DE102022206802A1 - Verfahren zur Steuerung eines Abgasnachbehandlungssystems einer Verbrennungskraftmaschine mit mindestens zwei in Reihe geschalteten SCR-Katalysatoren - Google Patents

Verfahren zur Steuerung eines Abgasnachbehandlungssystems einer Verbrennungskraftmaschine mit mindestens zwei in Reihe geschalteten SCR-Katalysatoren Download PDF

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Abstract

Verfahren zur Steuerung eines Abgasnachbehandlungssystems einer Verbrennungskraftmaschine (10) mit mindestens zwei in Reihe geschalteten SCR-Katalysatoren (4,19), wobei das Abgasnachbehandlungssystem einen Bypass (15) mit einem Bypassventils (16) um den ersten SCR-Katalysator (4) aufweist, wobei über den Bypass (15) Abgase der Verbrennungskraftmaschine (10) ganz oder zumindest teilweise um den ersten SCR-Katalysator (4) herumgeleitet werden, mit folgenden Schritten:- Ermitteln einer Aktivierung eines Motorbremsbetriebs für die Verbrennungskraftmaschine (10)- Ermitteln einer ersten Ist-Temperatur (TIst,Kat1) für den ersten SCR-Katalysator (4)- Ermitteln eines Ist-NH3-Füllstand (NH3IstKat1) für den ersten SCR-Katalysator (4)- Ermitteln eines modellierten maximal zulässigen NH3-Füllstand (NH3Limit) in Abhängigkeit des Ist-NH3-Füllstand (NH3IstKat1)- Ermitteln einer zukünftigen Temperatur (Tpre) für den ersten SCR-Katalysators (4) mittels eines prädiktiven Temperaturmodells- Ermitteln eines Vergleichs in Abhängigkeit der ermittelten ersten Ist-Temperatur (TIst,Kat1) und der ermittelten zukünftigen Temperatur (Tpre)- Ansteuern des Bypassventils (16) in Abhängigkeit des ermittelten Vergleiches, insbesondere vollständiges oder teilweises Öffnen des Bypassventils (16).

Description

  • Stand der Technik
  • Vor allem in Nutzfahrzeugen, beispielsweise in LKWs, gehören Motorbremsen neben üblichen Betriebsbremsen zur Standardtechnologie. Hierbei sind sogenannte Motorstau-Bremsen, auch Auspuffklappenbremsen oder Stauklappen genannte Typen, bekannt. Bekannte Motorbremsen sind unter dem Namen „Jake-Brake“ oder „Jacobs-Bremse“ bekannt. Aufgrund von sich verschärfenden Emissionsgesetzgebungen, wie z.B. der EURO7 Gesetzgebung, müssen neue Konzepte für die Abgasnachbehandlungssystem durchgeführt werden um z.B. auch Distickstoffmonoxid (N2O) oder Ammoniakschlupf (NH3) zu vermeiden.
  • Die DE 10 2009 035 692 A1 offenbart ein Verfahren zur Reinigung eines Abgasstroms einer abgasaufgeladenen Brennkraftmaschine, bei dem Stickoxide aus dem Abgasstrom mittels der selektiven katalytischen Reduktion entfernt werden, wobei der Abgasstrom stromauf einer Abgasturbine eines Abgasturboladers und stromauf wenigstens eines SCR-Katalysators in einen in einer Hauptabgasleitung zur Abgasturbine geführten Haupt-Abgasstrom und in wenigstens einen in einer Bypassleitung geführten und an der Abgasturbine vorbeigeführten Bypass-Abgasstrom aufgezweigt wird, wobei dem Bypass-Abgasstrom in definierten Brennkraftmaschinen-Betriebszuständen eine definierte Menge einer zu zersetzenden Reduktionsmittelvorläufersubstanz zugeführt wird, die in einem Reaktor, der strömungstechnisch mit dem Bypass-Abgasstroms verbunden ist, zu einem Reduktionsmittel, bevorzugt zu Ammoniak, umgesetzt wird, das mittels des Bypass-Abgasstroms vom Reaktor abgeführt und stromauf des SCR-Katalysators dem Haupt-Abgasstrom zugeführt wird, und wobei wenigstens eine mittels einer Steuer- und/oder Regelvorrichtung gekoppelte und in Abhängigkeit von definierten Betriebsparametern ansteuerbare Absperr- und/oder Drosseleinrichtung vorgesehen ist, wobei von der Hauptabgasleitung stromab der Abgasturbine wenigstens eine Abzweigleitung abgezweigt ist, die stromauf des Reaktors und/oder stromauf einer Einmischstelle für eine Reduktionsmittelvorläufersubstanz in die Bypassleitung einmündet und mittels der ein Abzweigabgasstrom in Abhängigkeit von definierten Brennkraftmaschinen-Betriebszuständen, insbesondere außerhalb eines definierten Leerlauf- und/oder Schwachlastbetriebes der Brennkraftmaschine, abgezweigt und der Bypassleitung zugeführt wird.
