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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln des Ammoniakgehalts und/oder Stickoxidgehalts im Abgas einer Brennkraftmaschine, insbesondere Dieselbrennkraftmaschine, mittels eines auf sowohl Ammoniak als auch Stickoxid empfindlichen Abgassensors.
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Abgassensoren, wie beispielsweise Stickoxid- und/oder Ammoniaksensoren, sind dazu ausgebildet, den Gehalt eines vorbestimmten Stoffs, wie beispielsweise Stickoxide (NOx), Ammoniak (NH3) und Kohlenstoffverbindungen bzw. Kohlenstoffe, wie beispielsweise Kohlenwasserstoffe (HC) und Kohlenstoffmonoxide (CO), im Abgas einer Brennkraftmaschine zu erfassen. Dabei ist es bekannt, dass solche Abgassensoren auch auf andere im Abgas befindliche Stoffe querempfindlich sind und somit das Signal des Abgassensors die Summe aus dem Gehalt des zu erfassenden Stoffs und eines oder mehrere andere Stoffe anzeigt.
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Beispielsweise werden Ammoniaksensoren in Abgastrakten von Brennkraftmaschinen zur Steuerung und Regelung der stromaufwärts einer Katalysatorvorrichtung mit selektiver katalytischer Reaktion eingespritzten Reduktionsmittelmenge eingesetzt. Dabei hat sich herausgestellt, dass Ammoniaksensoren, die beispielsweise auf dem Mischpotentialprinzip basieren, auf Kohlenwasserstoffe und Kohlenstoffmonoxid querempfindlich sind und folglich das Signal eines Ammoniaksensors den tatsächlichen Ammoniakgehalt im Abgas nur zu Betriebspunkten der Brennkraftmaschine anzeigt, wenn das Abgas frei von Kohlenstoffverbindungen, wie beispielsweise Kohlenwasserstoffe und Kohlenstoffmonoxide, ist. Das Vorhersagen solcher Betriebspunkte der Brennkraftmaschine, an denen das Abgas frei von Kohlenstoffen ist, ist nahezu nicht möglich. Somit ist das Signal des Ammoniaksensors zumindest teilweise mit den vorliegenden Kohlenstoffgehalten fehlerbehaftet.
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Anwendungen von Abgassensoren, wie beispielsweise Stickoxidsensoren und Ammoniaksensoren, in Abgastrakten von Brennkraftmaschinen mit Katalysatorvorrichtungen mit selektiver katalytischer Reduktion sind bekannt aus
DE 10 2017 201 400 A1 ,
US 9 366 168 B2 ,
US 9 261 001 B2 ,
WO 2020/057768 A1 und
US 8 171 724 B2 .
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Der vorliegenden Erfindung liegt somit im Wesentlichen die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren und einen Abgastrakt bereitzustellen, mit denen der Stickoxidgehalt und/oder Ammoniakgehalt im Abgas der Brennkraftmaschine möglichst genau ermittelt werden kann.
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Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren gemäß unabhängigen Anspruch 1 und einem Abgastrakt gemäß unabhängigen Anspruch 7 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Der vorliegenden Erfindung liegt im Wesentlichen der Gedanke zugrunde, das Abgassignal eines stromabwärts einer Katalysatorvorrichtung mit selektiver katalytischer Reduktion angeordneten Abgassensors, das den Ammoniakgehalt und/oder Stickoxidgehalt im Abgas stromabwärts der Katalysatorvorrichtung mit selektiver katalytischer Reduktion anzeigt, dahingehend zu bewerten, ob das Abgassignal im Wesentlichen den Ammoniakgehalt oder den Stickoxidgehalt anzeigt. Hierzu wird zu bestimmten Zeitpunkten eine erhöhte Menge an Reduktionsmittel in das Abgas stromaufwärts der Katalysatorvorrichtung mit selektiver katalytischer Reduktion eingespritzt und das Abgassignal während des Einspritzens ausgewertet. Wenn der vom Abgassignal abgeleitete Abgaswert, der den Stickoxidgehalt oder Ammoniakgehalt im Abgas anzeigt, während des Einspritzens der erhöhten Menge an Reduktionsmittel (insbesondere am Ende des Einspritzens der erhöhten Menge an Reduktionsmittel) ansteigt, ist dies ein Hinweis dazu, dass sich im Abgas Ammoniak befindet, da der Ammoniakgehalt durch die erhöhte Menge an Reduktionsmittel ansteigt, weshalb das Abgassignal den Ammoniakgehalt im Abgas angibt. Verringert sich hingegen während dem Einspritzen der erhöhten Menge an Reduktionsmittel das Abgassignal, ist dies ein Indiz dafür, dass im Abgas Stickoxid und nicht Ammoniak vorliegt, da aufgrund der erhöhten Menge an eingespritztem Reduktionsmittels die im Abgas befindlichen Stickoxide in der Katalysatorvorrichtung mit selektiver katalytischer Reduktion mehr reduziert werden und die zusätzliche erhöhte Ammoniakmenge in der Katalysatorvorrichtung mit selektiver katalytischer Reduktion eingespeichert werden und sich somit das Abgassignal reduziert.
