DE102021005095A1 - Control device for controlling a hydrogen content of an exhaust gas of an internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Steuergerät für einen Antriebsstrang, umfassend einen Verbrennungsmotor, zum Steuern des Verbrennungsmotors, so dass ein Wasserstoffgehalt eines Abgases angepasst wird.
Das erfindungsgemäße Steuergerät (1) für einen Antriebsstrang (2), umfassend einen Verbrennungsmotor (3) und ein Abgasnachbehandlungssystem (4), wobei der Verbrennungsmotor (3) als Wasserstoffmotor ausgeführt ist und das Abgasnachbehandlungssystem (4) ein erstes DeNOx System (5) umfasst, ist ausgebildet und eingerichtet, die folgenden Schritte durchzuführen:
- Erfassen eines Gehalts (S10) einer Komponente eines Abgases stromauf oder stromab des ersten DeNOx Systems (5) und
- Steuern (S40) des Verbrennungsmotors (3), so dass ein H2 Gehalt des Abgases basierend auf dem erfassten Gehalt (S10) angepasst wird.
The invention relates to a control device for a drive train, comprising an internal combustion engine, for controlling the internal combustion engine so that a hydrogen content of an exhaust gas is adjusted.
The control device (1) according to the invention for a drive train (2), comprising an internal combustion engine (3) and an exhaust gas aftertreatment system (4), wherein the internal combustion engine (3) is designed as a hydrogen engine and the exhaust gas aftertreatment system (4) includes a first DeNOx system (5). , is trained and equipped to perform the following steps:
- detecting a content (S10) of a component of an exhaust gas upstream or downstream of the first DeNOx system (5) and
- Control (S40) of the internal combustion engine (3) so that an H2 content of the exhaust gas is adjusted based on the detected content (S10).
Description
Die Erfindung betrifft ein Steuergerät für einen Antriebsstrang, umfassend einen Verbrennungsmotor, zum Steuern des Verbrennungsmotors, so dass ein Wasserstoff gehalt eines Abgases angepasst wird.The invention relates to a control device for a drive train, comprising an internal combustion engine, for controlling the internal combustion engine so that a hydrogen content of an exhaust gas is adjusted.
Aus der
Das erfindungsgemäße Steuergerät für einen Antriebsstrang, umfassend einen Verbrennungsmotor und ein Abgasnachbehandlungssystem, wobei der Verbrennungsmotor als Wasserstoffmotor ausgeführt ist und das Abgasnachbehandlungssystem ein erstes DeNOx System umfasst, ist ausgebildet und eingerichtet, die folgenden Schritte durchzuführen:
- - Erfassen eines Gehalts einer Komponente eines Abgases stromauf oder stromab des ersten DeNOx Systems und
- - Steuern des Verbrennungsmotors, so dass ein Gehalt an Wasserstoff (H2) des Abgases basierend auf dem erfassten Gehalt angepasst wird.
- - detecting a content of a component of an exhaust gas upstream or downstream of the first DeNOx system and
- - controlling the internal combustion engine so that a hydrogen (H2) content of the exhaust gas is adjusted based on the detected content.
Dadurch, dass das Steuergerät den Verbrennungsmotor so steuert, dass ein H2 Gehalt des Abgases basierend auf dem erfassten Gehalt angepasst wird, ermöglicht die Erfindung, dass ein für eine Abgasreinigung durch das erste DeNOx System erforderlicher H2 Gehalt bereitgestellt werden kann. Das hat den Vorteil, dass der H2 Gehalt des Abgases angepasst werden kann, ohne dass eine zusätzliche Dosiervorrichtung erforderlich ist, um Wasserstoff stromauf des ersten DeNOx Systems bereitzustellen.Because the control device controls the internal combustion engine in such a way that an H2 content of the exhaust gas is adjusted based on the detected content, the invention makes it possible for an H2 content required for exhaust gas cleaning by the first DeNOx system to be provided. This has the advantage that the H2 content of the exhaust gas can be adjusted without requiring an additional dosing device to provide hydrogen upstream of the first DeNOx system.
Als DeNOx System wird ein System zum Reduzieren von NOx Emissionen verstanden. Dies kann beispielsweise ein SCR Katalysator oder ein NOx Speicherkatalysator sein.A DeNOx system is understood to mean a system for reducing NOx emissions. This can be an SCR catalytic converter or a NOx storage catalytic converter, for example.