  • Offenbarung der Erfindung
  • In einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Steuerung eines Abgasnachbehandlungssystems einer Verbrennungskraftmaschine mit mindestens zwei in Reihe geschalteten SCR-Katalysatoren, wobei das Abgasnachbehandlungssystem einen Bypass mit einem Bypassventils um den ersten SCR-Katalysator aufweist, wobei über den Bypass Abgase der Verbrennungskraftmaschine ganz oder zumindest teilweise um den ersten SCR-Katalysator herumgeleitet werden, mit folgenden Schritten:
    • - Ermitteln einer Aktivierung eines Motorbremsbetriebs für die Verbrennungskraftmaschine
    • - Ermitteln einer ersten Ist-Temperatur für den ersten SCR-Katalysator
    • - Ermitteln eines Ist-NH3-Füllstand für den ersten SCR-Katalysator
    • - Ermitteln eines modellierten maximal zulässigen NH3-Füllstand in Abhängigkeit des Ist-NH3-Füllstand
    • - Ermitteln einer zukünftigen Temperatur für den ersten SCR-Katalysators mittels eines prädiktiven Temperaturmodells
    • - Ermitteln eines Vergleichs in Abhängigkeit der ermittelten ersten Ist-Temperatur und der ermittelten zukünftigen Temperatur
    • - Ansteuern des Bypassventils in Abhängigkeit des ermittelten Vergleiches, insbesondere vollständiges oder teilweises Öffnen des Bypassventils.
  • Während eines aktivierten Motorbremsbetriebs für die Verbrennungskraftmaschine werden keine bis sehr wenige Stickoxidemissionen (NOx-Emissionen) durch die Verbrennungskraftmaschine erzeugt und weiterhin kommt es zu einer erheblichen Erhöhung der Abgastemperatur. Die geringe Menge an produzierten Stickoxidemission in diesem Betriebszustand hat zur Folge, dass der erste SCR-Katalysator, welcher im für die selektive katalytische Reaktion Ammoniak (NH3) eingespeichert hat, eine sehr geringe, bis keine Konvertierungsrate aufweist. Bei nun zusätzlich ansteigender Abgastemperatur sinkt jedoch das Ammoniakspeichervermögen des ersten SCR-Katalysators, so dass es zu ungewollten Ammoniakschlupf bzw. zur Desorption von Ammoniak (NH3) aus dem ersten SCR-Katalysator kommen kann. Zusätzlich wird die Bildung von Distickstoffmonoxid (N2O) begünstigt
  • Das Verfahren hat dahin den besonderen Vorteil, dass bei einem erkannten Motorbremsbetriebszustand in Abhängigkeit der Temperatur des ersten SCR-Katalysators und dessen NH3-Füllstands ein Umleiten des Verbrennungsabgases über den Bypass durchgeführt werden kann, wenn ein Ammoniakschlupf zu einem zukünftigen Zeitpunkt ermittelt wird. Durch diese gezielte Steuerung des Bypasses wird die Desorption von Ammoniak (NH3) weitestgehend verhindert und zusätzlich die Bildung von schädlichen Distickstoffmonoxid (N2O) über die erste SCR-Stufe verhindert bzw. minimiert. Somit kann eine Emissionsstrategie für die Erfüllung der gewünschten Auspuffemissionen durchgeführt werden bei der weiterhin die Leistungsfähigkeit bzw. der Wirkungsgrad der zweiten SCR-Stufe für die Regelung des Bypasses berücksichtigt wird. Die zweite SCR- Stufe wird noch durchströmt, eine Filtration des Abgases ist somit noch gegeben.
  • Eine einer besonderen Ausgestaltung wird in Abhängigkeit der ermittelten zukünftigen Temperatur ein zukünftiger NH3-Füllstand für den ersten SCR-Katalysator ermittelt.
  • Ferner kann ein Vergleich zwischen einer betraglichen ersten Differenz und einem ersten Schwellenwert ermittelt werden, wobei die betragliche erste Differenz zwischen dem zukünftiger NH3-Füllstand und dem ermittelten Ist-NH3-Füllstand gebildet wird und wenn die betragliche erste Differenz den ersten Schwellenwert überschreitet, wird das Bypassventils geöffnet oder zumindest teilweise geöffnet.