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Somit basiert die vorliegende Erfindung im Wesentlichen darauf, dass der stromabwärts der Katalysatorvorrichtung mit selektiver katalytischer Reduktion angeordnete Abgassensor, der auf Ammoniak und Stickoxide empfindlich ist, entweder den Ammoniakgehalt oder den Stickoxidgehalt im Abgas anzeigt, da es sehr unwahrscheinlich ist, dass Ammoniak und Stickoxide gleichzeitig stromabwärts der Katalysatorvorrichtung mit selektiver katalytischer Reduktion vorhanden sind. Deshalb kann davon ausgegangen werden, dass bei jedem Durchschreiten eines lokalen Minimums des Abgaswerts, der aus dem Abgassignal ermittelt wird, ein Wechsel des Erfassens von Ammoniak zu Stickoxiden oder andersherum stattfinden könnte. Ein solcher Wechsel kann jederzeit ermittelt werden, so dass zu jedem Betriebszeitpunkt der Brennkraftmaschine ermittelt werden kann, ob das Abgassignal des Abgassensors den Ammoniakgehalt oder Stickoxidgehalt anzeigt.
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Folglich ist gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Ermitteln des Ammoniakgehalts und/oder Stickoxidgehalts im Abgas eines Abgastrakts einer Brennkraftmaschine vorgesehen. Der Abgastrakt weist eine Katalysatorvorrichtung mit selektiver katalytischer Reduktion, einer Reduktion mittels Einspritzvorrichtung, die zum Einspritzen eines Reduktionsmittel stromaufwärts der Katalysatorvorrichtung ausgebildet ist, und eine stromabwärts der Katalysatorvorrichtung angeordneten Abgassensor auf, der dazu ausgebildet ist, ein Abgassignal zu erzeugen, das einen Abgaswert anzeigt, der den Ammoniakgehalt und/oder Stickoxidgehalt im Abgas angibt. Das Verfahren umfasst dabei ein Einspritzen einer erhöhten Menge an Reduktionsmittel in das Abgas mittels der Reduktionsmitteleinspritzvorrichtung, ein Ermitteln des Stickoxidgehalts durch vollständiges Zuordnen des Abgaswerts dem Stickoxidgehalt, wenn sich der Abgaswert während dem Einspritzen der erhöhten Menge an Reduktionsmittel verringert, und/oder ein Ermitteln des Ammoniakgehalts durch vollständiges Zuordnen des Abgaswerts dem Ammoniakgehalt, wenn sich der Abgaswert während dem Einspritzen der erhöhten Menge an Reduktionsmittel erhöht oder zunächst sinkt und sich im Anschluss vor Beendigung der Einspritzung der erhöhten Menge an Reduktionsmittel erhöht.
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Folglich kann anhand des Verhaltens des Abgassignals während dem Einspritzen der erhöhten Menge an Reduktionsmittel festgestellt werden, ob im Abgas der Brennkraftmaschine stromabwärts der Katalysatorvorrichtung Stickoxid oder Ammoniak vorliegt und folglich eine Trennung dieser beiden Abgasbestandteile erfolgen.