Als Erfassen wird hier sowohl ein Messen mithilfe eines stromauf und/oder stromab des ersten DeNOx Systems angeordneten Sensors verstanden als auch alternativ oder ergänzend ein Berechnen des Gehalts der Komponente des Abgases mithilfe eines Modells und/oder eines Kennfelds. Als Sensor kann beispielsweise eine NOx oder H2 Sonde, aber auch eine Lambdasonde eingesetzt werden.Here, detection is understood to mean both measuring using a sensor arranged upstream and/or downstream of the first DeNOx system and, alternatively or additionally, calculating the content of the component of the exhaust gas using a model and/or a map. A NOx or H2 probe, for example, but also a lambda probe can be used as a sensor.
Bevorzugt erfasst das Steuergerät einen Wasserstoffgehalt stromauf des ersten DeNOx Systems. Durch ein Vergleichen mit einem beispielsweise in einem Kennfeld hinterlegten erforderlichen Wasserstoffgehalt, steuert das Steuergerät den Verbrennungsmotor zum Anpassen des Wasserstoffgehalts.The control device preferably detects a hydrogen content upstream of the first DeNOx system. By comparing it with a required hydrogen content stored in a characteristic map, for example, the control unit controls the internal combustion engine to adjust the hydrogen content.
Alternativ oder ergänzend erfasst das Steuergerät einen Gehalt von Stickoxiden (NOx) stromab des ersten DeNOx Systems. Durch Vergleichen mit einem Zielwert für eine Stickoxidemission veranlasst das Steuergerät ein Steuern des Verbrennungsmotors, so dass der Wasserstoffgehalt des Abgases angepasst wird.Alternatively or in addition, the control device detects a level of nitrogen oxides (NOx) downstream of the first DeNOx system. By comparing with a target value for a nitrogen oxide emission, the control unit causes the internal combustion engine to be controlled so that the hydrogen content of the exhaust gas is adjusted.
Als Steuern wird hier ein Steuern mit offenem oder zeitweise geschlossenem Wirkungsweg als auch eine Regelung mit einem geschlossenen Wirkungsablauf verstanden.Control is understood here to mean control with an open or temporarily closed path of action as well as regulation with a closed course of action.
Vorzugsweise ist das Steuergerät ausgebildet und eingerichtet ist, die folgenden Schritte durchzuführen:
- - Erfassen eines ersten Gehalts einer Komponente eines Abgases stromauf des ersten DeNOx Systems,
- - Erfassen eines zweiten Gehalts der Komponente des Abgases stromab des ersten DeNOx Systems,
- - Vergleichen des ersten und des zweiten erfassten Gehalts der Komponente und
- - Steuern des Verbrennungsmotors, so dass ein H2 Gehalt des Abgases basierend auf dem Ergebnis des Vergleichens angepasst wird.
- - detecting a first content of a component of an exhaust gas upstream of the first DeNOx system,
- - detecting a second content of the component of the exhaust gas downstream of the first DeNOx system,
- - comparing the first and second detected content of the component and
- - controlling the internal combustion engine so that an H2 content of the exhaust gas is adjusted based on the result of the comparison.
Dadurch, dass das Steuergerät den Verbrennungsmotor so steuert, dass ein H2 Gehalt des Abgases basierend auf dem Ergebnis des Vergleichens angepasst wird, ermöglicht die Erfindung, dass ein für eine Abgasreinigung durch das erste DeNOx System erforderlicher H2 Gehalt unter Berücksichtigung einer Veränderung des Gehalts der Komponente über das erste DeNOx System bereitgestellt werden kann.Because the controller controls the internal combustion engine so that an H2 content of the exhaust gas is adjusted based on the result of the comparison, the invention enables an H2 content required for exhaust gas purification by the first DeNOx system taking into account a change in the content of the component can be provided via the first DeNOx system.
Bevorzugt erfasst das Steuergerät einen ersten und einen zweiten NOx Gehalt des Abgases. Basierend auf dem Vergleichen des ersten und des zweiten NOx Gehalts kann das Steuergerät eine NOx Konvertierungsrate des ersten DeNOx Systems bestimmen. Ist die NOx Konvertierungsrate zu niedrig, kann der Verbrennungsmotor so gesteuert werden, dass ein H2 Gehalt des Abgases angepasst wird.The control device preferably records a first and a second NOx content of the exhaust gas. Based on comparing the first and second NOx levels, the controller may determine a NOx conversion rate of the first deNOx system. If the NOx conversion rate is too low, the internal combustion engine can be controlled in such a way that the H2 content of the exhaust gas is adjusted.
Besonders bevorzugt erfasst das Steuergerät den zweiten NOx Gehalt mittels eines stromab des ersten DeNOx Systems angeordneten Sensors und den ersten NOx Gehalt mittels eines Modells. So kann ein Sensor eingespart und Kosten reduziert werden. Der stromab des ersten DeNOx Systems angeordnete Sensor kann dabei beispielsweise als NOx Sonde oder Lambdasonde ausgeführt sein.The control unit particularly preferably detects the second NOx content using a sensor arranged downstream of the first DeNOx system and the first NOx content using a model. So one sensor can be saved and costs reduced. The sensor arranged downstream of the first DeNOx system can be designed, for example, as a NOx probe or lambda probe.
