DE102017209080B4 - Method for operating an internal combustion engine device, internal combustion engine device and SCR control device - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschineneinrichtung (1), mit einer Brennkraftmaschine (3) und einem mit der Brennkraftmaschine (3) zum Abführen von Abgas der Brennkraftmaschine (3) fluidverbundenen Abgasstrang (5), wobei- ein in dem Abgasstrang (5) strömender Abgasstrom der Brennkraftmaschine (3) von Stickoxiden gereinigt wird, wobei- Stickoxidemissionen der Brennkraftmaschineneinrichtung (1) durch Ansteuern einer Stickoxid-Reduktionseinrichtung (7), die einen in dem Abgasstrang (5) angeordneten SCR-Katalysator (9) sowie eine in dem Abgasstrang (5) stromaufwärts des SCR-Katalysators (9) angeordnete, ansteuerbare Reduktionsmittel-Dosiereinrichtung (11) aufweist, gesteuert oder geregelt werden, wobei- ein Abgasmassenstrom durch die Stickoxid-Reduktionseinrichtung (7) anhand von wenigstens einem SCR-Parameter, ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus einem Steuerparameter der Stickoxid-Reduktionseinrichtung (7) und einem an der Stickoxid-Reduktionseinrichtung (7) erfassten Parameter, ermittelt wird, und wobei- der Abgasmassenstrom anhand eines thermischen Modells der Stickoxid-Reduktionseinrichtung (7), in das eine Abgas-Temperatur stromaufwärts des SCR-Katalysators (9) und eine Abgas-Temperatur stromabwärts des SCR-Katalysators (9) eingehen, ermittelt wird.A method for operating an internal combustion engine device (1) with an internal combustion engine (3) and an exhaust gas system (5) fluidly connected to the internal combustion engine (3) for discharging exhaust gas from the internal combustion engine (3), wherein an exhaust gas stream flowing in the exhaust gas system (5) is the Internal combustion engine (3) is cleaned of nitrogen oxides, nitrogen oxide emissions of the internal combustion engine device (1) being controlled by a nitrogen oxide reduction device (7) which has an SCR catalytic converter (9) arranged in the exhaust gas line (5) and one in the exhaust gas line (5) upstream of the SCR catalytic converter (9), controllable reducing agent metering device (11) are controlled or regulated, wherein an exhaust gas mass flow through the nitrogen oxide reduction device (7) based on at least one SCR parameter selected from a group consisting from a control parameter of the nitrogen oxide reduction device (7) and a Para detected on the nitrogen oxide reduction device (7) meter, is determined, and where- the exhaust gas mass flow based on a thermal model of the nitrogen oxide reduction device (7), in which an exhaust gas temperature upstream of the SCR catalytic converter (9) and an exhaust gas temperature downstream of the SCR catalytic converter (9) are entered , is determined.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschineneinrichtung, eine Brennkraftmaschineneinrichtung und eine SCR-Steuereinrichtung, die eingerichtet sind zur Durchführung eines solchen Verfahrens.The invention relates to a method for operating an internal combustion engine device, an internal combustion engine device and an SCR control device which are set up to carry out such a method.
Brennkraftmaschineneinrichtungen der hier angesprochenen Art weisen eine Brennkraftmaschine und einen mit der Brennkraftmaschine zum Abführen von Abgas der Brennkraftmaschine strömungstechnisch verbundenen Abgasstrang auf. Zur Einhaltung von Emissionsgrenzwerten wird ein in dem Abgasstrang strömender Abgasstrom der Brennkraftmaschine von Stickoxiden gereinigt, wobei Stickoxidemissionen der Brennkraftmaschineneinrichtung durch Ansteuern einer Stickoxid-Reduktionseinrichtung - im Folgenden synonym kurz auch als SCR-Einrichtung bezeichnet -, die einen in dem Abgasstrang angeordneten SCR-Katalysator sowie eine in dem Abgasstrang stromaufwärts des SCR-Katalysators angeordnete, ansteuerbare Reduktionsmittel-Dosiereinrichtung aufweist, gesteuert oder geregelt werden.Internal combustion engine devices of the type discussed here have an internal combustion engine and an exhaust system fluidically connected to the internal combustion engine for discharging exhaust gas from the internal combustion engine. In order to comply with emission limit values, an exhaust gas stream of the internal combustion engine flowing in the exhaust system is cleaned of nitrogen oxides, with nitrogen oxide emissions of the internal combustion engine device by controlling a nitrogen oxide reduction device - hereinafter synonymously also referred to as SCR device for short - which includes an SCR catalytic converter and a controllable reducing agent metering device arranged in the exhaust gas line upstream of the SCR catalytic converter.
Für die Stickoxidemissionen geltende Grenzwerte sind typischerweise - entweder als gesetzliches oder von einem Hersteller oder Betreiber der Brennkraftmaschineneinrichtung vorgegebenes Emissionsziel - als absolute Größen und insbesondere als Masse pro Energieeinheit, vorzugsweise in Gramm pro Kilowattstunde, angegeben und in einer Steuereinrichtung hinterlegt. Eine Sensorik der SCR-Einrichtung ist allerdings typischerweise eingerichtet, um einen Stickoxid-Anteil, insbesondere eine Konzentration oder einen Partialdruck, im Abgasstrom zu messen. Eine Umrechnung in absolute Stickoxidemissionen, oder auch umgekehrt eine Verwendung des absolut vorgegebenen Emissionsziels in der Regelung der SCR-Einrichtung, ist nur möglich, wenn der Abgasmassenstrom entlang des Abgasstrangs und insbesondere durch die SCR-Einrichtung bekannt ist. Die Kenntnis des Abgasmassenstroms ist auch erforderlich, um eine Regelabweichung des gemessenen Stickoxid-Anteils in eine erforderliche Reduktionsmittel-Dosierrate zur Ansteuerung der Reduktionsmittel-Dosiereinrichtung umzurechnen. Der Abgasmassenstrom sollte möglichst genau bekannt sein, da ansonsten größere Sicherheitsmargen eingehalten werden müssen, um das Emissionsziel sicher zu erreichen. Dies und/oder eine ungenaue Kenntnis des Abgasmassenstroms kann weiterhin dazu führen, dass das Reduktionsmittel überdosiert wird, wodurch sich unerwünschte, sekundäre Emissionen, beispielsweise ein NH3-Schlupf, ergeben.Limit values applicable to nitrogen oxide emissions are typically specified - either as a statutory emission target or an emission target specified by a manufacturer or operator of the internal combustion engine device - as absolute values and in particular as mass per unit of energy, preferably in grams per kilowatt hour, and stored in a control device. A sensor system of the SCR device is, however, typically set up to measure a nitrogen oxide component, in particular a concentration or a partial pressure, in the exhaust gas flow. A conversion into absolute nitrogen oxide emissions, or vice versa, the use of the absolutely specified emission target in the regulation of the SCR device is only possible if the exhaust gas mass flow along the exhaust system and in particular through the SCR device is known. Knowledge of the exhaust gas mass flow is also necessary in order to convert a control deviation of the measured nitrogen oxide content into a required reducing agent metering rate for controlling the reducing agent metering device. The exhaust gas mass flow should be known as precisely as possible, otherwise larger safety margins have to be adhered to in order to safely achieve the emission target. This and / or an imprecise knowledge of the exhaust gas mass flow can furthermore lead to the reducing agent being overdosed, which results in undesirable secondary emissions, for example an NH 3 slip.