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Eine erhöhte Menge an Reduktionsmittel kann dadurch gekennzeichnet sein, dass die Menge an eingespritztem Reduktionsmittel, das als wässrige Harnstofflösung eingespritzt wird, bei dem erfindungsgemäßen Verfahren größer ist als während der betriebsüblichen Menge an eingespritztem Reduktionsmittel zum Reduzieren der Stickoxide in der Katalysatorvorrichtung mit selektiver katalytischer Reduktion. Beispielsweise wird während des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Menge an Reduktionsmittel derart eingespritzt, dass ungefähr die 8-fache Ammoniakmenge relativ zur Stickoxid-Rohemissionsmenge entsteht.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung weist das erfindungsgemäße Verfahren ferner ein Ermitteln eines lokalen Minimums des Abgaswerts basierend auf dem Abgassignal auf. Insbesondere erfolgt das Einspritzen der erhöhten Menge an Reduktionsmittel in das Abgas mittels der Reduktionsmittelvorrichtung erst dann, wenn ein Minimum des Abgaswerts ermittelt worden ist, insbesondere nachdem ein Minimum des Abgaswerts ermittelt worden ist.
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Hierbei liegt die Erkenntnis zugrunde, dass der Abgassensor sowohl auf Ammoniak als auch auf Stickoxide sensitiv ist und somit bei einem lokalen Minimum des Abgaswerts ein Wechsel bei der Erfassung von Ammoniak und Stickoxid vorliegen könnte. Insbesondere wurde bereits festgestellt, dass sich im Abgas stromabwärts der Katalysatorvorrichtung mit selektiver katalytischer Reduktion entweder Ammoniak oder Stickoxide befinden können, es aber sehr unwahrscheinlich ist, dass beide Bestandteile gleichzeitig mit vergleichbarem bzw. ähnlichen Anteil im Abgas vorliegen. Bei ungenügender Menge an eingespritztem Reduktionsmittel werden die Stickoxide unzureichend in der Katalysatorvorrichtung mit selektiver katalytischer Reduktion reduziert, so dass ein Stickoxidschlupf vorliegt und quasi sämtliches Ammoniak in der Katalysatorvorrichtung mit selektiver katalytischer Reduktion umgesetzt wird. In diesem Fall zeigt das Abgassignal des stromabwärts der Katalysatorvorrichtung mit selektiver katalytischer Reduktion angeordneten Abgassensors den Stickoxidgehalt an. Wenn jedoch eine größere Menge an Reduktionsmittel als für die vollständige Umsetzung der Stickoxide für längere Zeit derart eingespritzt wird, dass die Katalysatorvorrichtung mit selektiver katalytischer Reduktion das Ammoniak nicht mehr vollständig einspeichern kann, werden entsprechend quasi sämtliche Stickoxide in der Katalysatorvorrichtung mit selektiver katalytischer Reduktion reduziert, wobei durch die erhöhte Menge an eingespritztem Reduktionsmittel ein Ammoniakschlupf durch die Katalysatorvorrichtung mit selektiver katalytischer Reduktion erzeugt wird. In diesem Fall zeigt das Abgassignal des stromabwärts der Katalysatorvorrichtung mit selektiver katalytischer Reduktion angeordneten Abgassensors den Stickoxidgehalt im Abgas an. Wenn der aus dem Abgassignal des Abgassensors ermittelt Abgaswert also ein lokales Minimum erreicht, dann könnte dieses lokale Minimum entsprechend einen Wechsel von im Abgas befindlichen Ammoniak zu Stickoxid oder umgekehrt anzeigen.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird dabei ein lokales Minimum des Abgaswerts durch ein Ermitteln eines ersten Abgaswerts an einem ersten Zeitpunkt, ein Ermitteln eines zweiten Abgaswerts, der kleiner ist als der erste Abgaswert, an einem zweiten Zeitpunkt, der zeitlich auf den ersten Zeitpunkt folgt, und ein Ermitteln eines dritten Abgaswerts, der größer ist als der zweite Abgaswert, an einem dritten Zeitpunkt auf, der zeitlich auf den zweiten Zeitpunkt folgt. Dabei wird der zweite Abgaswert als lokales Minimum ermittelt.