  • Das Verfahren bietet den Vorteil, dass somit schnell auf sich Ändernde NH3-Füllstände reagiert werden kann, so dass ein Ammoniakschlupf sowie auch eine ungünstige Bildung Distickstoffmonoxidemissionen verringert oder sogar vermieden werden kann.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung wird ein Vergleich zwischen einer betraglichen zweiten Differenz und einem zweiten Schwellenwert ermittelt, wobei die betragliche zweite Differenz zwischen der ermittelten zukünftigen Temperatur und der ermittelten ersten Ist-Temperatur gebildet wird und wenn die betragliche zweite Differenz den zweiten Schwellenwert überschreitet das Bypassventils geöffnet oder zumindest teilweise geöffnet.
  • Unter der Annahme, dass sich der NH3-Füllstand des ersten SCR-Katalysators 4 ab einem aktivierten Motorbremsbetriebs nahezu nicht mehr ändert, ist es vorteilhaft, die Regelung der Steuerung des Bypass in Abhängigkeit der ermittelten zukünftige Temperatur und der ermittelten ersten Ist-Temperatur durchzuführen. Somit können Ressourcen bei der Berechnung des Verfahrens für das Steuergerät eingespart werden.
  • In weiteren Aspekten betrifft die Erfindung eine Vorrichtung, insbesondere ein Steuergerät und ein Computerprogramm, die zur Ausführung eines der Verfahren eingerichtet, insbesondere programmiert, sind. In einem noch weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm gespeichert ist.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
    • 1 eine schematische Darstellung einer Verbrennungskraftmaschine 10 für ein Nutzfahrzeug mit einer Dekompressionsmotorbremse,
    • 2 ein Flussdiagramm zur graphischen Darstellung des Ablaufs eines ersten Ausführungsbeispiels des Verfahrens,
    • 3 ein Flussdiagramm zur graphischen Darstellung des Ablaufs eines zweiten Ausführungsbeispiels des Verfahrens.
  • Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
  • Der 1 ist ein Verbrennungskraftmaschine 10 zu entnehmen, der einlassseitig an einen Frischluftpfad 1 und auslassseitig an einen Abgaspfad 2 angeschlossen ist. Die Verbrennungskraftmaschine 10 ist vorzugsweise ein Aggregat für Nutzkraftfahrzeuge, welche eine Motorbremse aufweisen. Weiterhin kann die Verbrennungskraftmaschine 10 eine nicht weiter dargestellte Stelleinrichtung zur Kraftstoffzumessung in jeden Zylinder sowie eine Verstelleinrichtung für die Ventilerhebungskurven, z.B. eine Nockenwellenverstelleinrichtung (nicht weiter gezeigt) für die Verbrennungskraftmaschine 10 aufweisen.
  • Die Luftzuführung 60 des Frischluftpfads 1 steht über Einlassventile (nicht gezeigt) mit den Zylindern der Verbrennungskraftmaschine 10 in an sich bekannter Weise in Verbindung. Verbrennungsabgas wird über entsprechende Auslassventile (nicht gezeigt) der Zylinder in das Abgassystem 70 in an sich bekannter Weise ausgestoßen.
  • Ferner kann ein Turbolader (nicht gezeigt) im Abgaspfad 2 und ein Verdichter 11 im Frischluftpfad 1 angeordnet sein. Über den Abgaspfad 2 wird das bei dem Verbrennungsprozess im Verbrennungskraftmaschine 10 anfallende Abgas abgeführt. Das Abgas wird dabei einer Abgasnachbehandlung unterzogen. Hierzu sind stromabwärts im Abgaspfad 2 ein erster NOx-Sensor 13, ein erster Temperatursensor 14, ein optionaler Dieseloxidationskatalysator 3, ein erstes Harnstoff-Einspritzventil 8.1, ein erster selektiver katalytischer Katalysator 4 (SCR), ein optionaler erster Antischlupfkatalysator 5 und ein zweiter NOx-Sensor 6 angeordnet. Diese Gruppe von Komponenten bildet eine erste Stufe (SCR-Stufe) für die Abgasreinigung. Stromabwärts der ersten Stufe der Abgasreinigung ist ein zweiter Dieseloxidationskatalysator 17, ein Dieselpartikelfilter 18, ein zweites Harnstoff-Einspritzventil 8.2, ein zweiter SCR-Katalysator 19, ein optionaler zweiter Antischlupfkatalysator 20 und ein zweiter NOx-Sensor 21 angeordnet. Diese Gruppe von Komponenten bildet eine zweite Stufe (SCR-Stufe) für die Abgasreinigung.
