DE102019118526A1

DE102019118526A1 - Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors sowie Abgasnachbehandlungssystem

Info

Publication number: DE102019118526A1
Application number: DE102019118526.2A
Authority: DE
Inventors: Marc Gieseler; Tim Thiele
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2019-07-09
Filing date: 2019-07-09
Publication date: 2021-01-14

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung umfassend das Bestimmen einer ersten Ammoniakkonzentration N1, das Bestimmen einer zweiten Ammoniakkonzentration N2 auf Grundlage von gemessenen NOx-Konzentrationen, sowie das Bestimmen eines Alterungsfaktors C, wobei der Alterungsfaktor proportional zum Quotienten N2/N1 der zweiten Ammoniakkonzentration N2 und der ersten Ammoniakkonzentration N1 ist. Mittels des Alterungsfaktors kann ein Auftreten eines Ammoniak-Schlupfes vermieden werden. Die Erfindung betrifft ferner ein Abgasnachbehandlungssystem zur Durchführung eines solchen Verfahrens.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors sowie ein Abgasnachbehandlungssystem zur Durchführung eines solchen Verfahrens 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 oder einen NOx-Speicherkatalysator, 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.
Aus dem Stand der Technik sind Abgasnachbehandlungssysteme bekannt, welche einen motornahen ersten SCR-Katalysator, insbesondere einen Partikelfilter mit einer SCR-Beschichtung und einen zweiten SCR-Katalysator aufweisen, welcher in einer motorfernen Unterbodenlage des Kraftfahrzeuges angeordnet ist. Der motornahe Partikelfilter mit der SCR-Beschichtung kann nach einem Kaltstart des Verbrennungsmotors schneller auf seine Betriebstemperatur aufgeheizt werden und somit zeitnah nach einem Kaltstart des Verbrennungsmotors für eine effiziente Konvertierung der Stickoxidemissionen genutzt werden.
Der motorferne zweite SCR-Katalysator wird bei hohen Motorlasten und/oder bei einer Regeneration des Partikelfilters genutzt, bei welcher der motornahe Partikelfilter mit der SCR-Beschichtung oberhalb des zur selektiven, katalytischen Reduktion notwendigen Temperaturbereichs betrieben wird und somit nur für eine unzureichende Konvertierung der Stickoxide sorgt. Die motornahe Anordnung des Partikelfilters mit der SCR-Beschichtung führt zudem dazu, dass nur eine kurze Mischstrecke zur Vermischung von Reduktionsmittel und Abgas vor Eintritt in den Partikelfilter vorhanden ist und somit die Gleichverteilung über den Querschnitt des Partikelfilters eingeschränkt ist. Dieser Effekt wird bei hohen Abgasmassenströmen und damit verbundenen hohen Strömungsgeschwindigkeiten im Abgaskanal verstärkt. Dies kann dazu führen, dass unabhängig von der Temperatur die Konvertierungsleistung des Partikelfilters nicht ausreicht und zusätzlich die Konvertierungsleistung des zweiten SCR-Katalysators notwendig ist.
Ferner ist bekannt, dass sich die Konvertierungsleistung der beiden SCR-Katalysatoren steigern lässt, wenn eine definierte Menge an Ammoniak auf der katalytisch wirksamen Oberfläche des jeweiligen SCR-Katalysators eingespeichert, insbesondere adsorbiert, wird. In Abhängigkeit vom aktuellen Betriebszustand des Verbrennungsmotors wird stromaufwärts des beschichteten Partikelfilters, stromaufwärts des SCR-Katalysators in Unterbodenlage oder stromaufwärts beider SCR-Katalysatoren Reduktionsmittel in den Abgaskanal eindosiert.
Nachteilig an den aus dem Stand der Technik bekannten Lösungen ist jedoch, dass eine Alterung und eine damit verbundene Veränderung der Konvertierungsleistung und NH3-Speicherfähigkeit der SCR-Katalysatoren nur unzureichend durch eine Modellbildung simuliert werden können und es somit zu Ammoniak-Schlupf kommt. Dies führt zu einem erhöhten Verbrauch an Reduktionsmittel und kann zu einem Anstieg der Ammoniakemissionen führen.
Zudem ist bei aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur Bestimmung des Ammoniak-Schlupfes erforderlich, eine Kalibrierung vor der Bestimmung des Ammoniak-Schlupfes durchzuführen. Hierzu wird zunächst die eingespeiste Menge an Ammoniak derart erhöht, dass es zu einer vollständigen Füllung beziehungsweise Beladung des Katalysators mit Ammoniak kommt, worauf hin die eindosierte Menge an Ammoniak langsam verringert wird. Aus der sich ergebenden Messkurve kann nach diesem Verfahren auf das Vorliegen eines Ammoniak Schlupfes und die Alterung des Katalysators geschlossen werden. Nachteilig an diesem Verfahren ist allerdings, dass die oben beschriebene Kalibrierung aufwendig ist und zusätzliches Reduktionsmittel verbraucht wird sowie zu Ammoniakemissionen führen kann.
Aus der DE 10 2010 026 317 A1 ist ein Abgasnachbehandlungssystem für einen Dieselmotor bekannt, bei welchem in der Abgasanlage ein Oxidationskatalysator und stromabwärts des Oxidationskatalysators ein SCR-Katalysator angeordnet sind. Dabei ist stromaufwärts des Oxidationskatalysators ein erster NOx-Sensor und stromabwärts des SCR-Katalysators ein zweiter NOx-Sensor vorgesehen, um die Effizienz des SCR-Katalysators beurteilen zu können und somit einen Ammoniak-Schlupf zu vermeiden.
Aus der DE 10 2010 026 373 A1 sind ein Abgasnachbehandlungssystem und ein Verfahren zur Ermittlung des Ammoniak-Schlupfs bekannt, bei welchem stromaufwärts des SCR-Katalysators und stromabwärts des SCR-Katalysators die Stickoxidkonzentration im Abgaskanal ermittelt wird und die Menge an Reduktionsmittel derart angepasst wird, dass die Stickoxidemissionen minimiert werden.
Darüber hinaus offenbart die DE 10 2014 019 483 A1 ein weiteres Verfahren zur Ermittlung des Ammoniak-Schlupfs in einem Abgasnachbehandlungssystem eines Verbrennungsmotors mit einem SCR-Katalysator. Dabei wird stromaufwärts und stromabwärts eines Partikelfilters mit einer SCR-Beschichtung die Stickoxidkonzentration im Abgaskanal ermittelt und anhand der Stickoxidkonzentration in Verbindung mit der eindosierten Menge an Reduktionsmittel der Ammoniak-Schlupf berechnet.
Die DE 10 2011 086 625 A1 beschreibt ein Verfahren zum Betreiben eines SCR-Katalysators. Dieses umfasst das Ermitteln eines Korrekturwertes, welcher einen Alterungszustand des SCR-Katalysators darstellt, und das Eindosieren einer Reduktionsmittellösung in den SCR-Katalysator, wobei die Dosiermenge in Abhängigkeit von dem Korrekturwert bestimmt wird. Zur Bestimmung des Ammoniak-Schlupfes ist es erforderlich, eine Kalibrierung durchzuführen. Nachteilig an diesem Verfahren ist, dass die Kalibrierung aufwendig ist und dabei zusätzliches Reduktionsmittel verbraucht wird.
DE10 2016 219 555 A1 beschreibt ein Verfahren zum Betreiben eines SCR-Katalysators. Ein Steuergerät ist ausgeführt, das Ammoniak-Dosiersystem anzuleiten, gezielt Ammoniak mit unterschiedlichen Dosierraten in die Abgasanlage einzuspritzen, um die optimale Menge an Ammoniak zu bestimmen. Nachteilig an diesem Verfahren ist, dass eine solche Kalibrierung mit unterschiedlichen Dosierraten aufwendig ist und zusätzliches Reduktionsmittel verbraucht wird.
Aus der DE 10 2017 201 400 A1 ist ein Verfahren bekannt, wobei bei einer Kalibrierung eine vollständige Füllung beziehungsweise Beladung des Katalysators mit Ammoniak durchgeführt werden muss. Nachteilig an diesem Verfahren ist daher, dass die oben beschriebene Kalibrierung aufwendig ist und Reduktionsmittel verbraucht wird.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, bei einem Abgasnachbehandlungssystem mit mehreren SCR-Katalysatoren die Stickoxidemissionen möglichst effizient in Stickstoff zu konvertieren und gleichzeitig den Einsatz an Reduktionsmittel zu minimieren, um Ammoniakemissionen zu vermeiden. Hierbei soll insbesondere die tatsächliche Alterung des Katalysators zu einem beliebigen Zeitpunkt bestimmt werden. Somit kann auch nach Austausch der für die Kontrolle des Katalysators vorgesehenen Steuereinheit ein Ammoniak-Schlupf bestimmt werden.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors vorgeschlagen, der mit seinem Auslass mit einer Abgasanlage verbunden ist, wobei in der Abgasanlage stromabwärts einer Turbine eines Abgasturboladers ein Partikelfilter mit einer Beschichtung zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden angeordnet ist, und wobei stromaufwärts des Partikelfilters ein erster NOx-Sensor angeordnet ist, sowie ein Dosierelement, mit welchem ein Reduktionsmittel stromaufwärts des Partikelfilters in den Abgaskanal eindosierbar ist, welches folgende Schritte umfasst:

