DE102021005098A1 - Method for operating an exhaust gas aftertreatment device for an internal combustion engine, in particular a motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Abgasnachbehandlungseinrichtung (14) für eine Verbrennungskraftmaschine (12), bei welchem die Abgasnachbehandlungseinrichtung (14) wenigstens ein SCR-System (18) aufweist, welches wenigstens einen SCR-Katalysator (20), wenigstens ein Dosierelement (22), mittels welchem an einer stromauf des SCR-Katalysators (20) angeordneten Einbringstelle (E) ein Reduktionsmittel in das Abgas einbringbar ist, und ein stromauf der Einbringstelle (E) angeordnetes, erstes Heizelement (24) umfasst, umfassend wenigstens ein stromab der Einbringstelle (E) angeordnetes zweites Heizelement (26), welches als ein stromauf des SCR-Katalysators (20) oder als ein mit der katalytischen Beschichtung versehenes Heizelement ausgebildet ist, wobei das zweite Heizelement (26) aktiviert wird, wenn eine in dem SCR-Katalysator (20) gespeicherte Menge des Reduktionsmittels einen Füllstandsschwellenwert überschreitet und eine Temperatur des SCR-Systems (18) einen Temperaturschwellenwert unterschreitet, und das erste Heizelement (24) aktiviert wird, wenn die in dem SCR-Katalysator (20) gespeicherte Menge des Reduktionsmittels den Füllstandsschwellenwert unterschreitet und die Temperatur des SCR-Systems (18) den Temperaturschwellenwert unterschreitet.The invention relates to a method for operating an exhaust gas aftertreatment device (14) for an internal combustion engine (12), in which the exhaust gas aftertreatment device (14) has at least one SCR system (18), which has at least one SCR catalytic converter (20), at least one dosing element ( 22), by means of which a reducing agent can be introduced into the exhaust gas at an introduction point (E) arranged upstream of the SCR catalytic converter (20), and a first heating element (24) arranged upstream of the introduction point (E), comprising at least one downstream of the Introduction point (E) arranged second heating element (26), which is designed as an upstream of the SCR catalyst (20) or as a provided with the catalytic coating heating element, wherein the second heating element (26) is activated when a in the SCR The amount of reducing agent stored in the catalytic converter (20) exceeds a threshold value and a temperature of the SCR system (18) falls below a temperature threshold value, and the first heating element (24) is activated when the amount of reducing agent stored in the SCR catalytic converter (20) exceeds the Level falls below the threshold value and the temperature of the SCR system (18) falls below the temperature threshold value.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Abgasnachbehandlungseinrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftwagens, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.The invention relates to a method for operating an exhaust gas aftertreatment device for an internal combustion engine, in particular a motor vehicle, according to the preamble of patent claim 1.
Ein solches Verfahren zum Betreiben einer Abgasnachbehandlungseinrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, ist beispielsweise bereits der
Darüber hinaus offenbart die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass eine besonders vorteilhafte Abgasnachbehandlung realisiert werden kann.The object of the present invention is to further develop a method of the type mentioned at the outset in such a way that a particularly advantageous exhaust gas aftertreatment can be implemented.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a method having the features of patent claim 1. Advantageous configurations with expedient developments of the invention are specified in the remaining claims.
Um ein Verfahren der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass sich eine besonders vorteilhafte Abgasnachbehandlung realisieren lässt, ist erfindungsgemäß wenigstens ein stromab der Einbringstelle angeordnetes, zum aktiven Heizen ausgebildetes, zweites Heizelement vorgesehen. Das zweite Heizelement ist beispielsweise als ein stromauf des SCR-Katalysators und somit stromauf der katalytischen Beschichtung angeordnetes Heizelement ausgebildet, welches somit frei von der Beschichtung des SCR-Katalysators und vorzugsweise generell frei von einer katalytisch wirksamen Beschichtung ist. Vorzugsweise ist dabei das Heizelement direkt stromauf des SCR-Katalysators angeordnet, das heißt direkt vor dem SCR-Katalysator angeordnet. Alternativ ist das Heizelement als ein mit der katalytischen Beschichtung des SCR-Katalysators versehenes Heizelement ausgebildet, welches somit mit der katalytisch wirksamen Beschichtung des SCR-Katalysators beschichtet ist. Der SCR-Katalysator beziehungsweise dessen auch als SCR-Beschichtung bezeichnete Beschichtung ist für die sogenannte selektive katalytische Reduktion (SCR) katalytisch wirksam, sodass die SCR durch die katalytische Beschichtung bewirkt und/oder unterstützt wird. Die selektive katalytische Reduktion ist eine chemische Reaktion, bei welcher im Abgas enthaltene Stickoxide mit Ammoniak zu Wasser und Stickstoff reagieren. Das Ammoniak ist das Reduktionsmittel beziehungsweise wird von dem Reduktionsmittel bereitgestellt oder stammt aus dem Reduktionsmittel. Das Reduktionsmittel ist vorzugsweise eine wässrige Harnstofflösung. Das Reduktionsmittel