Als zu niedrig wird hier eine NOx Konvertierungsrate kleiner 85 %, bevorzugt kleiner 90 %, besonders bevorzugt kleiner 95 % verstanden.A NOx conversion rate of less than 85%, preferably less than 90%, particularly preferably less than 95%, is understood here as being too low.
Vorzugsweise ist der Verbrennungsmotor als direkteinspritzender Wasserstoffmotor ausgeführt und das Steuergerät ausgebildet und eingerichtet, beim Steuern des Verbrennungsmotors Wasserstoff in einem Ausschiebetakt des Verbrennungsmotors dem Verbrennungsmotor zuzuführen, so dass der H2 Gehalt des Abgases basierend auf dem erfassten Gehalt oder basierend auf dem Ergebnis des Vergleichens angepasst werden kann.The internal combustion engine is preferably designed as a direct-injection hydrogen engine and the control unit is designed and set up to supply hydrogen to the internal combustion engine when controlling the internal combustion engine in an exhaust stroke of the internal combustion engine, so that the H2 content of the exhaust gas is adjusted based on the detected content or based on the result of the comparison can.
Dadurch, dass das Steuergerät ein Zuführen von Wasserstoff im Ausschiebetakt des Verbrennungsmotors veranlasst, ermöglicht die Erfindung, dass der H2 Gehalt des Abgases basierend auf dem erfassten Gehalt oder basierend auf dem Ergebnis des Vergleichens ohne eine wesentliche Veränderung des Ablaufs der Verbrennung angepasst werden kann.Because the control unit causes hydrogen to be supplied in the exhaust stroke of the internal combustion engine, the invention enables the H2 content of the exhaust gas to be adjusted based on the detected content or based on the result of the comparison without a significant change in the combustion process.
Ein Zuführen von Wasserstoff im Ausschiebetakt bedeutet, dass der Wasserstoff deutlich nach einem oberen Totpunkt, aber vor dem Öffnen eines Auslassventils eines Zylinders des Verbrennungsmotors, in den Zylinder eingebracht wird. Dadurch nimmt der so eingebrachte Wasserstoff an chemischen Reaktionen nicht oder nur sehr wenig teil und liegt weitgehend unverbrannt im Abgas vor.Supplying hydrogen in the exhaust stroke means that the hydrogen is introduced into the cylinder well after top dead center, but before an exhaust valve of a cylinder of the internal combustion engine opens. As a result, the hydrogen introduced in this way takes little or no part in chemical reactions and is largely unburned in the exhaust gas.
Vorzugsweise ist das Steuergerät ausgebildet und eingerichtet, beim Steuern des Verbrennungsmotors ein Brennstoff-Luft-Verhältnis, einen Zündzeitpunkt, einen Einspritzzeitpunkt, eine AGR-Rate und/oder einen Einlassdruck zu steuern.The control unit is preferably designed and set up to control a fuel/air ratio, an ignition point, an injection point, an EGR rate and/or an intake pressure when controlling the internal combustion engine.
Dadurch, dass das Steuergerät beim Steuern ein Brennstoff-Luft-Verhältnis, einen Zündzeitpunkt, einen Einspritzzeitpunkt, eine AGR-Rate und/oder einen Einlassdruck steuert, ermöglicht die Erfindung, dass ein Verbrennungsablauf so angepasst werden kann, dass der H2 Gehalt basierend auf dem erfassten Gehalt oder basierend auf dem Ergebnis des Vergleichens angepasst werden kann.Due to the fact that the control unit controls a fuel-air ratio, an ignition timing, an injection timing, an EGR rate and/or an intake pressure when controlling, the invention enables a combustion process to be adjusted in such a way that the H2 content is based on the recorded content or adjusted based on the result of the comparison.
Bevorzugt umfasst der Verbrennungsmotor eine Zündkerze zum Zünden des Wasserstoff-Luft Gemischs. Dadurch kann ein sicheres Zünden erreicht werden und durch Anpassen des Zündzeitpunkts kann unmittelbar ein Verbrennungsschwerpunkt und damit auch eine H2 Emission beeinflusst werden.The internal combustion engine preferably includes a spark plug for igniting the hydrogen-air mixture. As a result, reliable ignition can be achieved and by adjusting the ignition point, a combustion focus and thus also H2 emissions can be directly influenced.