  • Stromabwärts der Verbrennungskraftmaschine 10 und stromaufwärts des ersten Dieseloxidationskatalysator 3 ist ein Bypass 15 um die erste Stufe der Abgasreinigung angeordnet, welche stromabwärts des ersten selektiven katalytischen Katalysator 4 bzw. des optionalen ersten Antischlupfkatalysators 5 und stromaufwärts des zweiten Dieseloxidationskatalysators 17 in den Abgasstrang 2 mündet.
  • Der Bypass 15 weist weiterhin eine elektronische Stelleinrichtung 16, vorzugsweise ein Bypass-Ventil 16, zum Öffnen und Schließen des Bypass 15 auf. Die elektronische Stelleinrichtung ist dabei vorzugsweise als ein Schrittmotor ausgebildet und wird mittels des Steuergeräts 100 gestellt.
  • Der Bypass 15 hat dabei die Aufgabe heißes Abgas kommend von der Verbrennungskraftmaschine 10 vorbei an der ersten Stufe zu führen. Hierbei wird zum einen ein geringerer Temperatureintrag für die Abgaskomponenten sowie auch ein geringerer Eintrag von Emissionen für die Abgaskomponenten erhalten. Da mit zunehmender Temperatur für die SCR-Katalysatoren 4,19 deren Speicherfähigkeit von Ammoniak verringert wird ist es für Betriebssituationen für die Verbrennungskraftmaschine 10, bei denen viel Abgaswärme aber wenig Emissionen erzeugt werden, vorteilhaft die erste Stufe der Abgasreinigung durch den Bypass 15 umgehen zu können. Ansonsten kann beispielsweise ein erhöhter Ammoniakschlupf im ersten SCR-Katalysator 4 ausgelöst werden.
  • Die erste Stufe der Abgasreinigung ist im Wesentlichen für eine schnelle NOx-Reduktion nach einem Motorkaltstart (Kaltbetrieb) zuständig und vorzugsweise nah an der Verbrennungskraftmaschine 10 angeordnet.
  • Der erste SCR-Katalysator 4 kann dabei auch als ein kombinierter SCR-Katalysator mit einem Dieselpartikelfilter ausgestaltet sein.
  • Die Antischlupfkatalysatoren 5 und 20 sind dabei vorzugsweise derart ausgebildet, dass sie etwaige Ammoniakrückstände in den Abgasen entfernen, so dass kein Ammoniak Schlupf entsteht. Diese weisen aber nur eine geringe Speicherfähigkeit auf.
  • Die oben genannten Temperatur- sowie NOx-Sensoren 6,13,14,21 sind in bekannterweise mit einem Steuergerät 100 verbunden und deren Signale werden vom Steuergerät 100 empfangen und gespeichert.
  • Weiterhin umfasst das gezeigte System ein bekanntes Harnstoffeinspritzsystem, bestehend aus einem SCR-Tank mit einer Pumpeinheit, welche dem ersten und dem zweiten Harnstoff-Einspritzventil 8.1, 8.2 in bekannterweise Harnstoffflüssigkeit mit einem vorgebbaren Druck zuführt. Das Harnstoffeinspritzsystem wird mittels einer auf dem Steuergerät 100 gespeicherten Regelungsstrategie gesteuert.
  • Weiterhin sind Messgrößen wie der Abgasmassenstrom und die Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine 10 in bekannterweise im Steuergerät 100 abrufbar.
  • Zur Ermittlung eines NH3-Füllstands ist im Steuergerät 100 für beide SCR-Katalysatoren 4, 19 ein NH3-Füllstandsmodell gespeichert. Der modellierte erste NH3-Füllstand NH3mod,Kat1 für den ersten SCR-Katalysator 4 wird mittels eines ersten NH3-Füllstandmodells vorzugsweise in Abhängigkeit der durch das erste Dosierventil 8.1 eindosierten Harnstoffmenge und/oder der ersten NOx-Konzentration cNOxUp,SCR1 stromaufwärts des ersten SCR-Katalysator 4 mit dem ersten NOx-Sensor 13 ermittelt und/oder der ersten Temperatur TIst,Kat1 des ersten SCR-Katalysators 4 und /oder dem Abgasmassenstrom ṁexh ermittelt.
  • Die erste Temperatur TIst,Kat1 des ersten SCR-Katalysators 4 kann vorzugsweise mittels eines Temperaturmodells in Abhängigkeit des ersten Temperatursensors 14 durch das Steuergerät 100 ermittelt werden.
  • Die erste NOx-Konzentration cNox,Up,SCR1 wird vorzugsweise mittels der ersten NOx-Sensors 13 ermittelt.
  • Der modellierte zweite NH3-Füllstand NH3mod,Kat2 für den zweiten SCR-Katalysator 19 wird mittels eines zweiten NH3-Füllstandmodells vorzugsweise in Abhängigkeit der durch das erste Dosierventil 8.1 eindosierten Harnstoffmenge und/oder der zweiten NOx-Konzentration cNOxUp,SCR2 stromaufwärts es zweiten SCR-Katalysator 19 und/oder der zweite NH3-Konzentration stromaufwärts des zweiten SCR-Katalysator 19 und/oder der durch das zweite Dosierventil 8.2 eindosierten Harnstoffmenge und/oder der zweiten Katalysatortemperatur TIst,Kat2 des zweiten SCR-Katalysators 19 und/oder dem Abgasmassenstrom ṁexh ermittelt.
  • Die zweite Temperatur TIst,Kat2 des zweiten SCR-Katalysators 19 kann vorzugsweise mittels eines Temperaturmodells in Abhängigkeit eines nicht weiter gezeigten zweiten Temperatursensors durch das Steuergerät 100 ermittelt werden. Der zweite Temperatursensor ist vorzugsweise stromabwärts des Dieselpartikelfilters 18 und stromaufwärts des zweiten SCR-Katalysators 19 angeordnet.
  • Die zweite NOx-Konzentration cNoxUp,SCR2 wird vorzugsweise mittels des zweiten NOx-Sensors 6 ermittelt.
  • Die 2 zeigt beispielhaft den Ablauf des Verfahrens zur Regelung einer Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors 10 mit mehreren in Reihe geschalteten SCR-Katalysatoren 4,19. Es werden beispielhaft die wesentlichen Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben.
  • In einem ersten Schritt 200 wird eine Freigabebedingung für das Verfahren abgeprüft, wobei eine Freigabe für das Verfahren erteilt wird, wenn ein Betriebszustand für die Verbrennungskraftmaschine 10 vorliegt bei dem die Motorbremse aktiv ist. In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist auf dem Steuergerät 100 ein Bremskoordinator gespeichert, welcher die Aktivierung einer Motorbremse erkennt und vorteilhafterweise über ein Statusbit ausgibt.
  • Der Betriebszustand einer aktivierten Motorbremse wird vorzugsweise über eine Drehzahländerung und/oder eine Luftmassenstromänderung und/oder einer Betätigung des Bremspedals und/oder einer Motormomentänderung und/oder eine Gaspedalstellungsänderung in einem vorgegebenen Zeitintervall sich im Wesentlichen verändert bzw. stark erkannt. Hierzu überwacht das Steuergerät 100 kontinuierlich die Eingangsgrößen und falls ein Betriebszustand erkannt wird, bei dem die Motorbremse des Verbrennungsmotors 10 aktiviert wird, wird das Verfahren im Schritt 210 fortgesetzt.
  • In einem Schritt 210 wird anschließend die Abgastemperatur Texh mittels des ersten Temperatursensor 14 und die erste NOx-Konzentration cNoxUp,SCR1 und der Ist-NH3-Füllstand NH3Ist,Kat1 des ersten SCR-Katalysators 4 mittels des NH3-Füllstandsmodell durch das Steuergerät 100 ermittelt. Anschließend wird das Verfahren in einem Schritt 220 fortgesetzt.
  • In einem Schritt 220 wird in Abhängigkeit der ersten Ist-Temperatur TIst,Kat1 mittels eines auf dem Steuergerät 100 gespeicherten Modells der bei der ersten Ist-Temperatur TIst,Kat1 modellierte maximale NH3-Füllstand NH3Limit für den ersten SCR-Katalysator 4 ermittelt.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der modellierte maximale NH3-Füllstand NH3Limit in Abhängigkeit der Temperatur für den SCR-Katalysator 4 in einem im Steuergerät 100 Kennfeld gespeichert. Vorteilhafterweise werden die NH3-Füllstände in Abhängigkeit der Temperatur des ersten SCR-Katalysators 4 während einer Applikationsphase ermittelt und anschließend im Steuergerät 100 in einem Kennfeld hinterlegt eingespeichert.
  • Überschreitet der im Schritt 210 ermittelte Ist-NH3-Füllstand NH3mod,Kat1 des ersten SCR-Katalysators 4 den für die erste Ist-Temperatur TIst,Kat1 maximalen NH3-Füllstand NH3Limit so wird als Sofortmaßnahme der Bypass 15 mittels des Bypassventils 16 geöffnet, vorzugsweise komplett geöffnet, und das Verfahren im Schritt 210 fortgesetzt oder beendet. Unterschreitet der ermittelte Ist-NH3-Füllstand den maximalen NH3-Füllstand NH3Limit wird das Verfahren im Schritt 230 fortgesetzt.
  • In einem Schritt 230 wird mittels eines im Steuergerät 100 hinterlegten prädiktiven Temperaturmodells eine zukünftige Temperatur Tpre für den ersten SCR-Katalysator 4 ermittelt.
  • Die zukünftige Temperatur Tpre entspricht dabei vorzugsweise einer Temperatur zu einem nächsten Zeitschritt, vorzugsweise in Millisekunden, Sekunden oder Minuten. Vorteilhafterweise wird die zukünftige Temperatur im Zeitraster oder Zeitraum von 1,5, 10 oder 100 Millisekunden oder Sekunden ermittelt.
  • Als Eingangsgrößen für das prädiktive Temperaturmodell wird vorteilhafterweise die aktuelle Drehzahl neng der Verbrennungskraftmaschine 10, der aktuelle Abgasmassenstroms mexh, die aktuelle Gaspedalstellung, das angeforderte Bremsmoment, aktueller eingelegter Gang der Verbrennungskraftmaschine 10 und der Wirkungsgrad der Motorbremse.
  • In Abhängigkeit der ermittelten zukünftigen Temperatur Tpre wird ein zukünftiger NH3-Füllstand NH3pre für den ersten SCR-Katalysator 4 ermittelt. Anschließend wird das Verfahren in einem Schritt 240 fortgesetzt.
  • In einem Schritt 240 wird nun ein Vergleich zwischen dem zukünftigen NH3-Füllstand NH3pre und dem im Schritt 220 ermittelten maximalen NH3-Füllstand NH3Limit durchgeführt.
  • Vorteilhafterweise kann eine betragliche erst Differenz D1 zwischen dem zukünftigen NH3-Füllstand NH3pre und dem ermittelten maximalen NH3-Füllstand NH3Limit durch das Steuergerät 100 ermittelt werden.
  • Überschreitet diese betragliche erst Differenz D1 einen vorgebbaren ersten Schwellenwert S1 wird der Bypass 15 mittels des Bypassventils 16 geöffnet oder teilweise geöffnet. In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Öffnung des Bypass 15 in Abhängigkeit einer Höhe der Überschreitung des ersten Schwellenwerts S1 durch die betragliche erst Differenz D1 durchgeführt werden. Unterschreitet die betragliche erst Differenz D1 den ersten Schwellenwert S1 wird das Verfahren im Schritt 210 fortgesetzt oder beendet.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird die Öffnung des Bypassventils 16 kontinuierlich geregelt, wenn das Verfahren erneut in einer Schleife ab dem Schritt 210 wiederholt wird.
  • Die 3 zeigt einen zweiten beispielhaften Ablauf des Verfahrens zur Regelung einer Abgasnachbehandlung eines Verbrennungsmotors 10 mit mehreren in Reihe geschalteten SCR-Katalysatoren 4,19. Es werden beispielhaft die wesentlichen Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben.
  • In einem ersten Schritt 300 wird eine Freigabebedingung für das Verfahren abgeprüft, wobei eine Freigabe für das Verfahren erteilt wird, wenn ein Betriebszustand für die Verbrennungskraftmaschine 10 vorliegt bei dem die Motorbremse aktiv ist. In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist auf dem Steuergerät 100 ein Bremskoordinator gespeichert, welcher die Aktivierung einer Motorbremse erkennt und vorteilhafterweise über ein Statusbit ausgibt.
  • Der Betriebszustand einer aktivierten Motorbremse wird vorzugsweise über eine Drehzahländerung und/oder eine Luftmassenstromänderung und/oder einer Betätigung des Bremspedals und/oder einer Motormomentänderung und/oder eine Gaspedalstellungsänderung in einem vorgegebenen Zeitintervall sich im Wesentlichen verändert bzw. stark erkannt. Hierzu überwacht das Steuergerät 100 kontinuierlich die Eingangsgrößen und falls ein Betriebszustand erkannt wird, bei dem die Motorbremse des Verbrennungsmotors 10 aktiviert wird, wird das Verfahren im Schritt 310 fortgesetzt.