wird beispielsweise erwärmt, insbesondere nachdem es an der Einbringstelle in das Abgas eingebracht wurde, wobei durch dieses Erwärmen des Reduktionsmittels das Reduktionsmittel das Ammoniak bereitstellt.In order to further develop a method of the type specified in the preamble of claim 1 in such a way that a particularly advantageous exhaust gas aftertreatment can be implemented, at least one second heating element arranged downstream of the introduction point and designed for active heating is provided. The second heating element is designed, for example, as a heating element arranged upstream of the SCR catalytic converter and thus upstream of the catalytic coating, which is therefore free of the coating of the SCR catalytic converter and preferably generally free of a catalytically active coating. In this case, the heating element is preferably arranged directly upstream of the SCR catalytic converter, that is to say arranged directly in front of the SCR catalytic converter. Alternatively, the heating element is designed as a heating element provided with the catalytic coating of the SCR catalytic converter, which is thus coated with the catalytically active coating of the SCR catalytic converter. The SCR catalytic converter or its coating, also referred to as an SCR coating, is catalytically active for the so-called selective catalytic reduction (SCR), so that the SCR is brought about and/or supported by the catalytic coating. Selective catalytic reduction is a chemical reaction in which the nitrogen oxides contained in the exhaust gas react with ammonia to form water and nitrogen. The ammonia is the reducing agent or is provided by the reducing agent or originates from the reducing agent. The reducing agent is preferably an aqueous urea solution. The reducing agent is heated, for example, in particular after it has been introduced into the exhaust gas at the point of introduction, with the reducing agent providing the ammonia as a result of this heating of the reducing agent.
Die Heizelemente sind aktive Heizelemente, mithin aktive Heizmaßnahmen, mittels welchen das Abgas und/oder zumindest ein jeweiliger Teilbereich des SCR-Systems aktiv beheizt und somit erwärmt werden kann. Das erste Heizelement und/oder das zweite Heizelement kann beispielsweise als ein elektrisches Heizelement ausgebildet sein, mittels welchem unter Verwendung von elektrischer Energie das Abgas und/oder zumindest der jeweilige Teilbereich des SCR-Systems aktiv erwärmt werden kann. Ferner ist es denkbar, dass das erste Heizelement und/oder das zweite Heizelement eine chemische Heizmaßnahme ist, mittels welcher unter Nutzung von chemischer Energie, das heißt chemischer Wärme oder chemisch gebundener Energie, das Abgas und/oder der jeweilige Teilbereich des SCR-Systems beheizt werden kann. Unter der chemischen Heizmaßnahme kann insbesondere verstanden werden, dass beispielsweise mittels des ersten Heizelements an wenigstens einer stromauf der Einbringstelle angeordneten, ersten Heizstelle und/oder mittels des zweiten Heizelements an wenigstens einer stromab der Einbringstelle angeordneten, zweiten Heizstelle ein Stoff in das Abgas einbringbar ist, durch welchen Energie beziehungsweise Wärme chemisch gebunden ist. Bei dem Stoff handelt es sich beispielsweise um einen flüssigen Stoff, insbesondere um einen flüssigen Brennstoff wie beispielsweise Kraftstoff, mittels welchem die Verbrennungskraftmaschine in ihrem befeuerten Betrieb betreibbar ist oder betrieben wird. Durch das beziehungsweise nach dem Einbringen des Stoffes in das Abgas wird der Stoff beispielsweise erwärmt, wodurch chemische Energie in Wärme umgewandelt wird. Hierdurch werden das Abgas und/oder zumindest der jeweilige Teilbereich des SCR-Systems erwärmt.The heating elements are active heating elements, ie active heating measures, by means of which the exhaust gas and/or at least a respective partial area of the SCR system can be actively heated and thus heated. The first heating element and/or the second heating element can be designed, for example, as an electrical heating element, by means of which the exhaust gas and/or at least the respective subregion of the SCR system can be actively heated using electrical energy. It is also conceivable that the first heating element and/or the second heating element is a chemical heating measure, by means of which the exhaust gas and/or the respective partial area of the SCR system is heated using chemical energy, ie chemical heat or chemically bound energy can be. The chemical heating measure can be understood in particular to mean that a substance can be introduced into the exhaust gas, for example by means of the first heating element at at least one first heating point arranged upstream of the introduction point and/or by means of the second heating element at at least one second heating point arranged downstream of the introduction point, through which energy or heat is chemically bound. The substance is, for example, a liquid substance, in particular a liquid fuel such as fuel, by means of which the internal combustion engine can be operated or is operated in its fired mode. By or after the introduction of the substance into the exhaust gas, the substance is heated, for example, as a result of which chemical energy is converted into heat. Here this heats the exhaust gas and/or at least the respective sub-area of the SCR system.