- Eindosieren des Reduktionsmittels in den Abgaskanal des Verbrennungsmotors, wobei stromaufwärts des Partikelfilters eine erste NOx-Konzentration NOx_1 mittels des ersten NOx-Sensors im Abgaskanal gemessen wird;
- Bestimmen einer ersten Ammoniakkonzentration N1;
- Bestimmen einer zweiten Ammoniakkonzentration N2 auf Grundlage der ersten NOx-Konzentration NOx_1;
- Bestimmen eines Alterungsfaktors C, wobei der Alterungsfaktor proportional zum Quotienten der zweiten Ammoniakkonzentration N2 und der ersten Ammoniakkonzentration N1 ist.

Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung liegt ein Katalysator vor, der eine selektive katalytische Reduktion von Stickoxiden zu Ammoniak ermöglicht. Dies kann insbesondere entweder ein „reiner“ SCR Katalysator sein und/oder ein SCR-beschichteter Partikelfilter. Sofern im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung von einem (beschichteten) Partikelfilter die Rede ist, so ist, sofern nicht ausdrücklich etwas anderes beschrieben ist, davon auszugehen, dass zusätzlich oder alternativ auch ein „reiner“ SCR Katalysator eingesetzt werden kann, also ein SCR-Katalysator ohne Partikelfilter.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass über das Wirkungsgradmodell ein Alterungsfaktor für den SCR-Katalysator (oder den SCR-beschichteten Partikelfilter) ermittelt wird. Die Modellierung des Ammoniak-Schlupfes bringt aufgrund unterschiedlicher Alterungsstufen der Abgasnachbehandlungskomponenten große Unwägbarkeiten mit sich. Die Modellierung einer Alterung der SCR-Beschichtung ist jedoch notwendig, um die Speicherfähigkeit der SCR-Beschichtung bezüglich des Ammoniaks zu ermitteln. Durch eine Kombination der Messung der Stickoxidkonzentrationen stromaufwärts und stromabwärts des Partikelfilters und dem Wirkungsgrad der NOx-Konvertierung des Partikelfilters können die durch den Partikelfilter umgesetzte Masse an Stickoxiden sowie der Ammoniak-Schlupf bestimmt werden. Dabei kann die Beladung der SCR-Beschichtung des Partikelfilters mit Ammoniak in Abhängigkeit des Alterungszustandes dieser Beschichtung angepasst werden, um den Ammoniak-Schlupf zu minimieren und somit den Reduktionsmitteleinsatz zu optimieren. Vor allem wird auch die Regelung des Füllstands erleichtert.
Der SCR-beschichtete Partikelfilter oder SCR-Katalysator ist bevorzugt ein motornaher Partikelfilter. Unter einem motornahen Partikelfilter ist in diesem Zusammenhang ein Partikelfilter zu verstehen, dessen Einlass mit einer Abgaslauflänge von maximal 80 cm, vorzugsweise maximal 50 cm, von dem Auslass des Verbrennungsmotors beabstandet ist. Durch ein erfindungsgemäßes Verfahren ist es möglich, die Alterung des Partikelfilters/SCR Katalysators jederzeit zu bestimmen.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Verbesserungen und nicht triviale Weiterentwicklungen des im unabhängigen Anspruch aufgeführten Verfahrens zur Abgasnachbehandlung des Verbrennungsmotors möglich.
Ferner wird ein Verfahren beschrieben, wobei die Eindosierung des Reduktionsmittels auf Basis des berechneten Alterungsfaktors C angepasst wird.
Dies ermöglicht, den Verbrauch an Reduktionsmittel dadurch zu verringern, dass der Partikelfilter nicht an seiner Speichergrenze für Ammoniak betrieben werden muss und weniger Ammoniak-Schlupf auftritt. Zudem wird weniger Ammoniak über die Niederdruck-Abgasrückführung in die Brennräume des Verbrennungsmotors zurückgeführt, was die Rohemissionen, insbesondere die Stickoxidemissionen, minimiert. Außerdem ist es möglich, durch Kenntnis der Alterung die NOx-Emissionen zu reduzieren.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein Verfahren beschrieben, wobei stromabwärts des Partikelfilters ein zweiter NOx-Sensor angeordnet ist und das Verfahren ferner die folgende weiteren Schritte umfasst:

- Messen einer zweiten NOx-Konzentration NOx_2 stromabwärts des Partikelfilters mittels des zweiten NOx-Sensors;
- Bestimmen der zweiten Ammoniakkonzentration N2 auf Grundlage der ersten NOx-Konzentration NOx_1 und auf Grundlage der zweiten NOx-Konzentration NOx_2.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein Verfahren beschrieben, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Ammoniakkonzentration N2 auf Grundlage der ersten NOx-Konzentration NOx_1, auf Grundlage der zweiten NOx-Konzentration NOx_2 sowie auf Grundlage eines Wirkungsgradmodells für die selektive katalytische Reduktion von Stickoxiden des Partikelfilters ermittelt wird.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass eine Differenz der Sickoxid-Konzentration stromaufwärts und stromabwärts des Partikelfilters ermittelt wird und aus der Differenz die durch den Partikelfilter konvertierte Masse an Stickoxiden berechnet wird. Durch eine Messung der Stickoxidkonzentration stromaufwärts und stromabwärts des Partikelfilters kann auf vergleichsweise einfache Art und Weise auf die Konvertierungsleistung des Partikelfilters bezüglich der Stickoxidemissionen geschlossen werden. Somit kann die Menge an Reduktionsmittel angepasst werden, um eine möglichst effiziente Konvertierung der Stickoxidemissionen zu erreichen.
Durch ein Wirkungsgradmodell können ferner weitere Einflussfaktoren, insbesondere eine Alterung der SCR-Beschichtung des Partikelfilters, abgebildet werden, wodurch die Genauigkeit des Modells zur Berechnung des Ammoniak-Schlupfs weiter verbessert wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung beschrieben, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Ammoniakkonzentration N2 nach der folgenden Formel ermittelt wird: $N 2 * x = N O x_2 - (N O x_{1} * (1 - W i r k u n g s g r a d m o d e l l S D P F))$
x stellt einen Faktor für die Querempfindlichkeit des NOx-Sensors gegenüber NH3 dar.
Sofern im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung von NOx-Sensor(en) die Rede ist, sind hiervon auch Ammoniaksensoren umfasst. In der oben genannten Gleichung kann diese Fallgestaltung über die Querempfindlichkeit x des Sensors berücksichtigt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung beschrieben, wobei die erste Ammoniakkonzentration N1 modellhaft eine üblicherweise erwartete Alterung des Katalysators abbildet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird die Ammoniakkonzentration N1 und N2 mittels Integration über die Zeit ermittelt, wobei diese integrierten Werte dann zur Bestimmung des Alterungsfaktors verwendet werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein Verfahren zur Abgasnachbehandlung beschrieben, wobei die erste Ammoniakkonzentration N1 ohne Berücksichtigung der ersten NOx-Konzentration NOx_1 bestimmt wird.
Anders als im Falle der zweiten Ammoniak-Konzentration N2 wird die erste Ammoniak-Konzentration N1 nicht aufgrund der tatsächlichen Stickoxid Konzentration bestimmt. Die erste Ammoniak-Konzentration N1 bildet vielmehr modellhaft die Konzentration bei einem auf einen Referenzwert gealterten SCR-Katalysator ab. Die Ammoniak-Konzentration N1 stellt lediglich eine modellhafte Abbildung des NH3-Schlupfes dar, ohne den tatsächlich gemessenen Stickoxidwerten Rechnung zu tragen. Das erfindungsgemäße Verfahren trägt der tatsächlichen Katalysator-Alterung durch die Quotienten Bildung aus zweiter Ammoniakkonzentration N2 und erst Ammoniakkonzentration N1 Rechnung.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein Verfahren beschrieben, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Ammoniakkonzentration N1 ohne Berücksichtigung der zweiten NOx-Konzentration NOx_2 bestimmt wird.
Wie bereits beschrieben, wird, anders als im Falle der zweiten Ammoniak-Konzentration N2, die erste Ammoniak-Konzentration N1 nicht aufgrund der tatsächlichen Stickoxid Konzentration bestimmt. Die erste Ammoniak-Konzentration N1 bildet vielmehr modellhaft die Konzentration bei einem auf einen Referenzwert gealterten SCR-Katalysator ab. Die Ammoniak-Konzentration N1 stellt lediglich eine modellhafte Abbildung des NH3-Schlupfes dar, ohne den tatsächlich gemessenen Stickoxidwerten Rechnung zu tragen. Das erfindungsgemäße Verfahren trägt der tatsächlichen Katalysator-Alterung durch die Quotientenbildung aus zweiter Ammoniakkonzentration N2 und erster Ammoniakkonzentration N1 Rechnung. Bevorzugt findet die Quotientenbildung durch die entsprechenden zeitlichen Integrale beider Konzentrationen statt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein Verfahren beschrieben, wobei stromabwärts des zweiten NOx-Sensor ein zweiter SCR Katalysator angeordnet ist und stromabwärts des zweiten SCR Katalysators ein dritter NOx-Sensor angeordnet ist, wobei das Verfahren ferner die folgenden weiteren Schritte umfasst:

- Messen einer dritten NOx-Konzentration NOx_3 stromabwärts des zweiten SCF Katalysators mittels des dritten NOx-Sensors;
- Bestimmen einer dritten Ammoniakkonzentration N3 auf Grundlage der zweiten NOx-Konzentration NOx_2 und der dritten NOx-Konzentration NOx_3.