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Insbesondere kann dabei ein lokaler Tiefpunkt des zeitlichen Verlaufs des Abgassignals als lokales Minimum detektiert werden, an dem ein Wechsel des Vorhandenseins von Ammoniak zu Stickoxid im Abgas oder umgekehrt stattfindet.
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Vorzugsweise erfolgt das Einspritzen der erhöhten Menge an Reduktionsmittel in das Abgas mittels der Reduktionsmitteleinspritzvorrichtung dann, wenn der Abgaswert nach dem Ermitteln des lokalen Minimums um einen vorbestimmten Schwellenwert ansteigt. Das heißt, dass nach dem Durchschreiten des lokalen Minimums eine Differenz zwischen dem lokalen Minimalwert und dem danach ermittelten Abgaswert gebildet wird und das Einspritzen der erhöhten Menge an Reduktionsmittel erfolgt, wenn diese Differenz einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet.
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Das Einspritzen der erhöhten Menge an Reduktionsmittel für eine kurze Zeitdauer ist notwendig, um sicherzustellen, dass nach dem Erreichen eines lokalen Minimums vom Abgaswert der Wechsel von Stickoxid zu Ammoniak oder umgekehrt tatsächlich stattgefunden hat oder nicht.
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Vorzugsweise handelt es sich bei der erhöhten Menge an Reduktionsmittel um eine Menge, die ungefähr der 8-fachen Menge von Ammoniak relativ zur Menge an Stickoxid-Rohemission entspricht.
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Gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Einspritzen der erhöhten Menge an Reduktionsmittel in das Abgas mittels der Reduktionsmitteleinspritzvorrichtung solange, bis ein vorbestimmter Einspritzzeitwert erreicht ist oder ein Differenz-Abgaswert bezogen auf den Abgaswert zu Beginn des Einspritzens der erhöhten Menge an Reduktionsmittel einen vorbestimmten Maximalschwellenwert überschreitet. Vorzugsweise handelt es sich bei dem vorbestimmten Einspritzzeitwert um ungefähr 5 Sekunden. Der vorbestimmte Maximalschwellenwert beträgt ungefähr 20 ppm und gibt den maximale Differenzmenge an Ammoniak an, die stromabwärts der Katalysatorvorrichtung mit katalytischer Reduktion während des Einspritzens der erhöhten Menge an Reduktionsmittel ausgestoßen werden darf. Wenn beispielsweise nach kürzester Zeit des Einspritzens der erhöhten Menge an Reduktionsmittel festgestellt wird, dass der vorbestimmte Maximalschwellenwert überschritten wird, kann davon ausgegangen werden, dass es sich aufgrund des signifikanten Anstiegs um Ammoniak im Abgas handelt und vorzeitig die erhöhte Reduktionsmitteleinspritzung gestoppt wird, so dass nicht eine überhöhte Menge an Ammoniak ausgestoßen wird.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Abgastrakt für eine Brennkraftmaschine vorgesehen, der eine Katalysatorvorrichtung mit selektiver katalytischer Reduktion, eine stromaufwärts der Katalysatorvorrichtung angeordnete Reduktionsmitteleinspritzvorrichtung, die zum Einspritzen eines Reduktionsmittels in das Abgas stromaufwärts der Katalysatorvorrichtung ausgebildet ist, einen stromabwärts der Katalysatorvorrichtung angeordneten Abgassensor, der dazu ausgebildet ist, ein Abgassignal zu erzeugen, das einen Abgaswert anzeigt, der den Ammoniakgehalt und/oder Stickoxidgehalt im Abgas angibt, und eine Steuerungsvorrichtung aufweist, die dazu ausgebildet ist, den Stickoxidgehalt und/oder Ammoniakgehalt im Abgas der Brennkraftmaschine an der Position des Abgassensors durch Ausführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens zu ermitteln.
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Dabei handelt es sich bei der Katalysatorvorrichtung bevorzugt um eine rein selektive katalytische Reduktionsvorrichtung zur Nachbehandlung der Stickoxide oder um einen Partikelfilter mit einer selektiven katalytischen Reduktionsbeschichtung zur Nachbehandlung der Stickoxide.