Vorzugsweise ist das Steuergerät ausgebildet und eingerichtet, beim Steuern eine Klopfgrenze, einen Verbrennungsschwerpunkt, eine Lastanforderung und/oder eine NOx Emission des Verbrennungsmotors zu berücksichtigen.The control device is preferably designed and set up to take into account a knock limit, a combustion focus, a load requirement and/or NOx emissions of the internal combustion engine when controlling.
Dadurch, dass das Steuergerät beim Steuern eine Klopfgrenze, einen Verbrennungsschwerpunkt, eine Lastanforderung und/oder eine NOx Emission des Verbrennungsmotors zu berücksichtigen, ermöglicht die Erfindung, dass eine klopfende Verbrennung vermieden oder die Wahrscheinlichkeit eines Auftretens klopfender Verbrennung zumindest reduziert, eine gewünschte Leistung breitgestellt und der Kraftstoffverbrauch sowie die NOx Emission limitiert werden können.Because the control unit takes into account a knock limit, a combustion focus, a load requirement and/or NOx emissions of the internal combustion engine when controlling, the invention enables knocking combustion to be avoided or at least reduces the probability of knocking combustion occurring, a desired power to be provided and fuel consumption and NOx emissions can be limited.
Bevorzugt kann das Steuergerät ein Verhältnis eines Gehalts zwischen H2 und NOx steuern, so dass ausreichend H2 im Abgas vorhanden ist, um im Verbrennungsmotor entstehende NOx Emissionen im ersten DeNOx System zu reduzieren. Besonders bevorzugt ist das Verhältnis H2/NOx im Abgas größer oder gleich sieben.Preferably, the control unit can control a ratio of a content between H2 and NOx, so that sufficient H2 is present in the exhaust gas to reduce NOx emissions in the first DeNOx system produced in the internal combustion engine. The H2/NOx ratio in the exhaust gas is particularly preferably greater than or equal to seven.
Vorzugsweise umfasst das erste DeNOx System eine Dosiereinheit, wobei die Dosiereinheit ausgebildet und eingerichtet ist, ein H2- oder NH3-haltiges Reduktionsmittel dem Abgasnachbehandlungssystem zuzuführen. Das Steuergerät ist ausgebildet und eingerichtet, ein Zuführen des Reduktionsmittels durch die Dosiereinheit zu veranlassen.The first DeNOx system preferably includes a dosing unit, the dosing unit being designed and set up to supply a reducing agent containing H2 or NH3 to the exhaust gas aftertreatment system. The control unit is designed and set up to cause the reducing agent to be supplied by the dosing unit.
Dadurch, dass Steuergerät ein Zuführen des Reduktionsmittels durch die Dosiereinheit zu veranlassen, kann ein Wasserstoffgehalt im Abgas ohne einen Eingriff in das Steuern des Verbrennungsmotors basierend auf dem erfassten Gehalt oder basierend auf dem Ergebnis des Vergleichens angepasst werden.Because the control unit causes the reducing agent to be supplied by the dosing unit, a hydrogen content in the exhaust gas can be adjusted based on the detected content or based on the result of the comparison without intervention in the control of the internal combustion engine.
Bevorzugt veranlasst das Steuergerät ein Zuführen des Reduktionsmittels nur dann, wenn ein Steuern des Verbrennungsmotors nicht ausreicht, den H2 Gehalt des Abgases anzupassen, und/oder, wenn ein Zuführen des Reduktionsmittels aus energetischen Gründen oder hinsichtlich einer zu betrachtenden Emission günstiger als ein Steuern des Verbrennungsmotors ist.The control unit preferably only initiates the supply of the reducing agent if controlling the internal combustion engine is not sufficient to adjust the H2 content of the exhaust gas and/or if supplying the reducing agent is more favorable than controlling the internal combustion engine for energy reasons or with regard to an emission to be considered is.
Weiterhin bevorzugt ist die Dosiereinheit ausgebildet und eingerichtet, das Reduktionsmittel an zumindest zwei Positionen bezogen auf die Querschnittsfläche des Abgasnachbehandlungssystems einzubringen, so dass ein Vermischen von Reduktionsmittel und Abgas verbessert werden kann. Ebenfalls bevorzugt umfasst das Abgasnachbehandlungssystem stromab der Dosiereinheit einen Mischer, so dass ein Vermischen von Reduktionsmittel und Abgas verbessert werden kann.Furthermore, the dosing unit is preferably designed and set up to introduce the reducing agent at at least two positions relative to the cross-sectional area of the exhaust gas aftertreatment system, so that mixing of reducing agent and exhaust gas can be improved. Also preferably, the exhaust gas aftertreatment system comprises one downstream of the dosing unit Mixer so that mixing of reducing agent and exhaust gas can be improved.
Vorzugsweise ist das erste DeNOx System als H2-SCR System oder als NH3-SCR System ausgeführt ist.The first DeNOx system is preferably designed as an H2-SCR system or as an NH3-SCR system.