Um eine vollständige Stickoxid Umwandlung zu ermöglichen, kann erfindungsgemäß also ein weiterer SCR Katalysator vorgesehen sein. Dieser ermöglicht trotz eines Wirkungsgrades von kleiner 1 des ersten SCR Katalysators eine im Wesentlichen vollständige Umsetzung der Stickoxide. Der dritte NOx-Sensor dient vorteilhaft dazu, die Ammoniak-Konzentration stromabwärts des zweiten Katalysators zu bestimmen. Somit kann ebenfalls für den zweiten Katalysator festgestellt werden, ob ein Ammoniak-Schlupf auftritt.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Abgasnachbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor, welcher über einen Auslass mit einer Abgasanlage verbunden ist, wobei in der Abgasanlage stromabwärts einer Turbine eines Abgasturboladers ein Partikelfilter mit einer Beschichtung zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden angeordnet ist, und wobei stromaufwärts des Partikelfilters ein erster NOx-Sensor angeordnet ist, und wobei das Abgasnachbehandlungssystem ein Dosierelement aufweist, mit welchem ein Reduktionsmittel stromaufwärts des Partikelfilters in den Abgaskanal eindosierbar ist, und wobei das Abgasnachbehandlungssystem ausgebildet ist, ein Verfahren gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren durchzuführen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Abgasnachbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor beschrieben, wobei stromabwärts des ersten NOx-Sensors und stromaufwärts des Partikelfilters ein Diesel-Oxidationskatalysator und/oder ein Stickoxidspeicherkatalysator angeordnet ist.
Durch einen Oxidationskatalysator kann das Verhältnis von Stickstoffmonoxid und Stickstoffdioxid verändert werden, wodurch die Effizienz der selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden gesteigert werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein Abgasnachbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor beschrieben, wobei stromabwärts des zweiten NOx-Sensors ein zweiter SCF Katalysator angeordnet ist und stromabwärts des zweiten SCF Katalysators ein dritter NOx-Sensor angeordnet ist, und wobei das Abgasnachbehandlungssystem dazu ausgebildet ist, die folgende weiteren Schritte auszuführen:

Um eine vollständige Stickoxid Umwandlung zu ermöglichen, kann, wie bereits beschrieben, erfindungsgemäß also ein weiterer SCR Katalysator vorgesehen sein. Dieser ermöglicht trotz eines Wirkungsgrades von kleiner 1 des ersten SCR Katalysators eine im Wesentlichen vollständige Umsetzung der Stickoxide. Der dritte NOx-Sensor dient vorteilhaft dazu, die Ammoniak-Konzentration stromabwärts des zweiten Katalysators zu bestimmen. Somit kann ebenfalls für den zweiten Katalysator festgestellt werden, ob ein Ammoniak-Schlupf auftritt.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Abgasnachbehandlungssystems ist vorgesehen, dass der zweite SCR-Katalysator einen Ammoniak-Sperrkatalysator aufweist oder dem zweiten SCR-Katalysator ein Ammoniak-Sperrkatalysator nachgeschaltet ist. Durch einen Ammoniak-Sperrkatalysator kann vermieden werden, dass die Eindosierung von Reduktionsmittel zu einer Erhöhung der Ammoniak-Endrohremissionen führt. Somit kann betriebssicher erreicht werden, dass selbst bei Ammoniak-Schlupf über den Partikelfilter das im Abgaskanal stromabwärts des Partikelfilters vorhandene Ammoniak umgesetzt wird.
In einer weiteren Ausführungsform des Abgasnachbehandlungssystems ist vorgesehen, dass stromabwärts des Partikelfilters und stromaufwärts des zweiten SCR-Katalysators eine Niederdruck-Abgasrückführung aus dem Abgaskanal abzweigt. Durch den Partikelfilter können Rußpartikel und sonstige Feststoffpartikel aus dem Abgasstrom herausgefiltert werden, sodass diese nicht über die Niederdruck-Abgasrückführung in das Luftversorgungssystem zurückgeführt werden und dort zu Beschädigungen, insbesondere zu Beschädigungen an dem Verdichter des Abgasturboladers führen können. Zudem können durch eine Abgasrückführung über die Niederdruck-Abgasrückführung in bekannter Weise die Rohemissionen des Verbrennungsmotors minimiert werden, wodurch der Reduktionsmitteleinsatz in der Abgasnachbehandlung ebenfalls reduziert werden kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante des Abgasnachbehandlungssystems ist vorgesehen, dass stromabwärts des Partikelfilters und stromaufwärts des zweiten SCR-Katalysators ein zweites Dosierelement angeordnet ist. Durch ein zweites Dosierelement kann der Betriebsbereich des Abgasnachbehandlungssystems erweitert werden. Somit ist es insbesondere bei hohen Abgastemperaturen am Partikelfilter, beispielsweise bei einer Hochlastphase des Verbrennungsmotors oder bei einer Regeneration des Partikelfilters, möglich, eine effiziente Konvertierung der Stickoxide durch den zweiten SCR-Katalysator zu ermöglichen und eine thermische Zersetzung des aus dem Reduktionsmittel gewonnenen Ammoniaks zu vermeiden.
Besonders bevorzugt ist dabei, wenn das erste Dosierelement und das zweite Dosierelement aus einem gemeinsamen Reduktionsmittelbehälter mit Reduktionsmittel versorgt werden. Durch einen gemeinsamen Reduktionsmittelbehälter ist eine besonders einfache und kostengünstige Versorgung der beiden Dosierelemente mit dem Reduktionsmittel möglich.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass stromabwärts des ersten Dosierelements und stromaufwärts des Partikelfilters mit der Beschichtung zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden ein Abgasmischer in dem Abgaskanal angeordnet ist. Durch einen Abgasmischer kann eine homogene Verteilung des Reduktionsmittels im Abgasstrom vor Eintritt in den Partikelfilter erreicht werden. Dabei kann durch den Abgasmischer die Länge der Mischstrecke verkürzt werden, um eine solche homogene Verteilung zu erreichen. Dadurch kann der Partikelfilter näher am Auslass des Verbrennungsmotors angeordnet werden, wodurch ein Aufheizen des Partikelfilters nach einem Kaltstart des Verbrennungsmotors oder zur Regeneration des Partikelfilters begünstigt wird.
Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, miteinander kombinierbar.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Gleiche Bauteile oder Bauteile mit gleicher Funktion sind dabei in den unterschiedlichen Figuren mit den gleichen Bezugsziffern gekennzeichnet. Es zeigen:

1 einen Verbrennungsmotor mit einem erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystem gemäß einer ersten Ausführungsform;
2 einen Verbrennungsmotor mit einem erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystem gemäß einer zweiten Ausführungsform; und
3 ein Diagramm mit einem Fahrprofil eines Kraftfahrzeuges, wobei eine erste Ammoniakkonzentration N1 und eine zweite Ammoniak-Konzentration N2 als Funktion der Zeit dargestellt sind, wobei zusätzlich die Integrale dargestellt sind.