Bei Brennkraftmaschinen, die bereits bestimmungsgemäß zur Verwendung mit einer SCR-Einrichtung ausgelegt sind, wird der Abgasmassenstrom typischerweise in einer Brennkraftmaschinen-Steuereinrichtung aus Brennkraftmaschinen-Parametern wie beispielsweise der Drehzahl, dem Ladeluftdruck, der Ladelufttemperatur, einem Hubvolumen der Brennkraftmaschine, und/oder dem Luftaufwand berechnet. Auch ein gemessener LambdaWert, das heißt das momentane Verbrennungsluft-Brennstoff-Verhältnis im Brennraum der Brennkraftmaschine, und eine dem Brennraum zugeführte Brennstoffmasse können zur Berechnung des Abgasmassenstroms herangezogen werden. Hierzu sind aber Werte erforderlich, die nur intern in dem Brennkraftmaschinen-Steuergerät zur Verfügung stehen, wobei gerade Brennkraftmaschinen, die nicht zur Verwendung mit einer SCR-Einrichtung vorgesehen sind, keine Schnittstellen aufweisen, um solche Werte nach außen zu kommunizieren. Es ist daher nicht oder nur mit erheblichem Aufwand möglich, solche nicht originär zur Verwendung mit einer SCR-Einrichtung eingerichteten Brennkraftmaschine mit einer SCR-Einrichtung nachzurüsten.In internal combustion engines that are already designed for use with an SCR device, the exhaust gas mass flow is typically determined in an internal combustion engine control device from internal combustion engine parameters such as the speed, the charge air pressure, the charge air temperature, a displacement of the internal combustion engine, and / or the air consumption calculated. A measured lambda value, that is to say the instantaneous combustion air / fuel ratio in the combustion chamber of the internal combustion engine, and a fuel mass supplied to the combustion chamber can also be used to calculate the exhaust gas mass flow. For this purpose, however, values are required that are only available internally in the internal combustion engine control unit, with internal combustion engines that are not intended for use with an SCR device having no interfaces in order to communicate such values to the outside. It is therefore not possible, or only possible with considerable effort, to retrofit internal combustion engines that are not originally set up for use with an SCR device with an SCR device.
Aus
Aus Reif, K. [Hrsg.]: Abgastechnik für Verbrennungsmotoren. Wiesbaden: Springer Vieweg, 2015 (Bosch Fachinformation Automobil). S. 66. - ISBN 978-3-658-09521-5, geht ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschineneinrichtung mit einer Brennkraftmaschine und einem mit der Brennkraftmaschine zum Abführen von Abgas der Brennkraftmaschine fluidverbundenen Abgasstrang hervor. Ein in dem Abgasstrang strömender Abgasstrom der Brennkraftmaschine wird von Stickoxiden gereinigt. Stickoxidemissionen der Brennkraftmaschineneinrichtung werden durch Ansteuern einer Stickoxid-Reduktionseinrichtung gesteuert oder geregelt, die einen in dem Abgasstrang angeordneten SCR-Katalysator sowie eine in dem Abgasstrang stromaufwärts des SCR-Katalysators angeordnete, ansteuerbare Reduktionsmittel-Dosiereinrichtung aufweist.From Reif, K. [Hrsg.]: Exhaust technology for internal combustion engines. Wiesbaden: Springer Vieweg, 2015 (Bosch Fachinformation Automobil). P. 66. - ISBN 978-3-658-09521-5, describes a method for operating an internal combustion engine device with an internal combustion engine and an exhaust system fluidly connected to the internal combustion engine to discharge exhaust gas from the internal combustion engine. An exhaust gas stream of the internal combustion engine flowing in the exhaust system is cleaned of nitrogen oxides. Nitrogen oxide emissions of the internal combustion engine device are controlled or regulated by activating a nitrogen oxide reduction device which has an SCR catalytic converter arranged in the exhaust system and a controllable reducing agent metering device arranged in the exhaust gas system upstream of the SCR catalytic converter.
Aus
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschineneinrichtung sowie eine Brennkraftmaschineneinrichtung und eine SCR-Einrichtung zur Durchführung eines solchen Verfahrens zu schaffen, wobei die genannten Nachteile nicht auftreten.The invention is based on the object of creating a method for operating an internal combustion engine device as well as an internal combustion engine device and an SCR device for carrying out such a method, the disadvantages mentioned not occurring.
Die Aufgabe wird gelöst, indem die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche geschaffen werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.The object is achieved by creating the subjects of the independent claims. Advantageous refinements result from the subclaims.
Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem ein Verfahren geschaffen wird, bei dem zum Betreiben einer Brennkraftmaschineneinrichtung gemäß der zuvor beschriebenen Art vorgesehen ist, dass der die SCR-Einrichtung durchsetzende Abgasmassenstrom anhand von wenigstens einem SCR-Parameter ermittelt wird, wobei der wenigstens eine SCR-Parameter ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus einem Steuerparameter der SCR-Einrichtung und einem an der SCR-Einrichtung erfassten Parameter. Erfindungsgemäß wird der Abgasmassenstrom anhand eines thermischen Modells der SCR-Einrichtung ermittelt, wobei in das thermische Modell eine Abgas-Temperatur stromaufwärts des SCR-Katalysators und eine Abgas-Temperatur stromabwärts SCR-Katalysators eingehen. Auf diese Weise ist es möglich, den Abgasmassenstrom auf der Grundlage von wenigstens einer Größe zu berechnen, die an der SCR-Einrichtung messbar oder in der SCR-Einrichtung bekannt ist. Es ist daher ohne weiteres möglich, auch solche Brennkraftmaschinen mit einer SCR-Einrichtung nachzurüsten, bei denen intern in einem zentralen Brennkraftmaschinen-Steuergerät kein Abgasmassenstrom berechnet oder keine Größen über geeignete Schnittstellen nach außen kommuniziert werden, die zur Berechnung des Abgasmassenstroms notwendig wären. Vielmehr kann der Abgasmassenstrom ohne Rückgriff auf das zentrale Brennkraftmaschinen-Steuergerät auf der Grundlage der durch die SCR-Einrichtung bereitgestellten Größen bestimmt werden, wobei in einfacher und kostengünstiger Weise die vollständige Funktionalität der SCR-Einrichtung auch als Nachrüstlösung bereitgestellt werden kann. Es bedarf dabei weder eines Austauschs eines älteren Brennkraftmaschinen-Steuergeräts noch einer umständlichen und umfangreichen Installation neuer Software auf einem solchen Brennkraftmaschinen-Steuergerät. Die SCR-Einrichtung kann dann auch unabhängig von einem Hersteller der Brennkraftmaschine bereitgestellt werden, sodass sogar Fremdmotoren durch Drittanbieter mit einer solchen SCR-Einrichtung nachgerüstet werden können.The object is achieved in particular by creating a method in which, for operating an internal combustion engine device according to the type described above, it is provided that the exhaust gas mass flow passing through the SCR device is determined on the basis of at least one SCR parameter, the at least one SCR parameter. Parameter is selected from a group consisting of a control parameter of the SCR device and a parameter recorded on the SCR device. According to the invention, the exhaust gas mass flow is determined using a thermal model of the SCR device, with an exhaust gas temperature upstream of the SCR catalyst and an exhaust gas temperature downstream of the SCR catalyst being included in the thermal model. In this way, it is possible to calculate the exhaust gas mass flow on the basis of at least one variable that can be measured at the SCR device or is known in the SCR device. It is therefore easily possible to retrofit internal combustion engines with an SCR device in which no exhaust gas mass flow is calculated internally in a central internal combustion engine control unit or no variables are communicated to the outside via suitable interfaces that would be necessary to calculate the exhaust gas mass flow. Rather, the exhaust gas mass flow can be determined without recourse to the central internal combustion engine control unit on the basis of the variables provided by the SCR device, with the full functionality of the SCR device also being provided as a retrofit solution in a simple and cost-effective manner. There is neither a need to replace an older internal combustion engine control device nor a cumbersome and extensive installation of new software on such an internal combustion engine control device. The SCR device can then also be provided independently of a manufacturer of the internal combustion engine, so that even third-party motors can be retrofitted with such an SCR device by third-party providers.
