DE102018205132A1 - Verfahren zum Betreiben eines Abgasnachbehandlungssystems - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Abgasnachbehandlungssystems für einen Verbrennungsmotor, welches folgende Schritte umfasst: Zu Beginn wird eine erste Temperatur (T1) stromaufwärts eines Rußpartikelfilters durch einen ersten Temperatursensor gemessen (100) und gleichzeitig eine zweite Temperatur (T2) stromaufwärts eines zweiten SCR-Katalysators durch einen zweiten Temperatursensor gemessen (101). Wenn die erste Temperatur (T1) über einem ersten Schwellenwert (S1) liegt und wenn die zweite Temperatur (T2) über einem zweiten Schwellenwert (S2) liegt, wird die Eindosierung von Reduktionsmittellösung über ein erstes Dosierventil für einen ersten SCR-Katalysator ausgesetzt (130) und stattdessen die Eindosierung (140) der insgesamt zur Reduktion von Stickoxiden benötigten Reduktionsmittellösung über das zweite Dosierventil durchgeführt. Schließlich erfolgt eine passive Regeneration (160) des Rußpartikelfilters.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Abgasnachbehandlungssystems bei dem eine Regeneration eines Rußpartikelfilters abhängig von Abgastemperaturen gesteuert wird. Ferner betrifft die Erfindung ein Computerprogramm, das jeden Schritt des Verfahrens ausführt, wenn es auf einem Rechengerät abläuft, sowie ein maschinenlesbares Speichermedium, welches das Computerprogramm speichert. Schließlich betrifft die Erfindung ein elektronisches Steuergerät, welches eingerichtet ist, um das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen.
  • Stand der Technik
  • Heutzutage werden bei Abgasnachbehandlungssystemen unterschiedliche Arten von Katalysatoren eingesetzt. Rußpartikelfilter verringern den Ausstoß von bei der Verbrennung entstehenden Partikeln im Abgas. Diese Partikel sind meist kohlenstoffbasiert, weisen allerdings meist auch weitere Agglomerationen auf, und sind gesundheitsschädlich, insbesondere jene, die als Feinpartikel oder Feinstpartikel - oder auch Feinstaub - bezeichnet werden und einen derart kleinen Durchmesser haben, dass sie in die Atemwege des Menschen eindringen können. Die Partikel werden mittels eines Filterstoffs im Rußpartikelfilter gefangen und an diesem festgehalten. Typische, heutzutage eingesetzte Rußpartikelfilter weisen als Filtermaterial wanddurchflutete Keramikmodule auf, bei denen die Partikel in der porösen Keramik gefangen werden. Um die Partikel wieder aus dem Rußpartikelfilter zu entfernen, erfolgt eine Regeneration des Rußpartikelfilters, bei der das Abgas auf eine so hohe Temperatur (bei Sauerstoff über 500°C) erhitzt wird, dass die Partikel verbrennen. Bei einer passiven Regeneration wird Stickstoffdioxid verwendet, um die kohlenstoffbasierten Partikel zu Kohlendioxid und Stickstoffmonoxid zu verbrennen. Dieser Prozess findet bei Temperaturen zwischen 250°C und 500°C statt, wobei ein Optimum in einem Bereich zwischen 300°C und 350°C zu erwarten ist. Das benötigte Stickstoffdioxid entsteht insbesondere durch Oxidation des im Abgas vorhandenen Stickstoffmonoxids mittels Sauerstoff durch im Abgasnachbehandlungssystem vorhandene Komponenten, wie z. B. einen Oxidationskatalysator oder einen Stickoxid-Speicherkatalysator, der im leeren Zustand bevorzugt Stickstoffdioxid bindet und im gesättigten Zustand Stickstoffdioxid bildet.