1 zeigt die schematische Darstellung eines Verbrennungsmotors 10 mit einem Luftversorgungssystem 20 und einer Abgasanlage 40. Der Verbrennungsmotor 10 ist als ein direkteinspritzender Dieselmotor ausgeführt und weist mehrere Brennräume 12 auf. An den Brennräumen 12 ist jeweils ein Kraftstoffinjektor 14 zur Einspritzung eines Kraftstoffes in den jeweiligen Brennraum 12 angeordnet. Der Verbrennungsmotor 10 ist mit seinem Einlass 16 mit einem Luftversorgungssystem 20 und mit seinem Auslass 18 mit einer Abgasanlage 40 verbunden. Der Verbrennungsmotor 10 umfasst ferner eine Hochdruck-Abgasrückführung mit einem Hochdruck-Abgasrückführungsventil, über welches ein Abgas des Verbrennungsmotors 10 von dem Auslass 18 zum Einlass 16 zurückgeführt werden kann. An den Brennräumen 12 sind Einlassventile und Auslassventile angeordnet, mit welchen eine fluidische Verbindung vom Luftversorgungssystem 20 zu den Brennräumen 12 oder von den Brennräumen 12 zur Abgasanlage 40 geöffnet oder verschlossen werden kann.
Das Luftversorgungssystem 20 umfasst einen Ansaugkanal 28, in welchem in Strömungsrichtung von Frischluft durch den Ansaugkanal 28 ein Luftfilter 22, stromabwärts des Luftfilters 22 ein Luftmassenmesser 24, insbesondere ein Heißfilmluftmassenmesser, stromabwärts des Luftmassenmessers 24 ein Verdichter 26 eines Abgasturboladers 36, stromabwärts des Verdichters 26 eine Drosselklappe 30 und weiter stromabwärts ein Ladeluftkühler 32 angeordnet sind. Dabei kann der Luftmassenmesser 24 auch in einem Filtergehäuse des Luftfilters 22 angeordnet sein, sodass der Luftfilter 22 und der Luftmassenmesser 24 eine Baugruppe ausbildet. Stromabwärts des Luftfilters 22 und stromaufwärts des Verdichters 26 ist eine Einmündung 34 vorgesehen, an welcher eine Abgasrückführungsleitung 86 einer Niederdruck-Abgasrückführung 80 in den Ansaugkanal 28 mündet.
Die Abgasanlage 40 umfasst einen Abgaskanal 42, in welchem in Strömungsrichtung eines Abgases des Verbrennungsmotors 10 durch den ersten Abgaskanal 42 eine Turbine 44 des Abgasturboladers 36 angeordnet ist, welche den Verdichter 26 im Luftversorgungssystem 20 über eine Welle antreibt. Der Abgasturbolader 36 ist vorzugsweise als Abgasturbolader 36 mit variabler Turbinengeometrie ausgeführt. Dazu sind einem Turbinenrad der Turbine 44 verstellbare Leitschaufeln vorgeschaltet, über welche die Anströmung des Abgases auf die Schaufeln der Turbine 44 variiert werden kann. Stromabwärts der Turbine 44 sind mehrere Abgasnachbehandlungskomponenten 46, 48, 50, 52, 54 vorgesehen. Dabei ist unmittelbar stromabwärts der Turbine 44 als erste Komponente der Abgasnachbehandlung ein Oxidationskatalysator 46 oder ein NOx-Speicherkatalysator angeordnet. Stromabwärts des Oxidationskatalysators 46 oder des NOx-Speicherkatalysators ist ein Partikelfilter 48 mit einer Beschichtung 50 zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden (SCR-Beschichtung) angeordnet. Stromabwärts des Partikelfilters 48 ist vorzugsweise in Unterbodenlage eines Kraftfahrzeuges ein zweiter SCR-Katalysator 52 im Abgaskanal 42 angeordnet. Der zweite SCR-Katalysator 52 weist einen Ammoniak-Sperrkatalysator 54 auf. Stromabwärts des Oxidationskatalysators 46 und stromaufwärts des Partikelfilters 48 mit der SCR-Beschichtung 50 ist ein erstes Dosierelement 56 zur Eindosierung eines Reduktionsmittels 78 in den Abgaskanal 42 vorgesehen. Stromabwärts des Partikelfilters 48 zweigt eine Abgasrückführungsleitung 86 einer Niederdruck-Abgasrückführung 80 an einer Verzweigung 72 aus dem Abgaskanal 42 ab. Stromabwärts der Verzweigung 72 und stromaufwärts des zweiten SCR-Katalysators 52 ist ein zweites Dosierelement 58 angeordnet, um das Reduktionsmittel 78 in den Abgaskanal 42 einzudosieren. Das erste Dosierelement 56 und das zweite Dosierelement 58 sind jeweils über eine Reduktionsmittelleitung 74 mit einem gemeinsamen Reduktionsmittelbehälter 76 verbunden, in welchem das Reduktionsmittel 78 bevorratet ist. Ferner umfasst die Abgasanlage 40 eine Abgasklappe 60, mit welcher die Abgasrückführung über die Niederdruck-Abgasrückführung 80 gesteuert werden kann.
Die Abgasrückführung 80 umfasst neben der Abgasrückführungsleitung 86 einen Abgasrückführungskühler 82 und ein Abgasrückführungsventil 84, über welches die Abgasrückführung durch die Abgasrückführungsleitung 86 steuerbar ist. An der Abgasrückführungsleitung 86 der Abgasrückführung 80 ist ein Temperatursensor 88 vorgesehen, über welchen eine Abgastemperatur in der Abgasrückführung 80 ermittelt werden kann, um die Abgasrückführung 80 zu aktivieren, sobald die Abgastemperatur in der Abgasrückführung 80 einen definierten Schwellenwert überschritten hat. Somit kann verhindert werden, dass Wasserdampf oder im Abgas enthaltenes Reduktionsmittel zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden, insbesondere flüssige Harnstofflösung, auskondensiert und in der Abgasrückführung 80 oder im Luftversorgungssystem 20 zu Beschädigungen oder Ablagerungen führt. Stromabwärts der Verzweigung und stromaufwärts des Abgasrückführungskühlers 82 kann ein Filter vorgesehen werden, um den Eintrag von Partikeln in die Abgasrückführung 80 zu minimieren. Der Abgasrückführungskanal 86 mündet an einer Einmündung 34 in die Ansaugleitung 28 des Luftversorgungssystems 20.
In der Abgasanlage 40 ist stromabwärts des Oxidationskatalysators 46 und stromaufwärts des ersten Dosierelements 56 ein erster NOx-Sensor 62 angeordnet. Stromabwärts des Partikelfilters 48 und stromaufwärts der Verzweigung 72 ist ein zweiter NOx-Sensor 64 angeordnet. Ferner weist der Partikelfilter 48 einen Differenzdrucksensor 66 auf, mit welchem eine Druckdifferenz Δp über den Partikelfilter 48 ermittelt wird. Auf diese Weise kann der Beladungszustand des Partikelfilters 52 ermittelt und bei Überschreiten eines definierten Beladungsniveaus eine Regeneration des Partikelfilters 52 eingeleitet werden. Ferner ist in der Abgasanlage 40 ein Temperatursensor 38 vorgesehen, um die Abgastemperatur zu ermitteln.
Stromabwärts des ersten Dosierelements 56 und stromaufwärts des Partikelfilters 48 kann ein erster Abgasmischer 68 vorgesehen sein, um eine Durchmischung von Abgasstrom des Verbrennungsmotors 10 und Reduktionsmittel 78 vor Eintritt in den Partikelfilter 48 mit der SCR-Beschichtung 50 zu verbessern und die Länge der Mischstrecke zu verkürzen. Stromabwärts des zweiten Dosierelements 58 und stromaufwärts des zweiten SCR-Katalysators 52 kann ein zweiter Abgasmischer 70 angeordnet sein, um die Vermischung von Abgasstrom und Reduktionsmittel 78 zu verbessern und das Verdampfen des Reduktionsmittels 78 im Abgaskanal 42 zu unterstützen.
Der Verbrennungsmotor 10 ist mit einem Motorsteuergerät 90 verbunden, welches über nicht dargestellte Signalleitungen mit den NOx-Sensoren 62, 64, dem Differenzdrucksensor 66, den Temperatursensoren 38, 88 sowie mit den Kraftstoffinjektoren 14 des Verbrennungsmotors 10 und den Dosierelementen 56, 58 verbunden ist.
In 2 ist ein Verbrennungsmotor mit einem erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungssystem gemäß einer zweiten Ausführungsform dargestellt. Wie im Falle der Ausführungsform, die in 1 gezeigt ist, weist das Abgasnachbehandlungssystem des Verbrennungsmotors 10 einen Partikelfilter 48 mit einer Beschichtung 50 zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden auf. Stromaufwärts des Partikelfilters 48 ist ein erster NOx-Sensor 62 angeordnet ist, sowie ein erstes Dosierelement 56, mit welchem ein Reduktionsmittel 78 stromaufwärts des Partikelfilters 48 in den Abgaskanal 42 eindosierbar ist. Stromabwärts des Dosierelementes ist ein Abgasmischer 68 angeordnet.
Ferner ist stromabwärts des Partikelfilters 48 ein zweiter NOx-Sensor 64 angeordnet. Ferner ist stromabwärts des zweiten NOx-Sensors 64 ein zweiter SCF Katalysator 52 angeordnet und stromabwärts des zweiten SCF Katalysators 52 ist ein dritter NOx-Sensor 110 angeordnet. Stromabwärts zum zweiten NOx-Sensor 64 ist ein zweites Dosierelement 58 angeordnet und ein zweiter Abgasmischer 70.