Bei dem Verfahren ist es weiterhin erfindungsgemäß vorgesehen, dass das zweite Heizelement aktiviert wird, insbesondere während das erste Heizelement deaktiviert ist und bleibt, wenn eine in dem SCR-Katalysator gespeicherte und auch als Füllstand oder NH3-Füllstand, bezeichnete Menge des Reduktionsmittels einen Füllstandsschwellenwert überschreitet und eine Temperatur des SCR-Systems, insbesondere des SCR-Katalysators, einen Temperaturschwellenwert unterschreitet. Des Weiteren ist es bei dem Verfahren erfindungsgemäß vorgesehen, dass das erste Heizelement aktiviert wird, insbesondere während das zweite Heizelement deaktiviert ist und bleibt, wenn die in dem SCR-Katalysator gespeicherte Menge des Reduktionsmittels den Füllstandsschwellenwert unterschreitet und die Temperatur des SCR-Systems, insbesondere des SCR-Katalysators, den Temperaturschwellenwert unterschreitet.In the method, it is also provided according to the invention that the second heating element is activated, in particular while the first heating element is and remains deactivated, if a quantity of the reducing agent stored in the SCR catalytic converter and also referred to as fill level or NH3 fill level exceeds a fill level threshold value and a temperature of the SCR system, in particular of the SCR catalytic converter, falls below a temperature threshold value. Furthermore, it is provided in the method according to the invention that the first heating element is activated, in particular while the second heating element is deactivated and remains deactivated when the quantity of reducing agent stored in the SCR catalytic converter falls below the level threshold and the temperature of the SCR system, in particular of the SCR catalytic converter falls below the temperature threshold.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass als der Füllstandsschwellenwert 0,5 Gramm des Reduktionsmittels pro Liter Volumen des SCR-Katalysators verwendet wird.In an advantageous embodiment of the invention, it is provided that 0.5 grams of the reducing agent per liter volume of the SCR catalytic converter is used as the level threshold value.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass als der Temperaturschwellenwert höchstens 250 Grad Celsius, insbesondere höchstens 225 Grad Celsius, verwendet wird.In an advantageous embodiment of the invention, it is provided that a maximum of 250 degrees Celsius, in particular a maximum of 225 degrees Celsius, is used as the temperature threshold value.
in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Temperatur anhand eines Rechenmodells mittels einer elektronischen Recheneinrichtung berechnet wird.In an advantageous embodiment of the invention, it is provided that the temperature is calculated on the basis of a calculation model using an electronic calculation device.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die in dem SCR-Katalysator gespeicherte Menge anhand eines Rechenmodells mittels einer elektronischen Recheneinrichtung berechnet wird.In an advantageous embodiment of the invention, it is provided that the quantity stored in the SCR catalytic converter is calculated on the basis of a calculation model using an electronic calculation device.
Der Erfindung liegen dabei insbesondere die folgenden Erkenntnisse und Überlegungen zugrunde: Ziel der Erfindung ist es, die aktiven Heizmaßnahmen in Abhängigkeit von dem NH3-Füllstand des SCR-Katalysators und somit des SCR-Systems so einzusetzen, das heißt so zu aktivieren beziehungsweise zu deaktivieren, dass das Abgas besonders vorteilhaft nachbehandelt wird, insbesondere sodass eine besonders vorteilhafte Reduktion von im Abgas enthaltenen Stickoxiden (NOx) durch das SCR-System realisiert wird. Die Abgasnachbehandlungseinrichtung ist beispielsweise Bestandteil einer Abgasanlage, die von dem Abgas der Verbrennungskraftmaschine durchströmbar ist. Vorzugsweise ist die Verbrennungskraftmaschine als ein Dieselmotor ausgebildet, wobei die Verbrennungskraftmaschine vorzugsweise Bestandteil eines mittels der Verbrennungskraftmaschine antreibbaren Kraftfahrzeugs ist. Die Abgasnachbehandlungseinrichtung dient beispielsweise der Verringerung von motorischen Schadstoffen, welche von der Verbrennungskraftmaschine bereitgestellt werden. Das SCR-System kann dabei insbesondere eine sogenannte Mischstrecke umfassen, welche stromauf des SCR-Katalysators angeordnet ist oder verläuft, insbesondere derart, dass zumindest ein Längenbereich der Mischstrecke stromab der Einbringstelle angeordnet ist. Insbesondere dient die Mischstrecke dazu, das an der Einbringstelle mittels des Dosierelements in das Abgas eingebrachte Reduktionsmittel mit dem Abgas zu vermischen, um besonders vorteilhaft zu bewirken, dass das Reduktionsmittel das Ammoniak bereitstellt. Insbesondere sind Positionen der aktiven Heizmaßnahmen, das heißt die Heizstellen, an denen mittels der Heizelemente das Abgas und/oder zumindest die jeweiligen Teilbereiche des SCR-Systems aktiv erwärmt werden können, so definiert beziehungsweise so gestaltet, dass das erste Heizelement stromauf der Einbringstelle angeordnet, ist und dass das zweite Heizelement entweder direkt vor dem SCR-Katalysator angeordnet ist oder mit der SCR-Beschichtung versehen und somit als ein Teil des SCR-Katalysators ausgebildet ist. Darüber hinaus kann die Abgasnachbehandlungseinrichtung noch weitere Abgasnachbehandlungselemente zur Abgasnachbehandlung umfassen wie beispielsweise einen Oxidationskatalysator, insbesondere einen Dieseloxidationskatalysator (DOC), einen Stickoxid-Speicherkatalysator (NSK), einen Partikelfilter, insbesondere einen Dieselpartikelfilter (DPF) und/oder