Unter einem SCR-Parameter wird hier - wie bereits ausgeführt - ein Steuerparameter zur Ansteuerung der SCR-Einrichtung und/oder ein an der SCR-Einrichtung erfasster, insbesondere gemessener Parameter verstanden. Es handelt sich also entweder um eine Vorgabegröße zur Ansteuerung der SCR-Einrichtung, insbesondere eine Reduktionsmittel-Dosierrate, mit der die Reduktionsmittel-Dosiereinrichtung angesteuert wird, oder eine mittels einer Sensorik an der SCR-Einrichtung gemessene Größe, beispielsweise eine Abgas-Temperatur oder einen Stickoxid-Anteil im Abgas.An SCR parameter is understood here - as already stated - to be a control parameter for controlling the SCR device and / or a parameter recorded, in particular measured, on the SCR device. It is therefore either a default variable for controlling the SCR device, in particular a reducing agent metering rate with which the reducing agent metering device is controlled, or a variable measured by means of a sensor system on the SCR device, for example an exhaust gas temperature or a Nitrogen oxide content in the exhaust gas.
Unter einem SCR-Katalysator wird eine Katalyse-Einrichtung verstanden, die eingerichtet ist zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden, insbesondere unter Verwendung eines geeigneten Reduktionsmittels. Besonders bevorzugt handelt es sich um eine Katalyse-Einrichtung, die eingerichtet ist, um Stickoxide mit Ammoniak zu Stickstoff und Wasser umzusetzen, wobei als Reduktionsmittel oder Reduktionsmittel-Vorläuferprodukt über die Reduktionsmittel-Dosiereinrichtung insbesondere Harnstoff in Form einer Harnstoff-WasserLösung in den Abgasstrang eingebracht werden kann, wobei der Harnstoff in dem Abgasstrom zu Ammoniak zersetzt wird. Eine SCR-Einrichtung ist dementsprechend eine Einrichtung, welche eine derartige SCR-Katalyse-Einrichtung als SCR-Katalysator aufweist.An SCR catalytic converter is understood to mean a catalytic device which is set up for the selective catalytic reduction of nitrogen oxides, in particular using a suitable reducing agent. It is particularly preferably a catalysis device that is set up to convert nitrogen oxides with ammonia to nitrogen and water, with urea in particular in the form of a urea-water solution being introduced into the exhaust system as a reducing agent or reducing agent precursor product via the reducing agent metering device can, wherein the urea in the exhaust gas stream is decomposed to ammonia. An SCR device is accordingly a device which has such an SCR catalysis device as an SCR catalytic converter.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Abgasmassenstrom ausschließlich anhand des wenigstens einen SCR-Parameters ermittelt wird. Insbesondere in diesem Fall ist das Verfahren hervorragend zur Nachrüstung von Brennkraftmaschinen geeignet, die bisher nicht zum Betreiben mit einer SCR-Einrichtung eingerichtet sind.According to a development of the invention, it is provided that the exhaust gas mass flow is determined exclusively on the basis of the at least one SCR parameter. In this case in particular, the method is outstandingly suitable for retrofitting internal combustion engines that have not previously been set up for operation with an SCR device.
Alternativ ist es aber auch möglich, dass zur Ermittlung des Abgasmassenstroms zusätzlich zu dem wenigstens einen SCR-Parameter wenigstens ein Brennkraftmaschinen-Parameter verwendet wird, wobei der wenigstens eine Brennkraftmaschinen-Parameter ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus einem Brennkraftmaschinen-Steuerparameter und einem an der Brennkraftmaschine erfassten Parameter. Dies kann gegebenenfalls die Genauigkeit der Berechnung des Abgasmassenstroms erhöhen, wobei diese Ausführungsform des Verfahrens insbesondere Anwendung finden kann, wenn entweder das Verfahren selbst auf dem zentralen Brennkraftmaschinen-Steuergerät durchgeführt wird, oder wenn das Brennkraftmaschinen-Steuergerät eine Schnittstelle zur Ausgabe von wenigstens einem Brennkraftmaschinen-Steuerparameter aufweist, sodass dieser außerhalb des Brennkraftmaschinen-Steuergeräts zur Durchführung des Verfahrens verwendet werden kann.Alternatively, however, it is also possible for at least one internal combustion engine parameter to be used to determine the exhaust gas mass flow in addition to the at least one SCR parameter, the at least one internal combustion engine parameter being selected from a group consisting of an internal combustion engine control parameter and an on the internal combustion engine detected parameters. This can possibly increase the accuracy of the calculation of the exhaust gas mass flow, with this embodiment of the method being used in particular when either the method itself is carried out on the central internal combustion engine control unit or when the internal combustion engine control unit has an interface for outputting at least one Having internal combustion engine control parameters, so that this can be used outside of the internal combustion engine control unit to carry out the method.
Als Brennkraftmaschinen-Steuerparameter kommen insbesondere eine in Brennräume der Brennkraftmaschine eingebrachte Brennstoffmasse oder ein Brennstoffmassenstrom, ein momentanes Soll-Drehmoment oder dergleichen infrage. Ein an der Brennkraftmaschine erfasster Parameter ist beispielsweise eine momentane Drehzahl der Brennkraftmaschine, eine momentane Ladelufttemperatur, ein momentaner Ladeluftdruck, ein momentanes Verbrennungsluft-Brennstoff-Verhältnis, ein momentan durch die Brennkraftmaschine aufgebrachtes Drehmoment, ein momentaner stöchiometrischer Luftbedarf, oder dergleichen. Auch solche Parameter können allerdings - je nach Betriebsweise der Brennkraftmaschine - als Brennkraftmaschinen-Steuerparameter vorgegeben werden, wobei umgekehrt auch einer der zuvor genannten Brennkraftmaschinen-Steuerparameter gegebenenfalls als an der Brennkraftmaschine erfasster Parameter ausgestaltet sein kann.In particular, a fuel mass introduced into the combustion chambers of the internal combustion engine or a fuel mass flow, an instantaneous setpoint torque or the like come into consideration as internal combustion engine control parameters. A parameter detected on the internal combustion engine is, for example, an instantaneous speed of the internal combustion engine, an instantaneous charge air temperature, an instantaneous charge air pressure, an instantaneous combustion air-fuel ratio, an instantaneous torque applied by the internal combustion engine, an instantaneous stoichiometric air requirement, or the like. However, depending on the mode of operation of the internal combustion engine, such parameters can also be specified as internal combustion engine control parameters, and conversely one of the aforementioned internal combustion engine control parameters can optionally be configured as a parameter recorded on the internal combustion engine.
In bevorzugter Ausgestaltung kann wenigstens ein zusätzlicher SCR-Parameter zur Ermittlung des Abgasmassenstroms herangezogen werden, wobei der wenigstens eine zusätzliche SCR-Parameter ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus einer Reduktionsmittel-Dosierrate, einem Stickoxid-Anteil im Abgas stromaufwärts des SCR-Katalysators, einem Stickoxid-Anteil im Abgas stromabwärts des SCR-Katalysators, und einem Differenzdruck, der über dem SCR-Katalysator abfällt.In a preferred embodiment, at least one additional SCR parameter can be used to determine the exhaust gas mass flow, the at least one additional SCR parameter being selected from a group consisting of a reducing agent metering rate, a nitrogen oxide content in the exhaust gas upstream of the SCR catalytic converter, a nitrogen oxide content in the exhaust gas downstream of the SCR catalytic converter, and a differential pressure that drops across the SCR catalytic converter.
Unter einem Stickoxid-Anteil wird - wie bereits oben ausgeführt - insbesondere eine Stickoxid-Konzentration oder ein Stickoxid-Partialdruck verstanden, wobei der Stickoxid-Anteil insbesondere in ppm angegeben werden kann. Bei dem Stickoxid-Anteil handelt es sich insbesondere um einen Gesamt-Stickoxid-Anteil, das heißt um einen kumulierten Anteil an Stickstoffdioxid und Stickstoffmonoxid im Abgas.As already stated above, a nitrogen oxide component is understood to mean, in particular, a nitrogen oxide concentration or a nitrogen oxide partial pressure, it being possible for the nitrogen oxide component to be given, in particular, in ppm. The nitrogen oxide component is in particular a total nitrogen oxide component, that is to say a cumulative component of nitrogen dioxide and nitrogen monoxide in the exhaust gas.
Der über dem SCR-Katalysator abfallende Differenzdruck kann entweder direkt - mittels eines geeigneten Differenzdruck-Sensors - gemessen, oder aber aus einem ersten, stromaufwärts des SCR-Katalysators gemessenen Druck und einem zweiten, stromabwärts des SCR-Katalysators gemessenen Druck - als Differenzwert - berechnet werden.The differential pressure falling across the SCR catalytic converter can either be measured directly - using a suitable differential pressure sensor - or calculated from a first pressure measured upstream of the SCR catalytic converter and a second pressure measured downstream of the SCR catalytic converter - as a differential value will.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Abgasmassenstrom zusätzlich zu der Bestimmung anhand des thermischen Modells anhand einer an dem SCR-Katalysator gemessenen Stickoxid-Umsatzrate und einer als Steuerparameter der SCR-Einrichtung verwendeten Reduktionsmittel-Dosierrate ermittelt wird. Dies stellt eine ebenso genaue wie einfach zu implementierende und besonders bevorzugt völlig unabhängig von Brennkraftmaschinen-Parametern durchführbare Ausgestaltung des Verfahrens dar, wobei keinesfalls ausgeschlossen ist, dass insbesondere zur Erhöhung der Genauigkeit des Verfahrens wenigstens ein Brennkraftmaschinen-Parameter zur Berechnung des Abgasmassenstroms mit herangezogen werden kann.According to a further development of the invention, it is provided that the exhaust gas mass flow is determined in addition to the determination using the thermal model using a nitrogen oxide conversion rate measured on the SCR catalytic converter and a reducing agent metering rate used as a control parameter of the SCR device. This represents an embodiment of the method that is just as precise as it is easy to implement and particularly preferably can be carried out completely independently of internal combustion engine parameters, whereby it is by no means excluded that at least one internal combustion engine parameter can also be used to calculate the exhaust gas mass flow, in particular to increase the accuracy of the method .
Die Stickoxid-Umsatzrate η ist dabei definiert als Differenz zwischen dem Stickoxid-Anteil [NOx]' im Abgas stromaufwärts des SCR-Katalysators und dem Stickoxid-Anteil [NOx]'' stromabwärts des SCR-Katalysators, dividiert durch den Stickoxid-Anteil [NOx]' stromaufwärts des SCR-Katalysators, ausgedrückt durch folgende Gleichung:
Für die folgende Betrachtung benötigt man das Verhältnis der Stoffströme - ausgedrückt in Stoffmenge pro Zeiteinheit, insbesondere Mol pro Sekunde, des Reduktionsmittels R und der kumulierten Stickoxide (NOx), das durch folgende Gleichung ausgedrückt wird:
Es wird im Folgenden auch als Dosierverhältnis α bezeichnet. Der Reduktionsmittel-Stoffstrom R ergibt sich aus der Reduktionsmittel-Dosierrate gemäß folgender Gleichung:
Somit kann im stationären Fall letztlich der gesuchte Abgasmassenstrom ṁA in einfacher Weise aus den gemessenen Stickoxid-Anteilen [NOx]', [NOx]'' und der vorgegebenen Reduktionsmittel-Dosierrate R berechnet werden, wobei - wie bereits angedeutet - die Molmassen des Abgases MA einerseits und des Reduktionsmittels MR andererseits bekannt und zumindest in sehr guter Näherung konstant sind, sodass sie als feste Parameter hinterlegt werden können.Thus, in the stationary case, the exhaust gas mass flow ṁ A sought can ultimately be calculated in a simple manner from the measured nitrogen oxide components [NO x ] ', [NO x ]''and the specified reducing agent metering rate R, with - as already indicated - the molar masses of the exhaust gas M A on the one hand and of the reducing agent M R on the other hand are known and are constant at least in a very good approximation, so that they can be stored as fixed parameters.
Der Vollständigkeit wegen sei hinzugefügt, dass aufgrund des temperaturabhängigen Effekts der sogenannten direkten Oxidation Gleichung (6) in der Praxis selbst im stationären Zustand nicht uneingeschränkt gilt, wobei vielmehr ein Korrekturfaktor zu berücksichtigen ist, der den - temperaturabhängigen - Anteil des Reduktionsmittels angibt, welches ohne Reduktion von Stickoxiden an dem SCR-Katalysator direkt oxidiert wird. Der einfacheren Darstellung wegen wird hierauf jedoch nicht eingegangen, zumal die entsprechende Korrektur in einfacher Weise durch Berücksichtigen eines temperaturabhängigen Faktors durchgeführt werden kann, wobei der entsprechende temperaturabhängige Faktor vorab durch Prüfstandsversuche ermittelt werden kann.For the sake of completeness, it should be added that, due to the temperature-dependent effect of the so-called direct oxidation, equation (6) does not apply without restrictions in practice even in the steady state, whereas a correction factor must be taken into account that specifies the - temperature-dependent - proportion of the reducing agent, which is without Reduction of nitrogen oxides is oxidized directly on the SCR catalyst. However, for the sake of simpler representation, this is not discussed, especially since the corresponding correction can be carried out in a simple manner by taking into account a temperature-dependent factor, the corresponding temperature-dependent factor being able to be determined in advance by means of test bench tests.
Im dynamischen Fall gilt Gleichung (6) nicht mehr uneingeschränkt, da zusätzliche Effekte durch das zeitliche Verhalten der SCR-Einrichtung auftreten. Diese ergeben sich beispielsweise aus dem Reduktionsmittel-Speicherverhalten des SCR-Katalysators. Es ist daher nötig, auf Ersatzmodelle, vorzugsweise regelungstechnische Ersatzmodelle, beispielsweise ein PT1-Modell, ein PT1 -Modell mit Totzeit, oder dergleichen, zurückzugreifen. Ein möglicher Ansatz kann folgendermaßen gewählt werden:
Der gesuchte Massenstrom ṁA ist gemäß Gleichung (5) in Verbindung mit Gleichung (7) in dem Dosierverhältnis α enthalten. Durch Umformen und Einsetzen erhält man:
Gleichung (8) entspricht wiederum der typischen Form eines PT1-Gliedes, was man gemäß der folgenden Darstellung:
Die Genauigkeit des Verfahrens kann noch weiter verbessert werden, indem wenigstens ein Brennkraftmaschinen-Parameter mitverwendet werden kann. Beispielsweise kann dann anstelle des Abgasmassenstroms nur ein Korrekturfaktor zu einem groben Berechnungswert bestimmt werden. Ist beispielsweise der Liefergrad nicht bekannt, aber es können die Ladelufttemperatur und der Ladeluftdruck gemessen werden, ist es möglich, die Gleichungen so umzuformen, dass ein grober Rechenwert mit zu den Eingangsgrößen u* aufgenommen wird, wobei in K* das bekannte K und der dann gesuchte Korrekturfaktor stecken, der dem Liefergrad entspricht. Sind die Ladelufttemperatur und der Ladeluftdruck ebenfalls nicht bekannt, dann kann man hierfür feste, typische Werte annehmen, wobei Abweichungen im realen Betrieb in dem Korrekturfaktor abgebildet werden können. Je mehr motorische Größen bekannt sind, desto dichter wird der gesuchte Korrekturfaktor am Wert
Aus dem Schätzverfahren resultierende Werte für den Abgasmassenstrom können auch - insbesondere in Abhängigkeit von gemessenen oder eingestellten Parametern - gespeichert werden und später - insbesondere wiederum in Abhängigkeit von gemessenen oder eingestellten Parametern - als Startwerte für das Schätzverfahren abgerufen werden.Values for the exhaust gas mass flow resulting from the estimation method can also be stored - in particular as a function of measured or set parameters - and retrieved later - in particular again as a function of measured or set parameters - as starting values for the estimation method.
Insbesondere dann, wenn wenigstens ein Brennkraftmaschinen-Parameter zur Ermittlung des Abgasmassenstroms mitverwendet wird, ist es möglich, den jeweils geschätzten Abgasmassenstrom oder Korrekturfaktor in wenigstens einem Kennfeld in Abhängigkeit von dem wenigstens einen Brennkraftmaschinen-Parameter zu hinterlegen. Wird ein einem bestimmten Wert oder einer Wertekombination des wenigstens einen Brennkraftmaschinen-Parameters entsprechender Betriebspunkt zu einem späteren Zeitpunkt wieder erreicht, kann der dem bestimmten Wert oder der Wertekombination des wenigstens einen Brennkraftmaschinen-Parameters zugeordnete Wert des Abgasmassenstroms oder Korrekturfaktors wieder ausgelesen und insbesondere als Startwert für das Schätzverfahren verwendet werden. Dies kann das Verfahren beschleunigen.In particular, if at least one internal combustion engine parameter is also used to determine the exhaust gas mass flow, it is possible to store the respectively estimated exhaust gas mass flow or correction factor in at least one characteristic map as a function of the at least one internal combustion engine parameter. If an operating point corresponding to a specific value or a value combination of the at least one internal combustion engine parameter is reached again at a later point in time, the value of the exhaust gas mass flow or correction factor assigned to the specific value or the value combination of the at least one internal combustion engine parameter can be read out again and in particular as a starting value for the estimation method can be used. This can speed up the process.
Erfindungsgemäß wird der Abgasmassenstrom anhand eines thermischen Modells der SCR-Einrichtung ermittelt, wobei in das thermische Modell eine Abgas-Temperatur stromaufwärts des SCR-Katalysators und eine Abgas-Temperatur stromabwärts des SCR-Katalysators eingehen. Der Abgasmassenstrom kann ausschließlich anhand des thermischen Modells oder aber unter Verwendung des thermischen Modells in Kombination mit dem zuvor vorgestellten Verfahren ermittelt werden. Insbesondere ist es möglich, dass das thermische Modell zur Berechnung eines Startwerts verwendet wird, wobei die Bestimmung des genauen Wertes des Abgasmassenstroms dann wie zuvor in Zusammenhang mit den Gleichungen (1) bis (12) erläutert erfolgen kann.According to the invention, the exhaust gas mass flow is determined using a thermal model of the SCR device, with an exhaust gas temperature upstream of the SCR catalyst and an exhaust gas temperature downstream of the SCR catalyst being included in the thermal model. The exhaust gas mass flow can be determined exclusively using the thermal model or using the thermal model in combination with the method presented above. In particular, it is possible that the thermal model is used to calculate a starting value, the exact value of the exhaust gas mass flow then being able to be determined as explained above in connection with equations (1) to (12).
Ein solches thermisches Modell kann beispielsweise folgendermaßen gewählt werden:
Es kann so insbesondere eine erste grobe Schätzung des Abgasmassenstroms aus der bekannten Wärmekapazität des SCR-Katalysators und den Temperaturmesswerten stromaufwärts und stromabwärts des SCR-Katalysators erfolgen. Dabei wird bevorzugt ein Differentiationsfilter verwendet, um aus verrauschten Temperaturmesswerten möglichst gute Ableitungswerte zu erzeugen.In this way, in particular, a first rough estimate of the exhaust gas mass flow can be made from the known heat capacity of the SCR catalytic converter and the measured temperature values upstream and downstream of the SCR catalytic converter. A differentiation filter is preferably used in order to generate derivation values that are as good as possible from noisy temperature measurement values.
Insbesondere kann aus dem Messwert für die Temperatur
Somit sind dann alle Größen aus Gleichung (13) bekannt bis auf den gesuchten Abgasmassenstrom ṁA, der mithilfe eines Schätzverfahrens aus dem zeitlichen Verlauf der Messwerte bestimmt werden kann.All the variables from equation (13) are then known except for the exhaust gas mass flow ṁ A sought, which can be determined from the time course of the measured values with the aid of an estimation method.
Wie bereits ausgeführt, wird auf diese Weise besonders bevorzugt ein Startwert für den Abgasmassenstrom ṁA bestimmt, wobei die nachfolgende Bestimmung genauerer Werte dann anhand des zuvor in Zusammenhang mit den Gleichungen (1) bis (12) dargestellten Verfahrens erfolgen kann.As already stated, a starting value for the exhaust gas mass flow ṁ A is particularly preferably determined in this way, with the subsequent determination of more precise values then being able to take place using the method described above in connection with equations (1) to (12).
Alternativ oder zusätzlich ist auch eine Bestimmung oder zumindest grobe Schätzung des Abgasmassenstroms anhand des Differenzdrucks über dem SCR-Katalysator möglich, wobei ein prinzipieller Zusammenhang aussagt, dass der Abgas-Volumenstrom proportional zur Quadratwurzel des Differenzdrucks verläuft. Aus dem derart geschätzten Volumenstrom kann dann unter Berücksichtigung der bekannten Dichte des Abgases der Abgasmassenstrom zurückgerechnet werden. Der lineare Zusammenhang beziehungsweise die diesen beschreibende Konstante kann insbesondere anhand von Prüfstandsversuchen ermittelt werden. Diese Vorgehensweise ist allerdings vergleichsweise grob und ungenau, insbesondere weil der Druckabfall über dem SCR-Katalysator typischerweise klein ist.Alternatively or additionally, it is also possible to determine or at least roughly estimate the exhaust gas mass flow using the differential pressure across the SCR catalytic converter, a principle relationship indicating that the exhaust gas volume flow is proportional to the square root of the differential pressure. The exhaust gas mass flow can then be calculated back from the volume flow estimated in this way, taking into account the known density of the exhaust gas. The linear relationship or the constant describing it can in particular be determined on the basis of test bench tests. However, this procedure is comparatively coarse and imprecise, in particular because the pressure drop across the SCR catalytic converter is typically small.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Abgasmassenstrom durch ein Schätzverfahren - wie bereits zuvor angedeutet - ermittelt wird. Das Schätzverfahren ist vorzugsweise ausgewählt aus einer Gruppe bestehend aus der Methode der kleinsten Fehlerquadrate, einer Maximum-Likelihood Schätzung, die insbesondere eine Variante der Methode der kleinsten Fehlerquadrate darstellt, der Zustandsbeobachtung für Systeme mit unbekannten Eingängen, wobei diese Vorgehensweise auch als „Unknown Input Observer“ oder Prinzip des Beobachters bezeichnet wird, und einem Kalman-Filter.According to a further development of the invention, it is provided that the exhaust gas mass flow is determined by an estimation method - as already indicated above. The estimation method is preferably selected from a group consisting of the method of least squares, a maximum likelihood estimation, which in particular represents a variant of the method of least squares, the condition monitoring for systems with unknown inputs, this procedure also as "Unknown Input Observer “Or principle of the observer, and a Kalman filter.