Es erfolgt eine Messung einer ersten NOx-Konzentration NOx_1 stromaufwärts des Partikelfilters 48, 50 mittels des ersten NOx-Sensors 62. Es erfolgt zudem eine Messung einer zweiten NOx-Konzentration NOx_2 stromabwärts des Partikelfilters 48, 50 mittels des zweiten NOx-Sensors 64.
Es erfolgt optional ein Messen einer dritten NOx-Konzentration NOx_3 stromabwärts des zweiten SCF Katalysators 52 mittels des dritten NOx-Sensors 110.
Eine zweite Ammoniakkonzentration N2 wird nun auf Grundlage der ersten NOx-Konzentration NOx_1 und auf Grundlage der zweiten NOx-Konzentration NOx_2 bestimmt.
Eine dritte Ammoniakkonzentration N3 wird optional auf Grundlage der zweiten NOx-Konzentration NOx_2 und der dritten NOx-Konzentration NOx_3 durch Differenzbildung bestimmt, analog zur Bestimmung der zweiten Ammoniakkonzentration. Hierbei kann ebenfalls der Wirkungsgrad des zweiten SCF Katalysators einbezogen werden, analog zu dem für die Berechnung der zweiten Ammoniakkonzentration N2 dargestellten Verfahren.
In 3 ist ein Diagramm mit einem Fahrprofil eines Kraftfahrzeuges gezeigt, wobei eine erste Ammoniakkonzentration N1 und eine zweite Ammoniak-Konzentration N2 als Funktion der Zeit dargestellt sind.
Um die die Ammoniakkonzentration N2 zu bestimmen, wird mittels des ersten NOx-Sensors 62 die NOx Konzentration stromauf des Partikelfilters/Stickoxid Katalysators 48, 50 gemessen. Da die Messung des ersten NOx-Sensors 62 stromauf des Partikelfilters/Stickoxid Katalysators 48, 50 erfolgt und die Eindosierung des Reduktionsmittels sowie die Reduktion der Stickoxide stromabwärts des ersten Sensors NOx-Sensors 62 erfolgen, ist das Abgas mit Stickoxiden angereichert, da eine Reduktion der Stickoxide noch nicht stattgefunden hat. Der erste NOx-Sensor 62 misst somit die Konzentration an Stickoxiden vor der katalytischen Reduktion.
Stromabwärts des ersten NOx-Sensors 62 wird Reduktionsmittel, welches als Ammoniak-Quelle dient, eindosiert. Danach gelangt das Abgas in den Partikelfilter/Stickoxid-Katalysator 48, 50, wobei die im Abgas enthaltenen Stickoxide durch den nun in den Abgasen enthaltenen Ammoniak reduziert werden. Nach Austritt aus dem Partikelfilter/Stickoxid-Katalysator 48, 50 gelangt das nun weitestgehend gereinigte Abgas zum zweiten NOx-Sensor 64. Es ist zu beachten, dass NOx-Sensoren sowohl sensitiv für Stickoxide als auch sensitiv für Ammoniak sind. Der zweite NOx-Sensor 64 misst somit die Gesamtkonzentration an Ammoniak und noch verbleibenden Stickoxiden. Die zweite Ammoniak-Konzentration N2 wird auf Grundlage der folgenden Gleichung bestimmt: $N 2 * x = N O x_2 - N O x_{1} * (1 - W i r k u n g s g r a d m o d e l l S D P F)$
Der Faktor x repräsentiert die Querempfindlichkeit des Sensors.
Sofern im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung von NOx-Sensor(en) die Rede ist, sind hiervon auch Ammoniaksensoren umfasst. In der oben genannten Gleichung kann diese Fallgestaltung über die Querempfindlichkeit x des Sensors berücksichtigt werden.
In die Gleichung findet der Wirkungsgrad des Partikelfilters in den Partikelfilter/Stickoxid-Katalysator 48, 50 Eingang. Der Wirkungsgrad trägt der Tatsache Rechnung, dass der Partikelfilter/Stickoxid-Katalysator 48, 50 in der Regel keine vollständige Umsetzung der Stickoxide ermöglicht. Insbesondere mit zunehmender Zeit findet eine Alterung des Partikelfilter/Stickoxid-Katalysators 48, 50 statt, womit der Wirkungsgrad des Partikelfilter/Stickoxid-Katalysators 48, 50 mit der Zeit abnimmt.
Im Falle einer vollständigen Umsetzung wäre ein Wirkungsgrad von 1 anzunehmen, das heißt, es kommt zu einer vollständigen Umsetzung der zuvor im Abgas enthaltenen Stickoxide durch den Partikelfilter/Stickoxid-Katalysator 48, 50. Im gereinigten Abgas, welches am zweiten NOx-Sensor 64 gemessen wird, sind folglich keine Stickoxide mehr enthalten und der durch den zweiten NOx-Sensor 64 gemessene Wert entspricht der noch im Abgas enthaltenen Ammoniak-Konzentration, also dem überschüssigen Ammoniak, das heißt dem Ammoniak-Schlupf. In dieser Fallgestaltung entspricht die zweite Ammoniak-Konzentration N2 der Stickoxidkonzentration NOx_2, die am zweiten Stickoxid-Sensor 64 gemessen wurde.
Im Falle einer nur teilweisen Umsetzung der Stickoxide durch den Partikelfilter/Stickoxid-Katalysator 48, 50 liegt ein Wirkungsgrad von kleiner 1 vor. Im gereinigten Abgas, welches am zweiten NOx-Sensor 64 gemessen wird, sind noch Stickoxide enthalten. Da, wie bereits erwähnt, Stickoxid-Sensoren sowohl sensitiv für Stickoxide als auch für Ammoniak sind, entspricht der am zweiten NOx-Sensor 64 gemessene Wert der Gesamtkonzentration von Ammoniak und Stickoxiden. Die oben genannte Formel trägt dem Rechnung, in dem auf Grundlage des Wirkungsgrades und der vom ersten Stickoxid-Sensor 62 gemessenen Stickoxid-Konzentration NOx_1, der Gehalt an verbleibenden Stickoxiden herausgerechnet wird.
Die zweite Ammoniak-Konzentration N2 ist als integral gemessener Wert über die Zeit dargestellt. Hierdurch wird ein Hintergrundrauschen, also vereinzelt auftretende, durch Messungenauigkeiten bedingte Messwertabweichungen herausgemittelt. Zur Bestimmung von N2 wird in diesem Sinne ein hinreichend langes Zeitintervall betrachtet.
Die erste Ammoniakkonzentration N1 wird ohne Berücksichtigung der ersten NOx-Konzentration NOx_1 und ohne Berücksichtigung der zweiten NOx-Konzentration NOx_2 bestimmt. Anders ausgedrückt wird, anders als im Falle der zweiten Ammoniak-Konzentration N2, die erste Ammoniak-Konzentration N1 nicht aufgrund der tatsächlichen Stickoxid-Konzentration bestimmt. Die erste Ammoniak-Konzentration N1 bildet vielmehr modellhaft eine üblicherweise erwartete Konzentration eines künstlich auf einen Referenzwert gealterten Katalysators ab. Um der Katalysatoralterung bei der Berechnung der ersten Ammoniak-Konzentration N1 Rechnung zu tragen, sind aus dem Stand der Technik verschiedene Einflussgrößen bekannt.
So ist beispielsweise denkbar, die Anzahl der Regenerationszyklen des Partikelfilters als Maß für die Katalysator-Alterung heranzuziehen, um rein vorgesteuert einen Alterungsfaktor zu bestimmen. Ferner kann das insgesamt in den Partikelfilter eingebrachte Reduktionsmittel als Grundlage für die Berechnung der Alterung des Partikelfilters dienen. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die insgesamt eingebrachte Wärmemenge als Grundlage für die Berechnung der Alterung des Partikelfilters heranzuziehen.
In vorliegender Ausführungsform wurde von einem für einen FUL (full usefull life) erwarteten NH3-Schlupf ausgegangen, wobei dieser mit dem tatsächlichen Schlupf verglichen wurde, um den Alterungsfaktor zu bestimmen. In 3 ist die Ammoniak-Konzentration N1, wie im Fall der Ammoniak-Konzentration N2, als Integral über die Zeit dargestellt. Es sei nochmals ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die erste Ammoniak-Konzentration N1 lediglich modellhaft die Alterung des Katalysators beschreibt.
Daher ist es erfindungsgemäß vorgesehen, einen Alterungsfaktor C zu bestimmen, der die tatsächlich gemessene Stickoxid Konzentration und die daraus ermittelte NH3-Konzentration berücksichtigt. Dies geschieht durch Berücksichtigung der zweiten Ammoniak-Konzentration N2, wobei der Alterungsfaktor proportional zum Quotienten N2/N1 der zweiten Ammoniakkonzentration N2 und der ersten Ammoniakkonzentration N1 ist.
In dem in 3 dargestellten Fahrprofil, ist die Ammoniak-Konzentration N2 als Integral über die Zeit kleiner als die Ammoniak-Konzentration N1. Im dargestellten Beispiel ist der Katalysator folglich weniger stark gealtert als nach Ammoniak-Konzentration 1 zu erwarten wäre. Folglich ist der Alterungsfaktor kleiner 1.
Der durch das hier beschriebene Verfahren erhaltene Alterungsfaktor kann nun dazu verwendet werden, die Eindosierung des Reduktionsmittels anzupassen.
Bezugszeichenliste