  • Zudem wird ein SCR-Katalysator verwendet, der Stickoxide (NOx) im Abgas mittels dem SCR-Verfahren (Selective Catalytic Reduction) reduziert. Die DE 103 46 220 A1 beschreibt das grundlegende Prinzip. Dabei wird eine 32,5%ige Harnstoff-Wasser-Lösung (HWL), kommerziell auch als AdBlue® bekannt, in das Abgas eindosiert. Typischerweise ist hierfür ein Dosiersystem mit einem Dosiermodul vorgesehen, um die HWL stromaufwärts des SCR-Katalysators in den Abgasstrom einzudosieren. Aus der HWL spaltet sich Ammoniak ab, welches anschließend an der reaktiven Oberfläche des SCR-Katalysators gebunden wird. Dort verbindet sich das Ammoniak mit den Stickoxiden, woraus Wasser und Stickstoff entstehen. Die HWL wird mittels eines Fördermoduls mit einer Förderpumpe aus einem Reduktionsmitteltank durch eine Druckleitung zum Dosiermodul gefördert.
  • Ist der SCR-Katalysator vor dem Rußpartikelfilter oder die reaktive Oberfläche des SCR-Katalysators auf dem Rußpartikelfilter ausgebildet, so reduziert das SCR-Verfahren Stickoxide, welche für eine passive Regeneration des Rußpartikelfilters dienlich wären.
  • Heutzutage unterliegen unter anderem die Partikel-Emission sowie die Stickoxid-Emission aufgrund ihrer gesundheitsschädlichen Wirkung strengen Regulationen. Um die Emissionen zu prüfen und zu überwachen, werden im Fahrzeugbereich Testverfahren eingesetzt, bei denen die Emissionen während der Fahrt diagnostiziert werden. Zu den heutzutage relevanten Testverfahren gehören der Prüfzyklus „Worldwide harmonized Light Duty Test Cycle“ (WLTC), bei dem in einem standardisierten Verfahren unterschiedliche Fahrzyklen, welche unterschiedliche Fahrbedingungen mit unterschiedlicher Fahrtgeschwindigkeit simulieren, geprüft werden, und das Prüfverfahren „Real Driving Emissions“ (RDE), welches Emissionen im praktischen Fahrbetrieb in realen Verkehrssituationen auf unterschiedlichen Strecken prüft.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Das Verfahren betrifft ein Abgasnachbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor, welches folgende Komponenten umfasst, jedoch nicht auf diese Komponenten beschränkt ist:
  • Einen Rußpartikelfilter, zwei separate SCR-Katalysatoren, sowie dazugehörige Dosierventile und Temperatursensoren. Die Komponenten sind in einem Abgasstrang des Verbrennungsmotors stromabwärts des Verbrennungsmotors angeordnet.
  • Ein erster SCR-Katalysator ist stromaufwärts des Rußpartikelfilters oder in dem Rußpartikelfilter angeordnet. In dem Rußpartikelfilter bedeutet, dass die reaktive Oberfläche des SCR-Katalysators, d. h. die Oberfläche, an der die Stickoxide reduziert werden, an den Oberflächen der Filterstrukturen des Rußpartikelfilters angeordnet sind. Mit anderen Worten sind solche Rußpartikelfilter mit der Oberfläche des SCR-Katalysators beschichtet und werden demnach SCRbeschichtete Rußpartikelfilter genannt, als Beispiel SDPF (Selective Catalytic Reduction Diesel Partikel Filter). Insbesondere bei einem wanddurchfluteten Keramikmodul sind die katalytischen Oberflächen des SCR-Katalysators an den Innenflächen der Kanäle, die durch das poröse Material verlaufen, angeordnet. Ein erstes Dosierventil ist stromaufwärts des ersten SCR-Katalysators angeordnet und stellt diesem als Teil eines ersten Dosiermoduls Reduktionsmittellösung bereit, indem es die Reduktionsmittellösung stromaufwärts des ersten SCR-Katalysators in den Abgasstrang eindosiert.
  • Der zweite SCR-Katalysator ist stromabwärts des Rußpartikelfilters angeordnet und reduziert Stickoxide, die den ersten SCR-Katalysator passiert haben. Ein zweites Dosierventil ist stromaufwärts des zweiten SCR-Katalysators und stromabwärts der ersten SCR-Katalysators, vorzugsweise auch stromabwärts des Rußpartikelfilters im Abgasstrang angeordnet. Das zweite Dosierventil stellt dem zweiten SCR-Katalysator als Teil eines zweiten Dosiermoduls Reduktionsmittellösung bereit, indem es die Reduktionsmittellösung stromaufwärts des zweiten SCR-Katalysators in den Abgasstrang eindosiert. Das zweite Dosierventil kann unabhängig vom ersten Dosierventil gesteuert werden, wobei bevorzugt eine kombinierte Dosierstrategie für beide Dosierventile vorgesehen ist.