Dadurch, dass das erste DeNOx System als H2-SCR System oder als NH3-SCR System ausgeführt ist, können NOx Emissionen durch das Abgasnachbehandlungssystem reduziert werden.Because the first DeNOx system is designed as an H2-SCR system or as an NH3-SCR system, NOx emissions can be reduced by the exhaust aftertreatment system.
Wenn das erste DeNOx System als NH3-SCR System ausgeführt ist, umfasst es bevorzugt einen Drei-Wege-Katalysator oder einen NOx Speicherkatalysator. Das hat den Vorteil, dass im Abgas enthaltene Emissionen von unverbrannten Kohlenwasserstoffen und NOx Emissionen im Drei-Wege-Katalysator oder im NOx Speicherkatalysator, wenn letzterer regeneriert wird, unter Bildung von NH3 umgesetzt werden können. Das NH3 kann im NH3-SCR System zur Reduktion von NOx Emissionen genutzt oder für eine spätere Reduktion von NOx Emissionen im NH3-SCR System gespeichert werden. Dadurch wird ermöglicht, dass das NH3-SCR System als passives SCR System, also ohne Dosiervorrichtung, ausgeführt werden kann.If the first DeNOx system is designed as an NH3-SCR system, it preferably includes a three-way catalytic converter or a NOx storage catalytic converter. This has the advantage that emissions of unburned hydrocarbons and NOx emissions contained in the exhaust gas can be converted in the three-way catalytic converter or in the NOx storage catalytic converter, if the latter is regenerated, with the formation of NH3. The NH3 can be used in the NH3-SCR system to reduce NOx emissions or stored in the NH3-SCR system for later reduction of NOx emissions. This enables the NH3-SCR system to be designed as a passive SCR system, i.e. without a dosing device.
Weiterhin bevorzugt umfasst das Abgasnachbehandlungssystem ein zweites DeNOx System, wobei das zweite DeNOx System stromab des ersten DeNOx Systems angeordnet ist. Das hat den Vorteil, dass auch in Betriebspunkten mit sehr hohen NOx Emissionen eine ausreichende NOx Konvertierung erreicht werden kann.Furthermore, the exhaust gas aftertreatment system preferably includes a second DeNOx system, the second DeNOx system being arranged downstream of the first DeNOx system. This has the advantage that sufficient NOx conversion can be achieved even at operating points with very high NOx emissions.
Besonders bevorzugt ist das erste DeNOx System als H2-SCR System und das zweite SCR System als NH3-SCR System ausgeführt. Das hat den Vorteil, dass eine NOx Konvertierung über einen großen Temperaturbereich ermöglicht werden kann, da das NH3-SCR System in einem anderen Temperaturbereich als das H2-SCR System ausreichende NOx Konvertierungsraten aufweist.The first DeNOx system is particularly preferably designed as an H2-SCR system and the second SCR system as an NH3-SCR system. This has the advantage that NOx conversion can be made possible over a large temperature range, since the NH3-SCR system has sufficient NOx conversion rates in a different temperature range than the H2-SCR system.
Die abhängigen Ansprüche beschreiben weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.The dependent claims describe further advantageous embodiments of the invention.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden anhand der folgenden Figuren näher erläutert. Dabei zeigt
-
1 ein Ausführungsbeispiel eines Antriebstrangs mit einem Steuergerät, -
2 ein Ausführungsbeispiel von durch ein Steuergerät ausgeführten Schritten zum Steuern eines H2 Gehalts im Abgas, -
3 ein Ausführungsbeispiel eines Abgasnachbehandlungssystems eines Antriebsstrangs und -
4 ein weiteres Ausführungsbeispiel ein Abgasnachbehandlungssystem eines Antriebsstrangs
-
1 an embodiment of a drive train with a control unit, -
2 an embodiment of steps executed by a control device for controlling an H2 content in the exhaust gas, -
3 an embodiment of an exhaust aftertreatment system of a powertrain and -
4 another exemplary embodiment, an exhaust aftertreatment system of a drive train