10: Verbrennungsmotor
12: Brennraum
14: Kraftstoffinjektor
16: Einlass
18: Auslass
20: Luftversorgungsystem
22: Luftfilter
24: Luftmassenmesser
26: Verdichter
28: Ansaugkanal
30: Drosselklappe
32: Ladeluftkühler
34: Einmündung
36: Abgasturbolader
38: Temperatursensor
40: Abgasanlage
42: Abgaskanal
44: Turbine
46: Oxidationskatalysator / NOx-Speicherkatalysator
48: Partikelfilter
50: Beschichtung zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden
52: zweiter SCR-Katalysator
54: Ammoniak-Sperrkatalysator
56: erstes Dosierelement
58: zweites Dosierelement
60: Abgasklappe
62: erster NOx-Sensor
64: zweiter NOx-Sensor
66: Differenzdrucksensor
68: erster Abgasmischer
70: zweiter Abgasmischer
72: Verzweigung
74: Reduktionsmittelleitung
76: Reduktionsmittelbehälter
78: Reduktionsmittel
80: Niederdruck-Abgasrückführung
82: Abgasrückführungskühler
84: Abgasrückführungsventil
86: Abgasrückführungsleitung
88: Temperatursensor
90: Motorsteuergerät
105: Diesel-Oxidationskatalysator
110: dritter NOx-Sensor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010026317 A1 [0008]
DE 102010026373 A1 [0009]
DE 102014019483 A1 [0010]
DE 102011086625 A1 [0011]
DE 102016219555 A1 [0012]
DE 102017201400 A1 [0013]