  • Ein erster Temperatursensor ist stromaufwärts des Rußpartikelfilters und bevorzugt auch stromaufwärts des ersten SCR-Katalysators angeordnet und misst dort die Temperatur des Abgases. Ein zweiter Temperatursensor ist stromabwärts des Rußpartikelfilters und stromaufwärts des zweiten SCR-Katalysators und bevorzugt stromaufwärts des zweiten Dosierventils angeordnet und misst dort die Temperatur des Abgases.
  • Es wird ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Abgasnachbehandlungssystems vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:
  • Der erste Temperatursensor misst die Temperatur stromaufwärts des Rußpartikelfilters und der zweite Temperatursensor misst die zweite Temperatur stromaufwärts des zweiten SCR-Katalysators. Wenn zum einen die erste Temperatur über einem ersten Schwellenwert liegt und wenn zum anderen die zweite Temperatur über einem zweiten Schwellenwert liegt, wird die Eindosierung von Reduktionsmittellösung über das erste Dosierventil ausgesetzt. Mit anderen Worten wird keine Reduktionsmittellösung über das erste Dosierventil eindosiert, wenn gleichzeitig die erst Temperatur über dem ersten Schwellenwert liegt und die zweite Temperatur über dem zweiten Schwellenwert liegt. Die beiden Schwellenwerte können sich unterscheiden und eine bevorzugte Wahl der Schwellenwerte ist weiter unten aufgezeigt. Als Folge wird kein Stickoxid, insbesondere auch kein Stickstoffdioxid, mehr durch den ersten SCR-Katalysator reduziert.
  • Die Eindosierung der zur Reduktion der Stickoxide benötigten Reduktionsmittellösung erfolgt vollständig über das zweite Dosierventil, sodass die Stickoxide alleinig über den zweiten SCR-Katalysator reduziert werden. Es wird demnach genügend Reduktionsmittellösung eindosiert, um eine gewünschte Stickoxid-Konvertierungsrate zu erhalten, daher um eine gewünschte Menge von Stickoxid zu reduzieren und die Stickoxid-Emission auf ein vorgebbares oder vorgegebenes Maß zu verkleinern.
  • Schließlich wird eine passive Regeneration des Rußpartikelfilters durchgeführt. Als Resultat steht dem Rußpartikelfilter, da der erste SCR-Katalysator keine Stickoxide reduziert, eine größere Masse Stickstoffdioxid für die Regeneration zur Verfügung verglichen mit einer herkömmlichen passiven Regeneration, bei der die Masse der Stickoxide durch den ersten SCR-Katalysator durch Reduktion diese vermindert wird. Dadurch ist die passive Regeneration des Rußpartikelfilters effektiver und kann bei geringerer Temperatur erfolgen, gleichzeitig aber bleibt die Stickoxid-Emission durch den zweiten SCR-Katalysator auf dem vorgebbaren oder vorgegebenen Maß.
  • Ein Vorteil daraus bietet sich bei Kraftfahrzeugen im Zusammenhang mit einem KI-Faktor. Der KI-Faktor wird gemäß Formel 1 als Quotient aus der mittleren emittierten Masse der (Ruß-)Partikel eines mit Ruß beladenen Partikelfilters während der Regeneration (Mpi) und der mittleren emittierten Masse der (Ruß-)Partikel eines unbeladenen Partikelfilters ohne Regeneration, jeweils innerhalb eines WLTC-Tests berechnet: K I = M p i M s i
    Figure DE102018205132A1_0001
  • Das Ergebnis während des WLTC-Tests mit aktiver Regeneration wird mit der Anzahl der WLTC-Zyklen gewichtet, die benötigt werden bis die applizierte Ruß-Beladung des Partikelfilters erreicht wird. Der KI-Faktor fließt dann rechnerisch direkt in die Grenzwertbestimmung für die RDE-Zyklen ein. Dabei wird ein für die RDE-Zyklen (gesetzlich) vorgeschriebener Grenzwert um den Betrag des KI-Faktors zu eine angepassten Grenzwert erniedrigt. Folglich sind umso höhere Partikel-Emissionen in den RDE-Vorgaben zulässig, je kleiner der KI-Faktor ist. Wird die passive Regeneration häufiger und effizienter ausgeführt, bietet dies den Vorteil, dass damit die Anzahl der WLTC-Zyklen, die benötigt werden bis die applizierte Ruß-Beladung des Partikelfilters erreicht wird, je nach Rahmenbedingungen des Abgasnachbehandlungssystems signifikant erhöht werden kann, wodurch der KI-Faktor verkleinert werden kann.