Bei der Zustandsbeobachtung für Systeme mit unbekannten Eingängen kann insbesondere die gemessene Umsatzrate η mit einer berechneten Umsatzrate ηM verglichen werden, wobei die so erhaltene Differenz als Ist-Wert verwendet und mit einem Soll-Wert, der vorzugsweise zu 0 bestimmt wird, verglichen wird, wobei die daraus resultierende Regelabweichung in einen Regler eingeht, der einen Modellwert αM für das Dosierverhältnis ausgibt, aus dem wiederum mithilfe eines dynamischen Modells, beispielsweise in Form eines PT1-Glieds mit Totzeit, der Modellwert für die Umsatzrate ηM berechnet wird. Auf diese Weise wird eine Regelschleife geschaffen, in der der Modellwert für das Dosierverhältnis αM so angepasst wird, dass die Abweichung zwischen der gemessenen Umsatzrate η und der modellierten Umsatzrate ηM verschwindet. Der so optimierte Wert für das modellierte Dosierverhältnis αM kann dann wiederum auf der Grundlage der vorgegebenen Reduktionsmittel-Dosierrate und dem gemessenen Stickoxid-Anteil stromaufwärts des SCR-Katalysators umgerechnet werden in den gesuchten Abgasmassenstrom.When monitoring the status of systems with unknown inputs, in particular the measured conversion rate η can be compared with a calculated conversion rate η M , the difference thus obtained being used as the actual value and compared with a target value, which is preferably determined to be 0, The resulting control deviation is fed into a controller that outputs a model value α M for the dosing ratio, from which the model value for the conversion rate η M is calculated using a dynamic model, for example in the form of a PT1 element with dead time. In this way, a control loop is created in which the model value for the metering ratio α M is adapted in such a way that the deviation between the measured conversion rate η and the modeled conversion rate η M disappears. The value optimized in this way for the modeled metering ratio α M can then in turn be converted into the exhaust gas mass flow sought on the basis of the specified reducing agent metering rate and the measured nitrogen oxide content upstream of the SCR catalytic converter.
Der Regler zur Berechnung des modellierten Dosierverhältnisses αM kann beispielsweise ein P-Regler oder ein PI-Regler sein.The controller for calculating the modeled metering ratio α M can be, for example, a P controller or a PI controller.
Bei einem Kalman-Filter handelt es sich insbesondere um ein Verfahren, bei dem Zustände oder Parameter eines Modells unter Kenntnis des dynamischen Modells und Messwerten von Ein- und Ausgangsgrößen geschätzt werden. Dabei werden statistische Eigenschaften der Signale berücksichtigt. Ein solcher Kalman-Filter ist für sich genommen bekannt, sodass hierauf nicht im Detail eingegangen wird.A Kalman filter is, in particular, a method in which the states or parameters of a model are estimated with knowledge of the dynamic model and measured values of input and output variables. Statistical properties of the signals are taken into account. Such a Kalman filter is known per se, so that it will not be discussed in detail.
Die momentane Umsatzrate η kann gemäß den zuvor diskutierten Zusammenhängen aus den gemessenen Stickoxid-Anteilen [NOx]', [NOx]'' im Abgas stromaufwärts und stromabwärts des SCR-Katalysators bestimmt werden, wobei auch die momentane Reduktionsmittel-Dosierrate Ṙ bekannt ist. Insbesondere mithilfe eines Schätzverfahrens ist es möglich, aus diesen Werten den unbekannten Abgasmassenstrom ṁA anhand eines Modellzusammenhangs zu bestimmen.The current conversion rate η can be determined according to the relationships discussed above from the measured nitrogen oxide components [NO x ] ', [NO x ]''in the exhaust gas upstream and downstream of the SCR catalytic converter, the current reducing agent metering rate Ṙ also being known . With the help of an estimation method in particular, it is possible to determine the unknown exhaust gas mass flow ṁ A from these values using a model context.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass neben dem Abgas-Massenstrom aus dem Schätzverfahren wenigstens ein Dynamikparameter zur Beschreibung eines dynamischen Verhaltens der SCR-Einrichtung ermittelt wird. Ein solcher Dynamikparameter kann insbesondere eine Totzeit, eine Zeitkonstante der SCR-Einrichtung und/oder eine Verstärkung sein.According to a further development of the invention, it is provided that, in addition to the exhaust gas mass flow, at least one dynamic parameter for describing a dynamic behavior of the SCR device is determined from the estimation method. Such a dynamic parameter can in particular be a dead time, a time constant of the SCR device and / or a gain.
Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass aus dem Schätzverfahren eine Untergrenze für einen Konfidenz- oder Vertrauensbereich des Abgasmassenstroms ermittelt wird. Ein solcher Konfidenzbereich kann unmittelbar aus einem Schätzverfahren erhalten werden. Es ist aber auch möglich, dass der Konfidenzbereich und insbesondere dessen Untergrenze aus den Werten, die für den Abgasmassenstrom aus dem Schätzverfahren resultieren, unter Anwendung einer statistischen Auswertung ermittelt wird. Je nach konkret angewendetem Schätzverfahren liefert dieses direkt eine Untergrenze für den Konfidenzbereich, oder es bedarf einer zusätzlichen statistischen Auswertung der erhaltenen Ergebnisse für den Abgasmassenstrom. Wie sich im Folgenden noch zeigen wird, kann diese Untergrenze des Konfidenzbereichs in vorteilhafter Weise zur Vorgabe der Reduktionsmittel-Dosierrate verwendet werden.Alternatively or additionally, it is possible that a lower limit for a confidence or confidence range of the exhaust gas mass flow is determined from the estimation method. Such a confidence range can be obtained directly from an estimation method. However, it is also possible for the confidence range and in particular its lower limit to be determined from the values that result for the exhaust gas mass flow from the estimation method using a statistical evaluation. Depending on the specific estimation method used, this directly provides a lower limit for the confidence range, or an additional statistical evaluation of the results obtained for the exhaust gas mass flow is required. As will be shown in the following, this lower limit of the confidence range can advantageously be used to specify the reducing agent metering rate.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine untere Abschätzung für den Abgasmassenstrom zur Regelung der Stickoxidemissionen der Brennkraftmaschineneinrichtung und insbesondere zur Ansteuerung der Reduktionsmittel-Dosiereinrichtung verwendet wird. Insbesondere wird die momentane Reduktionsmittel-Dosierrate bevorzugt anhand der unteren Abschätzung für den Abgasmassenstrom vorgegeben. Auf diese Weise kann wirksam verhindert werden, dass eine zu hohe Menge an Reduktionsmittel in den Abgasstrang eindosiert wird, wodurch Sekundäremissionen, insbesondere ein NH3-Schlupf, vermieden werden können.According to a further development of the invention, it is provided that a lower estimate for the exhaust gas mass flow is used to regulate the nitrogen oxide emissions of the internal combustion engine device and in particular to control the reducing agent metering device. In particular, the current reducing agent metering rate is preferably predefined on the basis of the lower estimate for the exhaust gas mass flow. In this way, it can be effectively prevented that an excessively high amount of reducing agent is metered into the exhaust gas line, as a result of which secondary emissions, in particular an NH 3 slip, can be avoided.
Als untere Abschätzung für den Abgas-Massenstrom kann besonders bevorzugt die bereits zuvor beschriebene Untergrenze des Konfidenzbereichs des Abgasmassenstroms verwendet werden, die - direkt oder indirekt - aus dem Schätzverfahren zur Schätzung des Abgasmassenstroms erhalten werden kann.The lower limit of the confidence range of the exhaust gas mass flow already described above, which can be obtained - directly or indirectly - from the estimation method for estimating the exhaust gas mass flow, can particularly preferably be used as the lower estimate for the exhaust gas mass flow.
Es ist nicht zwingend erforderlich, dass die untere Abschätzung unmittelbar als Wert für den Abgasmassenstrom verwendet wird. Hier ist es auch möglich, einen Korrekturfaktor oder eine Funktion vorzusehen, sodass letztlich der angenommene Abgasmassenstrom auf der Grundlage der unteren Abschätzung ermittelt, insbesondere berechnet wird. Dabei kann insbesondere eine Abwägung zwischen dem Risiko einer Unterschätzung des tatsächlichen Abgasmassenstroms und damit einer zu hohen Stickoxidemission, und dem Risiko einer Überschätzung des tatsächlichen Abgasmassenstroms und damit einer Überdosierung von Reduktionsmittel und der Förderung von Sekundäremissionen, getroffen werden.It is not absolutely necessary that the lower estimate is used directly as a value for the exhaust gas mass flow. Here it is also possible to provide a correction factor or a function so that ultimately the assumed exhaust gas mass flow is determined, in particular calculated, on the basis of the lower estimate. In particular, the risk of underestimating the actual exhaust gas mass flow and thus an excessively high nitrogen oxide emission and the risk of overestimating the actual exhaust gas mass flow and thus an overdose of reducing agent and the promotion of secondary emissions can be made.
