DE102017200851B4 - Cylinder deactivation to reduce ammonia slip - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Steuern einer Abgasnachbehandlung in einem System umfassend- eine Brennkraftmaschine (2) mit mindestens zwei Zylindern (3), wobei die Brennkraftmaschine (2) ausgebildet ist, in einem ersten Betriebszustand alle Zylinder (3) im aktiven Zustand zu betreiben und in einem zweiten Betriebszustand mindestens einen Zylinder (3) abzuschalten,- einen Abgastrakt (4) mit mindestens einer Abgasnachbehandlungseinrichtung (9), wobei die Abgasnachbehandlungseinrichtung (9) mindestens einen Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion (9a) umfasst,- eine Abgasrückführungsleitung (10) eines Niederdruck-Abgasrückführungssystems, die stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung (9) vom Abgastrakt (4) abzweigt und den Abgastrakt (4) fluid mit dem Ansaugtrakt (7) der Brennkraftmaschine (2) verbindet, umfassend die Schritte:- Betreiben der Brennkraftmaschine (2),- Ermitteln eines Ammoniakschlupfes aus dem Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion (9a),- Vergleichen des Ammoniakschlupfes mit einem vorbestimmten Schwellenwert des Ammoniakgehalts im Abgastrakt (4) stromabwärts des ersten Katalysators zur selektiven Reduktion (9a),- Deaktivieren mindestens eines Zylinders (3), wenn der Schwellenwert überschritten wird, wobei mindestens ein Zylinder (3) aktiviert bleibt,- oder Weiterbetreiben der Brennkraftmaschine (2), wenn der Schwellenwert nicht überschritten wird.Method for controlling exhaust gas aftertreatment in a system comprising an internal combustion engine (2) with at least two cylinders (3), the internal combustion engine (2) being designed to operate all cylinders (3) in the active state in a first operating state and in a second operating state to switch off at least one cylinder (3), - an exhaust tract (4) with at least one exhaust gas aftertreatment device (9), wherein the exhaust gas aftertreatment device (9) comprises at least one catalytic converter for selective catalytic reduction (9a), - an exhaust gas recirculation line (10) of a low-pressure Exhaust gas recirculation system, which branches off from the exhaust tract (4) downstream of the exhaust gas aftertreatment device (9) and fluidly connects the exhaust tract (4) to the intake tract (7) of the internal combustion engine (2), comprising the steps of: - operating the internal combustion engine (2), - determining a Ammonia slip from the selective catalytic reduction catalyst (9a),- comparing the ammonia iak slip with a predetermined threshold value of the ammonia content in the exhaust tract (4) downstream of the first selective reduction catalyst (9a),- deactivating at least one cylinder (3) when the threshold value is exceeded, with at least one cylinder (3) remaining activated,- or Continuing to operate the internal combustion engine (2) if the threshold value is not exceeded.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reduzieren eines Ammoniakschlupfes aus einem Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion innerhalb eines Abgasrückführungskreislaufes.The invention relates to a method for reducing ammonia slip from a catalytic converter for selective catalytic reduction within an exhaust gas recirculation circuit.
Bei Brennkraftmaschinen hat sich zur Einhaltung der gesetzlich vorgeschriebenen Emissionswerte eine katalytische Nachbehandlung der Abgase durchgesetzt. Moderne Brennkraftmaschinen arbeiten zur Erhöhung des Wirkungsgrades häufig mit mageren Brennstoff-Luft-Gemischen mit einem Sauerstoffüberschuss. Anfallende Stickoxide können im mageren Betrieb nicht reduziert werden, da ihre katalytische Reduktion nur unter unterstöchiometrischen Betriebsbedingungen möglich ist. Die Stickoxide im Abgas werden daher im mageren Betrieb in einem NOx-Speicherkatalysator (lean NOx trap, LNT) zwischen-gespeichert. Ist die Aufnahmekapazität des LNT erschöpft, wird zur Regeneration des LNT ein Zyklus mit einem fetten Abgasgemisch bzw. in einem unterstöchiometrischen Betrieb (λ < 1) durchgeführt. Eine solche Regeneration wird auch als Rich Purge bezeichnet. In diesem Zyklus werden die zwischengespeicherten Stickoxide im LNT und, falls vorhanden, in einem Stickoxidreduktionskatalysator reduziert, wobei die Stickoxid-Speicherkapazität des LNT für die Speicherung von Stickoxiden regeneriert wird.In the case of internal combustion engines, catalytic after-treatment of the exhaust gases has become established in order to comply with the legally prescribed emission values. To increase efficiency, modern internal combustion engines often work with lean fuel-air mixtures with an excess of oxygen. Nitrogen oxides that occur cannot be reduced in lean operation because their catalytic reduction is only possible under substoichiometric operating conditions. The nitrogen oxides in the exhaust gas are therefore temporarily stored in a NOx storage catalytic converter (lean NOx trap, LNT) during lean operation. If the absorption capacity of the LNT is exhausted, a cycle with a rich exhaust gas mixture or in sub-stoichiometric operation (λ < 1) is carried out to regenerate the LNT. Such a regeneration is also referred to as a rich purge. In this cycle, the intermediately stored nitrogen oxides in the LNT and, if present, in a nitrogen oxide reduction catalytic converter are reduced, with the nitrogen oxide storage capacity of the LNT being regenerated for the storage of nitrogen oxides.
Ein Stickoxidreduktionskatalysator, auch als Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion oder SCR-Katalysator bezeichnet, kann Ammoniak, der in Form einer wässrigen Harnstofflösung oder gasförmig stromaufwärts des SCR-Katalysators dem Abgas zur Reduktion der Stickoxide zugemischt wird, in einer gewissen Menge speichern.A nitrogen oxide reduction catalytic converter, also referred to as a catalytic converter for selective catalytic reduction or SCR catalytic converter, can store a certain amount of ammonia, which is added to the exhaust gas in the form of an aqueous urea solution or in gaseous form upstream of the SCR catalytic converter to reduce nitrogen oxides.
Ammoniak in einer Form wie oben beschrieben kann z.B. aus einer externen Quelle bereitgestellt oder auch im Bereich des Abgastrakts aus Stickstoff und Wasserstoff in einer Abgasnachbehandlungseinrichtung gebildet werden. In der Druckschrift
Ist die Speicherfunktion erschöpft, d. h. ist mehr Ammoniak vorhanden als für die Reduktion der Stickoxide im Abgas benötigt wird, kann Ammoniak aus dem Katalysator entweichen. Dieses ungewollte Entweichen von Ammoniak wird als Ammoniakschlupf bezeichnet. Dabei besteht unter Bedingungen mit hohem Volumenstrom und/oder hohen Temperaturen eine höhere Wahrscheinlichkeit für einen Ammoniakschlupf. Ist der SCR-Katalysator stromaufwärts eines Abzweigs einer Abgasrückführungsleitung angeordnet, kann der Ammoniak in die Brennkraftmaschine rezirkuliert werden. Der Verlust einer Menge an Ammoniak durch Schlupf muss dabei durch eine Menge ersetzt werden, die deutlich höher als ein Faktor eins der rezirkulierten Menge liegt, da ein Teil bzw. ein großer Teil des mit dem Abgas rezirkulierten Ammoniaks in der Brennkraftmaschine in zusätzliche Stickoxide umgewandelt wird. Im Alterungsprozess des SCR-Katalysators verringert sich die Menge an Ammoniak, die gespeichert werden kann, so dass sich der Ammoniakschlupf noch erhöht.If the memory function is exhausted, i. H. if there is more ammonia than is required to reduce the nitrogen oxides in the exhaust gas, ammonia can escape from the catalytic converter. This unwanted escape of ammonia is called ammonia slip. There is a higher likelihood of ammonia slip under high flow and/or high temperature conditions. If the SCR catalytic converter is arranged upstream of a branch of an exhaust gas recirculation line, the ammonia can be recirculated into the internal combustion engine. The loss of an amount of ammonia through slip must be replaced by an amount that is significantly higher than a factor of one of the recirculated amount, since part or a large part of the ammonia recirculated with the exhaust gas is converted into additional nitrogen oxides in the internal combustion engine . As the SCR catalytic converter ages, the amount of ammonia that can be stored decreases, so that the ammonia slip increases even more.
Es besteht die Aufgabe, die Menge an Ammoniak im rückgeführten Abgas zu beschränken.The object is to limit the amount of ammonia in the recirculated exhaust gas.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Neben- und Unteransprüchen, den Figuren und den Ausführungsbeispielen.This object is solved by a method having the features of
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer Abgasnachbehandlung in einem System umfassend
- - eine Brennkraftmaschine mit mindestens zwei Zylindern, wobei die Brennkraftmaschine ausgebildet ist, in einem ersten Betriebszustand alle Zylinder im aktiven Zustand zu betreiben und in einem zweiten Betriebszustand mindestens einen Zylinder abzuschalten,
- - einen Abgastrakt mit mindestens einer Abgasnachbehandlungseinrichtung, wobei die Abgasnachbehandlungseinrichtung mindestens einen Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion umfasst,
- - eine Abgasrückführungsleitung eines Niederdruck-Abgasrückführungssystems, die stromabwärts der Abgasnachbehandlungseinrichtung vom Abgastrakt abzweigt und den Abgastrakt fluid mit dem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine verbindet,
- - Betreiben der Brennkraftmaschine,
- - Ermitteln eines Ammoniakschlupfes aus dem ersten Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion,
- - Vergleichen des Ammoniakschlupfes mit einem vorbestimmten Schwellenwert des Ammoniakgehalts im Abgastrakt stromabwärts des Katalysators zur selektiven Reduktion,
- - Deaktivieren mindestens eines Zylinders, wenn der Schwellenwert überschritten wird, wobei mindestens ein Zylinder aktiviert bleibt,
- - oder Weiterbetreiben der Brennkraftmaschine, wenn der Schwellenwert nicht überschritten wird.
- - an internal combustion engine with at least two cylinders, wherein the internal combustion engine is designed to operate all cylinders in the active state in a first operating state and to switch off at least one cylinder in a second operating state,
- - an exhaust tract with at least one exhaust gas aftertreatment device, wherein the exhaust gas aftertreatment device comprises at least one catalyst for selective catalytic reduction,
- - an exhaust gas recirculation line of a low-pressure exhaust gas recirculation system, which branches off from the exhaust tract downstream of the exhaust gas aftertreatment device and fluidly connects the exhaust tract to the intake tract of the internal combustion engine,
- - operation of the internal combustion engine,
- - determining an ammonia slip from the first catalytic converter for selective catalytic reduction,
- - Comparing the ammonia slip with a predetermined threshold of Ammonia content in the exhaust tract downstream of the catalytic converter for selective reduction,
- - deactivating at least one cylinder when the threshold is exceeded, leaving at least one cylinder activated,
- - Or continue to operate the internal combustion engine if the threshold value is not exceeded.
Durch das Verfahren wird vorteilhaft der Verbrauch an einzuleitendem Ammoniak, besonders in Form einer kommerziell zu erhaltenden Harnstofflösung wie AdBlueO, reduziert, wodurch Kosten eingespart werden. Weiterhin wirkt das Verfahren auch im räumlichen Sinne ökonomisch, da die Größe des Harnstofflösungs- oder Ammoniaktanks im Vergleich zu herkömmlichen gering gehalten werden kann. Zusätzlich wird auch der Kohlendioxidausstoß minimiert.The method advantageously reduces the consumption of ammonia to be introduced, particularly in the form of a commercially available urea solution such as AdBlueO, which saves costs. Furthermore, the method is also economical in terms of space, since the size of the urea solution or ammonia tank can be kept small in comparison with conventional ones. In addition, carbon dioxide emissions are minimized.
Vorzugsweise wird in dem Verfahren der Ammoniakschlupf mittels eines kinetischen Modells zum Vorhersagen eines Ammoniakschlupfes aus dem ersten Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion ermittelt. Insbesondere wird das kinetische Modell in Abhängigkeit von der Temperatur, dem Volumenstrom und/oder der Menge des gespeicherten Stickoxids erstellt.Preferably, in the method, the ammonia slip is determined using a kinetic model for predicting ammonia slip from the first selective catalytic reduction catalyst. In particular, the kinetic model is created as a function of the temperature, the volume flow and/or the amount of nitrogen oxide stored.
Vorzugsweise wird in dem Verfahren der Ammoniakschlupf mittels mindestens eines Ammoniaksensors ermittelt. Dabei kann der Ammoniaksensor alternativ zu dem kinetischen Modell verwendet werden. Der Ammoniaksensor kann auch zusätzlich zu dem kinetischen Modell verwendet werden, wobei besonders ein mittels des Modells vorhergesagter Wert bestätigt werden kann.In the method, the ammonia slip is preferably determined by means of at least one ammonia sensor. The ammonia sensor can be used as an alternative to the kinetic model. The ammonia sensor can also be used in addition to the kinetic model, in particular a value predicted by the model can be confirmed.
Weiterhin kann der Ammoniakschlupf auch mittels mindestens eines Stickoxidsensors ermittelt werden. Stickoxidsensoren haben eine hohe Affinität für Ammoniak; dem Fachmann ist dabei bekannt, wie zwischen durch Stickoxide und Ammoniak bedingten Werten unterschieden werden kann. Der Stickoxidsensor kann alternativ oder zusätzlich zu dem kinetischen Modell verwendet werden.Furthermore, the ammonia slip can also be determined using at least one nitrogen oxide sensor. Nitrogen oxide sensors have a high affinity for ammonia; the person skilled in the art knows how to distinguish between values caused by nitrogen oxides and ammonia. The nitrogen oxide sensor can be used as an alternative or in addition to the kinetic model.
Bevorzugt werden in dem Verfahren mehrere Zylinder deaktiviert. Dabei ist vorauszusetzen, dass die Brennkraftmaschine mehr als einen Zylinder aufweist, z. B. zwei, drei, vier oder mehr. Vorteilhaft ist das Deaktivieren mehrere Zylinder, weil es in Abhängigkeit von den konkreten Bedingungen erforderlich sein kann, wenn Betriebsbedingungen herrschen, unter denen ein Risiko für einen Ammoniakschlupf besteht. Dabei können insbesondere graduell mehrere Zylinder deaktiviert werden, wenn die Bedingungen das erforderlich machen. In Abhängigkeit von der Anzahl der Zylinder und den Betriebsbedingungen können z. B. in einer Vierzylindermaschine ein, zwei oder drei Zylinder deaktiviert werden, um Bedingungen zu erreichen, die einem Ammoniakschlupf entgegenwirken.Multiple cylinders are preferably deactivated in the method. It is assumed that the internal combustion engine has more than one cylinder, e.g. B. two, three, four or more. Deactivation of multiple cylinders is advantageous because, depending on the specific conditions, it may be necessary when there are operating conditions where there is a risk of ammonia slip. In particular, several cylinders can be gradually deactivated if the conditions make this necessary. Depending on the number of cylinders and the operating conditions, e.g. B. in a four-cylinder engine one, two or three cylinders can be deactivated to achieve conditions that counteract ammonia slip.
In einer bevorzugten weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird zusätzlich mittels eines kinetischen Modells ein Ammoniakschlupf unter der Bedingung ermittelt, dass mindestens ein Zylinder deaktiviert wurde. Dabei wird dasselbe kinetische Modell wie oben verwendet. Die Werte werden an die gewählten Bedingungen angepasst. Dabei wird ein optimaler Betriebsmodus ermittelt, der bei einem minimalen Ammoniakschlupf, also im Idealfall bei einem Ammoniakschlupf von null, vorliegt. Dabei können die Kriterien für den Ammoniakschlupf mit anderen Kriterien kombiniert werden, z. B. für die Stickoxidreduktion, den Partikelausstoß der Brennkraftmaschine u.a.In a preferred further embodiment of the method, an ammonia slip is additionally determined by means of a kinetic model under the condition that at least one cylinder has been deactivated. The same kinetic model as above is used. The values are adjusted to the selected conditions. In the process, an optimal operating mode is determined, which is present at a minimum ammonia slip, that is to say ideally at an ammonia slip of zero. The criteria for the ammonia slip can be combined with other criteria, e.g. B. for the reduction of nitrogen oxides, the particle emissions of the internal combustion engine, etc.
In einer bevorzugten weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird zusätzlich eine modellprädiktive Regelung zum Ermitteln eines Ammoniakschlupfes verwendet. Dabei wird ein zeitdiskretes dynamisches Modell des zu regelnden Prozesses verwendet, um das zukünftige Verhalten des Prozesses in Abhängigkeit von entsprechenden Eingangssignalen zu berechnen. Konkret wird hier ein kinetisches Modell zur selektiven katalytischen Reduktion verwendet, einen zukünftigen Ammoniakschlupf vorherzusagen, der auf einer Anforderung durch den Fahrer basiert. Vorteilhafterweise kann das Vorhersagefenster dabei zeitlich kurz sein, wenn die Vorhersage nur auf einem Wert, z. B. dem Abgasvolumenstrom basiert.In a preferred further embodiment of the method, a model-predictive control is additionally used to determine an ammonia slip. A time-discrete dynamic model of the process to be controlled is used to calculate the future behavior of the process depending on the corresponding input signals. Specifically, a selective catalytic reduction kinetic model is used here to predict future ammonia slip based on driver demand. Advantageously, the prediction window can be short in time if the prediction is only based on one value, e.g. B. based on the exhaust gas volume flow.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Anordnung zum Ausführen eines Verfahrens gemäß einem der vorherigen Ansprüche, umfassend eine mehrzylindrige zur Zylinderabschaltung ausgebildete Brennkraftmaschine mit einem Abgastrakt mit mindestens einer Abgasnachbehandlungseinrichtung, wobei die Abgasnachbehandlungseinrichtung mindestens einen Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion aufweist, sowie eine Abgasrückführungsleitung eines Niederdruck-Abgasrückführungssystems, die stromabwärts der zweiten Abgasnachbehandlungseinrichtung vom Abgastrakt abzweigt und den Abgastrakt fluid mit dem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine verbindet. Die Vorteile der erfindungsgemäßen Anordnung entsprechen den Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahrens.A second aspect of the invention relates to an arrangement for carrying out a method according to one of the preceding claims, comprising a multi-cylinder internal combustion engine designed for cylinder deactivation with an exhaust gas tract with at least one exhaust gas aftertreatment device, the exhaust gas aftertreatment device having at least one catalyst for selective catalytic reduction, and an exhaust gas recirculation line of a low pressure -Exhaust gas recirculation system, which branches off from the exhaust tract downstream of the second exhaust gas aftertreatment device and fluidly connects the exhaust tract to the intake tract of the internal combustion engine. The advantages of the arrangement according to the invention correspond to the advantages of the method according to the invention.
Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Anordnung.A third aspect of the invention relates to a motor vehicle with an arrangement according to the invention.
Die Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung. -
2 ein Fließdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
-
1 a schematic representation of an embodiment of the arrangement according to the invention. -
2 a flow diagram of an embodiment of the method according to the invention.
Eine erfindungsgemäße Anordnung 1 weist in der Ausführungsform gemäß der Darstellung von
Stromabwärts der zweiten Abgasnachbehandlungseinrichtung 9 zweigt eine Abgasrückführungsleitung 10 (AGR-Leitung) eines Niederdruck-Abgasrückführungssystems vom Abgastrakt 4 ab. Die AGR-Leitung 10 mündet stromaufwärts des Kompressors 6 in den Ansaugtrakt 7. Die AGR-Leitung 10 weist ein Abgasrückführungsventil 11 auf. Weiterhin weist die AGR-Leitung 10 eine Abgasrückführungs-Kühlereinrichtung 12 auf. Die Kühlereinrichtung 12 kann einen Bypass aufweisen. Im Bereich der Einmündung der Abgasrückführungsleitung 10 in den Ansaugtrakt 7 kann ein Kombinationsventil angeordnet sein, das zum Mischen von Frischluft und rückgeführtem Abgas ausgebildet ist (nicht gezeigt). Auch eine Drosseleinrichtung kann in diesem Bereich angeordnet sein (nicht gezeigt).An exhaust gas recirculation line 10 (EGR line) of a low-pressure exhaust gas recirculation system branches off from the
Stromabwärts des Abzweigs der AGR-Leitung 10 ist eine dritte Abgasnachbehandlungseinrichtung 13 gezeigt, die optional ist und beispielsweise einen zweiten SCR-Katalysator aufweist. Der zweite SCR-Katalysator ist zur weiteren Stickoxidreduktion vorgesehen. Weiterhin kann er auch Ammoniak speichern, der z. B. stromaufwärts aus dem ersten SCR-Katalysator 9a entwichen ist und nicht über die AGR-Leitung 10 zum Ansaugtrakt 7 zurückgeleitet wurde. Stromaufwärts der dritten Abgasnachbehandlungseinrichtung 13 kann eine Zuleitung aus einem Reduktionsmittelbehälter angeordnet sein, über die eine wässrige Harnstofflösung oder gasförmiger Ammoniak in den Abgastrakt 4 eingeleitet werden kann (nicht gezeigt). Eine Zuleitung für ein Reduktionsmittel kann auch stromaufwärts der zweiten Abgasnachbehandlungseinrichtung 9 angeordnet sein (nicht gezeigt).A third exhaust
Im Abgastrakt 4 sind stromabwärts der zweiten Abgasnachbehandlungseinrichtung 9 ein Ammoniaksensor 14 und ein Stickoxidsensor 15 angeordnet. Entsprechende Sensoren 14, 15 können auch an anderen Stellen im Abgastrakt 4 angeordnet sein, z. B. stromabwärts der dritten Abgasnachbehandlungseinrichtung 13 oder in der AGR-Leitung 10. Weitere Sensoren, z. B. Temperatursensoren und Lambdasonden, können an verschiedenen Stellen im Abgastrakt 4 angeordnet sein. Die Sensoren 14, 15 sind mit einer Regeleinrichtung (nicht gezeigt) verbunden, die Messwerte von den Sensoren empfangen und im Sinne der Erfindung einen Ammoniakschlupf aus dem ersten SCR-Katalysator 9a ermitteln kann. Auf der Basis der Messwerte kann neben der Detektion eines Ammoniakschlupfes an sich auch die Konzentration des entwichenen Ammoniaks ermittelt werden.An
Weiterhin weist die Anordnung 1 einen Ladeluftkühler 16 auf, der im Ansaugtrakt 7 angeordnet ist. Weiterhin weist die Anordnung 1 eine Hochdruck-Abgasrückführungsleitung 17 auf, die stromaufwärts der Turbine 5 vom Abgastrakt 4 abzweigt und stromabwärts des Ladeluftkühlers 16 in den Ansaugtrakt 8 mündet.Furthermore, the
In einem Verfahren zum Steuern einer Abgasnachbehandlung mit einer oben beschriebenen Anordnung 1 wird in einem ersten Schritt S1 die Brennkraftmaschine 2 betrieben. Dabei befinden sich alle Zylinder im aktivierten Zustand. In einem zweiten Schritt S2 wird ermittelt, ob ein Ammoniakschlupf aus dem ersten SCR Katalysator 9a vorliegt. Ein Ammoniakschlupf kann prinzipiell auf der Basis von Sensorenwerten mittels der Regeleinrichtung festgestellt werden. Dabei ist die Regeleinrichtung ausgebildet, sowohl aus den mittels des Ammoniaksensors 14 gemessenen Werten als auch aus den mittels des Stickoxidsensors 15 gemessenen Werten die Ammoniakkonzentration zu ermitteln.In a method for controlling an exhaust gas aftertreatment with an
Besonders kann ein Ammoniakschlupf auf der Basis eines kinetischen Modells vorhergesagt werden. Dabei fließen die Temperatur des ersten SCR Katalysators 9a und/oder des Abgases, der Abgas-Volumenstrom und die Menge des auf der Basis eines Ammoniak-Inputs modell-basiert ermittelten Ammoniaks im ersten SCR-Katalysator 9a (als Maß der Auslastung der Ammoniak-Speicherkapazität) als Funktionen in das kinetische Modell ein.In particular, ammonia slip can be predicted based on a kinetic model. The temperature of the first SCR
In einer Ausführungsform der Erfindung kann ein Ammoniakschlupf in Schritt S2 zusätzlich mittels eines kinetischen Modells unter der Bedingung ermittelt werden, dass mindestens ein Zylinder deaktiviert wurde. Mit anderen Worten wird in Abhängigkeit von der Anzahl der deaktivierten Zylinder jeweils ein entsprechender Ammoniakschlupf modellbasiert berechnet. Dabei wird dasselbe kinetische Modell wie oben verwendet, wobei einige Werte, besonders die stromabwärts der Turbine 5 aufgenommenen Werte, natürlich anders sind. Dabei wird ein optimaler Betriebsmodus ermittelt, der bei einem minimalen Ammoniakschlupf, also im Idealfall bei einem Ammoniakschlupf von null, vorliegt. Dabei können die Kriterien für den Ammoniakschlupf mit anderen Kriterien kombiniert werden, z. B. für die Stickoxidreduktion, den Partikelausstoß der Brennkraftmaschine u.a.In one embodiment of the invention, an ammonia slip can also be determined in step S2 using a kinetic model under the condition that at least one cylinder has been deactivated. In other words, depending on the number of deactivated cylinders, a corresponding ammonia slip is calculated on the basis of a model. The same kinetic model is used as above, some values, in particular the values taken downstream of the
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann in Schritt S2 ein Ammoniakschlupf zusätzlich unter Verwendung einer modellprädiktiven Regelung zum Ermitteln eines Ammoniakschlupfes erstellt werden. Dabei wird ein kinetisches Modell zur selektiven katalytischen Reduktion verwendet, einen zukünftigen Ammoniakschlupf vorherzusagen, der auf einer Anforderung durch den Fahrer basiert. Beispielsweise wird bei einer Vollgasanforderung, wenn der Fahrer eines entsprechenden Kraftfahrzeugs das Gaspedal betätigt, eine Erhöhung des Abgas-Volumenstroms für das Modell bereitgestellt, bevor der Volumenstrom sich tatsächlich erhöht hat. Auf diese Weise kann ein Ammoniakschlupf bis zu mehrere Sekunden vorausgesagt werden, bevor er tatsächlich eintritt. Wenn also ein Ammoniakschlupf vorausgesagt wird, der höher ist als ein Schwellenwert, können entsprechend ein oder mehrere Zylinder vorausschauend deaktiviert werden. Auf der Basis des Volumenstroms kann also mit einem sehr kurzen Vorhersagefenster gearbeitet werden.In a further embodiment of the invention, an ammonia slip can additionally be created in step S2 using a model-predictive control for determining an ammonia slip. A selective catalytic reduction kinetic model is used to predict future ammonia slip based on driver demand. For example, in the case of a full throttle request, when the driver of a corresponding motor vehicle presses the accelerator pedal, an increase in the exhaust gas volume flow is provided for the model before the volume flow has actually increased. In this way, ammonia slip can be predicted up to several seconds before it actually occurs. Accordingly, if ammonia slip is predicted to be greater than a threshold, one or more cylinders may be preemptively deactivated. On the basis of the volume flow, it is therefore possible to work with a very short forecast window.
Da sich die Temperatur und die Ammoniakbeladung des SCR-Katalysators langsamer ändern als der Volumenstrom, kann auf der Basis dieser Parameter mit einem längeren Vorhersagefenster gearbeitet werden. Dabei können unter voll aktivierten Zylindern der Brennkraftmaschine 2 und unter graduell deaktivierten Zylindern aufgenommene Temperaturwerte und Volumenstromwerte des Abgases in das Modell einfließen, um einen Ammoniakschlupf vorherzusagen. Auf diese Weise kann eine Anforderung durch den Fahrer auch in die Berechnung von Abgastemperaturen einfließen. Eine Berechnung der Ammoniakbeladung des ersten SCR-Katalysators 9a kann auf der Basis von technischen Werten des Katalysators 9a und der Menge des eingeleiteten Ammoniaks ermittelt werden, wobei die Art und Weise des Berechnens dem Fachmann bekannt ist.Since the temperature and the ammonia loading of the SCR catalyst change more slowly than the volume flow, a longer forecast window can be used on the basis of these parameters. Temperature values and volume flow values of the exhaust gas recorded under fully activated cylinders of
Wird ein Ammoniakschlupf ermittelt, wird der ermittelte Wert in einem dritten Schritt S3 mit einem ersten Schwellenwert des Ammoniakgehalts im Abgas verglichen, der vorbestimmt wurde. Der erste Schwellenwert entspricht z. B. einem bestimmten zulässigen Wert, der nicht überschritten werden soll. Wird der erste Schwellenwert des Ammoniakgehalts im Abgas überschritten, wird ein Zylinder 3 der Brennkraftmaschine 2 in einem vierten Schritt S4a deaktiviert. In Abhängigkeit von der ermittelten Konzentration des Ammoniaks können auch zwei Zylinder 3 deaktiviert werden, wenn z. B. die Konzentration einen Wert erreicht hat, der wesentlich höher liegt als der erste Schwellenwert. Dazu kann z. B. ein zweiter Schwellenwert vorbestimmt werden, bei dessen Erreichen die zwei Zylinder deaktiviert werden. Es können also verschiedene Schwellenwerte vorgegeben werden, die mit einem Deaktivieren einer bestimmten Anzahl an Zylindern korrespondieren. Bei Brennkraftmaschinen mit mehr als drei Zylindern kann das Verfahren entsprechend fortgesetzt werden, so dass z. B. bei sechs Zylindern in Abhängigkeit von der Höhe des Ammoniakschlupfes bis zu fünf Zylinder graduell deaktiviert werden können.If ammonia slip is determined, the determined value is compared in a third step S3 with a first threshold value of the ammonia content in the exhaust gas, which was predetermined. The first threshold corresponds z. B. a certain permissible value that should not be exceeded. If the first threshold value of the ammonia content in the exhaust gas is exceeded, a
Wenn jedoch der erste Schwellenwert nicht überschritten wird, wird kein Zylinder deaktiviert. Das Verfahren wird dann von Schritt S3 in einem alternativen vierten Schritt S4b zu Schritt S2 zurückgeführt, bis ein Ammoniakgehalt im Abgas stromabwärts der zweiten Abgasnachbehandlungseinrichtung 9 ermittelt wird.However, if the first threshold is not exceeded, no cylinder is deactivated. The method is then returned from step S3 in an alternative fourth step S4b to step S2 until an ammonia content in the exhaust gas downstream of the second exhaust
Bezugszeichenlistereference list
- 11
- Anordnungarrangement
- 22
- Brennkraftmaschineinternal combustion engine
- 33
- Zylindercylinder
- 44
- Abgastraktexhaust tract
- 55
- Turbineturbine
- 66
- Kompressorcompressor
- 77
- Ansaugtraktintake tract
- 88th
- erste Abgasnachbehandlungseinrichtungfirst exhaust aftertreatment device
- 99
- zweite Abgasnachbehandlungseinrichtungsecond exhaust aftertreatment device
- 9a9a
- erster Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktionfirst catalyst for selective catalytic reduction
- 9b9b
- Partikelfilterparticle filter
- 1010
- Niederdruck-AbgasrückführungsleitungLow pressure exhaust gas recirculation line
- 1111
- Abgasrückführungsventilexhaust gas recirculation valve
- 1212
- Abgaskühlereinrichtungexhaust gas cooler device
- 1313
- dritte Abgasnachbehandlungseinrichtungthird exhaust aftertreatment device
- 1414
- Ammoniaksensorammonia sensor
- 1515
- Stickoxidsensornitrogen oxide sensor
- 1616
- LadeluftkühlereinrichtungIntercooler device
- 1717
- Hochdruck-AbgasrückführungsleitungHigh pressure exhaust gas recirculation line
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