekehrt.In addition, a decision pattern may provide that the measurement signal ( cPost ) in the range of at least one late partial response ( R6 - R13 ) in the opposite direction to the one or more partial answers ( R1 - R5 is present to a limit (K) of the pre-pulse value ( CAVG ), where the deviation must be in the direction of the late partial response. In other words, in some cases, if the measurement value falls early ( cPost ), which leads to a correspondence with a first decision pattern, a change to another decision pattern only takes place when, in the course of such a strong increase of the measured value ( cPost ), that the measured value ( cPost ) by a definable limit (K) above the level of the pre-pulse value ( CAVG ) - and vice versa.
Gegebenenfalls können ein oder mehrere folgende Injektionspulse (I2, I3) ausgeführt werden, bevorzugt innerhalb desselben stationären Zustands, wobei die Test-Beigabemenge (Qi) bzw. die Richtung des folgenden Injektionspulses (I2= I- oder I2 = I+) sowie gegebenenfalls die Dauer des folgenden Injektionspulses (I2) in Abhängigkeit von dem Ergebnis des vorhergehenden Injektionspulses (I1) festgelegt werden. So kann bspw. kann nach einer ersten positiven Erkennung einer Ursache eine gezielte Gegenprobe oder eine gezielte Bestätigungsprobe ausgeführt werden. Infolge der zielgerichteten Vorgabe kann die Anzahl der insgesamt notwendigen Injektionspulse deutlich verringert werden, sodass das Risiko der Erzeugung eines Reduktionsmittel-Durchbruches durch das Testverfahren minimiert wird. Optionally, one or more subsequent injection pulses ( I2 . I3 ), preferably within the same stationary state, wherein the test loading amount (Qi) or the direction of the following injection pulse (I2 = I or I2 = I +) and optionally the duration of the following injection pulse ( I2 ) depending on the result of the previous injection pulse ( I1 ) be determined. Thus, for example, after a first positive detection of a cause, a targeted counter-sample or a specific confirmation sample can be carried out. As a result of the targeted specification, the number of injection pulses required overall can be significantly reduced, so that the risk of generating a reducing agent breakthrough by the test method is minimized.
Abwandlungen der Erfindung sind in verschiedener Weise möglich. Insbesondere können alle zu den Ausführungsbeispielen beschriebenen, gezeigten, beanspruchten oder in sonstiger Weise offenbarten Merkmale in beliebiger Weise miteinander kombiniert, gegeneinander ersetzt oder weggelassen werden.Modifications of the invention are possible in various ways. In particular, all the features described, shown, claimed or disclosed in any other way may be combined with one another in any desired manner, replaced or omitted from one another.
Der Verbrennungsmotor kann bevorzugt ein Dieselmotor mit Direkteinspritzung sein.The internal combustion engine may preferably be a direct injection diesel engine.
Die Festlegung des Vorsteuerwerts (Qpre) kann auf beliebige Weise erfolgen. Sie kann bevorzugt in Abhängigkeit von einem Beigabe-Schema angepasst sein, insbesondere nach einem konservativen Beigabe-Schema. Dann wird der Vorsteuerwert (Qpre) so gewählt, dass er niedriger ist als die stöchiometrische Gleichgewichtsmenge. Mit anderen Worten wird bei einem konservativen Beigabe-Schema etwas weniger Reduktionsmittel auf Basis des Vorsteuerwerts (Qpre) beigegeben, als für die vollständige Reduktion der Stickoxidmenge erforderlich wäre, die gemäß dem Vorlauf-Stickoxid-Gehalt (cPre) momentan dem SCR-Katalysator (15) zugeführt wird. Bei einem konservativen Beigabe-Schema kann der Vorsteuerwert (Qpre) noch unter der geschätzten Reaktionsmenge (Qr') festgelegt sein.The determination of the pre-tax value ( Qpre ) can be done in any way. It may preferably be adapted as a function of an addition scheme, in particular according to a conservative addition scheme. Then the precontrol value ( Qpre ) is set to be lower than the stoichiometric balance amount. In other words, in a conservative addition scheme, a little less reducing agent is added on the basis of the pilot value (Qpre) than would be required for the complete reduction of the amount of nitrogen oxide which according to the feedstock nitrogen oxide content ( CpRe ) currently the SCR catalyst ( 15 ) is supplied. In a conservative addition scheme, the pilot control value (Qpre) can still be below the estimated reaction quantity (Qpre). qr ' ).
Alternativ kann der Vorsteuerwert (Qpre) gemäß einem ausgeglichenen Beigabe-Schema 95% bis 100% der stöchiometrischen Gleichgewichtsmenge entsprechen, die gemäß dem momentanen Vorlauf-Stickoxid-Gehalt (cPre) ermittelt ist. Bei einem aggressiven Beigabe-Schema kann der Vorsteuerwert (Qpre) bei oder über der stöchiometrischen Gleichgewichtsmenge liegen, was ebenfalls erfordern kann, dass ein Ammonia slip Katalysator oder eine ähnliche Komponente stromabwärts zu dem SCR-Katalysator (16) angeordnet wird.Alternatively, the precontrol value ( Qpre ) according to a balanced addition scheme correspond to 95% to 100% of the stoichiometric equilibrium amount, which according to the current flow-nitric oxide content ( CpRe ) is determined. In the case of an aggressive adding scheme, the pre-tax value ( Qpre ) are at or above the stoichiometric equilibrium amount, which may also require that an ammonia slip catalyst or similar component downstream of the SCR catalyst ( 16 ) is arranged.