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Gemäß einem noch weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Dieselbrennkraftmaschine mit einem erfindungsgemäßen Abgastrakt vorgesehen.
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Weitere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann durch Ausüben der vorliegenden Lehre und Betrachten der beiliegenden Zeichnungen ersichtlich, in denen:
- 1 schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Abgastrakts einer Brennkraftmaschine zeigt,
- 2 ein beispielhaftes Diagramm zeigt, das einen beispielhaften zeitlichen Verlauf des Abgassignals eines im Abgastrakts der 1 angeordneten Abgassensors darstellt, und
- 3 ein beispielhaftes Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Ermitteln des Stickoxidgehalts und/oder Ammoniakgehalts im Abgas des Abgastrakts der 1 zeigt.
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Die 1 zeigt eine schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen Abgastrakts 100 einer Brennkraftmaschine (nicht explizit gezeigt), vorzugsweise einer Dieselbrennkraftmaschine. Insbesondere gelangt das Abgas der Brennkraftmaschine über den Pfeil 102 in den Abgastrakt 100. Der Abgastrakt 100 weist eine Oxidationskatalysatorvorrichtung 110, beispielsweise einen Dieseloxidationskatalysator, und eine stromabwärts davon angeordnete Katalysatorvorrichtung 120 mit selektiver katalytischer Reduktion auf. Beispielsweise kann es sich bei der Katalysatorvorrichtung 120 um eine selektive katalytische Reduktionsvorrichtung („selective catalytic reduction“ SCR) handeln oder um einen Partikelfilter mit einer selektiven katalytischen Reduktionsbeschichtung. Insbesondere können in der Oxidationskatalysatorvorrichtung 110 die im Abgas befindlichen Kohlenstoffverbindungen, wie beispielsweise Kohlenwasserstoffe und Kohlenstoffmonoxide, zu Kohlendioxid und Wasser oxidiert bzw. umgesetzt bzw. konvertiert werden.
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Der Abgastrakt 100 weist ferner einen stromabwärts der Katalysatorvorrichtung 120 angeordneten Abgassensor 130 auf, der dazu ausgebildet ist, das Abgas hinsichtlich seiner Bestandteile zu vermessen bzw. den Gehalt an speziellen Bestandteilen im Abgas zu ermitteln. Insbesondere handelt es sich bei dem Abgassensor 130 um einen Stickoxidsensor, der den im Abgas befindlichen Stickoxidgehalt erfassen kann. Ein Stickoxidsensor ist, wie aus dem Stand der Technik bekannt, querempfindlich auf im Abgas befindliches Ammoniak. „Querempfindlich“ in diesem Kontext bedeutet, dass das Abgasignal des Abgassensors 130 einen Abgaswert anzeigt, der den Stickoxidgehalt und/oder Ammoniakgehalt im Abgas angibt.
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Damit in der Katalysatorvorrichtung 120 die selektive katalytische Reduktion stattfinden kann, befindet sich stromaufwärts der Katalysatorvorrichtung 120 und stromabwärts der Oxidationskatalysatorvorrichtung 110 eine Reduktionsmitteleinspritzvorrichtung 140, über die ein Reduktionsmittel, wie beispielsweise eine wässrige Harnstofflösung, in das Abgas eingespritzt werden kann.
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Optional kann stromabwärts der Katalysatorvorrichtung 120 eine weitere Katalysatorvorrichtung 150 vorgesehen sein, die ebenfalls eine selektive katalytische Reduktionsvorrichtung ist. Folglich befindet sich stromaufwärts der weiteren Katalysatorvorrichtung 150 und stromabwärts des Abgassensors 130 eine weitere Reduktionsmitteleinspritzvorrichtung 160. Zusätzlich kann dann stromabwärts der weiteren Katalysatorvorrichtung 150 ein weiterer Abgassensor 170, wie beispielsweise ein weiterer Stickoxidsensor, angeordnet sein.