einen Ammoniak-Schlupfkatalysator (ASC).The invention is based in particular on the following findings and considerations: The aim of the invention is to use the active heating measures depending on the NH3 fill level of the SCR catalytic converter and thus of the SCR system, i.e. to activate or deactivate them, that the exhaust gas is post-treated in a particularly advantageous manner, in particular so that a particularly advantageous reduction of nitrogen oxides (NOx) contained in the exhaust gas is realized by the SCR system. The exhaust gas aftertreatment device is, for example, a component of an exhaust system through which the exhaust gas of the internal combustion engine can flow. The internal combustion engine is preferably designed as a diesel engine, with the internal combustion engine preferably being a component of a motor vehicle that can be driven by the internal combustion engine. The exhaust aftertreatment device is used, for example, to reduce engine pollutants that are provided by the internal combustion engine. The SCR system can in particular include a so-called mixing section, which is arranged or runs upstream of the SCR catalytic converter, in particular in such a way that at least a length of the mixing section is arranged downstream of the introduction point. In particular, the mixing section serves to mix the reducing agent introduced into the exhaust gas at the introduction point by means of the dosing element with the exhaust gas in order to particularly advantageously cause the reducing agent to provide the ammonia. In particular, the positions of the active heating measures, i.e. the heating points at which the exhaust gas and/or at least the respective partial areas of the SCR system can be actively heated by means of the heating elements, are defined or designed in such a way that the first heating element is arranged upstream of the introduction point, and that the second heating element is either arranged directly in front of the SCR catalytic converter or is provided with the SCR coating and is thus designed as part of the SCR catalytic converter. In addition, the exhaust gas aftertreatment device can also include other exhaust gas aftertreatment elements for exhaust gas aftertreatment, such as an oxidation catalytic converter, in particular a diesel oxidation catalytic converter (DOC), a nitrogen oxide storage catalytic converter (NSK), a particulate filter, in particular a diesel particulate filter (DPF) and/or an ammonia slip catalytic converter (ASC). .
Im Abgas enthaltene Stickoxide können mittels des SCR-Katalysators, insbesondere mittels dessen Beschichtung, zumindest im Wesentlichen kontinuierlich effektiv umgesetzt werden, insbesondere sofern folgende Bedingungen erfüllt sind: Zum einen sollte in dem SCR-Katalysator eine für die SCR vorteilhafte Temperatur vorherrschen. Zum anderen sollte das Reduktionsmittel beziehungsweise das Ammoniak zur Verfügung stehen. Ammoniak kann in beziehungsweise auf dem SCR-Katalysator gespeichert werden. Ist in dem SCR-Katalysator kein Ammoniak oder eine nur geringe Menge an Ammoniak gespeichert, ist es von Vorteil, für eine vorteilhafte Stickoxid-Reduktion Reduktionsmittel mittels des Dosierelements in das Abgas einzubringen, insbesondere einzuspritzen. Das Einbringen, insbesondere Einspritzen, des Reduktionsmittels mittels des Dosierelements wird auch als Dosierung bezeichnet. Für die Dosierung ist es vorteilhaft, wenn auch das auch als Dosiereinheit bezeichnete Dosierelement und die zumindest zwischen dem Dosierelement beziehungsweise der Einbringstelle und dem SCR-Katalysator angeordnete Mischstrecke jeweils eine Mindesttemperatur aufweisen, da andernfalls das Reduktionsmittel nicht hinreichend verdampft und sich zu Ammoniak zersetzt, sondern sich an einer Wand der Mischstrecke absetzt. Aus diesem Grund erfolgt beispielsweise eine Dosierfreigabe erst ab einer gewissen Mindesttemperatur der Dosiereinheit, sodass der SCR-Katalysator gegebenenfalls mangels Ammoniak keine Stickoxide umsetzen kann, selbst wenn er selbst eine zur Stickoxid-Reduktion ausreichende Temperatur aufweist.Nitrogen oxides contained in the exhaust gas can be effectively converted at least essentially continuously by means of the SCR catalytic converter, in particular by its coating, in particular if the following conditions are met: On the one hand, a temperature that is advantageous for the SCR should prevail in the SCR catalytic converter. On the other hand, the reducing agent or the ammonia should be available. Ammonia can be stored in or on the SCR catalytic converter. If no ammonia or only a small amount of ammonia is stored in the SCR catalytic converter, it is advantageous for an advantageous nitrogen oxide reduction to introduce, in particular to inject, reducing agent into the exhaust gas by means of the dosing element. The introduction, in particular injection, of the reducing agent by means of the dosing element is also referred to as dosing. For dosing, it is advantageous if the dosing element, also known as the dosing unit, and the at least between the dosing element or the point of introduction and the SCR catalyst arranged mixing section each have a minimum temperature, otherwise the reducing agent will not evaporate sufficiently and decomposes into ammonia, but settles on a wall of the mixing section. For this reason, for example, metering is only enabled above a certain minimum temperature of the metering unit, so that the SCR catalytic converter may not be able to convert nitrogen oxides due to a lack of ammonia, even if it itself has a temperature sufficient for nitrogen oxide reduction.