  • In einem Schritt 310 wird anschließend die Abgastemperatur Texh mittels des ersten Temperatursensor 14 und die erste NOx-Konzentration cNoxUp,SCR1 und der Ist-NH3-Füllstand NH3Ist,Kat1 des ersten SCR-Katalysators 4 mittels des NH3-Füllstandsmodell durch das Steuergerät 100 ermittelt. Anschließend wird das Verfahren in einem Schritt 320 fortgesetzt.
  • In einem Schritt 320 wird in Abhängigkeit der ersten Ist-Temperatur TIst,Kat1 mittels eines auf dem Steuergerät 100 gespeicherten Modells der bei der ersten Ist-Temperatur TIst,Kat1 modellierte maximale NH3-Füllstand NH3Limit für den ersten SCR-Katalysator 4 und daraus eine maximale zulässige Temperatur TLimit für den ersten SCR-Katalysator 4 ermittelt. Oberhalb dieser maximal zulässigen Temperatur TLimit für den ersten SCR-Katalysator 4 kommt es aufgrund der sich mit der steigenden Temperatur verringernden NH3-Speicherfähigkeit des ersten SCR-Katalysators 4 zu einer Desorption von Ammoniak und somit zu einem ungewollten Ammoniakschlupf.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der modellierte maximale NH3-Füllstand NH3Limit in Abhängigkeit der Temperatur für den ersten SCR-Katalysator 4 in einem Kennfeld im Steuergerät 100 hinterlegt. Vorteilhafterweise werden die NH3-Füllstände in Abhängigkeit der Temperatur des ersten SCR-Katalysators 4 während einer Applikationsphase ermittelt und anschließend im Steuergerät 100 in einem Kennfeld hinterlegt eingespeichert. Aus diesem Kennfeld lassen sich dann entsprechend auch die maximal zulässigen Temperaturen TLimit für den ersten SCR-Katalysator 4 ermitteln.
  • Im Weiteren wird nun angenommen, dass sich der ermittelte Ist-NH3-Füllstand NH3Ist,Kat1 nicht weiter ändern wird bzw. nahezu konstant bleibt. Diese Annahme wird gemacht, da die Verbrennungskraftmaschine 10 während eines Motorbremsbetriebs nur wenig NOx-Emissionen erzeugt und somit nur wenig bis gar keine Konvertierung von NOx-Emissionen im ersten SCR-Katalysator 4 mit dem dort eingespeicherten Ammoniak (NH3) stattfindet. Der ermittelte Beladungszustand NH3Ist,Kat1 des ersten SCR-Katalysators 4 bleibt somit unverändert oder ändert sich in einem zu vernachlässigenden Maße. Überschreitet die im Schritt 310 ermittelte erste Ist-Temperatur TIst,Kat1 die maximal zulässige Temperatur TLimit so wird als Sofortmaßnahme der Bypass 15 mittels des Bypassventils 16 geöffnet, vorzugsweise komplett geöffnet, und das Verfahren im Schritt 310 fortgesetzt oder beendet.
  • Unterschreitet die ermittelte erste Ist-Temperatur TIst,Kat1 die maximal zulässige Temperatur TLimit wird das Verfahren im Schritt 330 fortgesetzt.
  • In einem Schritt 330 wird mittels eines im Steuergerät 100 hinterlegten prädiktiven Temperaturmodells eine zukünftige Temperatur Tpre für den ersten SCR-Katalysator 4 ermittelt.
  • Die zukünftige Temperatur Tpre entspricht dabei vorzugsweise einer Temperatur zu einem nächsten Zeitschritt, vorzugsweise in Millisekunden, Sekunden oder Minuten. Vorteilhafterweise wird die zukünftige Temperatur Tpre im Zeitraster oder Zeitraum von 1,5, 10 oder 100 Millisekunden oder in Sekunden ermittelt. Als Eingangsgrößen für das prädiktive Temperaturmodell wird vorteilhafterweise die aktuelle Drehzahl neng der Verbrennungskraftmaschine 10, der aktuelle Abgasmassenstroms mexh, die aktuelle Gaspedalstellung, das angeforderte Bremsmoment, aktueller eingelegter Gang der Verbrennungskraftmaschine 10 und der Wirkungsgrad der Motorbremse.
  • Da sich im Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine 10 mit einer aktiven Motorbremse wie bereits erwähnt der NH3-Füllstand des ersten SCR-Katalysators 4 nahezu nicht verändert entspricht die ermittelte zukünftige Temperatur Tpre der neuen maximal zulässigen Temperatur TLimit,pre. Anschließend wird das Verfahren in einem Schritt 340 fortgesetzt.