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Der Abgastrakt 100 weist ferner eine Steuerungsvorrichtung 180 auf, die über geeignete Verbindungsleitungen mit den Abgassensoren 130, 160 und den Reduktionsmitteleinspritzvorrichtung 170, 180 verbunden und zur Steuerung des Abgastrakts 100 ausgebildet ist.
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Die 2 zeigt ein beispielhaftes Diagramm, das einen beispielhaften zeitlichen Verlauf des Abgassignals des im Abgastrakt 100 der 1 angeordneten Abgassensors 130 darstellt. Auf der Abszisse ist die Zeit t aufgetragen, wohingegen die Ordinate dem Abgassignal entspricht, das einen Abgaswert anzeigt, der den Stickoxidgehalt und/oder Ammoniakgehalt im Abgas angibt. Die 2 und der darin gezeigte beispielhafte zeitliche Verlauf des Abgassignals des Abgassensors 130 wird im Folgenden unter zusätzlicher Bezugnahme auf die 3 erläutert, die ein beispielhaftes Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Ermitteln des Stickoxidgehalts und/oder Ammoniakgehalts im Abgas des Abgastrakts 100 der 1 zeigt.
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Das Verfahren der 3 startet beim Schritt 300 und gelangt dann zum Schritt 305, an dem überprüft wird, ob die Brennkraftmaschine gestartet worden ist. Das Verfahren verbleibt so lange beim Schritt 305, bis ein Start der Brennkraftmaschine ermittelt worden ist. In der 2 zeigt der Zeitpunkt t0 den Startzeitpunkt Brennkraftmaschine an.
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Wurde beim Schritt 305 ein Start der Brennkraftmaschine ermittelt, gelangt das Verfahren zum Schritt 310, an dem das Abgassignal des Abgassensors 130 vollständig dem Stickoxidgehalt zugeordnet wird. Insbesondere ist nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine die Katalysatorvorrichtung 120 noch nicht auf ihre Betriebstemperatur erwärmt, weshalb die Reduktionsmitteleinspritzvorrichtung noch deaktiviert ist und somit noch kein Reduktionsmittel in das Abgas eingespritzt wird. Folglich kann der aus dem Abgassignal ermittelte Abgaswert vollständig dem Stickoxidgehalt zugeordnet werden, da im Abgas stromabwärts der Katalysatorvorrichtung 120 noch kein Ammoniak vorhanden ist.
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Nach dem Start der Brennkraftmaschine gelangt das Verfahren zum Schritt 315, an dem überprüft wird, ob die Katalysatorvorrichtung 120 ihre Betriebstemperatur erreicht hat. Wird beim Schritt 315 ermittelt, dass die Katalysatorvorrichtung 120 ihre Betriebstemperatur noch nicht erreicht hat, gelangt das Verfahren zurück zum Schritt 310 und es wird weiterhin das Abgassignal bzw. der daraus ermittelte Abgaswert vollständig dem Stickoxidgehalt zugeordnet, da weiterhin noch kein Ammoniak im Abgas der Brennkraftmaschine vorhanden ist.
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Wird beim Schritt 315 ermittelt, dass die die Katalysatorvorrichtung 120 ihre Betriebstemperatur erreicht hat (siehe Zeitpunkt t1 der 2), gelangt das Verfahren zum Schritt 320, an dem die Steuerungsvorrichtung 180 dazu ausgebildet ist, die Reduktionsmitteleinspritzvorrichtung derart zu steuern, dass eine zum Reduzieren der Stickoxide ausreichende Menge an Reduktionsmittel in das Abgas eingespritzt wird. Folglich kann nach dem Erreichen der Betriebstemperatur der Katalysatorvorrichtung 120 mit einer „normalen Dosierungssteuerung“ des Reduktionsmittels, wie es aus dem Stand der Technik bekannt ist, begonnen werden.
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Ab dem Zeitpunkt t1 sinkt, wie aus der 2 ersichtlich, das Abgassignal, da die Stickoxide durch das Einspritzen des Reduktionsmittels innerhalb der Katalysatorvorrichtung 120 umgewandelt werden und somit aus dem Abgas reduziert werden.
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In einem darauffolgenden Schritt 325 wird überprüft, ob das Abgassignal ein lokales Minimum erreicht hat. Insbesondere kann dies anhand der Steigung des zeitlichen Verlaufs des Abgassignals ermittelt werden. Wird beim Schritt 325 ermittelt, dass das Abgassignal noch kein lokales Minimum erreicht hat und folglich weiterhin sinkt, gelangt das Verfahren zurück zum Schritt 320, an dem mit der normalen Dosierungssteuerung des Reduktionsmittels fortgefahren wird.
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Wird beim Schritt 325 ermittelt, dass das Abgassignal ein lokales Minimum erreicht hat (siehe Zeitpunkt t2 in der 2), gelangt das Verfahren der 3 zum Schritt 330, an dem eine erhöhte Menge an Reduktionsmittel mittels der Reduktionsmitteleinspritzvorrichtung 140 ins Abgas eingespritzt wird. Insbesondere kann bei dem lokalen Minimum zum Zeitpunkt t2 davon ausgegangen werden, dass der Stickoxidgehalt im Abgas sein Minimum erreicht hat und aufgrund der weiteren Einspritzung von Reduktionsmittel der zeitlich folgende Anstieg des Abgassignals auf einen Ammoniakschlupf zurückzuführen sein könnte, wenn vor dem lokalen Minimum der Abgaswert als Stickoxidgehalt identifiziert worden ist. Das lokale Minimum beträgt in der Theorie ungefähr 0 ppm, kann jedoch in der Praxis aufgrund von Messungenauigkeiten und/oder Alterungseffekten der Bauteile des Abgastrakts 100 bei Werten ungleich 0 ppm, wie beispielsweise 3 ppm, liegen.
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Um mit hoher Sicherheit ein lokales Minimum des Abgassignals zu ermitteln ist es bevorzugt, nach dem Erreichen einer potentiellen lokalen Minimums des Abgassignals zu überprüfen, ob das Abgassignal einen vorbestimmten Schwellenwert C (siehe 2) überschreitet und das Einspritzen der erhöhten Menge an Reduktionsmittel beim Schritt 330 erst zu starten, wenn ein Überschreiten des vorbestimmten Schwellenwerts ermittelt worden ist. Denn erst dann kann mit hoher Sicherheit ermittelt werden, dass es sich beim dem Abgaswert zum Zeitpunkt t2 um ein lokales Minimum des Abgassignals handelt.
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Beim Schritt 330 steuert folglich die Steuerungsvorrichtung 190 die Reduktionsmitteleinspritzvorrichtung 170 derart an, dass eine erhöhte Menge an Reduktionsmittel in das Abgas eingespritzt wird (siehe Zeitpunkt t3 in der 2). Eine erhöhte Menge an Reduktionsmittel ist dadurch gekennzeichnet, dass beispielsweise eine Menge an Reduktionsmittel derart eingespritzt wird, dass ungefähr die 8-fache Ammoniakmenge relativ zur Stickoxid-Rohemissionsmenge entsteht.
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Bei einem darauffolgenden Schritt 335 wird überprüft, ob seit dem Start des Einspritzens der erhöhten Menge an Reduktionsmittel ein vorbestimmter Einspritzzeitwert, beispielsweise ungefähr 5 Sekunden, vergangen sind. Wird beim Schritt 335 ermittelt, dass der vorbestimmte Einspritzzeitwert noch nicht erreicht ist, gelangt das Verfahren zurück zum Schritt 330 und es wird weiterhin eine erhöhte Menge an Reduktionsmittel eingespritzt.
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Wird beim Schritt 335 ermittelt, dass der vorbestimmte Einspritzzeitwert erreicht ist (siehe Zeitpunkt t4 in der 2), gelangt das Verfahren zum Schritt 340, an dem die Differenz zwischen dem Abgaswert zum Beginn des Einspritzens der erhöhten Menge an Reduktionsmittel (siehe Zeitpunkt t3 in der 2) und dem Ende des Einspritzens der erhöhten Menge an Reduktionsmittel (siehe Zeitpunkt t4 in der 2) gebildet wird.
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Unter Verweis auf die 2 kann gesehen werden, dass aufgrund der erhöhten Menge an eingespritztem Reduktionsmittel, das zum Zeitpunkt T3 gestattet wird, das Abgassignal zwischen den Zeitpunkten t3 und t4 sinkt. Dies ist ein Hinweis darauf, dass durch das Einspritzen der erhöhten Menge an Reduktionsmittel die Stickoxide im Abgas mehr abgebaut werden und die Katalysatorvorrichtung 120 mit selektiver katalytischer Reduktion die erhöhte Ammoniakmenge ohne Ammoniakschlupf einspeichern kann und sich somit auch das Abgassignal verringert.
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Beim Schritt 345 wird überprüft, ob sich das Abgassignal bzw. der daraus ermittelte Abgaswert während des Einspritzens der erhöhten Menge an Reduktionsmittel erhöht oder reduziert. Wird beim Schritt 345 ermittelt, dass sich, wie es zwischen den Zeitpunkten t3 und t4 der Fall ist, verringert, gelangt das Verfahren zum Schritt 350, an dem festgestellt wird, dass sich im Abgas Stickoxid und nicht Ammoniak befindet, weshalb ein vollständiges Zuordnen des Abgaswerts dem Stickoxidgehalt erfolgen kann.
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Wird beim Schritt 345 jedoch ermittelt, dass sich, wie es zwischen den Zeitpunkten t6 und t7 (siehe 2) der Fall ist, erhöht, gelangt das Verfahren zum Schritt 360, an dem festgestellt wird, dass sich im Abgas Ammoniak und nicht Stickoxid befindet, weshalb ein vollständiges Zuordnen des Abgaswerts dem Ammoniakgehalt erfolgen kann.
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Unter erneutem Verweis auf die 2 erfolgt nach dem Zeitpunkt t4 wieder eine normale Dosierungsteuerung des Reduktionsmittels bis am Zeitpunkt t5 wiederum ein lokales Minimum des Abgassignals ermittelt wird. Dies erfolgt analog zu den Schritten 320 und 325. Ebenso erfolgen dann auch wieder die Schritte 330 bis 345, wobei zwischen den Zeitpunkten t6 und t7, das heißt während des Einspritzens der erhöhten Menge an Reduktionsmittel, ein Anstieg des Abgassignals ermittelt wird. Wird beim Schritt 345 eine Erhöhung des Abgaswert ermittelt, gelangt das Verfahren der 3 zum Schritt 360, an dem festgestellt wird, dass sich im Abgas Ammoniak und nicht Stickoxid befindet, weshalb ein vollständiges Zuordnen des Abgaswerts dem Ammoniakgehalt erfolgen kann.
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In dem Beispiel der 2 steigt während des Einspritzens der erhöhten Menge an Reduktionsmittel das Abgassignal zwischen den Zeitpunkten t6 und t7 weiter an. Daraus kann abgeleitet werden, dass es im Abgas Ammoniak befindet, wobei der Ammoniakgehalt durch die erhöhte Menge an eingespritztem Reduktionsmittel weiter ansteigt. Insbesondere kann an diesem Zeitpunkt t7 davon ausgegangen werden, dass das Einspritzen der erhöhten Menge an Reduktionsmittel zu einem erhöhten Ammoniakschlupf durch die Katalysatorvorrichtung 120 führt, was sich in einem Anstieg des Abgassignals nach dem Zeitpunkt t6 niederschlägt.
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Zusätzlich kann beim Schritt 335 überprüft werden, ob der Differenz-Abgaswert während dem Einspritzen der erhöhten Menge an Reduktionsmittel einen vorbestimmten Maximalschwellenwert überschreitet. Wird ein solches Überschreiten festgestellt, wird das Einspritzen der erhöhten Menge an Reduktionsmittel unterbrochen, da der Ammoniakschlupf anderenfalls zu groß werden würde. Insbesondere kann dann bereits ein vollständiges Zuordnen des Abgaswerts dem Ammoniakgehalt erfolgen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102017201400 A1 [0004]
- US 9366168 B2 [0004]
- US 9261001 B2 [0004]
- WO 2020/057768 A1 [0004]
- US 8171724 B2 [0004]