Solange noch eine hinreichende Menge an Ammoniak in beziehungsweise auf dem SCR-Katalysator gespeichert ist, ist im Grunde nur die Temperatur des SCR-Katalysators für einen effektiven Umsatz von Stickoxiden relevant, die Temperatur der Mischstrecke und der Dosiereinheit ist in diesem Fall weniger entscheidend.As long as there is still a sufficient amount of ammonia stored in or on the SCR catalytic converter, basically only the temperature of the SCR catalytic converter is relevant for the effective conversion of nitrogen oxides; the temperature of the mixing section and the dosing unit is less important in this case.
Um die Abgasanlage, insbesondere die Abgasnachbehandlungseinrichtung, möglichst schnell auf die zur effektiven Abgasnachbehandlung vorteilhaften Temperaturen zu bringen, werden, neben der Wärme aus dem motorischen Verbrennungsprozess, zusätzlich die aktiven Heizmaßnahmen verwendet. Allerdings können je nach Außenbedingungen und, beispielsweise im Falle von elektrischem Heizen, vorhandener elektrischer Leistung nicht alle aktiven Heizmaßnahmen gleichzeitig mit maximaler Leistung betrieben werden. Aus diesem Grund wird eine Betriebsstrategie vorgeschlagen, bei der eine Leistungsverteilung auf die aktiven Heizmaßnahmen in Abhängigkeit von dem NH3-Füllstand in beziehungsweise auf dem SCR-Katalysator erfolgt. Im Falle eines ausreichenden NH3-Füllstands in beziehungsweise auf dem SCR-Katalysator soll, für den Fall, dass das SCR-System keine für einen effektiven Stickoxid-Umsatz notwendige Temperatur aufweist, vor allem die aktive Heizmaßnahme genutzt werden, die möglichst direkt vor dem SCR-Katalysator sitzt oder als beheizbares Substrat Teil des SCR-Katalysators ist, um ein möglichst schnelles und verzögerungsfreies Aufheizen des SCR-Katalysators zu erreichen. Gerade im Fall von geringen Massenströmen sind der Wärmetransport durch die Abgasanlage langsam und die Wandwärmeverluste groß, sodass sich ein deutlich schnelleres Aufheizen ergibt.In order to bring the exhaust system, in particular the exhaust gas aftertreatment device, to the temperatures that are advantageous for effective exhaust gas aftertreatment as quickly as possible, active heating measures are used in addition to the heat from the engine combustion process. However, depending on the outside conditions and, for example in the case of electrical heating, the available electrical power, not all active heating measures can be operated simultaneously with maximum power. For this reason, an operating strategy is proposed in which the power is distributed to the active heating measures depending on the NH3 fill level in or on the SCR catalytic converter. In the case of a sufficient NH3 filling level in or on the SCR catalytic converter, in the event that the SCR system does not have the temperature required for effective nitrogen oxide conversion, the active heating measure should be used in particular, which should be directly upstream of the SCR if possible -catalyst sits or is part of the SCR catalytic converter as a heatable substrate in order to achieve the fastest possible and delay-free heating of the SCR catalytic converter. Especially in the case of low mass flows, the heat transport through the exhaust system is slow and the wall heat losses are high, resulting in significantly faster heating.
Im Falle eines leeren SCR-Systems ohne NH3-Füllstand oder mit einem nur geringen NH3-Füllstand soll vor allem die aktive Heizmaßnahme, das heißt das erste Heizelement, eingesetzt werden, das auch die Dosiereinheit und die Mischstrecke erwärmt, möglichst schnell eine Dosierfreigabe zu erhalten. Nachdem die NH3-Aufbereitungstemperatur überschritten und eine Dosierfreigabe erhalten wurde, soll wieder vorrangig mit der Heizmaßnahme, das heißt mit dem zweiten Heizelement nach der Mischstrecke beziehungsweise nach der Einbringstelle, geheizt werden, sofern die gewünschte oder vorteilhafte Temperatur des SCR-Systems noch nicht erreicht ist und entweder die Dosierfreigabe erhalten bleibt oder sich ein ausreichender NH3-Füllstand auf dem SCR-Katalysator gebildet hat.In the case of an empty SCR system with no NH3 filling level or with only a low NH3 filling level, the active heating measure, i.e. the first heating element, should be used, which also heats the dosing unit and the mixing section, in order to obtain a dosing release as quickly as possible . After the NH3 treatment temperature has been exceeded and a dosing release has been received, the heating measure should be given priority again, i.e. with the second heating element after the mixing section or after the point of introduction, if the desired or advantageous temperature of the SCR system has not yet been reached and either the dosing release is retained or a sufficient NH3 level has built up on the SCR catalytic converter.