Claims

Verfahren zur Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors (10), der mit seinem Auslass (18) mit einer Abgasanlage (40) verbunden ist, wobei in der Abgasanlage (40) stromabwärts einer Turbine (44) eines Abgasturboladers (36) ein SCR-Katalysator oder Partikelfilter (48) mit einer Beschichtung (50) zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden angeordnet ist, und wobei stromaufwärts des SCR-Katalysators oder Partikelfilters (48) ein erster NOx-Sensor (62) angeordnet ist, mit einem Dosierelement (56), mit welchem ein Reduktionsmittel (78) stromaufwärts des SCR-Katalysators oder Partikelfilters (48) in den Abgaskanal (42) eindosierbar ist, und wobei stromabwärts des SCR-Katalysators oder Partikelfilters (48) ein zweiter NOx-Sensor (64) angeordnet ist und das Verfahren ferner die folgende weiteren Schritte umfasst: - Eindosieren des Reduktionsmittels (78) in den Abgaskanal (42) des Verbrennungsmotors (10); - Bestimmen einer ersten Ammoniakkonzentration (N1); - Messen einer ersten NOx-Konzentration (NOx_1) mittels des ersten NOx-Sensors (62); - Messen einer zweiten NOx-Konzentration (NOx_2) stromabwärts des Partikelfilters (48) mittels des zweiten NOx-Sensors (64); - Bestimmen der zweiten Ammoniakkonzentration (N2) auf Grundlage der ersten NOx-Konzentration (NOx_1) und auf Grundlage der zweiten NOx-Konzentration (NOx_2); - Bestimmen eines Alterungsfaktors C, wobei der Alterungsfaktor proportional zum Quotienten (N2/N1) der zweiten Ammoniakkonzentration (N2) und der ersten Ammoniakkonzentration (N1) ist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Eindosierung des Reduktionsmittels (78) auf Basis des berechneten Alterungsfaktors C angepasst wird.
Verfahren zur Abgasnachbehandlung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Ammoniakkonzentration N1 und die zweite die Ammoniakkonzentration N2 durch Integration über die Zeit gebildet werden.
Verfahren zur Abgasnachbehandlung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Ammoniakkonzentration (N2) auf Grundlage der ersten NOx-Konzentration (NOx_1), auf Grundlage der zweiten NOx-Konzentration (NOx_2), sowie auf Grundlage eines Wirkungsgradmodells für die selektive katalytische Reduktion von Stickoxiden des SCR-Katalysators oder Partikelfilters (48) ermittelt wird.
Verfahren zur Abgasnachbehandlung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Ammoniakkonzentration (N2) nach der folgenden Formel ermittelt wird: N2 * x = NOx_2 - (NOx₁ * (1 - WirkungsgradmodellSDPF)) wobei x die Querempfindlichkeit des Sensors für Ammoniak berücksichtigt.
Verfahren zur Abgasnachbehandlung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Ammoniakkonzentration (N1) modellhaft den Ammoniakschlupf eines auf Grundlage eines Referenzwertes gealterten Katalysators abbildet.
Verfahren zur Abgasnachbehandlung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Ammoniakkonzentration (N1) ohne Berücksichtigung der ersten NOx-Konzentration (NOx_1) bestimmt wird.
Verfahren zur Abgasnachbehandlung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Ammoniakkonzentration (N1) ohne Berücksichtigung der zweiten NOx-Konzentration (NOx_2) bestimmt wird.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei stromabwärts des zweiten NOx-Sensor (64) ein zweiter SCF Katalysator (58) angeordnet ist und stromabwärts des zweiten SCF Katalysators (52) ein dritter NOx-Sensor (110) angeordnet ist, wobei das Verfahren ferner die folgende weiteren Schritte umfasst: - Messen einer dritten NOx-Konzentration (NOx_3) stromabwärts des zweiten SCF Katalysators mittels des dritten NOx-Sensors (110); - Bestimmen einer dritten Ammoniakkonzentration (N3) auf Grundlage der zweiten NOx-Konzentration (NOx_2) und der dritten NOx-Konzentration (NOx_3).
Abgasnachbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor (10), welcher über einen Auslass (18) mit einer Abgasanlage (40) verbunden ist, wobei in der Abgasanlage (40) stromabwärts einer Turbine (44) eines Abgasturboladers (36) ein Partikelfilter (48) mit einer Beschichtung (50) zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden angeordnet ist, und wobei stromaufwärts des Partikelfilters (48) ein erster NOx-Sensor (62) angeordnet ist, und wobei das Abgasnachbehandlungssystem ein Dosierelement (56) aufweist, mit welchem ein Reduktionsmittel (78) stromaufwärts des Partikelfilters (48) in den Abgaskanal (42) eindosierbar ist, und wobei stromabwärts des Partikelfilters (48) ein zweiter NOx-Sensor (64) angeordnet ist und wobei das Abgasnachbehandlungssystem ausgebildet ist, ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen.