DE102018125899A1 - Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors (10). Dabei ist der Verbrennungsmotor (10) als selbstzündender Verbrennungsmotor (10) nach dem Dieselprinzip ausgeführt und weist eine Abgasanlage (20) auf, in welcher zumindest eine Abgasnachbehandlungskomponente (28, 30), insbesondere ein Partikelfilter (28) mit einer SCR-Beschichtung oder ein SCR-Katalysator, zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden angeordnet ist. Dabei erfolgt eine automatische Anpassung der SCR-Dosierstrategie an die Alterung der Abgasnachbehandlungskomponente (28, 30) zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden.Es ist vorgesehen, dass der Abgasmassenstrom des Verbrennungsmotors (10) und die Temperatur der Abgasnachbehandlungskomponente (28, 30) ermittelt werden und in Abhängigkeit des Soll-Füllstands für die Ammoniak-Beladung der Abgasnachbehandlungskomponente (28, 30) eine Eindosierung von Reduktionsmittel (34), insbesondere von wässriger Harnstofflösung erfolgt. Anhand der Ammoniak-Konzentration im Abgaskanal (22) stromabwärts der Abgasnachbehandlungskomponente (28, 30) wird die Dosiermenge des Reduktionsmittels (34) angepasst.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs.
  • Die aktuelle und eine zukünftig immer schärfer werdende Abgasgesetzgebung stellen hohe Anforderungen an die motorischen Rohemissionen und die Abgasnachbehandlung von Verbrennungsmotoren. Dabei stellen die Forderungen nach einem weiter sinkenden Verbrauch und die weitere Verschärfung der Abgasnormen hinsichtlich der zulässigen StickoxidEmissionen eine Herausforderung für die Motorenentwickler dar. Bei Ottomotoren erfolgt die Abgasreinigung in bekannter Weise über einen Drei-Wege-Katalysator, sowie dem Drei-Wege-Katalysator vor- und nachgeschaltete weitere Katalysatoren. Bei Dieselmotoren finden aktuell Abgasnachbehandlungssysteme Verwendung, welche einen Oxidationskatalysator, einen Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden (SCR-Katalysator) sowie einen Partikelfilter zur Abscheidung von Rußpartikeln und gegebenenfalls weitere Katalysatoren aufweisen. Als Reduktionsmittel wird dabei bevorzugt Ammoniak verwendet. Weil der Umgang mit reinem Ammoniak aufwendig ist, wird bei Fahrzeugen üblicherweise eine synthetische, wässrige Harnstofflösung verwendet, die in einer dem SCR-Katalysator vorgeschalteten Mischeinrichtung mit dem heißen Abgasstrom vermischt wird. Durch diese Vermischung wird die wässrige Harnstofflösung erhitzt, wobei die wässrige Harnstofflösung Ammoniak im Abgaskanal freisetzt. Eine handelsübliche, wässrige Harnstofflösung setzt sich im Allgemeinen aus 32,5 % Harnstoff und 67,5 % Wasser zusammen.
  • Die Alterung der SCR-Katalysatoren ist bei einem Kraftfahrzeug abhängig von dem Fahrprofil des Kunden und kann aktuell nicht adäquat über ein Modell abgebildet werden. Dabei ist das Ziel der Abgasnachbehandlung mit einem SCR-Katalysator eine möglichst hohe Konvertierungsrate von Stickoxiden zu erreichen, jedoch möglichst wenig Ammoniak in die Umwelt zu emittieren.
  • Aus der DE 10 2014 201 304 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben eines NOx-Minderungskatalysators in der Abgasanlage eines Verbrennungsmotors bekannt, wobei der Ammoniak-Füllstand des SCR-Katalysators mittels eines Modells ermittelt wird, und wobei eine Anpassung des Füllstands in Abhängigkeit der Temperatur des SCR-Katalysators erfolgt.
  • Aus der DE 10 2016 209 610 A1 ist ein Verfahren zum Ausgleich von Ammoniakverlusten während des Betriebs eines SCR-Katalysators bekannt. Dabei wird in Abhängigkeit des Abgasmassenstroms, der NOx-Konzentration im Abgas, der Temperatur des SCR-Katalysators und dem Alter der Abgasanlage eine korrigierte Gesamt-Ammoniak-Menge ermittelt und über die Motorsteuerung in die Abgasanlage des Verbrennungsmotors eindosiert. Dabei werden empirisch ermittelte Kennfelder verwendet.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, die Dosierstrategie des Reduktionsmittels zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden derart anzupassen, dass eine bestmögliche Konvertierung der Stickoxide erreicht wird und gleichzeitig die Emissionen an Ammoniak minimiert werden.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors mit einer Abgasanlage, in welcher zumindest eine Abgasnachbehandlungskomponente zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden angeordnet ist, gelöst, welches folgende Schritte umfasst:
    • - Ermitteln der Temperatur der Abgasnachbehandlungskomponente zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden;
    • - Ermitteln des Abgasmassenstroms des Verbrennungsmotors;
    • - Ermitteln der Soll-Füllstandsmenge für die Ammoniakbeladung der Abgasnachbehandlungskomponente zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden, und
    • - Ermitteln eines Ammoniakschlupfes stromabwärts der Abgasnachbehandlungskomponente zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden, wobei die
    • - Menge des Reduktionsmittels zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden anhand des Ammoniakschlupfes stromabwärts der Abgasnachbehandlungskomponente zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden angepasst wird.
  • Durch ein erfindungsgemäßes Verfahren ist es möglich, eine Grundapplikation der betriebspunktabhängigen Dosiermengen und Soll-Füllstände durchzuführen. Solange es nicht zu einem signifikanten Anstieg der Ammoniakemissionen stromabwärts der Abgasnachbehandlungskomponente zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden kommt, kann mittels dieser Grundeinstellung für einen neuen SCR-Katalysator eine maximale Konvertierungsleistung für die Stickoxidemissionen erreicht werden. Kommt es alterungsbedingt zu einer Reduzierung der Konvertierungsleistung des SCR-Katalysators so kann die Vorsteuerung entsprechend des Ammoniakschlupfes angepasst werden, sodass auch im gealterten Betriebszustand jeweils eine bestmögliche Konvertierung der Stickoxide erreicht wird.
  • Durch die in den abhängigen Ansprüchen genannten Merkmale sind vorteilhafte Verbesserungen und Weiterentwicklungen des im unabhängigen Patentanspruch offenbarten Verfahrens zur Abgasnachbehandlung möglich.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass der Ammoniakschlupf ermittelt wird, wenn der Ist-Füllstand der Abgasnachbehandlungskomponente zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden dem Sollzustand entspricht. In einem derart quasi-stationären Betriebspunkt kann auf einfache Art und Weise ein Abgleich erfolgen. Dabei sollte in diesem Betriebszustand kein Ammoniakschlupf auftreten. Die eindosierte Menge an Reduktionsmittel sollte nur bis zu einer temperaturabhängigen maximalen Effizienz des Abgasnachbehandlungssystems angehoben werden. Dabei wird ein Wirkungsgrad von etwa 80 - 90% für die selektive, katalytische Reduktion von Stickoxiden angestrebt. Bei einer höheren Beladung besteht die Gefahr, dass bei einer Abkühlung der Abgasnachbehandlungskomponente ansonsten Ammoniak freigesetzt und somit die Ammoniakkonzentration stromabwärts der Abgasnachbehandlungskomponente erhöht wird. Oberhalb dieser Wirkungsgradschwelle führt eine zusätzliche Eindosierung von Reduktionsmittel nur zu einer geringen Steigerung der Konvertierungsleistung. Bei starken Temperaturgradienten sollte ein integraler Wert nicht überschritten oder auf eine zusätzlich Eindosierung von Reduktionsmittel verzichtet werden, da dies zu einem erhöhten Ammoniakschlupf und somit zu einem Anstieg der Sekundäremissionen an Ammoniak führt.
  • In einer weiteren bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein erster Schwellenwert für die Ammoniakkonzentration stromabwärts der Abgasnachbehandlungskomponente zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden festgelegt wird, ab welchem die Vorsteuermenge des in den Abgaskanal eindosierten Reduktionsmittels für den entsprechenden Betriebspunkt reduziert wird. Durch einen oberen Grenzwert für die Ammoniakemission kann verhindert werden, dass die Ammoniakemissionen aufgrund der Alterung der Abgasnachbehandlungskomponente stark ansteigen. In diesem Fall wird mit einer entsprechend reduzierten Menge an Reduktionsmittel gegengesteuert, um weiterhin eine hohe Konvertierungsleistung für Stickoxide zu erreichen, jedoch einen Anstieg der Ammoniak-Emissionen zu begrenzen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsvariante des Verfahrens ist vorgesehen, dass ein zweiter Schwellenwert festgelegt wird, ab welchem die Vorsteuermenge des in den Abgaskanal eindosierten Reduktionsmittels für den entsprechenden Betriebspunkt erhöht wird. Sinkt die Ammoniakkonzentration stromabwärts der Abgasnachbehandlungskomponente zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden unter einen zweiten Schwellenwert, so kann daraus abgeleitet werden, dass die Beladung des SCR-Katalysators oder der Beschichtung des Partikelfilters zu gering ist und somit nicht das volle Potenzial für die Konvertierung von Stickoxiden genutzt wird. In diesem Fall wird die Menge an eindosiertem Reduktionsmittel angehoben, sofern der Wirkungsgrad der selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden noch nicht einen oberen Schwellenwert für den Wirkungsgrad überschreitet und davon auszugehen ist, dass eine Erhöhung der eindosierten Reduktionsmittelmenge zu einer Erhöhung des Wirkungsgrades führt.
  • In einer weiteren Verbesserung des Verfahrens ist vorgesehen, dass ein maximaler Wirkungsgrad für die Abgasnachbehandlungskomponente zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden ermittelt wird, und auf eine zusätzliche Eindosierung von Reduktionsmittel verzichtet wird, wenn der Wirkungsgrad einen oberen Schwellenwert übersteigt. Prinzipiell lässt sich der Wirkungsgrad der Abgasnachbehandlung steigern, in dem die Beladung des SCR-Katalysators mit Ammoniak erhöht wird. Liegt jedoch eine nahezu vollständige, von der Temperatur abhängige, Beladung des SCR-Katalysators vor und ist zu erwarten, dass eine zusätzliche Eindosierung zu Ammoniak-Schlupf führt, wird auf eine Erhöhung der Eindosierung des Reduktionsmittels verzichtet, auch wenn aktuell noch kein Anstieg der Ammoniakkonzentration stromabwärts des SCR-Katalysators ermittelt wird.
  • In einer weiteren Verbesserung des Verfahrens ist vorgesehen, dass der Soll-Füllstand der Ammoniakbeladung in der Abgasnachbehandlungskomponente zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden angepasst wird, wenn der erste Schwellenwert überschritten oder der zweite Schwellenwert unterschritten wird. Durch eine Anpassung des Soll-Füllstands können der Ammoniakschlupf und/oder die Menge an eindosiertem Reduktionsmittel an die neuen Betriebsbedingungen und den Alterungszustand der Abgasanlage angepasst werden.
  • In weiterer bevorzugter Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass anhand der Ammoniak-Konzentration stromabwärts der Abgasnachbehandlungskomponente zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden ein Korrekturfaktor für den Soll-Füllstand der Ammoniakbeladung dieser Abgasnachbehandlungskomponente gewählt wird. Durch einen Korrekturfaktor kann unabhängig vom Alterungszustand der Abgasnachbehandlungskomponente(n) zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden ein zu diesem Zeitpunkt maximal mögliche Konvertierungsleistung der Abgasnachbehandlungskomponente erreicht werden. Der so berechnete Ammoniak-Soll-Füllstand wird so lange im Kennfeld gespeichert, bis dieser Betriebspunkt erneut im Fahrzeugleben erreicht wird. Zu diesem Zeitpunkt erfolgt dann eine Neuberechnung des Ammoniak-Soll-Füllstandes der Abgasnachbehandlungskomponente.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass anhand der Verbrennungsparameter des Verbrennungsmotors die zu erwartenden NOx-Rohemissionen ermittelt werden und der Soll-Füllstand der Ammoniakbeladung der Abgasnachbehandlungskomponente zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden angepasst wird. Durch eine entsprechende Simulation der Verbrennungsparameter, wie beispielsweise der eingespritzten Kraftstoffmenge, der Leistung, der Drehzahl oder dem Brennraumdruck können die Emissionen des Verbrennungsmotors entsprechend abgeschätzt werden. Ist aufgrund der gewählten Motorparameter mit vergleichsweise hohen Rohemissionen zu rechnen, so kann die Eindosierung des Reduktionsmittels und somit die Ammoniak-Beladung der Abgasnachbehandlungskomponente entsprechend angepasst werden, um eine betriebssichere Konvertierung der Stickoxidemissionen sicherzustellen.
  • In einer weiteren Verbesserung des Verfahrens ist vorgesehen, dass ein Abgleich zwischen einem Ist-Füllstand der Ammoniakbeladung und einem Soll-Füllstand der Ammoniakbeladung der Abgasnachbehandlungskomponente erfolgt, wobei der entsprechende Betriebspunkt im Motorsteuergerät als Sollwert hinterlegt wird, solange die Abweichung zwischen dem Soll-Füllstand und dem Ist-Füllstand einen definierten Schwellenwert nicht überschreitet. Liegt eine hohe Differenz zwischen dem Soll-Füllstand und dem Ist-Füllstand vor, ist mit einem Ammoniakschlupf zu rechnen. In diesem Betriebspunkt käme es zu einer Fehlanpassung. Dabei wird der Soll-Füllstand entsprechend angepasst, wenn bei dem aktuellen Sollfüllstand und einem Ist-Füllstand, welcher im Wesentlichen dem Soll-Füllstand entspricht, ein Ammoniak-Schlupf stromabwärts der Abgasnachbehandlungskomponente zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden detektiert wird.
  • Erfindungsgemäß wird ein Motorsteuergerät zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens vorgeschlagen, wobei das Motorsteuergerät dazu eingerichtet ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors durchzuführen, wenn ein maschinenlesbarer Programmcode durch das Motorsteuergerät ausgeführt wird. Durch ein solches Motorsteuergerät kann auf einfache Art und Weise ein erfindungsgemäßes Verfahren an einem Verbrennungsmotor und dessen Abgasanlage implementiert werden.
  • Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.
  • Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
    • 1 eine schematische Darstellung eines Verbrennungsmotors mit einer Abgasanlage, in welcher ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Abgasnachbehandlung durchgeführt wird; und
    • 2 ein Ablaufschema zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors.
  • 1 zeigt einen Verbrennungsmotor 10 mit mehreren Brennräumen 12, wobei an jedem der Brennräume 12 ein Kraftstoffinjektor 14 zur Einspritzung eines Brennstoffs in den jeweiligen Brennraum 12 angeordnet ist. Der Verbrennungsmotor 10 ist als selbstzündender Verbrennungsmotor 10 nach dem Dieselprinzip ausgeführt und weist vorzugsweise drei, vier oder sechs Brennräume 12 auf. Der Verbrennungsmotor 10 ist mit seinem Auslass 16 mit einer Abgasanlage 20 verbunden. Stromabwärts des Auslasses 16 des Verbrennungsmotors 10 ist in einem Abgaskanal 22 der Abgasanlage eine Turbine 24 eines Abgasturboladers 18 angeordnet. Stromab der Turbine 24 des Abgasturboladers 18 ist ein Oxidationskatalysator 26 oder ein NOx-Speicherkatalysator angeordnet. Stromabwärts des Oxidationskatalysators 26 oder des NOx-Speicherkatalysators ist im Abgaskanal 22 ein Partikelfilter 28 angeordnet. Stromabwärts des Partikelfilters 28 ist ein Katalysator 30 zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden (SCR-Katalysator) angeordnet. Stromabwärts des Oxidationskatalysators 26 ist am Abgaskanal 22 ein Dosierelement 32 zur Einbringung eines Reduktionsmittels 34 zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden, insbesondere von wässriger Harnstofflösung, vorgesehen. Stromabwärts des SCR-Katalysators 30 ist ein Ammoniaksensor 36 im Abgaskanal 22 angeordnet, um den Ammoniakschlupf durch den SCR-Katalysator 30 ermitteln zu können. Das Dosierelement 32 und der Ammoniaksensor 36 sind über Signalleitungen 38 mit einem Motorsteuergerät 40 des Verbrennungsmotors 10 verbunden.
  • Der Partikelfilter 28 kann eine Beschichtung zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden aufweisen. Alternativ kann der Partikelfilter 28 auch unbeschichtet ausgeführt werden. Weist der Partikelfilter 28 eine Beschichtung zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden auf, ist stromabwärts des Oxidationskatalysator 26 oder des NOx-Speicherkatalysators ein weiteres Dosierelement vorgesehen, mit welchem des Reduktionsmittel stromaufwärts des Partikelfilters 28 mit der Beschichtung zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden in den Abgaskanal 22 eindosiert wird. In diesem Fall können die Funktionalität des Partikelfilters 28 und des SCR-Katalysators 30 in einem Bauteil vereint werden, sodass ein zusätzlicher SCR-Katalysator 30 stromabwärts des Partikelfilters 28 entfallen kann. Alternativ können sowohl ein Partikelfilter 28 mit einer Beschichtung zur selektiven, katalytischen Reduktion als auch ein SCR-Katalysator 30 in der Abgasanlage vorgesehen sein, wobei bei dieser Ausführungsvariante vorzugsweise zwei Dosierelemente 32 vorgesehen sind.
  • Dabei ist der Oxidationskatalysator 26 oder der NOx-Speicherkatalysator vorzugsweise motornah als erste Komponente der Abgasnachbehandlung und der Partikelfilter 28 stromabwärts des Oxidationskatalysators 26 oder des NOx-Speicherkatalysators angeordnet. Dadurch ist es möglich, unverbrannte Kraftstoffkomponenten auf dem Oxidationskatalysator 26 oder dem NOx-Speicherkatalysator exotherm umzusetzen und somit das Abgas aufzuheizen, sodass der Partikelfilter 28 auch unter ungünstigen Betriebsbedingungen wie niedrigen Außentemperaturen, geringer Motorlast oder Kurzstreckenbetrieb seine Regenerationstemperatur Treg erreicht. Unter einer motornahen Anordnung wird dabei eine Anordnung mit einem mittleren Abgaslaufweg von höchstens 50 cm, insbesondere von höchstens 30 cm, nach dem Auslass 16 des Verbrennungsmotors 10 verstanden. In der Abgasanlage 20 des Verbrennungsmotors 10 können weitere Abgassensoren, insbesondere ein Temperatursensor, ein weiterer Ammoniak- oder Stickoxidsensor und/oder ein Drucksensor angeordnet sein. Ferner ist ein Differenzdrucksensor vorgesehen, mit welchem die Druckdifferenz über den Partikelfilter 28 ermittelt werden kann, um einen Beladungszustand des Partikelfilters 28 abzuschätzen. Alternativ kann der Beladungszustand des Partikelfilters 28 auch anhand eines Beladungsmodells, welches in das Motorsteuergerät 40 des Verbrennungsmotors 10 implementiert ist, abgeschätzt werden. Anhand der zusätzlichen Sensoren kann die Eindosierung, insbesondere der Einspritzzeitpunkt und die Einspritzmenge, von Kraftstoff in die Brennräume 12 des Verbrennungsmotors 10 angepasst werden, um die Rohemissionen des Verbrennungsmotors 10 zu minimieren und/oder die Abgasnachbehandlungskomponenten 26, 28, 30 auf ihre Betriebstemperatur aufzuheizen.
  • Alternativ zu einem Verbrennungsmotor 10 mit drei, vier oder sechs Brennräumen 12 sind auch andere Ausführungsformen des Verbrennungsmotors 10 mit nur ein oder zwei Brennräumen 12 denkbar.
  • In 2 ist ein Ablaufdiagramm zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors 10 dargestellt. Dabei wird in Abhängigkeit der Temperatur TSCR der Abgasnachbehandlungskomponente 28, 30 und des Abgasmassenstroms ṁ der Soll-Füllstand SCRFS der Ammoniakbeladung der Abgasnachbehandlungskomponente 28, 30 festgelegt. Dabei ergibt sich der Soll-Füllstand aus den vorangegangenen Betriebspunkten des Verbrennungsmotors 10 sowie den in diesen Betriebspunkten modellierten Wirkungsgraden für die selektive, katalytische Reduktion von Stickoxiden. Ferner wird anhand der Temperatur TSCR der Abgasnachbehandlungskomponente 28, 30, des Abgasmassenstroms ṁ sowie der NOx-Rohemissionen NOx des Verbrennungsmotors 10 ein Ist-Füllstand SCRFI der Ammoniakbeladung der Abgasnachbehandlungskomponente 28, 30 ermittelt.
  • Dabei wird eine Differenz ΔF zwischen dem Ist-Füllstand SCRFI und dem Soll-Füllstand SCRFS des Ammoniakfüllstands sowie die Emissionen an (unverbrauchtem) Ammoniak NH3 stromabwärts der Abgasnachbehandlungskomponente 28, 30 zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden ermittelt. In Abhängigkeit der Ammoniak-Konzentration stromabwärts des SCR-Katalysators oder der Partikelfilters mit SCR-Beschichtung wird ein Korrekturfaktor für den Sollfüllstand der Ammoniakbeladung der entsprechenden Abgasnachbehandlungskomponente 28, 30 ermittelt. Dieser Korrekturfaktor wird dann auf den Sollfüllstand multipliziert. Somit ergibt sich für diesen Betriebspunkt des Verbrennungsmotors 10 ein angepasster Sollfüllstand. Dieser kann kleiner oder größer als der aktuelle Sollfüllstand sein. Hierdurch wird immer die bestmögliche Konvertierungsleistung der Abgasnachbehandlungskomponenten 28, 30 bezüglich der Stickoxidemissionen erzielt. Gleichzeitig werden die Emissionen an Ammoniak auf ein Minimum reduziert.
  • Entspricht der Ist-Füllstand der Ammoniakbeladung der Abgasnachbehandlungskomponente 28, 30 dem Soll-Füllstand, so wird die Ammoniakkonzentration durch den Ammoniaksensor 36 stromabwärts der Abgasnachbehandlungskomponente 28, 30 zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden ermittelt. Ferner erfolgt ein Abgleich des Wirkungsgrades der Abgasnachbehandlungskomponente mit einem maximal möglichen Wirkungsgrad. Liegt der Wirkungsgrad unterhalb eines ersten Schwellenwertes und wird gleichzeitig kein Ammoniak oder nur eine sehr geringe Konzentration von Ammoniak stromabwärts der Abgasnachbehandlungskomponente detektiert, so kann der Soll-Füllstand erhöht werden, um den Wirkungsgrad der Abgasnachbehandlungskomponente 28, 30 zu verbessern. Dabei erfolgt die Anpassung des Sollfüllstandes derart, dass unabhängig vom Alterungszustand der Abgasnachbehandlungskomponente 28, 30 stets ein bestmöglicher Wirkungsgrad für die Konvertierung von Stickoxiden erreicht wird und der Ammoniakschlupf minimiert wird. Überschreitet die Differenz zwischen den Soll-Füllstand SCRFS und dem Ist-Füllstand SCRFI einen definierten Schwellenwert, was insbesondere in hochdynamischen Betriebspunkten passieren kann, so wird die Eindosierung des Reduktionsmittels verringert, um den Ammoniak-Schlupf zu begrenzen.
  • Bezugszeichenliste
  • 10
    Verbrennungsmotor
    12
    Brennraum
    14
    Kraftstoffinjektor
    16
    Auslass
    18
    Abgasturbolader
    20
    Abgasanlage
    22
    Abgaskanal
    24
    Turbine
    26
    Oxidationskatalysator
    28
    Partikelfilter
    30
    SCR-Katalysator
    32
    Dosierelement
    34
    Reduktionsmittel
    36
    Ammoniaksensor
    38
    Signalleitung
    40
    Steuergerät
    K
    Gewichtungsfaktor
    NH3
    Ammoniak-Endrohremissionen
    NOx
    Stickoxid-Rohemissionen
    SCRFS
    Ammoniak-Soll-Füllstand des SCR-Katalysators
    SCRFI
    Ammoniak-Ist-Füllstand des SCR-Katalysator
    T
    Temperatur
    TSCR
    Temperatur des SCR-Katalysators
    Abgasmassenstrom
    ΔF
    Differenz des Ammoniak Füllstandes
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102014201304 A1 [0004]
    • DE 102016209610 A1 [0005]

Claims (10)

  1. Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors (10) mit einer Abgasanlage (20), in welcher zumindest eine Abgasnachbehandlungskomponente (28, 30) zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden angeordnet ist, umfassend folgende Schritte: - Ermitteln der Temperatur der Abgasnachbehandlungskomponente (28, 30) zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden; - Ermitteln des Abgasmassenstroms des Verbrennungsmotors (10); - Ermitteln des Soll-Füllstandsmenge für die Ammoniakbeladung der Abgasnachbehandlungskomponente (28, 30) zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden, und - Ermitteln eines Ammoniak-Schlupfes stromabwärts der Abgasnachbehandlungskomponente (28, 30) zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden, wobei die - Menge des Reduktionsmittels (34) zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden anhand des Ammoniakschlupfes stromabwärts der Abgasnachbehandlungskomponente (28, 30) zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden angepasst wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ammoniakschlupf ermittelt wird, wenn der Ist-Füllstand der Abgasnachbehandlungskomponente (28, 30) zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden dem Sollzustand entspricht.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Schwellenwert für die Ammoniakkonzentration stromabwärts der Abgasnachbehandlungskomponente (28, 30) festgelegt wird, ab welchem die Vorsteuermenge des in den Abgaskanal (22) eindosierten Reduktionsmittels (34) für den entsprechenden Betriebspunkt reduziert wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Schwellenwert festgelegt wird, ab welchem die Vorsteuermenge des in den Abgaskanal (22) eindosierten Reduktionsmittels (34) für den entsprechenden Betriebspunkt erhöht wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein maximaler Wirkungsgrad für die Abgasnachbehandlungskomponente (28, 30) zur selektiven, katalytischen Reduktion von Stickoxiden ermittelt wird, und auf eine zusätzliche Eindosierung von Reduktionsmittel (34) verzichtet wird, wenn der Wirkungsgrad einen oberen Schwellenwert (SWG) übersteigt.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Soll-Füllstand der Ammoniak-Beladung in der Abgasnachbehandlungskomponente (28, 30) zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden angepasst wird, wenn der erste Schwellenwert (KS1) überschritten oder der zweite Schwellenwert (KS2) unterschritten wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass anhand der Ammoniak-Konzentration stromabwärts der Abgasnachbehandlungskomponente (28, 30) zur selektiven katalytische Reduktion von Stickoxiden ein Korrekturfaktor für den Soll-Füllstand der Ammoniakbeladung dieser Abgasnachbehandlungskomponente (28, 30) gewählt wird.
  8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass anhand der Verbrennungsparameter die zu erwartenden NOx-Rohemissionen ermittelt werden und der Soll-Füllstand der Ammoniak-Beladung der Abgasnachbehandlungskomponente (28, 30) zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden angepasst wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abgleich zwischen einem Ist-Füllstand der Ammoniakbeladung und einem Soll-Füllstand der Ammoniak-Beladung der Abgasnachbehandlungskomponente (28, 30) erfolgt, wobei der entsprechende Betriebspunkt im Motorsteuergerät (40) als Sollwert hinterlegt wird, solange die Abweichung zwischen Soll-Füllstand und Ist-Füllstand einen definierten Schwellenwert nicht überschreitet.
  10. Motorsteuergerät (40) für einen Verbrennungsmotor (10), wobei das Motorsteuergerät (40) dazu eingerichtet ist, ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 durchzuführen, wenn ein maschinenlesbarer Programmcode durch das Motorsteuergerät (40) ausgeführt wird.
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