Insgesamt ist erkennbar, dass eine Festlegung, welches der beiden Heizelemente beispielsweise zu Beginn eines Fahrzyklus aktiviert wird, abhängig von der Temperatur des SCR-Systems, insbesondere des SCR-Katalysators, und abhängig von dem NH3-Füllstand getroffen wird. Beispielsweise ist die Temperatur des SCR-Systems eine Modelltemperatur, die anhand des zuvor genannten Rechenmodells mittels der elektronischen Recheneinrichtung berechnet wird. Überschreitet der NH3-Füllstand im SCR-Katalysator den Füllstandsschwellenwert, vorzugsweise 0,5 Gramm pro Liter Katalysatorvolumen des SCR-Katalysators, und liegt die Modelltemperatur unter dem Temperaturschwellenwert von beispielsweise 250 Grad Celsius, insbesondere 225 Grad Celsius, wird das hintere, zweite Heizelement aktiviert, insbesondere während das vordere, erste Heizelement deaktiviert ist und bleibt, Ist dies nicht der Fall, wird bei einer Modelltemperatur von weniger als 250 Grad Celsius, insbesondere von weniger als 225 Grad Celsius, das vordere, erste Heizelement aktiviert, insbesondere während das hintere, zweite Heizelement deaktiviert ist und bleibt. Sollte nach Aktivierung des vorderen, ersten Heizelements im weiteren Verlauf die NH3-Aufbereitungstemperatur überschritten werden, wird das vordere, erste Heizelement deaktiviert, und bei zu niedriger Temperatur am SCR-Katalysator von kleiner als 250 Grad Celsius, insbesondere 225 Grad Celsius, das hintere, zweite Heizelement aktiviert. Gerade bei niedrigen Abgasmassenströmen von vorzugsweise weniger als 100 Kilogramm pro Stunde ist der Wärmetransport entlang des Abgasstrangs sehr langsam, und die Wandwärmeverluste sind hoch. Durch die direkte Aktivierung des hinteren, zweiten Heizelements nach der Herstellung der Dosierbereitschaft kann somit die Funktionsbereitschaft des SCR-Katalysators durch die Aktivierung des hinteren, zweiten Heizelements deutlich früher hergestellt werden als bei herkömmlichen Lösungen. Die Freigabe der Dosierung ist an die Temperatur in der Nähe der Mischstrecke gekoppelt, und diese wird durch den Betrieb des vorderen, ersten Heizelements beeinflusst, also deutlich schneller erhöht.Overall, it can be seen that it is determined which of the two heating elements is activated, for example, at the beginning of a driving cycle, depending on the temperature of the SCR system, in particular the SCR catalytic converter, and depending on the NH3 fill level. For example, the temperature of the SCR system is a model temperature that is calculated using the aforementioned calculation model using the electronic calculation device. If the NH3 level in the SCR catalytic converter exceeds the threshold level, preferably 0.5 grams per liter of catalytic converter volume of the SCR catalytic converter, and the model temperature is below the temperature threshold value of, for example, 250 degrees Celsius, in particular 225 degrees Celsius, the rear, second heating element is activated , in particular while the front, first heating element is and remains deactivated. If this is not the case, at a model temperature of less than 250 degrees Celsius, in particular less than 225 degrees Celsius, the front, first heating element is activated, in particular while the rear, second heating element is deactivated and remains so. If, after activation of the front, first heating element, the NH3 preparation temperature is subsequently exceeded, the front, first heating element is deactivated, and if the temperature on the SCR catalytic converter is less than 250 degrees Celsius, in particular 225 degrees Celsius, the rear, second heating element activated. Especially at low exhaust gas mass flows of preferably less than 100 kilograms per hour, the heat transport along the exhaust system is very slow, and the wall heat losses are high. The direct activation of the rear, second heating element after the preparation of metering readiness can thus make the functional readiness of the SCR catalytic converter by activating the rear, second heating element much earlier than in conventional solutions. The release of the dosing is linked to the temperature in the vicinity of the mixing section, and this is influenced by the operation of the front, first heating element, i.e. it is increased much faster.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der einzigen Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further advantages, features and details of the invention result from the following description of a preferred exemplary embodiment and from the drawing. The features and feature combinations mentioned above in the description and the features and characteristics mentioned below in the description of the figures and/or shown alone in the single figure Mal combinations can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own, without departing from the scope of the invention.