  • In einem Schritt 340 wird ein Vergleich zwischen der ermittelten ersten Ist-Temperatur TIst,Kat1 und der im Schritt 330 ermittelten zukünftige Temperatur Tpre durchgeführt.
  • Vorteilhafterweise kann eine betragliche zweite Differenz D2 zwischen der im Schritt 330 ermittelten zukünftige Temperatur Tpre und der ermittelten ersten Ist-Temperatur TIst,Kat1 durch das Steuergerät 100 ermittelt werden.
  • Überschreitet diese betragliche zweite Differenz D2 einen vorgebbaren zweiten Schwellenwert S2 wird der Bypass 15 mittels des Bypassventils 16 geöffnet oder teilweise geöffnet. In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Öffnung des Bypass 15 in Abhängigkeit einer Höhe der Überschreitung des zweiten Schwellenwerts S2 durch die betragliche zweite Differenz D2 durchgeführt werden.
  • Unterschreitet die betragliche zweite Differenz D2 den zweiten Schwellenwert S2 wird das Verfahren im Schritt 310 fortgesetzt oder beendet.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird die Öffnung des Bypassventils 16 kontinuierlich geregelt, wenn das Verfahren erneut in einer Schleife ab dem Schritt 310 wiederholt wird.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102009035692 A1 [0002]

Claims (7)

  1. Verfahren zur Steuerung eines Abgasnachbehandlungssystems einer Verbrennungskraftmaschine (10) mit mindestens zwei in Reihe geschalteten SCR-Katalysatoren (4,19), wobei das Abgasnachbehandlungssystem einen Bypass (15) mit einem Bypassventils (16) um den ersten SCR-Katalysator (4) aufweist, wobei über den Bypass (15) Abgase der Verbrennungskraftmaschine (10) ganz oder zumindest teilweise um den ersten SCR-Katalysator (4) herumgeleitet werden, mit folgenden Schritten: - Ermitteln einer Aktivierung eines Motorbremsbetriebs für die Verbrennungskraftmaschine (10) - Ermitteln einer ersten Ist-Temperatur (TIst,Kat1) für den ersten SCR-Katalysator (4) - Ermitteln eines Ist-NH3-Füllstand (NH3IstKat1 ) für den ersten SCR-Katalysator (4) - Ermitteln eines modellierten maximal zulässigen NH3-Füllstand (NH3Limit) in Abhängigkeit des Ist-NH3-Füllstand (NH3IstKat1) - Ermitteln einer zukünftigen Temperatur (Tpre) für den ersten SCR-Katalysators (4) mittels eines prädiktiven Temperaturmodells - Ermitteln eines Vergleichs in Abhängigkeit der ermittelten ersten Ist-Temperatur (TIst,Kat1) und der ermittelten zukünftigen Temperatur (Tpre) - Ansteuern des Bypassventils (16) in Abhängigkeit des ermittelten Vergleiches, insbesondere vollständiges oder teilweises Öffnen des Bypassventils (16).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit der ermittelten zukünftigen Temperatur (Tpre) ein zukünftiger NH3-Füllstand (NH3pre) für den ersten SCR-Katalysator (4) ermittelt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Vergleich zwischen einer betraglichen ersten Differenz (D1) und einem ersten Schwellenwert (S1) ermittelt wird, wobei die betragliche erste Differenz (D1) zwischen dem zukünftiger NH3-Füllstand (NH3pre) und dem ermittelten Ist-NH3-Füllstand (NH3Ist,Kat1 ) gebildet wird und wenn die betragliche erste Differenz (D1) den ersten Schwellenwert (SS) überschreitet das Bypassventils (16) geöffnet oder zumindest teilweise geöffnet wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Vergleich zwischen einer betraglichen zweiten Differenz (D2) und einem zweiten Schwellenwert (S2) ermittelt wird, wobei die betragliche zweite Differenz (D2) zwischen der ermittelten zukünftigen Temperatur (Tpre) und der ermittelten ersten Ist-Temperatur (TIst,Kat1) gebildet wird und wenn die betragliche zweite Differenz (D2) den zweiten Schwellenwert (S2) überschreitet das Bypassventils (16) geöffnet oder zumindest teilweise geöffnet wird.
  5. Computerprogramm, welches dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 durchzuführen.
  6. Elektronisches Speichermedium mit einem Computerprogramm nach Anspruch 5.
  7. Vorrichtung, insbesondere Steuergerät (100), welches dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 auszuführen.
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