Der Verbrennungsmotor 3 ist als aufgeladener, direkteinspritzender und fremdgezündeter Wasserstoffmotor mit vier Zylindern 13 ausgeführt. Dazu umfasst der Verbrennungsmotor 3 einen Abgasturbolader 14. Der Abgasturbolader 14 umfasst einen in der Ansaugstrecke 9 angeordneten Verdichter 15 und eine in der Abgasstrecke 10 angeordnete Turbine 16. Die Turbine 16 und der Verdichter 15 sind miteinander gekoppelt, so dass die durch die Turbine 16 vom Abgas aufgenommene Energie vom Verdichter 15 genutzt werden kann, um das Frischgas auf ein erhöhtes Druckniveau zu verdichten.The
Zum Einbringen des Wasserstoffs in die Zylinder 13 umfasst der Verbrennungsmotor 3 eine Einspritzvorrichtung 30. Die Einspritzvorrichtung 30 umfasst einen Injektor je Zylinder 13, Zuleitungen und eine Kraftstoffversorgung.The
Zum Zünden des Wasserstoff-Luft Gemischs umfasst der Verbrennungsmotor eine Zündvorrichtung 40. Die Zündvorrichtung 40 umfasst eine Zündkerze je Zylinder 13 und eine mit den Zündkerzen verbundene Zündanlage.The internal combustion engine includes an
Das Abgasreinigungssystem 4 umfasst einen H2-SCR Katalysator 5, ein NH3-SCR System und einen Ammoniakschlupfkatalysator (ASC) 7. Der H2-SCR Katalysator 5 ist ausgebildet Stickoxidemissionen unter Nutzung von H2 zu reduzieren.The exhaust
Das NH3-SCR System ist stromab des H2-SCR Katalysators 5 angeordnet und umfasst einen NH3-SCR Katalysator 6, eine Dosiereinheit 19 und einen Mischer 20. Die Dosiereinheit 19 ist ausgebildet und eingerichtet Ammoniak (NH3) stromauf des NH3-SCR Katalysators 6 in die Abgasstrecke 10 einzubringen. In dem zwischen der Dosiereinheit 19 und dem NH3-SCR Katalysator 6 angeordneten Mischer 20 werden das eingebrachte Ammoniak und das Abgas gemischt. Der NH3-SCR Katalysator 6 ist ausgebildet und eingerichtet, NOx Emissionen unter Nutzung des Ammoniaks zu reduzieren.The NH3-SCR system is arranged downstream of the H2-
Zum Erfassen von NOx Emissionen ist ein NOx Sensor 22 stromab des Abgasnachbehandlungssystems 4 angeordnet.A
Die erste Abgasrückführstrecke 11 ist stromauf des Abgasreinigungssystems 4 angeordnet und ausgebildet, Abgas stromauf der Turbine 16 des Abgasturboladers 14 aus der Abgasstrecke 10 abzuführen und der Ansaugstrecke 9 stromab des Verdichters 15 des Abgasturboladers 14 zuzuführen. Die zweite Abgasrückführstrecke 12 ist ausgebildet, Abgas stromab des H2-SCR Systems 5 aus der Abgasstrecke 10 abzuführen und stromauf des Verdichters 15 des Abgasturboladers 14 der Ansaugstrecke 9 zuzuführen. Mit der ersten 11 und der zweiten 12 Abgasrückführstrecke können für den Betrieb des Verbrennungsmotors 3 bevorzugte Abgasrückführungsraten bereitgestellt und ein möglichst effizienter Betrieb des Verbrennungsmotors 3 erreicht werden.The first exhaust
Der Antriebsstrang 2 umfasst ein Steuergerät 1. Das Steuergerät 1 ist ausgebildet und eingerichtet, ein Steuerprogramm auszuführen. Das Steuerprogramm umfasst Befehle, die folgenden Schritte durchzuführen:
- - Erfassen eines ersten NOx Gehalts S10 des Abgases stromauf des Abgasnachbehandlungssystems 4 mittels eines Modells,
- - Erfassen eines zweiten NOx Gehalts S20 des Abgases stromab des Abgasnachbehandlungssystems 4 mittels des
NOx Sensors 22, - - Vergleichen des ersten und des zweiten erfassten S10,S20 NOx Gehalts und
- - Steuern S40 des
Verbrennungsmotors 3, so dass ein H2 Gehalt des Abgases basierend auf dem Ergebnis des Vergleichens S30 angepasst wird.
- - detecting a first NOx content S10 of the exhaust gas upstream of the exhaust
gas aftertreatment system 4 by means of a model, - - detecting a second NOx content S20 of the exhaust gas downstream of the exhaust
gas aftertreatment system 4 by means of theNOx sensor 22, - - Comparing the first and the second recorded S10,S20 NOx content and
- - Control S40 of the
internal combustion engine 3 so that an H2 content of the exhaust gas is adjusted based on the result of the comparison S30.
Zum Erfassen des ersten NOx Gehalts S10 umfasst das Steuerprogramm Befehle, das Modell auszuführen. Das Modell ist ausgebildet, einen NOx Gehalt des Abgases an einem Auslass des Verbrennungsmotors 3 (engine-out NOx) zu bestimmen.In order to record the first NOx content S10, the control program includes commands to run the model. The model is designed to determine a NOx content of the exhaust gas at an outlet of the internal combustion engine 3 (engine-out NOx).
Zum Erfassen des zweiten NOx Gehalts S20 umfasst das Steuerprogramm Befehle, Messdaten des NOx Sensors 22 einzulesen und zu verarbeiten.In order to record the second NOx content S20, the control program includes commands to read in measurement data from the
Zum Vergleichen S30 umfasst das Steuerprogramm Befehle, basierend auf dem erfassten ersten NOx Gehalt S10 und dem erfassten zweiten NOx Gehalt S20 eine NOx Konvertierungsrate für das NH3-SCR System 6 und den H2-SCR Katalysator 5 zu bestimmen.For comparison S30, the control program includes commands to determine a NOx conversion rate for the NH3-
Zum Steuern S40 des Verbrennungsmotors 3 umfasst das Steuerprogramm Befehle, ein Brennstoff-Luft-Verhältnis, einen Zündzeitpunkt und einen Einlassdruck anzupassen oder Wasserstoff in einem Ausschiebetakt des Verbrennungsmotors 3 den Zylindern 13 zuzuführen, so dass der H2 Gehalt des Abgases basierend auf dem Ergebnis des Vergleichens S30 angepasst wird. Das im Abgas enthaltene H2 wird dann im H2-SCR Katalysator zur Reduktion von NOx Emissionen verwendet.To control S40 the
Wenn das Vergleichen beispielsweise ergibt, dass der H2 Gehalt zu erhöhen ist, passt das Steuerprogramm das Brennstoff-Luftverhältnis, den Zündzeitpunkt und/oder den Einlassdruck entsprechend an. Für das Anpassen sind in dem Steuerprogramm Kennfelder hinterlegt. In alternativen Ausführungsbeispielen werden für das Anpassen ergänzend oder alternativ Messdaten und/oder ein Modell verwendet. For example, if the comparison indicates that the H2 content needs to be increased, the control program adjusts the air-fuel ratio, spark timing, and/or intake pressure accordingly. Characteristic fields are stored in the control program for the adjustment. In alternative exemplary embodiments, measurement data and/or a model are used additionally or alternatively for the adaptation.
Das Steuerprogramm umfasst Befehle, beim Anpassen eine Klopfgrenze, einen Verbrennungsschwerpunkt und eine Lastanforderung des Verbrennungsmotors 3 sowie entstehende NOx Emissionen zu berücksichtigen, so dass eine klopfende Verbrennung möglichst vermieden, eine notwendige Leistung bei möglichst niedrigem Kraftstoffverbrauch bereitgestellt und NOx Emissionen begrenzt werden.The control program includes commands to take into account a knock limit, a combustion center and a load requirement of the
Wenn ein Steuern des Brennstoff-Luftverhältnisses, des Zündzeitpunkts und des Einlassdrucks nicht ausreicht, um einen gewünschten H2-Gehalt im Abgas bereitzustellen, und/oder aus energetischen Gründen oder Emissionsvorgaben nicht sinnvoll umsetzbar ist, veranlasst das Steuerprogramm ein Einspritzen von Wasserstoff in einem Ausschiebetakt der Zylinder 13, so dass der eingespritzte Wasserstoff weitgehend ohne Teilnahme an chemischen Reaktionen im Abgas vorliegt.If controlling the fuel-air ratio, the ignition timing and the intake pressure is not sufficient to provide a desired H2 content in the exhaust gas and/or cannot be implemented in a sensible manner for energy reasons or emission specifications, the control program initiates the injection of hydrogen in an
Beim Betreiben des Verbrennungsmotors 3 mit einer hohen Last umfasst das Steuerprogramm Befehle, Ammoniak über die Dosiereinheit 19 in die Abgasstrecke 10 stromauf des NH3-SCR Katalysators 6 einzubringen. Unter Nutzung des NH3 reduziert der NH3-SCR Katalysator 6 NOx Emissionen im Abgas. So können NOx Emissionen über einen großen Betriebsbereich des Verbrennungsmotors 3 effektiv reduziert werden.When operating the
Der NSK ist ausgebildet, Emissionen von Stickoxiden (NOx) zu adsorbieren und in einem Regenerationsbetrieb unter Bildung von NH3 zu reduzieren. Der NH3-SCR Katalysator 6 kann das vom NSK 8 gebildete NH3 speichern und direkt oder zu einem späteren Zeitpunkt zum Reduzieren von Stickoxidemissionen nutzen.The NSK is designed to adsorb emissions of nitrogen oxides (NOx) and to reduce them in regeneration mode with the formation of NH3. The NH3-
Stromauf des NSK 8 umfasst das Abgasnachbehandlungssystem 4 eine Dosiereinheit 19 und einen Mischer. Die Dosiereinheit 19 ist hier ausgebildet und eingerichtet, H2 in den Abgasstrang 10 einzubringen. So veranlasst das Steuerprogramm in Betriebspunkten des Verbrennungsmotors 3, in denen der H2 Gehalt im Abgas stromauf des NSK 8 nicht ausreichend hoch ist, um ausreichende Mengen NH3 im NSK 8 zu bilden, H2 zugeführt werden, um NOx Emissionen im NH3-SCR Katalysator 6 zu reduzieren.Upstream of the
Die erste 51 und die zweite 52 Abgasflut umfassen jeweils einen NOx Speicherkatalysator 8. Die Dosiereinheit 19 ist hier ausgebildet und eingerichtet, der ersten und/oder der zweiten Abgasflut H2 als Reduktionsmittel zuzuführen.The first 51 and the second 52 exhaust gas flow each include a NOx storage
Die Verschließvorrichtung 53 ist ausgebildet und eingerichtet, die erste 51 und die zweite 52 Abgasflut durch einen Schieber zumindest teilweise zu schließen. Zumindest eine der beiden Abgasfluten 51,52 bleibt vollständig geöffnet.The closing
In
Für die Regeneration eines NOx Speicherkatalysators 8 veranlasst das Steuerprogramm ein Schließen der entsprechenden Abgasflut 51,52 durch die Verschließvorrichtung 53. In
Das Abgasnachbehandlungssystem 4 umfasst eine Dosierstrecke 54, die ausgebildet ist, den eingebrachten Wasserstoff von der Dosiereinheit 19 zur ersten 51 und/oder zweiten 52 Abgasflut zu führen. Die H2-Dosierstrecke 54 ist hierfür so ausgebildet, dass ein Druckabfall von einem Druck an einer ersten Stelle P1 zu einem Druck an einer zweiten Stelle P2 ausreicht, einen leichten Spülstrom an Abgas mit dem dosierten H2 in Richtung des zu regenerierenden NSK 8 zu führen, so dass ein Teil des Wasserstoffs mit dem Sauerstoff des Abgases oxidiert werden kann. Durch die Oxidation des Wasserstoffs wird eine Wärmefreisetzung erreicht, wodurch ein Auskühlen des zu regenerierenden NSK 8 vermieden oder zumindest reduziert werden kann.The exhaust
Das bei der Regeneration im NSK 8 gebildete NH3 wird im stromab angeordneten NH3-SCR Katalysator 6 zur NOx-Reduktion genutzt. Das in
Das Steuerprogramm kann die Verschließvorrichtung 53 so positionieren, dass die erste 51 und die zweite 52 Abgasflut vollständig geöffnet sind. Durch ein Einbringen von Wasserstoff durch die Dosiereinheit 19 über die Dosierstrecke 54 können so beide NSK's 8 regeneriert werden. Dieser Betrieb ist insbesondere bei einem Betreiben des Verbrennungsmotors bei mittleren Lasten vorteilhaft.The control program may position the
In einem weiteren, alternativen Ausführungsbeispiel umfasst das NH3-SCR System 6 einen Drei-Wege-Katalysator. In dem Drei-Wege-Katalysator werden Emissionen von CO, HC sowie NOx reduziert, wobei auch NH3, insbesondere bei Abweichungen von einem stöchiometrischen Betrieb des Verbrennungsmotors 3 gebildet wird. Das NH3 wird im NH3-SCR System 6 gespeichert und direkt oder zu einem späteren Zeitpunkt zum Reduzieren von Stickoxidemissionen genutzt.In a further, alternative exemplary embodiment, the NH3-
In weiteren, alternativen Ausführungsbeispielen umfasst das Abgasnachbehandlungssystem einen Partikelfilter und/oder ein Oxidationskatalysator. Der Partikelfilter ermöglicht das Reduzieren von Rußemissionen, der Oxidationskatalysator das Reduzieren unverbrannter Kohlenwasserstoffe und von Kohlenstoffmonoxid im Abgas. Dabei ist der Partikelfilter in einem Ausführungsbeispiel mit einer Oxidationsbeschichtung ausgeführt.In further, alternative exemplary embodiments, the exhaust gas aftertreatment system comprises a particle filter and/or an oxidation catalytic converter. The particulate filter reduces soot emissions, the oxidation catalytic converter reduces unburned hydrocarbons and carbon monoxide in the exhaust gas. In one exemplary embodiment, the particle filter is designed with an oxidation coating.
In weiteren, alternativen Ausführungsbeispielen ist der H2-SCR Katalysator 5, der NH3-SCR Katalysator 6 oder der ASC 7 als Partikelfilter mit einer entsprechenden Beschichtung ausgeführt.In further, alternative exemplary embodiments, the H2-SCR
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