Die Zeichnung zeigt in der einzigen Fig. eine Abgasnachbehandlungseinrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs.In the single figure, the drawing shows an exhaust gas aftertreatment device for an internal combustion engine of a motor vehicle.
Die einzige Fig. zeigt in einer schematischen Darstellung eine Abgasanlage 10 für eine Verbrennungskraftmaschine 12 eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines vorzugsweise als Personenkraftwagen ausgebildeten Kraftwagens. Mittels der Verbrennungskraftmaschine 12 ist das Kraftfahrzeug antreibbar. Beispielsweise ist die Verbrennungskraftmaschine 12 als ein Dieselmotor ausgebildet. Während ihres befeuerten Betriebs stellt die Verbrennungskraftmaschine 12 Abgas bereit, welches durch die Abgasanlage 10 hindurchströmen kann. Die Abgasanlage 10 umfasst eine von dem Abgas der Verbrennungskraftmaschine 12 durchströmbare Abgasnachbehandlungseinrichtung 14, mittels welcher das Abgas nachbehandelt wird. Durch einen Pfeil 16 ist veranschaulicht, dass das Abgas aus der Abgasnachbehandlungseinrichtung 14, insbesondere aus der Abgasanlage 10, ausströmt.The only figure shows a schematic representation of an
Die Abgasnachbehandlungseinrichtung 14 umfasst ein SCR-System 18, mittels welchem das Abgas entstickt werden kann. Hierunter ist zu verstehen, dass im Abgas enthaltene Stickoxide (NOx) zumindest teilweise aus dem Abgas entfernt, mithin reduziert, werden können, dadurch, dass mittels des SCR-Systems 18 die sogenannte selektive katalytische Reaktion (SCR) katalytisch bewirkt und/oder unterstützt wird. Die SCR ist eine chemische Reaktion, bei der die im Abgas enthaltenen Stickoxide zumindest teilweise mit Ammoniak zu Wasser und Stickstoff reagieren, das heißt umgesetzt werden. Das Ammoniak wird von einem Reduktionsmittel bereitgestellt, mithin stammt aus dem Reduktionsmittel, das in das die Abgasnachbehandlungseinrichtung 14 durchströmende Abgas eingebracht und in der Folge thermisch zersetzt wird.The exhaust
Das SCR-System 18 weist wenigstens einen SCR-Katalysator 20 auf, welcher eine katalytische Beschichtung, das heißt eine katalytisch wirksame Beschichtung, aufweist, die auch als SCR-Beschichtung bezeichnet wird. Die SCR-Beschichtung ist für die SCR katalytisch wirksam, sodass die SCR durch die SCR-Beschichtung katalytisch unterstützt und/oder bewirkt wird. Des Weiteren umfasst das SCR-System 18 wenigstens ein Dosierelement 22, mittels welchem an einer stromauf des SCR-Katalysators 20 angeordneten Einbringstelle E das Reduktionsmittel in das Abgas einbringbar ist oder eingebracht wird. Beispielsweise ist das Reduktionsmittel eine wässrige Harnstofflösung. Das SCR-System 18 umfasst außerdem ein stromauf der Einbringstelle E angeordnetes, erstes Heizelement 24 zum aktiven Heizen. Unter dem Merkmal, dass das Heizelement 24 stromauf der Einbringstelle E angeordnet ist, ist insbesondere zu verstehen, dass mittels des Heizelements 24 an einer stromauf der Einbringstelle E angeordneten, ersten Heizstelle H1 eine aktive Erwärmung des Abgases und/oder zumindest eines ersten Teilbereichs des SCR-Systems 18 bewirkt, das heißt durchgeführt werden kann. Hierzu ist beispielsweise das Heizelement 24 als elektrisches Heizelement ausgebildet, mittels welchem das Abgas und/oder der erste Teilbereich, insbesondere an oder ausgehend von der Heizstelle H1, unter Verwendung von elektrischer Energie aktiv erwärmt werden kann. Ferner ist es denkbar, dass an der Heizstelle H1 mittels des Heizelements 24 ein beispielsweise flüssiger Stoff wie beispielsweise ein flüssiger Brennstoff in das Abgas eingebracht, insbesondere eingespritzt, werden kann, wodurch eine an der Heizstelle H1 beginnende oder von der Heizstelle H1 ausgehende Erwärmung des Abgases und/oder des SCR-Systems 18 beziehungsweise zumindest des ersten Teilbereichs aktiv bewirkt werden kann oder bewirkt wird.The