  • Als weiterer Vorteil der häufig und effizient ausgeführten passiven Regeneration, wird der Anteil von aktiven Regenerationen verkleinert. Bei der aktiven Regeneration wird mehr Kraftstoff verbraucht, um die für die aktive Regeneration benötigten höheren Temperaturen zu erreichen. Darüber hinaus führt dies zu einer Steigerung der funktionellen Robustheit der katalytischen Komponenten im Abgasnachbehandlungssystem, im Speziellen der Robustheit des Oxidationskatalysators, und die Komponenten altern weniger. Zudem führt dies auch zu einer Steigerung der Robustheit des Verbrennungsmotors, da die Schmierung des Verbrennungsmotors bzw. dessen Komponenten bei der passiven Regeneration aufrechterhalten werden kann, während bei der aktiven Regeneration aufgrund der Verdünnung von Schmieröl durch den vermehrt nacheingespritzten Kraftstoff (zur Temperaturerhöhung) die Schmierfähigkeit reduziert wird.
  • Des Weiteren wird die Kohlenstoffdioxid-Emission ebenfalls vermindert, da wie vorstehend beschrieben bei der passiven Regeneration im Vergleich zur aktiven Regeneration weniger Kraftstoff zur Erhöhung der Temperatur verbraucht wird, woraus Kohlenstoffdioxid entsteht, und erstgenannte häufiger und effizienter ausgeführt wird.
  • Gemäß einem Aspekt ist vorgesehen, dass die Stickstoffdioxid-Konzentration stromaufwärts des Rußpartikelfilters mittels eines Oxidationskatalysators und/oder eines gesättigten Stickoxid-Speicherkatalysators erhöht wird. Der Oxidationskatalysator oxidiert im Abgas vorhandenes Stickstoffmonoxid zu Stickstoffdioxid. Der Stickoxid-Speicherkatalysator bindet im leeren Zustand bevorzugt Stickstoffdioxid und bildet im gesättigten Zustand Stickstoffdioxid, sodass er oxidierend wirkt. Demnach steht eine größere Masse an Stickstoffdioxid für die passive Regeneration des Rußpartikelfilters zur Verfügung, ohne zumindest den ersten SCR-Katalysator zu überlasten.
  • Der erste Schwellenwert für die erste Temperatur wird vorzugsweise derart gewählt, dass das Stickstoffdioxid, insbesondere während der Bildung im Oxidationskatalysator und während der Passage durch den Rußpartikelfilter, thermodynamisch stabil ist und die passive Regeneration des Rußpartikelfilters erfolgen kann. Andererseits liegt der erste Schwellenwert für die erste Temperatur nicht so hoch, dass das Stickstoffdioxid thermodynamischem Zerfall unterliegt. Für Stickstoffdioxid liegt die kritische Temperatur für den thermodynamischen Zerfall bei ca. 450°C. Ein Überschreiten der kritischen Temperatur wird vorzugsweise vermieden. Demnach liegt der erste Schwellenwert für die erste Temperatur vorzugsweise in einem Temperaturbereich zwischen 250°C und 450°C, besonders bevorzugt in einem Temperaturbereich zwischen 350°C und 450°C.
  • Der erste Schwellenwert für die zweite Temperatur wird vorzugsweise derart gewählt, dass die Reduktion der Stickoxide vollständig über den zweiten SCR-Katalysator durchgeführt werden kann. Die Stickoxid-Konvertierungsrate eines SCR-Katalysators ist abhängig von der Temperatur des SCR-Katalysators. Die Temperatur des Abgases am zweiten SCR-Katalysator muss groß genug sein, damit die Stickoxid-Konvertierungsrate des zweiten SCR-Katalysators groß genug ist, um die Stickoxide auf eine gewünschte Masse zu vermindern. Demnach liegt der zweite Schwellenwert für die zweite Temperatur vorzugsweise oberhalb einer Temperatur von 220°C.
  • Sollte der zweite SCR-Katalysator nicht in der Lage sein, die Reduktion der Stickoxide vollständig zu übernehmen, d. h. wenn der zweite SCR-Katalysator eine gewünschte Stickoxid-Konvertierungsrate nicht erreicht, erfolgt die Eindosierung des Reduktionsmittellösung über das erste Dosierventil, insbesondere gleichzeitig mit der Eindosierung über das zweite Dosierventil.
  • Das Computerprogramm ist eingerichtet, jeden Schritt des Verfahrens durchzuführen, insbesondere, wenn es auf einem Rechengerät oder Steuergerät durchgeführt wird. Es ermöglicht die Implementierung des Verfahrens in einem herkömmlichen elektronischen Steuergerät, ohne hieran bauliche Veränderungen vornehmen zu müssen. Hierzu ist es auf dem maschinenlesbaren Speichermedium gespeichert.
  • Durch Aufspielen des Computerprogramms auf ein herkömmliches elektronisches Steuergerät, wird das elektronische Steuergerät erhalten, welches eingerichtet ist, das Abgasnachbehandlungssystem zu betreiben.
  • Figurenliste
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
    • 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Abgasnachbehandlungssystems für einen Verbrennungsmotor, welches mittels einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens betrieben werden kann.
    • 2 zeigt ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung
  • 1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Abgasnachbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor 1 eines nicht dargestellten Kraftfahrzeugs. Dem Verbrennungsmotor 1 ist zumindest ein Injektor 11 zugeordnet, über den Kraftstoff in an sich bekannter Weise in einen Zylinder 12 des Verbrennungsmotors 1 eingespritzt wird, wobei der Kraftstoff dann verbrennt und dabei Schadstoffe erzeugt. Das Abgasnachbehandlungssystem ist in einem Abgasstrang 2 des Verbrennungsmotors 1 angeordnet und wirkt auf die vom Verbrennungsmotor 1 ausgestoßenen Schadstoffe ein. Das Abgasnachbehandlungssystem umfasst einen Rußpartikelfilter 3, bei Dieselmotoren ist dies im Speziellen ein Diesel(-ruß-)partikelfilter (DPF), in den ein erster SCR-Katalysator 4 implementiert ist. Genauer gesagt, ist eine reaktive Oberfläche des ersten SCR-Katalysators 4 an dessen hier nicht dargestellten Filterelementen angeordnet. Folglich wirken sowohl der Rußpartikelfilter 3 als auch der erste SCR-Katalysator 4 gleichzeitig auf das Abgas in der Kammer des Rußpartikelfilters 3 ein. In weiteren, hier nicht dargestellten Ausführungsbeispielen kann der erste SCR-Katalysator 4 als separate Komponente ausgebildet sein und stromaufwärts des Rußpartikelfilters 3 im Abgasstrang 2 angeordnet sein. Damit der SCR-Katalysator Stickoxide reduzieren kann, benötigt dieser Reduktionsmittellösung, die über ein erstes Dosierventil 41 stromaufwärts des ersten SCR-Katalysators 4 in den Abgasstrang 2 eindosiert werden kann.
  • Stromaufwärts des Rußpartikelfilters 3 und des ersten Dosierventils 41 ist ein Oxidationskatalysator 5, speziell bei Dieselmotoren ein Dieseloxidationskatalysator (DOC), angeordnet, der im Abgas vorhandene Schadstoffe, insbesondere Kohlenstoffmonoxid und Kohlenwasserstoffe, oxidiert. Daneben oxidiert der Oxidationskatalysator 5 auch Stickstoffmonoxid zu Stickstoffdioxid, welches für die passive Regeneration des Rußpartikelfilters verwendet wird. Zwischen dem Oxidationskatalysator 5 und dem Rußpartikelfilter 3, und in diesem Ausführungsbeispiel stromaufwärts des ersten Dosierventils 41, ist ein erster Temperatursensor 6 angeordnet, der eine erste Temperatur T1 des Abgases nahe dem Eingang des Rußpartikelfilters 3 misst.
  • Zusätzlich zum ersten SCR-Katalysator 4 - der oftmals auch aufgrund seiner Anordnung am Ausgang des Verbrennungsmotors 1 auch als motornaher SCR-Katalysator bezeichnet wird - ist ein zweiter SCR-Katalysator 7 im Abgasstrang 2 stromabwärts des ersten SCR-Katalysators 4 und des Rußpartikelfilters 3 angeordnet. Der zweite SCR-Katalysator 7 ist, insbesondere hinsichtlich seines Volumens, eingerichtet um die Reduktion der Stickoxide vollständig zu übernehmen. Dem zweiten SCR-Katalysator 7 ist ein zweites Dosierventil 71 zugeordnet, welches stromaufwärts des zweiten SCR-Katalysators 7 und stromabwärts des ersten SCR-Katalysators 4 angeordnet ist und über welches Reduktionsmittellösung für den zweiten SCR-Katalysator 7 in den Abgasstrang 2 eindosiert wird. Ein zweiter Temperatursensor 8 ist stromabwärts des Rußpartikelfilters 3 und stromaufwärts des zweiten Dosierventils 71 angeordnet und misst dort eine zweite Temperatur T2 des Abgases.
  • Die beiden Temperatursensoren 6, 8 sind mit einem elektronischen Steuergerät 9 verbunden und senden diesem die gemessenen Temperaturen T1 , T2 . Außerdem ist das elektronische Steuergerät mit den beiden Dosierventilen 41, 71 sowie weiteren hier nicht dargestellten Komponenten eines Förder- und Dosiersystems für die Reduktionsmittellösung verbunden und kann die Eindosierungen der Reduktionsmittellösung über die beiden Dosierventile 41, 71 unabhängig vom jeweils anderen steuern. Schließlich ist das Steuergerät mit dem Injektor 11 verbunden und kann die eingespritzte Kraftstoffmenge steuern. Neben der Leistung des Verbrennungsmotors 1 und den ausgestoßenen Schadstoffen, kann über die eingespritzte Kraftstoffmenge auch die Temperatur des Abgases verändert werden.
  • 2 zeigt ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Zu Beginn erfolgt sowohl eine Messung 100 der ersten Temperatur T1 durch den ersten Temperatursensor 6 als auch eine Messung 101 der zweiten Temperatur T2 durch den zweiten Temperatursensor 8. Die erste Temperatur T1 wird anschließend mit einem ersten Schwellenwert S1 verglichen 110. Dieser erste Schwellenwert S1 liegt bei einer Temperatur von 250°C, bei welcher das im Oxidationskatalysator 5 gebildete Stickstoffdioxid thermodynamisch stabil ist und die passive Regeneration des Rußpartikelfilters 3, bei welcher der kohlenstoffbasierte Ruß unter Einwirkung des Stickstoffdioxids und Sauerstoffs zu Stickstoffmonoxid und Kohlenstoffdioxid verbrennt, erfolgen kann. Ein erster Schwellenwert S1 über 450°C würde zu einem thermodynamischen Zerfall des Stickstoffdioxids führen. Gleichzeitig wird die zweite Temperatur T2 mit einem zweiten Schwellenwert S2 verglichen 111. Der zweite Schwellenwert S2 wird so gewählt, dass die Reduktion der Stickoxide vollständig über den zweiten SCR-Katalysator 7 durchgeführt werden kann. Hierfür wird der zweite Schwellenwert S2 aus einem Modell 200 für eine gewünschte Stickoxid-Konvertierungsrate ηw zumindest des zweiten SCR-Katalysators 7 ermittelt. Generell hängt die Stickoxid-Konvertierungsrate von der zweiten Temperatur T2 ab, weshalb das Modell 200 temperaturabhängig und insbesondere unter Berücksichtigung von Wärmekapazitäten, Massen und Wärmeverlusten im Abgas gewählt wird. Der zweite Schwellenwert S2 wird so gewählt, dass bei der gewünschten Stickoxid-Konvertierungsrate ηw die Stickoxid-Emission auf ein Maß verringert wird, welches innerhalb der zulässigen Grenzwerten liegt. In diesem Ausführungsbeispiel liegt der zweite Schwellenwert bei einer Temperatur von 220°C.