Das Beigabe-Schema kann in Abhängigkeit von einem Betriebszustand des Verbrennungsmotors und/oder des Abgasnachbehandlungssystems angepasst sein. Beispielsweise kann bei Feststellung eines stationären Zustands ein konservatives Beigabe-Schema gewählt werden. Wenn ein instationärer Zustand in Richtung einer steigenden Last oder in Richtung erhöhter Verbrennungstemperaturen festgestellt wird, kann hingegen temporär ein ausgeglichenes oder aggressives Beigabe-Schema vorgesehen werden. The addition scheme may be adapted depending on an operating condition of the internal combustion engine and / or the exhaust aftertreatment system. For example, a conservative addition scheme can be selected when a steady state condition is established. On the other hand, if a transient condition is detected in the direction of an increasing load or in the direction of increased combustion temperatures, a balanced or aggressive delivery schedule may be temporarily provided.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
1010
Abgasnachbehandlungssystemaftertreatment system
Exhaust gas after treatment systemExhaust gas after treatment system
1111
Vorlauf-PassageForward-Passage
Upstream passageUpstream passage
1212
Katalyse-AbschnittCatalysis section
Catalytic sectionCatalytic section
1313
Nachlauf-PassageTrailing Passage
Downstream passageDownstream passage
1414
Diesel OxidationsKatalysatorDiesel oxidation catalyst
Diesel oxidation catalystDiesel oxidation catalyst
1515
Reduktionsmittel-InjektorReducing agent injector
Reductant injectorReductant injector
1616
SCR-KatalysatorSCR catalyst
SCR CatalystSCR Catalyst
1717
Filterfilter
Filterfilter
1818
Vorlauf-NOx-SensorForward-NOx sensor
Upstream NOx SensorUpstream NOx sensor
1919
Nachlauf-NOx-SensorTrailing NOx sensor
Downstream NOx SensorDownstream NOx sensor
2020
Steuereinheitcontrol unit
Control UnitControl Unit
2121
Mehrgliedriges SimulationsmodellMulti-unit simulation model
Multi-segment simulation modelMulti-segment simulation model
2222
Vorsteuerungfeedforward
Pre controlPre control
2323
Sollwert-BerechnungSetpoint calculation
Target value calculationTarget value calculation
2424
Injektor-TreiberInjector driver
Injector DriverInjector Driver
2525
SummationsgliedSummation member
Summation segmentSummation segment
2626
Komparatorcomparator
ComparatorComparator
2727
Gewichtungsglied / Korrekturwert-AnpassungWeighting element / correction value adjustment
Weighting segment / correction value adaptionWeighting segment / correction value adaptation
2828
Bedingungsprüfungcondition check
Condition checkCondition check
3131
Reduktionsmittel-BeigabemodellReducing agent adding model
Reductant addition modelReductant addition model
3232
Reduktionsmittel-SpeichermodellReductant storage model
Reductant storage modelReductant storage model
3333
Reaktions-ModellResponse model
Reaction modelReaction model
3434
Desorptions-ModellDesorption model
Desorption modelDesorption model
4040
Vorlauf-StickoxidsensorForward-nitrogen oxide sensor
Upstream nitrogen oxide sensorUpstream nitrogen oxide sensor
4141
Nachlauf-StickoxidsensorTracking nitrogen oxide sensor
Downstream nitrogen oxide sensorDownstream nitrogen oxide sensor
4242
Entscheidungsmusterdecision-making patterns
Decision patternDecision pattern
cAvgCAVG
Vor-Puls Wert / Vor-Puls MittelwertPre-pulse value / pre-pulse mean value
Pre-pulse value / pre-pulse average valuePre-pulse value / pre-pulse average value
cPreCpRe
Vorlauf-Stickoxid-GehaltForward-nitrogen oxide content
Upstream nitrogen oxide contentUpstream nitrogen oxide content
cPostcPost
Nachlauf-Stickoxid-GehaltTracking nitrogen oxide content
Downstream nitrogen oxide contentDownstream nitrogen oxide content
cRedcRed
Tatsächlicher Reduktionsmittel-GehaltActual reducing agent content
Actual reductant contentActual reductant content
cRed'cRed '
Geschätzter Reduktionsmittel-GehaltEstimated Reductant Content
Estimated reductant contentEstimated reductant content
cRed*cRed *
Sollwert für Reduktionsmittel-GehaltTarget value for reducing agent content
Target value for reductant contentTarget value for reductant content
dEffdeff
Effizienz-Abweichung der Stickoxid-ReduktionEfficiency deviation of the nitrogen oxide reduction
Efficiency deviation of Nitrogen oxide reductionEfficiency deviation of nitrogen oxide reduction
rEff*Reff *
Soll-Wert für Stickoxid-ReduktionTarget value for nitrogen oxide reduction
Target-value for nitrogen oxide reductionTarget value for nitrogen oxide reduction
CondCond