Um nun das Abgas besonders vorteilhaft nachbehandeln zu können, weist das SCR-System ein zweites Heizelement 26 zum aktiven Heizen auf, wobei das Heizelement 26 stromab der Einbringstelle E angeordnet ist. Analog zu den Ausführungen zu dem Heizelement 24 ist darunter zu verstehen, dass mittels des Heizelements 26 an einer stromab der Einbringstelle E angeordneten, zweiten Heizstelle H2 das Abgas und/oder zumindest ein zweiter Teilbereich des SCR-Systems 18 aktiv erwärmt werden kann. Mit anderen Worten kann das Heizelement 26 eine an der Heizstelle H2 erfolgende und/oder von der Heizstelle H2 ausgehende Erwärmung des Abgases und/oder zumindest des zweiten Teilbereichs des SCR-Systems 18 aktiv bewirken. Hierzu ist das Heizelement 26 beispielsweise als elektrisches Heizelement ausgebildet, mittels welchem unter Verwendung von elektrischer Energie das Abgas und/oder der zweite Teilbereich an oder ausgehend von der Heizstelle H2 aktiv erwärmt werden kann. Ferner ist es denkbar, dass das Heizelement 26 dazu ausgebildet ist, einen beispielsweise flüssigen Stoff wie beispielsweise den zuvor genannten Brennstoff an der Heizstelle H2 in das Abgas einzubringen, insbesondere einzuspritzen. Der in das Abgas an der Heizstelle H1 beziehungsweise H2 eingespritzte Kraftstoff wird beispielsweise insbesondere im Rahmen einer exothermen Reaktion umgesetzt und gibt somit zunächst chemisch gebundene Wärme beziehungsweise Energie frei, wodurch das Abgas und/oder zumindest der jeweilige Teilbereich an oder ausgehend von der jeweiligen Heizstelle H1 beziehungsweise H2 aktiv erwärmt wird.In order to be able to post-treat the exhaust gas particularly advantageously, the SCR system has a
Das zweite Heizelement 26 ist nun beispielsweise ein stromauf des SCR-Katalysators 20 und somit stromauf der SCR-Beschichtung angeordnetes Heizelement, welches frei von der SCR-Beschichtung und grundsätzlich frei von einer katalytisch wirksamen Beschichtung sein kann. Dabei ist das Heizelement 26 beispielsweise direkt vor dem SCR-Katalysator 20, insbesondere direkt vor der SCR-Beschichtung, angeordnet, sodass beispielsweise zwischen dem Heizelement 26 und dem SCR-Katalysator 20, insbesondere der SCR-Beschichtung, kein Längenbereich angeordnet ist, welcher frei von der SCR-Beschichtung ist. Ferner ist es denkbar, dass das Heizelement 26 mit der SCR-Beschichtung versehen und somit ein Teil des SCR-Katalysators 20 ist.The
Anhand der Fig. wird ein Verfahren zum Betreiben der Abgasnachbehandlungseinrichtung 14 beschrieben. Das Verfahren wird beispielsweise mittels einer elektronischen Recheneinrichtung 28 durchgeführt, welche auch als Steuergerät bezeichnet wird. Mittels der elektronischen Recheneinrichtung 28 wird, insbesondere während das Heizelement 24 deaktiviert ist und bleibt, das zweite Heizelement 26 aktiviert, wenn eine in dem SCR-Katalysator 20 gespeicherte und auch als NH3-Füllstand bezeichnete Menge des Reduktionsmittels, insbesondere des Ammoniaks einen Füllstandsschwellenwert überschreitet und eine Temperatur des SCR-Systems 18, insbesondere des SCR-Katalysators 20, einen Temperaturschwellenwert unterschreitet. Mittels der elektronischen Recheneinrichtung 28 wird das erste Heizelement 24, insbesondere während das Heizelement 26 deaktiviert ist und bleibt, aktiviert, wenn die in dem SCR-Katalysator 20 gespeicherte Menge des Reduktionsmittels den Füllstandsschwellenwert unterschreitet und die Temperatur des SCR-Systems 18, insbesondere des SCR-Katalysators 20, den Temperaturschwellenwert unterschreitet.A method for operating the exhaust
Bezugszeichenlistereference list
- 1010
- Abgasanlageexhaust system
- 1212
- Verbrennungskraftmaschineinternal combustion engine
- 1414
- Abgasnachbehandlungseinrichtungexhaust aftertreatment device
- 1616
- PfeilArrow
- 1818
- SCR-SystemSCR system
- 2020
- SCR-KatalysatorSCR catalytic converter
- 2222
- Dosierelementdosing element
- 2424
- erstes Heizelementfirst heating element
- 2626
- zweites Heizelementsecond heating element
- 2828
- elektronische Recheneinrichtungelectronic computing device
- EE
- Einbringstelleentry point
- H1H1
- erste Heizstellefirst heating point
- H2H2
- zweite Heizstellesecond heating point
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- DE 102010049070 A1 [0002]DE 102010049070 A1 [0002]
- DE 102017106766 A1 [0003]DE 102017106766 A1 [0003]
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Citations (2)
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DE102010049070A1 (en) | 2010-10-20 | 2012-04-26 | Emitec Gesellschaft Für Emissionstechnologie Mbh | Method for operating waste gas treatment device utilized for reducing pollutants in waste gas of internal combustion engine in motor vehicle, involves supplying reducing agent if filling level of storage falls below minimum filling level |
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-
2021
- 2021-10-12 DE DE102021005098.3A patent/DE102021005098A1/en active Pending
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