  • Liegen sowohl die erste Temperatur T als auch die zweite Temperatur T2 zur gleichen Zeit oberhalb des ihnen im Vergleich 110 bzw. 111 jeweils zugeordneten Schwellenwerts S1 bzw. S2 wird die Eindosierung über das erste Dosierventil 41 ausgesetzt 130. Mit anderen Worten sind beide Vergleiche 110 bzw. 111 mit einer logischen UND-Verknüpfung zu erfüllen. Liegt nur eine der beiden Temperaturen T1 oder T2 unterhalb des ihnen zugeordneten Schwellenwerts S1 bzw. S2 wird das die Eindosierung auf herkömmliche Weise fortgesetzt 120. Eine Regeneration des Partikelfilters 3 kann trotzdem auf herkömmliche Weise stattfinden 121. Wird die Eindosierung über das erste Dosierventil 41 ausgesetzt 130, so reduziert der erste SCR-Katalysator 4 die Stickoxide nicht mehr, auch kein Stickstoffdioxid.
  • Um dennoch weiterhin die Stickoxide zu reduzieren, dosiert das zweite Dosierventil 71 die Masse der Reduktionsmittellösung, die insgesamt zur Reduktion der Stickoxide durch den zweiten SCR-Katalysator 7 benötigt wird, vollständig ein. Die insgesamt zur Reduktion der Stickoxide benötigte Masse der Reduktionsmittellösung wird aus der gewünschten Stickoxid-Konvertierungsrate ηw ermittelt, bei der die Stickoxid-Emission auf ein Maß verringert wird, welches innerhalb der zulässigen Grenzwerte liegt. Die gewünschte Stickoxid-Konvertierungsrate ηw wird wiederum aus dem bereits beschriebenen Modell 200 abhängig unter anderem abhängig von der zweiten Temperatur T2 und weiteren Parametern des zweiten SCR-Katalysators 7 ermittelt. Folglich reduziert der zweite SCR-Katalysator 7 allein die Stickoxide und zwar derart, dass die Stickoxid-Emission innerhalb der zulässigen Grenzwerte liegt.
  • Im Anschluss erfolgt eine passive Regeneration 150 des Rußpartikelfilters 3, bei der die Rußpartikel, die sich innerhalb des Rußpartikelfilters 3 abgelagert haben, mit dem im Oxidationskatalysator 5 entstandenen Stickstoffdioxid, welches aufgrund der ausgesetzten Eindosierung über das erste Dosierventil 41 und der damit verbundenen nicht stattfindenden Reduktion des SCR-Katalysators 4 unvermindert in den Rußpartikelfilter 3 gelangt, bei der ersten Temperatur T1 , die über dem ersten Schwellenwert S1 liegt, zusammen mit Sauerstoff, der nicht an der Verbrennung im Verbrennungsmotor 1 beteiligt war und im Abgas vorhanden ist, zu Kohlenstoffdioxid und Stickstoffmonoxid reagiert.