Die Aufgabe wird schließlich auch gelöst, indem eine Brennkraftmaschineneinrichtung geschaffen wird, die eine Brennkraftmaschine und einen Abgasstrang aufweist, wobei der Abgasstrang mit der Brennkraftmaschine zum Abführen von Abgas der Brennkraftmaschine strömungstechnisch verbunden ist. Die Brennkraftmaschineneinrichtung weist eine Steuereinrichtung auf, die eingerichtet ist zur Durchführung eines Verfahrens nach einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen. Die Brennkraftmaschineneinrichtung weist in ihrem Abgasstrang eine SCR-Einrichtung auf, die ihrerseits einen SCR-Katalysator sowie eine ansteuerbare Reduktionsmittel-Dosiereinrichtung aufweist. Die SCR-Einrichtung weist insbesondere einen Stickoxid-Sensor stromaufwärts des SCR-Katalysators und einen Stickoxid-Sensor stromabwärts des SCR-Katalysators auf, die mit der Steuereinrichtung wirkverbunden sind. Die Reduktionsmittel-Dosiereinrichtung ist mit der Steuereinrichtung derart wirkverbunden, dass die Steuereinrichtung eine Reduktionsmittel-Dosierrate für die Reduktionsmittel-Dosiereinrichtung vorgeben beziehungsweise die Reduktionsmittel-Dosiereinrichtung mit der Reduktionsmittel-Dosierrate ansteuern kann.The object is finally also achieved in that an internal combustion engine device is created which has an internal combustion engine and an exhaust system, the exhaust system being fluidically connected to the internal combustion engine for discharging exhaust gas from the internal combustion engine. The internal combustion engine device has a control device which is set up to carry out a method according to one of the embodiments described above. The internal combustion engine device has an SCR device in its exhaust system, which in turn has an SCR catalytic converter and a controllable reducing agent metering device. The SCR device has in particular a nitrogen oxide sensor upstream of the SCR catalytic converter and a nitrogen oxide sensor downstream of the SCR catalytic converter, which are operatively connected to the control device. The reducing agent metering device is operatively connected to the control device in such a way that the control device can specify a reducing agent metering rate for the reducing agent metering device or control the reducing agent metering device at the reducing agent metering rate.
Vorzugsweise weist die SCR-Einrichtung einen ersten Temperatursensor stromaufwärts des SCR-Katalysators und einen zweiten Temperatursensor stromabwärts des SCR-Katalysators in dem Abgasstrang auf. Vorzugsweise weist die SCR-Einrichtung einen Differenzdrucksensor zur Messung eines Differenzdrucks über dem SCR-Katalysator, oder einen ersten Drucksensor zur Erfassung eines Abgasdrucks stromaufwärts des SCR-Katalysators und einen zweiten Drucksensor zur Erfassung eines Abgasdrucks stromabwärts des SCR-Katalysators auf. Auch diese Sensoren sind bevorzugt mit der Steuereinrichtung wirkverbunden.The SCR device preferably has a first temperature sensor upstream of the SCR catalytic converter and a second temperature sensor downstream of the SCR catalytic converter in the exhaust system. The SCR device preferably has a differential pressure sensor for measuring a differential pressure across the SCR catalytic converter, or a first pressure sensor for detecting an exhaust gas pressure upstream of the SCR catalytic converter and a second pressure sensor for detecting an exhaust gas pressure downstream of the SCR catalytic converter. These sensors are also preferably operatively connected to the control device.
In Zusammenhang mit der Brennkraftmaschineneinrichtung ergeben sich insbesondere die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Verfahren erläutert wurden.In connection with the internal combustion engine device, there are in particular the advantages that have already been explained in connection with the method.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung - insbesondere als SCR-Steuereinrichtung - separat von einer Brennkraftmaschinen-Steuereinrichtung ausgebildet ist, wobei die Brennkraftmaschinen-Steuereinrichtung zur Steuerung der Brennkraftmaschine eingerichtet ist. Die Brennkraftmaschinen-Steuereinrichtung kann insbesondere ein Steuergerät der Brennkraftmaschine sein. Da die Steuereinrichtung eingerichtet ist zur Durchführung einer Ausführungsform des zuvor beschriebenen Verfahrens ist es möglich, diese separat von dem Steuergerät der Brennkraftmaschine zu betreiben. Es ist alternativ aber auch möglich, dass das Steuergerät der Brennkraftmaschine selbst als Steuereinrichtung ausgebildet ist, die eingerichtet ist zur Durchführung einer Ausführungsform des zuvor beschriebenen Verfahrens.According to a further development of the invention it is provided that the control device - in particular as an SCR control device - is designed separately from an internal combustion engine control device, the internal combustion engine control device being set up to control the internal combustion engine. The internal combustion engine control device can in particular be a control unit of the internal combustion engine. Since the control device is set up to carry out an embodiment of the method described above, it is possible to operate it separately from the control unit of the internal combustion engine. Alternatively, however, it is also possible for the control unit of the internal combustion engine itself to be designed as a control device which is set up to carry out an embodiment of the method described above.
Die Brennkraftmaschine ist vorzugsweise als Hubkolbenmotor ausgebildet. Es ist möglich, dass die Brennkraftmaschine zum Antrieb eines Personenkraftwagens, eines Lastkraftwagens oder eines Nutzfahrzeugs eingerichtet ist. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel dient die Brennkraftmaschine dem Antrieb insbesondere schwerer Land- oder Wasserfahrzeuge, beispielsweise von Minenfahrzeugen, Zügen, wobei die Brennkraftmaschine in einer Lokomotive oder einem Triebwagen eingesetzt wird, oder von Schiffen. Auch ein Einsatz der Brennkraftmaschine zum Antrieb eines der Verteidigung dienenden Fahrzeugs, beispielsweise eines Panzers, ist möglich. Ein Ausführungsbeispiel der Brennkraftmaschine wird vorzugsweise auch stationär, beispielsweise zur stationären Energieversorgung im Notstrombetrieb, Dauerlastbetrieb oder Spitzenlastbetrieb eingesetzt, wobei die Brennkraftmaschine in diesem Fall vorzugsweise einen Generator antreibt. Auch eine stationäre Anwendung der Brennkraftmaschine zum Antrieb von Hilfsaggregaten, beispielsweise von Feuerlöschpumpen auf Bohrinseln, ist möglich. Weiterhin ist eine Anwendung der Brennkraftmaschine im Bereich der Förderung fossiler Roh- und insbesondere Brennstoffe, beispielswiese Öl und/oder Gas, möglich. Auch eine Verwendung der Brennkraftmaschine im industriellen Bereich oder im Konstruktionsbereich, beispielsweise in einer Konstruktions- oder Baumaschine, zum Beispiel in einem Kran oder einem Bagger, ist möglich. Die Brennkraftmaschine ist vorzugsweise als Dieselmotor, als Benzinmotor, als Gasmotor zum Betrieb mit Erdgas, Biogas, Sondergas oder einem anderen geeigneten Gas, ausgebildet. Insbesondere wenn die Brennkraftmaschine als Gasmotor ausgebildet ist, ist sie für den Einsatz in einem Blockheizkraftwerk zur stationären Energieerzeugung geeignet.The internal combustion engine is preferably designed as a reciprocating piston engine. It is possible that the Internal combustion engine is set up to drive a passenger car, a truck or a utility vehicle. In a preferred embodiment, the internal combustion engine is used to drive particularly heavy land or water vehicles, for example mining vehicles, trains, the internal combustion engine being used in a locomotive or a railcar, or ships. It is also possible to use the internal combustion engine to drive a vehicle used for defense, for example a tank. An exemplary embodiment of the internal combustion engine is preferably also used in a stationary manner, for example for stationary energy supply in emergency power operation, continuous load operation or peak load operation, the internal combustion engine in this case preferably driving a generator. Stationary use of the internal combustion engine to drive auxiliary units, for example fire pumps on drilling rigs, is also possible. It is also possible to use the internal combustion engine in the field of conveying fossil raw materials and, in particular, fuels, for example oil and / or gas. It is also possible to use the internal combustion engine in the industrial sector or in the construction sector, for example in a construction or construction machine, for example in a crane or an excavator. The internal combustion engine is preferably designed as a diesel engine, as a gasoline engine, as a gas engine for operation with natural gas, biogas, special gas or another suitable gas. In particular, if the internal combustion engine is designed as a gas engine, it is suitable for use in a block-type thermal power station for stationary energy generation.