Vorbedingung für Lernvorgang / Korrekturwert-AnpassungPrerequisite for learning / correction value adjustment
Precondition for learning cycle / correction value adaptionPrecondition for learning cycle / correction value adaptation
CQ CQ
Injektions-KommandoInjection command
Injection commandInjection command
D1D1
Vorabentscheidungpreliminary ruling
Preliminary decisionPreliminary decision
D2D2
Finale Entscheidungfinal decision
Final decisionFinal decision
I+I +
Positiver InjektionspulsPositive injection pulse
Positive injection pulsePositive injection pulse
I-I-
Negativer InjektionspulsNegative injection pulse
Negative injection pulseNegative injection pulse
KK
Grenzwert (gegenüber cAvg)Limit value (compared to cAvg)
Threshold (wrt cAvg)Threshold (wrt cAvg)
NOxNOx
StickoxideNitrogen oxides
Nitrogen oxidesNitrogen oxides
NRNO
Reagierte StickoxideReacted nitrogen oxides
Reacted nitrogen oxidesReacted nitrogen oxides
NSNS
Nicht reagierte Stickoxide / Stickoxid-DurchbruchUnreacted nitrogen oxides / nitric oxide breakthrough
Non-reacted nitrogen oxides / Nitrogen oxide break throughNon-leached oxides / Nitrogen oxides break through
P0-P4P0-P4
Phasenphases
PhasesPhases
QadQad
Tatsächliche AdsorptionsmengeActual adsorption amount
Actual adsorbed quantityActual adsorbed quantity
Qad'Qad '
Schätzwert für AdsorptionsmengeEstimate of adsorption amount
Estimated value for adsorbed quantityEstimated value for adsorbed quantity
Qdeqdc
Tatsächliche DesorptionsmengeActual desorption amount
Actual desorbed quantityActual desorbed quantity
Qde'qdc '
Geschätzte DesorptionsmengeEstimated desorption amount
Estimated desorbed quantityEstimated desorbed quantity
QiQi
Tatsächliche Reduktionsmittel-BeigabemengeActual reductant addition amount
Actual Reductant addition quantityActual Reductant addition quantity
Qi*Qi *
Sollwert für Reduktionsmittel-BeigabemengeSetpoint for reducing agent addition amount
Target value for reductant addition quantityTarget value for reductant addition quantity
Qi'Qi '
Schätzwert für Reduktionsmittel-BeigabemengeEstimated amount of reductant added
Estimation value for reductant addition quantityEstimation value for reductant addition quantity
QpreQpre
Vorsteuerwert für Reduktionsmittel-BeigabePrecontrol value for reducing agent addition
pre control value for reductant additionpre control value for reductant addition
Qrqr
Tatsächlich durch Reaktion umgewandelte Menge an Reduktionsmittel / ReaktionsmengeActual converted by reaction amount of reducing agent / reaction amount
Actual quantity of reductant converted by chemical reaction / reaction quantityActual quantity of reductant converted by chemical reaction / reaction quantity
Qr'qr '
Schätzwert für ReaktionsmengeEstimated reaction quantity
Estimated value for reacted quantityEstimated value forquality
Qsqs
Stöchiometrische GleichgewichtsmengeStoichiometric equilibrium amount
Stoichiometric balance quantityStoichiometric balance quantity
QstrSCNTR
Speicherführungswert für Reduktionsmittel-BeigabeStorage management value for reducing agent addition
Storage guidance value for reductant additionStorage guidance value for reductant addition
RR
Antwort-CharakteristikResponse characteristic
Response characteristicResponse characteristic
R1-R1
separierte Teilantwortenseparated partial answers
Separated sectionSeparated section
R13R13
auf Injektionspulson injection pulse
responses to injection pulseresponses to injection pulse
S1S1
Erster stationärer ZustandFirst stationary condition
First steady stateFirst steady state
S2S2
Zweiter stationärer ZustandSecond stationary state
Second steady stateSecond steady state
S3S3
Dritter stationärer ZustandThird stationary state
Third steady stateThird steady state
SWSW
Gewichtungsschlüsselweighting key
Weighting ratioWeighting ratio
TT
Toleranzbandtolerance band
Tolerance bandTolerance band
W1W1
Erster KorrekturwertFirst correction value
First correction valueFirst correction value
W2W2
Zweiter KorrekturwertSecond correction value
Second correction valueSecond correction value
W3W3
Dritter KorrekturwertThird correction value
Third correction valueThird correction value
W4W4
Vierter KorrekturwertFourth correction value
Forth correction valueForth correction value
ZavgZ avg
MittelwertbildungszoneAveraging zone
Averaging zoneAveraging zone
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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US 2003/0046928 A1 [0025, 0026, 0027, 0028, 0034]US 2003/0046928 A1 [0025, 0026, 0027, 0028, 0034]