  • Während der Eindosierung 140 der Reduktionsmittelmasse über das zweite Dosierventil 41 und der Regeneration 150 des Rußpartikelfilters 3 wird permanent eine tatsächliche Stickstoff-Konvertierungsrate η2 des zweiten SCR-Katalysators ermittelt 160. In einem Vergleich 170 wird während der passiven Regeneration 150 des Rußpartikelfilters 3 geprüft, ob die tatsächliche Stickoxid-Konvertierungsrate η2 des zweiten SCR-Katalysators unterhalb der gewünschten Stickoxid-Konvertierungsrate ηw liegt, die vom zweiten SCR-Katalysator 7 erreicht werden muss, damit die Stickoxid-Emission auf ein Maß verringert wird, welches innerhalb der zulässigen Grenzwerte liegt. Wie bereits beschrieben, wird diese gewünschte Stickoxid-Konvertierungsrate ηw aus dem Modell 200 ermittelt. Unterschreitet die tatsächliche Stickoxid-Konvertierungsrate η2 die gewünschte Stickoxid-Konvertierungsrate ηw, wird die Stickoxid-Emission nicht mehr auf ein Maß verringert, welches innerhalb der zulässigen Grenzwerte liegt. Daher erfolgt eine Eindosierung 180 über den erste Dosierventil 4, sodass insgesamt über beide SCR-Katalysatoren 4, 7 die gewünschte Stickoxid-Konvertierungsrate ηw erreicht wird und die Stickoxid-Emission auf ein Maß verringert wird, welches innerhalb der zulässigen Grenzwerte liegt.
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 10346220 A1 [0003]

Claims (8)

  1. Verfahren zum Betreiben eines Abgasnachbehandlungssystems für einen Verbrennungsmotor (1) umfassend: - einen Rußpartikelfilter (3); - einen ersten SCR-Katalysator (4), der stromaufwärts des Rußpartikelfilters (3) oder in dem Rußpartikelfilter (3) angeordnet ist; - ein erstes Dosierventil (41) stromaufwärts des ersten SCR-Katalysators (4), welches dem ersten SCR-Katalysator (4) Reduktionsmittellösung bereitstellt; - einen ersten Temperatursensor (6) stromaufwärts des Rußpartikelfilters (3); - einen zweiten SCR-Katalysator (7), der stromabwärts des Rußpartikelfilters (3) angeordnet ist; - ein zweites Dosierventil (71) stromaufwärts des zweiten SCR-Katalysator (7) und stromabwärts des ersten SCR-Katalysators (4), welches unabhängig vom ersten Dosierventil (41) dem zweiten SCR-Katalysator (7) Reduktionsmittellösung bereitstellt; und - einen zweiten Temperatursensor (8) stromabwärts des Rußpartikelfilters (4) und stromaufwärts des zweiten SCR-Katalysators (7), gekennzeichnet durch folgende Schritte: - Messen (100) einer ersten Temperatur (T1) stromaufwärts des Rußpartikelfilters (3) durch den ersten Temperatursensor (6); - Messen (101) einer zweiten Temperatur (T2) stromaufwärts des zweiten SCR-Katalysators (7) durch den zweiten Temperatursensor (8); - Aussetzen (130) der Eindosierung von Reduktionsmittellösung über das erste Dosierventil (4), wenn die erste Temperatur (T1) über einem ersten Schwellenwert (S1) liegt und wenn die zweite Temperatur (T2) über einem zweiten Schwellenwert (S2) liegt; - Eindosieren (140) der insgesamt zur Reduktion von Stickoxiden benötigten Reduktionsmittellösung über das zweite Dosierventil (71); und - passive Regeneration (160) des Rußpartikelfilters (3).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Erhöhung der Stickstoffdioxid-Konzentration stromaufwärts des Rußpartikelfilters mittels eines Oxidations-Katalysators (5) und/oder eines Stickoxid-Speicherkatalysators.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schwellenwert (S1) derart gewählt wird, dass das Stickstoffdioxid thermodynamisch stabil ist und die passive Regeneration des Rußpartikelfilters (3) erfolgen kann.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Schwellenwert (S2) derart gewählt wird, dass die Reduktion der Stickoxide vollständig über den zweiten SCR-Katalysator (71) durchgeführt werden kann.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Eindosierung (180) von Reduktionsmittellösung über das erste Dosierventil (41) erfolgt, wenn der zweite SCR-Katalysator (7) eine gewünschte Stickoxid-Konvertierungsrate (ηw) nicht erreicht.
  6. Computerprogramm, welches eingerichtet ist, jeden Schritt des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 durchzuführen.
  7. Maschinenlesbares Speichermedium, auf welchem ein Computerprogramm nach Anspruch 6 gespeichert ist.
  8. Elektronisches Steuergerät (9), welches eingerichtet ist, um mittels eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 ein Abgasnachbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor (1) zu betreiben.
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