Die Aufgabe wird schließlich auch gelöst, indem eine SCR-Steuereinrichtung geschaffen wird, die eingerichtet ist zur Durchführung einer Ausführungsform des zuvor genannten Verfahrens. Dabei verwirklichen sich in Zusammenhang mit der SCR-Steuereinrichtung insbesondere die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Verfahren und der Brennkraftmaschineneinrichtung erläutert wurden. Eine solche SCR-Steuereinrichtung kann insbesondere verwendet werden, um bereits bestehende Brennkraftmaschinen, die nicht ausgelegt sind zum Betrieb mit einer SCR-Einrichtung, nachzurüsten.Finally, the object is also achieved by creating an SCR control device which is set up to carry out an embodiment of the aforementioned method. In connection with the SCR control device, the advantages that have already been explained in connection with the method and the internal combustion engine device are realized in particular. Such an SCR control device can in particular be used to retrofit already existing internal combustion engines that are not designed for operation with an SCR device.
Die SCR-Steuereinrichtung weist vorzugsweise geeignete Schnittstellen zu Sensoren der SCR-Einrichtung auf, insbesondere eine Schnittstelle zu Stickoxid-Sensoren stromaufwärts und stromabwärts des SCR-Katalysators, zu Temperatursensoren stromaufwärts und stromabwärts des SCR-Katalysators und/oder zu einem Differenzdrucksensor oder zu Drucksensoren stromaufwärts und stromabwärts des SCR-Katalysators. Die SCR-Steuereinrichtung ist außerdem bevorzugt eingerichtet zur Vorgabe einer Reduktionsmittel-Dosierrate an die Reduktionsmittel-Dosiereinrichtung.The SCR control device preferably has suitable interfaces to sensors of the SCR device, in particular an interface to nitrogen oxide sensors upstream and downstream of the SCR catalytic converter, to temperature sensors upstream and downstream of the SCR catalytic converter and / or to a differential pressure sensor or to pressure sensors upstream and downstream of the SCR catalyst. The SCR control device is also preferably set up to preset a reducing agent metering rate to the reducing agent metering device.
Es ist möglich, dass die SCR-Steuereinrichtung eine Schnittstelle zur Verbindung mit einer Brennkraftmaschinen-Steuereinrichtung aufweist. In diesem Fall können auch Parameter der Brennkraftmaschinen-Steuereinrichtung in der SCR-Steuereinrichtung verwendet werden.It is possible for the SCR control device to have an interface for connection to an internal combustion engine control device. In this case, parameters of the internal combustion engine control device can also be used in the SCR control device.
Vorzugsweise ist in der SCR-Steuereinrichtung ein Stickoxid-Grenzwert, insbesondere in Einheiten einer Masse pro Energieeinheit, insbesondere in Gramm pro Kilowattstunde, hinterlegt.A nitrogen oxide limit value is preferably stored in the SCR control device, in particular in units of mass per unit of energy, in particular in grams per kilowatt hour.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt die einzige Figur eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Brennkraftmaschineneinrichtung sowie eine SCR-Steuereinrichtung, die eingerichtet sind zur Durchführung einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Betreiben der Brennkraftmaschineneinri chtung.The invention is explained in more detail below with reference to the drawing. The single FIGURE shows a schematic representation of an exemplary embodiment of an internal combustion engine device and an SCR control device, which are set up to carry out an embodiment of a method for operating the internal combustion engine device.
Die einzige Fig. zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Brennkraftmaschineneinrichtung
Im Rahmen einer Ausführungsform eines Verfahrens zum Betreiben der Brennkraftmaschineneinrichtung
Im Rahmen des hier vorgeschlagenen Verfahrens zum Betreiben der Brennkraftmaschineneinrichtung
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung wird der Abgasmassenstrom ausschließlich anhand des wenigstens einen SCR-Parameters ermittelt. Es ist aber auch möglich, dass zur Ermittlung des Abgasmassenstroms zusätzlich zu dem wenigstens einen SCR-Parameter wenigstens ein Brennkraftmaschinen-Parameter verwendet wird, der insbesondere ausgewählt sein kann aus einer Gruppe, bestehend aus einem Brennkraftmaschinen-Steuerparameter zur Steuerung der Brennkraftmaschine
Der wenigstens eine SCR-Parameter ist vorzugsweise ausgewählt aus einer Gruppe, bestehend aus einer Reduktionsmittel-Dosierrate, einer Abgas-Temperatur stromaufwärts des SCR-Katalysators, einer Abgas-Temperatur stromabwärts des SCR-Katalysators
Die Brennkraftmaschineneinrichtung
Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist die SCR-Steuereinrichtung
Der Abgasmassenstrom wird bevorzugt - insbesondere ausschließlich, aber nicht zwingend ausschließlich - anhand einer an dem SCR-Katalysator
Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass der Abgasmassenstrom anhand eines thermischen Modells der SCR-Einrichtung
Vorzugsweise wird der Abgasmassenstrom durch ein Schätzverfahren berechnet, wobei das Schätzverfahren vorzugsweise ausgewählt ist aus einer Gruppe, bestehend aus der Methode der kleinsten Fehlerquadrate, einem Maximum-Likelihood-Schätzverfahren, der Zustandsbeobachtung für Systeme mit unbekannten Eingängen, und einem Kalman-Filter.The exhaust gas mass flow is preferably calculated by an estimation method, the estimation method preferably being selected from a group consisting of the least squares method, a maximum likelihood estimation method, state monitoring for systems with unknown inputs, and a Kalman filter.
Vorzugsweise wird neben dem Abgasmassenstrom aus dem Schätzverfahren auch wenigstens ein Dynamikparameter, insbesondere eine Totzeit, eine Zeitkonstante, und/oder eine Verstärkung, zur Beschreibung eines dynamischen Verhaltens der SCR-Einrichtung
Bevorzugt ist vorgesehen, dass eine untere Abschätzung für den Abgasmassenstrom zur Regelung der Stickoxidemissionen der Brennkraftmaschineneinrichtung verwendet wird. Auf diese Weise kann eine Überdosierung des Reduktionsmittels aufgrund einer Überschätzung des tatsächlichen Abgasmassenstroms vermieden werden, was dazu beiträgt, Sekundäremissionen, insbesondere einen Ammoniak-Schlupf, zu verhindern. Als untere Abschätzung für den Abgasmassenstrom wird bevorzugt die aus dem Schätzverfahren erhaltene Untergrenze des Konfidenzbereichs verwendet.It is preferably provided that a lower estimate for the exhaust gas mass flow is used to regulate the nitrogen oxide emissions of the internal combustion engine device. In this way, an overdosage of the reducing agent due to an overestimation of the actual exhaust gas mass flow can be avoided, which helps to prevent secondary emissions, in particular an ammonia slip. The lower limit of the confidence range obtained from the estimation method is preferably used as the lower estimate for the exhaust gas mass flow.
Insgesamt zeigt sich, dass mit dem hier vorgeschlagenen Verfahren sowie der Brennkraftmaschineneinrichtung
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