WO2012110210A1 - Verfahren zur modellbasierten bestimmung der temperaturverteilung einer abgasnachbehandlungseinheit - Google Patents

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temperature
catalyst
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Ralf MÜLLER
Jens Niemeyer
Jörg REMELE
Guido Schäffner
Holger Sinzenich
Tim SPÄDER
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Mtu Friedrichshafen Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a method for model-based
  • a post-treatment unit for exhaust gases in particular a catalyst, preferably an SCR catalyst or a particulate filter, according to the preamble of claim 1.
  • Aftertreatment unit model-based in the axial direction is divided into a number of slices and that the
  • Temperature of each disc is determined as a function of the temperature of the gas flowing to the disc. This under the
  • the axial temperature profile is first determined at least regionally and it is based on this, again at least partially, a multi-dimensional temperature map calculated based on an analytical relationship.
  • This can be different boundary conditions, such as an already known
  • Temperature and / or properties of the exhaust aftertreatment unit are based, which are important for the heat transfer. From the calculated temperature map, the position-dependent temperature can be taken, so that by the axial temperature profile and the temperature map each present at least one given at any position within the exhaust aftertreatment temperature.
  • Exhaust gas aftertreatment generated heat of reaction, which results from the conversion of exhaust components, to detect by means of a kinematic model. This, to the quality of the determined temperature distribution at the lowest possible
  • EP 2 025 388 A1 employs sensors for acquiring measured values at an exhaust gas purification unit which operates with an SCR catalyst which is suitable for the metered addition and storage of ammonia in
  • Control unit are recorded as input quantities of raw NOx, storage temperature and storage level. Based on this, the maximum possible is calculated
  • Nitrogen oxides and ammonia and a control signal that,
  • Memory level is taken into account, which forms an input to the control unit.
  • Flow direction is divided into slices. This in order to be able to record essential parameters for the function of the catalytic converter, both in a disk-wise manner and also for the
  • the invention relates to the exhaust aftertreatment unit, preferably a catalyst, in particular an SCR catalyst, for the model-based determination of
  • a mass balance is carried out in a known manner.
  • the results of these quantitative balances are used, based on the example of the SCR catalyst as exhaust aftertreatment unit, to determine and influence the NH 3 storage level.
  • the volume of the SCR catalyst and the amount of NH 3 stored therein can be better utilized by such a thermal model and taken into account in the metering of the reducing agent, that is to say based on the SCR catalyst of the NH 3 amount, so that NH 3 - Avoid breakthroughs at an optimized turnover rate.
  • the division into slices thus enables, based on an SCR catalyst, disk-related virtual detection of the NH 3 and / or NO x concentration corresponding to a virtual sensor. Due to the spatial resolution of the amount of NH 3 storage, the ⁇ -conversion and the NH 3 oxidation, corresponding to the model in the dissolution of the catalyst body in slices, the NH 3 storage volume is better used in transient conditions and avoided the NH 3 slip , Corresponding to the disk-wise axial temperature calculation and the control by measuring an input and output
  • Output temperature to the exhaust aftertreatment unit ie in particular an SCR catalyst, is the radial
  • the calculation method for temperature determination corresponds to that for the axial disk model, wherein, based on the ambient temperature measured anyway, the temperature losses resulting from the circumference are taken into account.
  • Temperature measurement provided on the outlet side the temperature is detected on the radially outward in the circumferential direction spaced areas, in particular the fact that at least two provided in different radial positions
  • Temperature sensors are arranged. Instead of such an additional, outlet-side temperature measurement, it is also possible to work with only one sensor if it is arranged by its positioning to the catalyst in a position in which a corresponding average temperature is present,
  • the axial and radial temperature calculation based on the respective slices of the body of the exhaust aftertreatment unit subdivided in the model takes place in the solution according to the invention taking into account the radial heat transfer to the circumference of the aftertreatment unit by means of a
  • Threshold can be set variable, ie depending on further boundary conditions and is preferred for example, at least 1 ° K, but can also be within a multiple of the same area making up.
  • the temperature model for an exhaust aftertreatment unit presents itself in particular as an SCR temperature model, thus for the above-mentioned steady state operation as a control loop by changing the
  • Heat transfer resistance R c can be adjusted to achieve the steady state. In practice frequently occurring short-term changes of the overflow conditions to the exhaust aftertreatment unit, in particular to the catalyst, thus remain essentially without influence on the model.
  • Catalyst measured exhaust gas temperature compared to a
  • Heat transfer resistance R c during the comparatively short transient remains the same, the changed circumstances but can be accommodated by a change in the heat transfer coefficient k, which is dependent on the flow rate of the exhaust gas, and thus the load.
  • the after exhaust aftertreatment unit so especially after the catalyst, in particular the SCR catalyst given
  • averaged model temperature is determined by that for reference surfaces, such as rings, the last
  • the heat transfer coefficient k can be assumed to be known - and also correct - for certain load states and corresponding exhaust gas flow conditions, so that for the steady state and for the transient case
  • the same situation can be assumed and for the adaptation of the model - in the transient case by Change in the k value - given the same reference base.
  • the amount of NH 3 to be supplied can be changed and / or optionally also intervened in the regulation of the internal combustion engine.
  • the SCR catalytic converter is preferably integrated into a control structure which, in addition to the SCR model, operates with a feedforward control and a controller and which
  • rule structure is used for
  • a change in the storage capacity of the SCR model is usually only required for load changes with large temperature change.
  • the respective maximum storage capacity and the instantaneous loading of the catalyst disks are calculated in time increments in the SCR model.
  • the amount of NH 3 to be injected is correspondingly increased via the pilot control.
  • the amount of NH 3 to be injected is determined via the feedforward control in such a way that the respectively specified amount of NH 3 is determined
  • the controller adjusts the actual value measured according to SCR to the calculated NO x setpoint by gradually adjusting the respective dosing quantity
  • Feedforward are processed, at least in the
  • the time profile of the difference between the predefined NO x emission value and the time interval is determined at defined times
  • the model is properly set in terms of NH 3 storage capacity and NO x conversion rates. If the curves do not cover, the area between the curves is a measure of the model error. If this model error exceeds a threshold, the model becomes
  • the model matching is preferably done only during the Aus Granden, especially the model error in the Ausstichern in
  • the NO x reactions are detected as chemical reactions for the SCR control with respect to urea as a reducing agent via the known main reactions given below.
  • the total conversion into nitrogen oxides is determined, that is to say the NO x value given after the catalyst, wherein the flow velocity, the flow rate, based on the individual catalyst disks given in the modeling
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a virtually axially sliced SCR catalytic converter, as an example also for exhaust gas after-treatment units formed by other catalysts and / or particulate filters,
  • Fig. 5 is a schematic and summary view
  • Fig. 6 is a schematic diagram of the dynamic correction
  • downstream of the engine exhaust aftertreatment systems used are about the certain components of the exhaust, especially in the exhaust gas contained pollutants as far as possible removed from the exhaust or at least rendered harmless.
  • Nitrogen oxides can be selectively reduced to nitrogen and water using ammonia or a corresponding precursor substance that can be converted to ammonia.
  • Nitrogen oxides is achieved, in particular the
  • temperature-dependent NH 3 to take into account storage capability of the catalyst, which is mainly a function of the operating conditions of the internal combustion engine, but also the
  • the reducing agent ie preferably an ammonia-forming substance
  • Catalyst body by an axial subdivision into a larger number of slices by the representation of three in the flow direction of the catalyst one behind the other
  • the disks 1 to 3 are each acted upon by a mass flow mgas corresponding to this exhaust gas flow, with varying temperature Tgas for the respective disk 1 to 3.
  • Reducing agent in the exhaust gas stream contains these mass fractions m of NO, N0 2 and NH 3 , to which corresponding
  • Substance quantities n correlate, which change according to the respective conversion rates over the passage through the discs 1 to 3. According to the presentation, the
  • the starting values of one slice are the input values of the next slice, for example slice 2.
  • a corresponding slice of temperature is produced for each of the slice as well as the amount of substance stored in the slice nNH 3 in mol, where the
  • the heat conduction between successive disks can be detected.
  • the total amount of NH 3 stored in the catalyst corresponds to the sum of the amounts of nNH 3 stored in the disks.
  • axial temperature profile over the catalyst is modeled on the discs and first determined for each of the discs a respective temperature TScheibe, the radial
  • Sheath 5 for which the ambient temperature is generally well below the temperature of the catalyst.
  • Fig. 2 shows in this regard virtual segments 6, which radially surround each other, wherein in the illustration, a central segment is enclosed by a larger number of ring segments.
  • FIG. 3 A different type of segmentation is illustrated in FIG. 3, in which, unlike in FIG. 2, there is no sheath 5 in ring form, but a quadrangular sheath 5, corresponding to the cross-section of which is quadrangular in cross-section, the slices 1 to 4 are virtually in cuboid 7
  • FIGS. 2 and 3 the arrangement of temperature detection elements, in particular sensors 8, 9, is illustrated with reference to the catalyst body segmented in each case for detecting the temperature of the exhaust gas flow given on the inflow and outflow side to the catalyst body.
  • Radial temperature distribution over the respective virtual disk can real on the output side to the catalyst
  • Temperature detection in different radial regions take place, for example, as shown in Fig. 3, via two output side arranged in different radial positions sensors 9 and 10.
  • An average output temperature can be determined by the ones calculated for the segments
  • Temperatures are recorded and averaged according to their area proportions.
  • An alternative to this is the sensory detection of the exhaust gas temperature at a distance from the catalyst, in which the exiting exhaust gases have already mixed and an average temperature is present, which is to be detected by a sensor.
  • FIG. 4 A possibility according to the invention for taking account of the axial and radial temperature distribution is shown in FIG. 4
  • Fig. 4 shows a thermal model of an SCR catalyst in its basic features, in which according to FIG. 1, the
  • Form input variables that are supplied via a Polstellenkompensation 15 for computational compensation of sensor inertia - and preferably verified and checked for plausibility - a fictitious heat storage gas mass 16, in which the heat content of the gas mass at the given temperature based on the respective disc volume is detected and from which by passing the gas mass of the heat transfer to the
  • Catalyst material of the respective disc as a heat storage 19 or 20 is shown symbolized. Oriented on the real catalyst results for the symbolized by the heat storage 19, 20 catalyst body to the periphery of the catalyst, according to the given temperature differences, a heat gradient. Referring to the illustration according to FIG. 4 and the symbolic intimation of the sheath 5 there is given to the surroundings a heat transfer resistance, in FIG. 4
  • Exhaust after-treatment unit in particular so before catalyst, changes over a time average over corresponding periods of time. If this is not the case, then a stationary or steady state is assumed, in the other case a transient state. Correspondingly different control loops are used.
  • the stationary case is corresponding the preconfigured conditions in the model over one in the block
  • Embodiment thus according to sensor Kat (measured), and T according to model (calculated). Surrender to one over
  • Fig. 5 is an illustration of the above-described
  • Example also for other exhaust aftertreatment units, reference is made to an SCR catalyst, so that T after KAT or T before KAT also stands for T after the exhaust gas purification unit or T upstream of the exhaust gas purification unit, whether measured or calculated. According to block 30 takes place in the model calculation the
  • T before KAT The measured, exhaust-side exhaust gas temperature, designated T before KAT, is detected in block 31 and, after undergoing a pole-position compensation according to block 32 in FIG
  • Model calculation according to block 30 processed.
  • the measured exit exhaust gas temperature, designated T after KAT, according to block 33 is supplied via a Pol thoroughlyskompensation according to block 34 to a block 35 in which a comparison of the measured exhaust gas temperature T to KAT sensor against the
  • Adjustment of the heat transfer resistance R c (block 40) is fed this as a parameter in the model calculation in block 30.
  • FIG. 6 serves to illustrate the dynamic correction of FIG
  • Correction requirement is to be minimized in the sense of correction of the given time offset. This by appropriate change of the k-value in the sense of a reduction or
  • the main reactions are the total NH 3 conversion, which is correlated to the difference between the NO x share before CAT and the CAT share share, which is used to determine the target NO x value, for example the emission limit required by legislation leaves.
  • the main reactions are:
  • the SCR model 51 thus provides the most accurate possible image of the SCR catalytic converter 50 with regard to the processed parameters as well as the output values, in particular the NO x value
  • the input parameters to the SCR model with respect to exhaust gas flowing over the SCR catalyst 50 are NO, NO 2 , exhaust mass, temperature T before and after KAT, and NH 3 .
  • the controller 53 has the function of, based on the SCR Catalyst 50 to determine any additional metering amount to match the SCR catalyst 50 with the SCR Model 51 on a case by case basis.
  • Reducing agent usdüsende NH 3 amount is calculated and a corresponding injection is initiated takes place via the
  • Model matching 54 evaluates whether a larger one exists between the SCR model 51 and the SCR catalyst 50
  • Feedforward control is the "amount of non-zero outfeed.” If this is the case, then a change in the maximum storage capacity takes place in the model, and thus also an adaptation of the Pre-control for the next load change, since the feedforward control 52 in turn works on the basis of provided by the SCR model 51 data. These are: NO after SCR-Kat ppm, N0 2 after SCR-Kat ppm, maximum achievable NO mol / s, maximum
  • the feedforward control regulates the injected NH 3 amount in such a way that the respective predetermined emission value, that is, for example, a legal emission value, is maintained.
  • precontrol are continuously calculated on the basis of the data supplied by the SCR model 51, the output-side NOx value and compared with the predetermined emission value. If larger deviations occur, then by changing the amount of NH 3 to be injected by the pilot control 52 in the SCR model 51, the amount of NH 3 supplied is increased, or
  • an NO x value of 0.5 g / kWh calculated by the precontrol 52 can result in too high a conversion of NO x relative to an emission value, for example the legal one
  • the area between the curves is a measure of the model error. If this model error exceeds a threshold, the storage capability in the model is changed.
  • the aging of the catalyst is preferably automatically taken into account.
  • the SCR model 51 must be corrected in terms of its maximum storage capacity, ie an increase or decrease in the
  • Storage capacity is required depends on the sensory determined, ie measured NO x values. The following applies:
  • ⁇ 0 reduce the storage capacity of the model.
  • Regulator 53 has the function of superimposing an adaptation of the injected NH 3 mass to, and independently of, the steady-state operation with smaller deviations of the NOx values calculated in SCR model 51 from the measured NO x values to SCR catalytic converter 50 Definitions of feedforward control 52
  • This adaptation preferably takes place in that the NO x or NH 3 conversion over the storage load is detected and
  • the quantity to be stored corresponds to the difference between the actual load and the target turnover

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Abstract

Bei einem Verfahren zur modellbasierten Bestimmung der Temperaturverteilung einer Nachbehandlungseinheit für Abgas wird unter Berücksichtigung der axialen und der radialen Temperaturverteilung zwischen stationären und instationären Betriebszuständen unterschieden und es wird, basierend auf einer virtuellen Segmentierung der Nachbehandlungseinheit, in der modellbasierten Bestimmung für stationäre Betriebszustände insbesondere der radiale Wärmeübergang auf die Umgebung über einen Wärmeübergangsbeiwert Rc und für instationäre Betriebszustände der Wärmeübergang vom die Nachbehandlungseinheit axial durchströmenden Abgas auf die Segmente über eine Wärmeübergangszahl k berücksichtigt.

Description

Verfahren zur modellbasierten Bestimmung der
Temperaturverteilung einer Abgasnachbehandlungseinheit
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur modellbasierten
Bestimmung der Temperaturverteilung einer Nachbehandlungseinheit für Abgase, insbesondere eines Katalysators, bevorzugt eines SCR-Katalysators oder eines Partikelfilters, gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Ein solches Verfahren ist beispielsweise aus der DE 10 36 942 B4 bekannt und geht davon aus, dass die über die
Durchströmungslänge einer Abgasnachbehandlungseinheit, zum Beispiel eines Katalysators, ermittelte mittlere Temperatur jedenfalls im dynamischen Betrieb, und der damit verbundenen inhomogenen Temperaturverteilung, keine hinreichende Basis dafür abgibt, das System Motor-Abgasnachbehandlungseinheit so abzustimmen, dass die strengen Anforderungen an die
Abgasqualität mit der erforderlichen Genauigkeit eingehalten werden. Dem soll dadurch genügt werden, dass die
Abgasnachbehandlungseinheit modellbasiert in axialer Richtung in eine Anzahl von Scheiben aufgeteilt wird und dass die
Temperatur jeder Scheibe als Funktion der Temperatur des die Scheibe anströmenden Gases bestimmt wird. Dies unter der
Annahme, dass die radiale Temperaturverteilung konstant ist und eine adiabatische Wärmeübertragung zwischen dem Abgas und den Scheiben der Abgasnachbehandlungseinheit gegeben ist. Diese Annahmen führen wiederum zu gewissen Ungenauigkeiten, insbesondere durch den entgegen der Annahme sich ausbildenden radialen Temperaturgradienten, weswegen vorgesehen wird, diese Wärmeverluste überschlagsmäßig zu erfassen und auch zu
berücksichtigen .
Bei einem weiteren aus der DE 10 2009 046 771 AI bekannten Verfahren zur modellbasierten Bestimmung der Temperaturverteilung von Abgasnachbehandlungseinheiten wird zunächst der axiale Temperaturverlauf zumindest bereichsweise bestimmt und es wird aufbauend hierauf, wiederum zumindest bereichsweise, ein mehrdimensionales Temperaturkennfeld auf Basis einer analytischen Beziehung berechnet. Dieser können verschiedene Randbedingungen, wie beispielsweise eine bereits bekannte
Temperatur und/oder Eigenschaften der Abgasnachbehandlungseinheit zugrunde gelegt werden, welche für den Wärmetransport von Bedeutung sind. Aus dem berechneten Temperaturkennfeld kann die positionsabhängige Temperatur entnommen werden, womit durch den axialen Temperaturverlauf und das Temperaturkennfeld jeweils zumindest eine an einer beliebigen Position innerhalb der Abgasnachbehandlungseinheit gegebene Temperatur vorliegt.
Bei der DE 10 2006 021 303 B4 ist es bezogen auf die Erfassung der Temperaturverteilung in einer Abgasnachbehandlungseinheit bekannt, die axiale Temperaturverteilung mittels eines
dynamischen Wärmemodells zu bestimmen und die während der
Abgasnachbehandlung generierte Reaktionswärme, die aus der Konvertierung von Abgasbestandteilen resultiert, mittels eines kinematischen Modells zu erfassen. Dies, um die Qualität der ermittelten Temperaturverteilung bei möglichst geringem
Rechenaufwand zu verbessern. Durch die Erfassung der radialen, senkrecht zur Hauptströmung gegebenen Temperaturverteilung lässt sich dabei fallweise eine weitere Qualitätsverbesserung erreichen, was aber wiederum einen höheren Rechenaufwand bedingt .
Die DE 103 47 132 AI offenbart ein Verfahren zur
Mengenabschätzung von in einem harnstoffbasierten SCR- Katalysator gespeicherten Ammoniak auf Basis eines dynamischen Katalysator-Modells und generiert die Schätzung auf der
Grundlage von gemessenen und geschätzten Werten, wobei hierfür über stromauf und stromab des Katalysators angeordnete NOx- und Temperatur-Sensoren Messwerte zur Verfügung gestellt werden, die bezogen auf den stromab des Katalysators liegenden NOx- Sensor aufgrund der Querempfindlichkeit gegenüber Ammoniak auch eine Aussage über den Ammoniakanteil im Abgas stromab des
Katalysators ermöglichen.
In entsprechender Weise sind bei der EP 2 025 388 AI Sensoren für die Erfassung von Messwerten an einer Abgasreinigungseinheit eingesetzt, die mit einem SCR-Katalysator arbeitet, der bezüglich der Zudosierung und Speicherung von Ammoniak in
Berücksichtigung der Messwerte modellbasiert geregelt ist.
Aus der DE 10 2007 045 263 AI ist ein Verfahren zur Steuerung der Reduktionsmittelzufuhr in ein Abgasnachbehandlungssystem eines Verbrennungsmotors mit einem SCR-Katalysator, einem SCR- Speichermodell , einer Steuereinheit und einer Dosiervorrichtung bekannt, das eine Optimierung der dem Katalysator zugeführten Reduktionsmittelmenge unabhängig von ausschließlich nach der Reduktionsreaktion bestimmbaren Messgrößen ermöglichen soll und durch das, bezogen auf den SCR-Katalysator, ein Reduktionsmitteldurchbruch unbedingt vermieden werden soll. Für die
Steuereinheit sind als Eingangsgrößen Stickoxid-Rohemission, Speichertemperatur und Speicherfüllstand erfasst. Basierend hierauf erfolgt die Berechnung der maximal möglichen
Konvertierungsrate sowie die Berechnung des als Reduktionsmittel verbrauchten Ammoniaks. Hiervon ausgehend ergibt sich die über den Katalysator austretende Menge an
Stickoxiden und Ammoniak sowie ein Regelsignal, das,
rückgekoppelt auf das SCR-Speichermodell , über das
Speichermodell die Größe der über die Dosiereinrichtung
einzudüsenden Menge an Reduktionsmittel beeinflusst und das zusammen mit der im Speichermodell berücksichtigten
Eindüsungsmenge über das Speichermodell für den
Speicherfüllstand berücksichtigt wird, der eine Eingangsgröße zur Steuereinheit bildet.
Die DE 10 2010 025 382 AI zeigt einen SCR-Katalysator, auf den stromauf das Reduktionsmittel eingedüst wird und dessen
Katalysatorkörper analog zur DE 10 36 942 B4 quer zur
Durchströmungsrichtung in Scheiben unterteilt ist. Dies, um für die Funktion des Katalysators wesentliche Parameter sowohl scheibenweise erfassen zu können wie auch für das
Gesamtergebnis wesentliche Änderungen in den aufeinander folgenden Scheiben, insbesondere in Bezug auf deren Fähigkeit zur Einspeicherung von Reduktionsmittel, für das Gesamtergebnis nutzen zu können.
Durch die Erfindung soll in Berücksichtigung der
Temperaturverteilung über die Länge der Abgasnachbehandlungseinheit modellbasiert das System Motor- Abgasnachbehandlungseinheit so abgestimmt werden, dass bei vertretbarem Aufwand die Einhaltung vorgegebener
Abgasgrenzwerte, insbesondere der gesetzlich vorgegebenen
Abgasgrenzwerte, im Regelfall gewährleistet ist.
Erreicht wird dies mit den Merkmalen des Anspruches 1. Die Unteransprüche geben zweckmäßige Weiterbildungen an. Weitere erfindungsgemäße Einzelheiten ergeben sich aus der Beschreibung und den Zeichnungen. Die Erfindung geht bezüglich der Abgasnachbehandlungseinheit, bevorzugt eines Katalysators, insbesondere eines SCR- Katalysators, für die modellbasierte Bestimmung der
Temperaturverteilung und die damit bei einem SCR-Katalysator in Zusammenhang stehende NH3-Speicherfähigkeit von der Aufteilung der Abgasnachbehandlungseinheit in mehrere Scheiben quer, insbesondere senkrecht zur Durchströmungsrichtung aus. Für jede dieser Scheiben wird die Temperatur und die Gaskonzentration im Modell gerechnet, wobei, bezogen auf die Durchströmungsrichtung, die Ausgangswerte der jeweils vorausgehenden Scheibe als Eingangswerte für die nachfolgende Scheibe dienen.
Für jede der Scheiben wird in bekannter Weise eine Mengenbilanz durchgeführt. Die Resultate dieser Mengenbilanzen werden dazu verwendet, bezogen auf das Beispiel des SCR-Katalysators als Abgasnachbehandlungseinheit, den NH3-Speicherfüllstand zu ermitteln und zu beeinflussen. Grundsätzlich kann durch ein solches thermisches Modell das Volumen des SCR-Katalysators und die darin gespeicherte NH3-Menge besser genutzt und bei der Dosierung des Reduktionsmittels, also bezogen auf den SCR- Katalysator der NH3-Menge, berücksichtigt werden, so dass sich NH3-Durchbrüche bei optimierter Umsatzrate vermeiden lassen.
Die Aufteilung in Scheiben ermöglicht somit, bezogen auf einen SCR-Katalysator, scheibenbezogen die virtuelle Erfassung der NH3- und/oder NOx-Konzentration entsprechend einem virtuellen Sensor. Durch die räumliche Auflösung der NH3-Speichermenge, des ΝΟχ-Umsatzes und der NH3-Oxidation, entsprechend der im Modell erfolgten Auflösung des Katalysatorkörpers in Scheiben, wird bei transienten Bedingungen das NH3-Speichervolumen besser genutzt und der NH3-Schlupf vermieden. Entsprechend zur scheibenweisen axialen Temperaturberechnung und der Kontrolle mittels Messung einer Ein- und
Ausgangstemperatur zur Abgasnachbehandlungseinheit, also insbesondere einem SCR-Katalysator, wird die radiale
Temperaturverteilung der Scheibe modelliert. Hierzu wird jede Scheibe virtuell, entsprechend der axialen Aufteilung des
Katalysatorkörpers in Scheiben, in radialer Richtung zerlegt, sei es in zueinander konzentrische Ringe, Quader oder
anderweitig geformte, insbesondere regelmäßig geformte
Segmente, die sich zu dem jeweiligen scheibenförmigen Körper ergänzen. Die Rechenmethode zur Temperaturermittlung entspricht jener beim axialen Scheibenmodell, wobei, bezogen auf die ohnehin gemessene Umgebungstemperatur, die sich zum Umfang ergebenden Temperaturverluste berücksichtigt werden.
Für die Kontrolle und Kalibrierung der berechneten radialen Temperaturverteilung ist zweckmäßigerweise neben der eintritts- und austrittsseitig vorgesehenen Temperaturmessung,
insbesondere über Temperatursensoren, eine zusätzliche
Temperaturmessung austrittsseitig vorgesehen, über die in austrittsseitig radial zum Umfang beabstandeten Bereichen die Temperatur erfasst wird, insbesondere dadurch, dass mindestens zwei in verschiedenen radialen Positionen vorgesehene
Temperatursensoren angeordnet sind. Anstelle einer solchen zusätzlichen, austrittsseitigen Temperaturmessung kann auch mit nur einem Sensor gearbeitet werden, wenn dieser durch seine Positionierung zum Katalysator in einer Lage angeordnet ist, in der eine entsprechende mittlere Temperatur vorliegt,
beispielsweise in einem größeren axialen Abstand zum
Katalysator .
Erreicht wird durch die kombiniert radiale und axiale
Temperaturmodellierung eine optimierte Nutzung der jeweiligen Abgasnachbehandlungseinheit, so beispielsweise bei Katalysatoren des Potenzials zu einer Reduzierung des Bauraums, und bei Partikelfiltern mit aktiver Regeneration durch die damit verbundene optimierte Regenerationsweise auch die
Einsparung von Kraftstoff.
Die axiale und radiale Temperaturberechnung bezogen auf die jeweiligen Scheiben des im Modell unterteilten Körpers der Abgasnachbehandlungseinheit erfolgt bei der erfindungsgemäßen Lösung unter Berücksichtigung des radialen Wärmeübergangs auf den Umfang der Nachbehandlungseinheit mittels eines
Wärmeübergangswiderstandes Rc und bei der Berechnung des
Wärmeübergangs vom Abgas auf das Material der Abgasnachbehandlungseinheit, also die Segmente der Nachbehandlungseinheit, unter Berücksichtigung einer Wärmeübergangszahl k.
Diese Art der modellbasierten Bestimmung der Temperaturverteilung der Abgasnachbehandlungseinheit bietet erfindungsgemäß den besonderen Vorteil, durch das Vorgehen bei der
modellbasierten Bestimmung der Temperaturverteilung auch
Ausgangswerte zur Verfügung zu stellen, die im Modell in
Abhängigkeit davon, ob sich die vor der Nachbehandlungseinheit in vorgegebenen Zeitabständen gemessenen Abgastemperaturen gegenüber einem zeitlichen Mittelwert derselben ändern,
zwischen einem stationären und einem instationären
Arbeitsbetrieb unterscheiden.
In der Erfindung wird dabei davon ausgegangen, dass ein
stationärer Arbeitsbetrieb vorliegt, wenn die vor der
Abgasnachbehandlungseinheit, insbesondere in regelmäßigen
Zeitabständen, gemessene Abgastemperatur keine größeren, also oberhalb eines vorgegebenen Schwellwertes liegenden
Abweichungen zu einem zeitlichen Mittelwert zeigt. Der
Schwellwert kann variabel, also in Abhängigkeit von weiteren Randbedingungen festgelegt werden und liegt bevorzugt beispielsweise bei mindestens 1°K, kann aber auch innerhalb eines ein Mehrfaches desselben ausmachenden Bereiches liegen. Ergeben sich bezogen auf diesen stationären Arbeitsbetrieb für die nach der Abgasnachbehandlungseinheit gemessene mittlere Temperatur von der gemittelten Modelltemperatur nach der
Abgasnachbehandlungseinheit unterhalb des Schwellwertes
liegende Unterschiede, so erfolgt eine Anpassung des Modells, und zwar dadurch, dass der Wärmeübergangswiderstand Rc geändert wird, bis Übereinstimmung besteht. Im beschriebenen stationären Arbeitsbetrieb erfolgt somit die Anpassung des Modells an den tatsächlichen Zustand und dies über eine Veränderung des
Wärmeübergangswiderstandes Rc.
Das Temperaturmodell für eine Abgasnachbehandlungseinheit stellt sich insbesondere als SCR-Temperaturmodell , somit für den vorstehend angesprochenen stationären Arbeitsbetrieb als ein Regelkreis dar, der durch Veränderung des
Wärmeübergangswiderstandes Rc abgestimmt werden kann, um den eingeschwungenen Zustand zu erreichen. In der Praxis häufig auftretende kurzzeitige Änderungen der Überströmungsverhältnisse zur Abgasnachbehandlungseinheit, insbesondere zum Katalysator, bleiben so im Wesentlichen ohne Einfluss auf das Modell .
Anders liegt der Fall, wenn, insbesondere bei Laständerungen entsprechender Größe, sich die Betriebsgegebenheiten für die Abgasnachbehandlungseinheit - gegebenenfalls zusätzlich - dahingehend ändern, dass sich Abweichungen der vor der
Abgasnachbehandlungseinheit, also beispielsweise vor dem
Katalysator, gemessenen Abgastemperatur gegenüber einem
zeitlichen Mittelwert ergeben. Für diesen Fall wird davon ausgegangen, dass der in der Gewichtung geringere
Wärmeübergangswiderstand Rc während des vergleichsweise kurzen Einschwingvorganges gleich bleibt, den geänderten Gegebenheiten aber durch eine Änderung der Wärmeübergangszahl k Rechnung getragen werden kann, die von der Strömungsgeschwindigkeit des Abgases, und damit der Last abhängig ist.
In welche Richtung der k-Wert, also die Wärmeübergangszahl zu ändern ist, ergibt sich aus den gemessenen und errechneten Temperaturverläufen über der Zeit, ermittelt aus den mittleren Temperaturen nach Abgasnachbehandlungseinheit, und den ersten beiden Ableitungen hierzu. Abhängig von der relativen
zeitlichen Lage der durch Maxima bzw. Minima bestimmten
Wendepunkte in der Ableitungskurve wird der k-Wert vergrößert oder verkleinert .
Ungeachtet dessen, dass der die Bedingungen zur Umgebung der Nachbehandlungseinheit berücksichtigende Wärmeübergangswiderstandswert Rc im instationären Fall, also für den als instationär erfassten Zeitraum, als konstant betrachtet wird, bleibt die geänderte Wärmeabgabe an die Umgebung auch im instationären Fall berücksichtigt, da sich aufgrund der
Änderung der inneren Temperaturen der Scheiben ein geänderter Wärmefluss in radialer Richtung ergibt.
Die nach Abgasnachbehandlungseinheit, also vor allem nach dem Katalysator, insbesondere dem SCR-Katalysator, gegebene
gemittelte Modelltemperatur wird dadurch ermittelt, dass die für Bezugsflächen, also beispielsweise Ringe, der letzten
Scheibe gerechneten Temperaturen entsprechend deren
Flächenanteilen gemittelt werden. Weiter wird davon
ausgegangen, dass die Wärmeübergangszahl k jedenfalls für bestimmte Lastzustände und entsprechende Abgasströmungszustände als bekannt - und auch korrekt - vorausgesetzt werden kann, so dass für den stationären und für den instationären Fall
diesbezüglich von der gleichen Sachlage ausgegangen werden kann und für die Anpassung des Modells - im instationären Fall durch Veränderung des k-Wertes - eine jeweils gleiche Bezugsbasis gegeben ist. Im instationären Fall kann über die Anpassung des SCR-Modells hinaus die zuzuführende NH3-Menge geändert und/oder gegebenenfalls auch in die Regelung der Brennkraftmaschine eingegriffen werden.
Der SCR-Katalysator ist im Rahmen der Erfindung bevorzugt in eine Regelstruktur eingebunden, die neben dem SCR-Modell mit einer Vorsteuerung und einem Regler arbeitet und die
gegebenenfalls auch zur Durchführung eines Modellabgleiches einzusetzen ist. Insbesondere dient die Regelstruktur zur
Adaption der über das SCR-Modell erfassten Speicherkapazität bei Lastwechseln unter der Prämisse, eine ausreichende
Umsatzrate durch Anpassung der Speicherfähigkeit im SCR-Modell sicherzustellen und die erforderliche Umsatzrate der Realität schnell anzupassen.
Eine Änderung der Speicherfähigkeit des SCR-Modells ist in der Regel nur bei Lastwechseln mit großer Temperaturänderung erforderlich. Für die Erfassung der Speicherfähigkeit wird das jeweilige maximale Speichervermögen und die augenblickliche Beladung der Katalysatorscheiben in Zeitschritten fortlaufend im SCR-Modell berechnet. Damit liefert das SCR-Modell die
Grunddaten für die Entscheidung, ob eine Adaption im Sinne einer Einspeicherung durch Erhöhung der NH3-Beladung oder einer Ausspeicherung durch Reduzierung der NH3_Beladung vorzunehmen ist. Die Entscheidung auf Basis dieser Grunddaten, und damit in Abhängigkeit von der Speicherfähigkeit, ergibt sich aus einem Vergleich des jeweils vorgegebenen Emissionswertes,
insbesondere des als Emissionswert vorgegebenen gesetzlichen Emissionsgrenzwertes, für N0X und dem im Modell berechneten
ΝΟχ-Wert, der in der Vorsteuerung durchgeführt wird. So ist beispielsweise bei einem NOx-Wert aus der
Modellrechnung, der über dem vorgegebenen Emissionswert als Sollwert liegt, eine Adaption durchzuführen, da im Katalysator zu wenig umgesetzt wird und durch die Erhöhung der dosierten NH3-Menge, also durch Einspeichern von NH3< ein auf den
vorgegebenen Emissionswert abgestimmter Sollumsatz zu erreichen ist. Für die Einspeicherung wird über die Vorsteuerung die einzuspritzende NH3-Menge entsprechend angehoben.
Generell wird über die Vorsteuerung die einzuspritzende NH3- Menge so festgelegt, dass der jeweils vorgegebene
Emissionswert, insbesondere ein oft länderspezifischer,
gesetzlich vorgegebener Emissionsgrenzwert für NOx in Höhe von zum Beispiel 0,67g/kWh, eingehalten wird, wobei entsprechend der erkannten Abweichung des im Modell errechneten NOx-Wertes vom vorgegebenen Emissionswert die im SCR-Modell
eingespeicherte NH3-Menge vergrößert oder verkleinert wird.
Somit wird beispielsweise bei einem zu großen Umsatz von NOx und einem daraus in der Vorsteuerung errechneten NOx-Wert, der unterhalb des vorgegebenen Emissionswertes liegt, die
Einspritzung von NH3 über die Vorsteuerung zurückgenommen, also mangels Zufuhr von NH3 der Verbrauch an NH3 durch
Ausspeicherung von NH3 abgedeckt.
Bei kleineren Abweichungen, in der Regel also im stationären Betrieb, wird davon ausgegangen, dass das SCR-Modell
hinsichtlich des Speichervermögens der Scheiben richtig
eingestellt ist. In diesem Fall gleicht der Regler durch schrittweise Anpassung der jeweiligen Dosiermenge den nach SCR gemessenen Istwert an den berechneten NOx-Sollwert nach
Katalysator an. Die Abweichungen entstehen zum Beispiel durch Dosierungsungenauigkeiten . Über den Regler wird somit bei kleineren Abweichungen der im SCR-Modell errechneten NOx-Werte von den gemessenen NOx-Werten nach SCR-Katalysator eine Anpassung der eingedüsten NH3-Masse überlagert und unabhängig von den Festlegungen der Vorsteuerung gegebenenfalls vorgenommen, um eine schnelle Anpassung im
Hinblick auf die Einhaltung der NOx-Emissionswerte zu
gewährleisten .
Die Eingangsgrößen, die geliefert vom SCR-Modell in der
Vorsteuerung verarbeitet werden, sind zumindest in der
Hauptsache: NO nach SCR ppm, N02 nach SCR ppm, maximal
umsetzbares NO mol/s, maximal umsetzbares N02 mol/s, NO
umgesetzt mol/s, N02 umgesetzt mol/s, NH3 max.mol speicherbar, NH3 mol gespeichert.
In dem in die Regelstruktur integrierten Modellabgleich wird zu definierten Zeitpunkten der zeitliche Verlauf der Differenz zwischen dem vorgegebenen NOx-Emissionswert und dem
entsprechenden im Modell errechneten N0x-Wert erfasst. Stimmen diese Werte überein, decken sich also die über der Zeit
aufgetragenen NOx-Kurven dieser Werte, ist das Modell in Bezug auf die NH3-Speicherfähigkeit und die NOx-Umsatzraten richtig eingestellt. Decken sich die Kurven nicht, so ist die Fläche zwischen den Kurven ein Maß für den Modellfehler. Übersteigt dieser Modellfehler einen Schwellwert, wird das Modell
bezüglich der Speicherfähigkeit geändert.
Da sich die Speicherfähigkeit mit der Katalysatoralterung nur langsam ändert, erfolgt der Modellabgleich bevorzugt nur beim Ausspeichern, zumal der Modellfehler beim Ausspeichern im
Vergleich zum Einspeichern deutlicher sichtbar wird. Findet ein Modellabgleich statt, so wird im SCR-Modell die durch die
Alterung bedingte Änderung der Speicherfähigkeit miterfasst, so dass erfindungsgemäß auch sicherzustellen ist, dass trotz der durch die Alterungsdrift sich vermindernden maximalen Speicherfähigkeit für NH3 über der Betriebsdauer eine
ausreichende maximale Umsatzrate gewährleistet ist.
Im Rahmen der Erfindung werden im SCR-Modell die NOx-Reaktionen als chemische Reaktionen für die SCR-Steuerung/-regelung bezogen auf Harnstoff als Reduktionsmittel über die bekannten, nachstehend wiedergegebenen Hauptreaktionen erfasst.
1. ) NO + N02 + 2 NH3 -» 2 N2 + 3 H20,
als schnelle Reaktion
2 . ) 4 NO + 4 NH3 + 02 -> 4 N2 + 6 H20
als Standardreaktion, und
3. ) 6 N02 + 8 NH3 - 7 N2 + 12 H20,
als langsame Reaktion.
Für das Katalysatormaterial in PrüfStandserprobung ermittelte Kennfeldwerte für Umsätze und Speicherfähigkeit von NH3 bilden eine wesentliche Grundlage für das SCR-Modell und die in diesem erfassten Abläufe.
Darauf basierend erfolgt die Ermittlung des Gesamtumsatzes in Stickoxiden, so des nach Katalysator gegebenen NOx- ertes, wobei bezogen auf die einzelnen, in der Modellierung gegebenen Katalysatorscheiben die Strömungsgeschwindigkeit, die
Temperatur, die NOx-Konzentration und die in der Scheibe verfügbare NH3-Menge insbesondere vorrangig Berücksichtigung finden .
Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den nachfolgenden Erläuterungen und den Zeichnungen. Die Zeichnungen veranschaulichen: Fig. 1 eine schematische Darstellung eines virtuell axial in Scheiben gegliederten SCR-Katalysators , als Beispiel auch für durch anderweitige Katalysatoren und/oder Partikelfilter gebildete Abgasnachbehandlungseinheiten,
Fig. 2 und 3
quer zur Durchströmungsrichung im Querschnitt
segmentierte KatalysatorScheiben,
Fig. 4 eine schematisierte Darstellung der thermischen Abläufe im SCR-Modell,
Fig. 5 eine schematische und zusammenfassende Darstellung
einer erfindungsgemäßen Regelstruktur in einem Ablaufdiagramm,
Fig. 6 eine Prinzipdarstellung zur dynamischen Korrektur
bezogen auf die thermischen Abläufe im SCR-Modell,
Fig. 7 eine Übersicht der Regelstruktur zu einem
erfindungsgemäßen modellbasiert geregelten SCR- Katalysator, und
Fig. 8 und 9,
Darstellungen zur graphischen Ermittlung der Ein- und Ausspeichermenge von NH3 bei über den Modellabgleich korrigierend ein- oder auszuspeichernder NH3-Menge.
Aus der Praxis bekannt und vielfach auch in der Literatur, insbesondere der Patentliteratur beschrieben, sind vor allem mit Dieselmotoren arbeitende Antriebssysteme, bei denen
nachgeordnet zum Motor Abgasnachbehandlungsanlagen eingesetzt sind, über die gewisse Abgasbestandteile, insbesondere im Abgas enthaltene Schadstoffe weitmöglichst aus dem Abgas entfernt oder zumindest unschädlich gemacht werden sollen. Zur
Verminderung der im Sauerstoffreichen Abgas von Diesel- Brennkraftmaschinen enthaltenen Stickoxide kommt insbesondere die sogenannte SCR-Technologie in Einsatz, bei der die
Stickoxide mithilfe von Ammoniak oder einer entsprechenden, zu Ammoniak umsetzbaren Vorläufersubstanz selektiv zu Stickstoff und Wasser reduziert werden.
Damit dies mit einer hohen Konvertierungsrate für die
Stickoxide erreicht wird, ist insbesondere die
temperaturabhängige NH3-Speicherfähigkeit des Katalysators zu berücksichtigen, die sich vor allem in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine, aber auch den
Umgebungsbedingungen und über der Durchströmungslänge des
Katalysators ändert. Diese Änderungen sind real, insbesondere mit vertretbarem Aufwand, nicht zu erfassen. Deswegen wird parallel zur messtechnischen Erfassung der Temperaturen
eingangsseitig und ausgangsseitig zum Katalysator die
Temperaturverteilung in diesem virtuell modellbasiert erfasst, um in Berücksichtigung der messtechnisch erfassten
Temperaturwerte und der virtuell ermittelten Temperaturwerte ein möglichst genaues Bild über die Temperaturverteilung zu erhalten und insbesondere in Berücksichtigung derselben die Zudüsung des Reduktionsmittels, also bevorzugt einer Ammoniak bildenden Substanz, auch in Korrelation zum Speicherverhalten des Katalysators steuern und/oder regeln zu können.
In Fig. 1 ist die im Modell gegebene Segmentierung des
Katalysatorkörpers durch eine axiale Untergliederung in eine größere Anzahl von Scheiben durch die Darstellung von drei in Durchströmungsrichtung des Katalysators hintereinander
liegenden Scheiben 1 bis 3 veranschaulicht und mit 5 eine zum Katalysatorkörper umfangsseitig umschließende Ummantelung strichliert angedeutet. Entsprechend dem über den Katalysator geleiteten Abgasstrom sind die Scheiben 1 bis 3 jeweils mit einem diesem Abgasstrom entsprechenden Massenstrom mgas beaufschlagt, bei sich ändernder Temperatur Tgas für die jeweilige Scheibe 1 bis 3.
Entsprechend der Motoremission und der Eindüsung von
Reduktionsmittel in den Abgasstrom enthält dieser Massenanteile m von NO, N02 und NH3, zu denen entsprechende
Stoffmengenanteile n korrelieren, die sich entsprechend den jeweiligen Umsatzraten über dem Durchlauf durch die Scheiben 1 bis 3 ändern. Entsprechend der Darstellung stellen die
Ausgangswerte der einen Scheibe, zum Beispiel Scheibe 1, die Eingangswerte der nächstfolgenden Scheibe, zum Beispiel der Scheibe 2 dar. In Berücksichtigung der in den Scheiben jeweils stattfindenden Reaktionen ergibt sich für jede der Scheiben eine entsprechende Temperatur TScheibe sowie auch die in der Scheibe eingespeicherte Stoffmenge nNH3 in mol, wobei der
Temperatureffekt aus den Reaktionen in den Scheiben im
Vergleich zum Wärmeeintrag aus dem Abgasstrom wesentlich kleiner ist.
In Verfeinerung der Temperaturerfassung für die Scheiben kann, was nicht dargestellt ist, auch die Wärmeleitung zwischen aufeinander folgenden Scheiben erfasst werden. Die gesamte, im Katalysator eingespeicherte Stoffmenge an NH3 entspricht der Summe der in den Scheiben eingespeicherten Stoffmengen nNH3.
In Fig. 1 ist der axiale Temperaturverlauf über dem Katalysator über die Scheiben modelliert und zunächst für jede der Scheiben eine jeweilige Temperatur TScheibe ermittelt, die radiale
Temperaturverteilung über jede der Scheiben aber als konstant angenommen. Auch in radialer Richtung ergibt sich aber real, nunmehr jeweils innerhalb der jeweiligen Scheibe, eine
Temperaturschichtung mit Abfall der Temperatur gegen die
Ummantelung 5, für die die Umgebungstemperatur im Regelfall deutlich unterhalb der Temperatur des Katalysators liegt.
Wird, wie bei der Erfindung, für jede der virtuellen Scheiben die radiale Temperaturverteilung nicht konstant angenommen, so bedingt dies für jede der Scheiben 1 bis 4 in sich eine
Unterteilung virtuell in Segmente, wie dies in den Fig. 2 und 3 im Schema veranschaulicht ist. Fig. 2 zeigt diesbezüglich virtuelle Segmente 6, die radial einander umschließen, wobei in der Darstellung ein zentrales Segment von einer größeren Anzahl von Ringsegmenten umschlossen ist.
Eine andere Art der Segmentierung veranschaulicht Fig. 3, wobei im Gegensatz zur Darstellung in Fig. 2 keine Ummantelung 5 in Ringform, sondern eine viereckige Ummantelung 5 vorgesehen ist, entsprechend deren quer zur Durchströmungsrichtung viereckigem Querschnitt die Scheiben 1 bis 4 virtuell in Quader 7
segmentiert sind.
In den Fig. 2 und 3 ist bezogen auf den jeweils im Modell segmentierten Katalysatorkörper zur Erfassung der anströmseitig und abströmseitig zum Katalysatorkörper gegebenen Temperatur des Abgasstromes die Anordnung von Temperaturerfassungsgliedern, insbesondere Sensoren 8, 9, veranschaulicht.
Bezogen auf die im Modell vorgesehene radiale Segmentierung und die mit dieser verbundene Möglichkeit der Erfassung der
radialen Temperaturverteilung über der jeweiligen virtuellen Scheibe kann real ausgangsseitig zum Katalysator eine
Temperaturerfassung in unterschiedlichen radialen Bereichen erfolgen, etwa, wie in Fig. 3 gezeigt, über zwei ausgangsseitig in verschiedenen radialen Positionen angeordnete Sensoren 9 und 10. Eine gemittelte ausgangsseitige Temperatur lässt sich dadurch bestimmen, dass die für die Segmente errechneten
Temperaturen entsprechend ihren Flächenanteilen erfasst und gemittelt werden. Eine Alternative hierzu ist die sensorische Erfassung der Abgastemperatur in einem Abstand zum Katalysator, in dem sich die austretenden Abgase bereits gemischt haben und eine mittlere Temperatur vorliegt, die über einen Sensor zu erfassen ist.
Eine erfindungsgemäße Möglichkeit zur Berücksichtigung der axialen und radialen Temperaturverteilung ist in Fig. 4
veranschaulicht und bietet insbesondere Vorteile auch
hinsichtlich der Verwirklichung einer modellbasierten
Regelstruktur, die nachstehend noch angesprochen wird.
Fig. 4 stellt ein thermisches Modell eines SCR-Katalysators in seinen Grundzügen dar, bei dem entsprechend Fig. 1 die
Temperatur T vor KAT und der Abgas-Massenstrom m gas die
Eingangsgrößen bilden, die über eine Polstellenkompensation 15 zum rechnerischem Ausgleich der Sensorträgheit - und bevorzugt auch verifiziert und auf ihre Plausibilität überprüft - einem fiktiven Wärmespeicher Gasmasse 16 zugeführt werden, in dem der Wärmeinhalt der Gasmasse bei der gegebenen Temperatur bezogen auf das jeweilige Scheibenvolumen erfasst wird und von dem aus durch Übergang der Gasmasse der Wärmetransport auf die
nächstfolgende Scheibe, symbolisiert durch den Wärmespeicher 17, erfolgt. Soweit sich im Abgas aufgrund exothermer
Reaktionen ein Temperaturanstieg ergibt, wird dies im Block 18 berücksichtigt und führt bezüglich des Wärmeinhalts der vom Wärmespeicher Gasmasse 16 auf den Wärmespeicher Gasmasse 17 übertretenden Abgases zu einer gewissen - manchmal im Effekt zum Beispiel im DOC (Diesel Oxidation Catalyst) auch stärkeren - fallweise vernachlässigbaren Temperaturanhebung . Von der jeweils scheibenbezogen erfassten, strömenden Gasmasse erfolgt der Wärmeübergang auf das Katalysatormaterial unter Berücksichtigung der Wärmeübergangszahl k, wobei das
Katalysatormaterial der jeweiligen Scheibe als Wärmespeicher 19 bzw. 20 symbolisiert dargestellt ist. Orientiert am realen Katalysator ergibt sich für den durch die Wärmespeicher 19, 20 symbolisierten Katalysatorkörper zum Umfang des Katalysators hin, entsprechend den gegebenen Temperaturunterschieden, ein Wärmegefälle. Bezogen auf die Darstellung gemäß Fig. 4 und die dort symbolische Andeutung der Ummantelung 5 ist zur Umgebung hin ein Wärmeübergangswiderstand gegeben, in Fig. 4
symbolisiert durch den Wärmeübergangswiderstand Rc.
In der durch die Fig. 4 gegebenen Veranschaulichung des
thermischen Modells wird davon ausgegangen, dass es,
entsprechend den Gegebenheiten im praktischen Betrieb,
stationäre und instationäre Betriebsphasen gibt und dass zwischen diesen Betriebsphasen jedenfalls dann unterschieden werden kann und zu unterscheiden ist, wenn die in regelmäßigen Zeitabständen gemessene Abgastemperatur vor
Abgasnachbehandlungseinheit, insbesondere also vor Katalysator, sich gegenüber einem zeitlichen Mittelwert über entsprechende Zeitabschnitte ändert. Ist dies nicht der Fall, so wird von einem stationären oder eingeschwungenen Zustand ausgegangen, im anderen Fall von einem instationären Zustand. Entsprechend unterschiedliche Regelkreise kommen zum Einsatz.
Entsprechend dem auf die Temperatur der Abgasnachbehandlungseinheit, die insbesondere als Katalysator ausgebildet ist, im Regelfall kleineren Einfluss des radialen Wärmeübergangs von deren Körper, insbesondere also vom Katalysatorkörper, auf die Umgebung erfolgt im stationären Fall eine Anpassung durch
Veränderung des Wärmeübergangswiderstandes Rc unter Vermittlung einer Regelanordnung 22. Der stationäre Fall wird entsprechend den vorgeschilderten Gegebenheiten im Modell über eine im Block
21 angedeutete Stationärdetektion ermittelt. Die Regelanordnung
22 berücksichtigt die Differenz der ausgangsseitigen
Temperaturen T nach Abgasnachbehandlungseinheit, bezogen auf einen SCR-Katalysator wie im
Ausführungsbeispiel also nach Sensor Kat (gemessen) , und T nach Modell (gerechnet) . Ergeben sich gegenüber über einem
zeitlichen Mittelwert der eingangsseitigen, vor der
Abgasnachbehandlungseinheit, insbesondere vor dem Katalysator gemessenen Abgastemperatur T relevante Abweichungen, so wird die Wärmeübergangszahl k geändert. Dies, da diese sich in
Abhängigkeit von der Strömungsgeschwindigkeit des Abgases, und damit in Abhängigkeit von der Last ändert und zudem der
Wärmeinhalt einer jeweiligen Speicherscheibe - wie auch des Körpers der Abgasnachbehandlungseinheit, insbesondere des
Katalysators ingesamt - weit mehr von der Temperatur des durchströmenden Abgases als vom Wärmeübergang von der
jeweiligen Scheibe auf die Umgebung beeinflusst ist. Die
Änderung der Wärmeübergangszahl k folgt ausgehend vom Block 23 in Berücksichtigung der geschilderten dynamischen Faktoren.
Fig. 5 stellt eine Veranschaulichung des vorgeschilderten
Ablaufs in einem Blockdiagramm dar, wobei wiederum, als
Beispiel auch für andere Abgasnachbehandlungseinheiten, auf einen SCR-Katalysator Bezug genommen ist, so dass T nach KAT oder T vor KAT auch für T nach Abgasreinigungseinheit oder T vor Abgasreinigungseinheit, sei es gemessen oder gerechnet, steht. Gemäß Block 30 erfolgt in der Modellrechnung die
dynamische Korrektur der zur Abgasnachbehandlungseinheit austrittsseitigen, gemessenen Abgastemperatur T nach KAT
Sensor, die Rechnung der Gastemperaturen und die Rechnung der Temperatur im Katalysatorkörper mit Querverteilung bei
Erfassung des Wärmeübergangs zur Umgebung über den
Wärmeübergangswiderstand Rc und des Wärmeübergangs vom Abgas auf den Katalysatorkörper über die Wärmeübergangszahl k, wobei die Modellrechnung von vorne nach hinten durchgeführt wird.
Die gemessene, eintrittsseitige Abgastemperatur, als T vor KAT bezeichnet, ist im Block 31 erfasst und wird nach Durchlaufen einer Polstellenkompensation gemäß Block 32 in der
Modellrechnung gemäß Block 30 verarbeitet. Die gemessene, austrittsseitige Abgastemperatur, als T nach KAT bezeichnet, gemäß Block 33 wird über eine Polstellungskompensation gemäß Block 34 einem Block 35 zugeführt, in dem ein Abgleich der gemessenen Abgastemperatur T nach KAT Sensor gegen die
gerechnete Abgastemperatur T nach KAT Modell erfolgt. Bezüglich der gerechneten, austrittsseitigen Abgastemperatur, T nach KAT Modell, erfolgt in Berücksichtigung der Ergebnisse gemäß Block 30 eine gewichtete Mittelwertbildung in Block 36, die als
Ergebnis über den Block 37 als gerechnete, austrittsseitige Temperatur, T nach KAT Sensor, dem Block 35 zugeführt wird.
In Berücksichtigung des im Block 35 durchgeführten Abgleichs von gemessener austrittsseitiger Temperatur, T nach KAT Sensor, und gerechneter austrittsseitiger Temperatur, T nach KAT
Modell, erfolgt die Unterscheidung zwischen stationärem und iristationärem Betriebsverhalten, wobei über die
Stationärerkennung gemäß Block 38 und den nachfolgenden
Abgleich des Wärmeübergangswiderstandes Rc (Block 40) dieser als Parameter in die Modellrechnung gemäß Block 30 eingespeist wird. Bei durch den Abgleich gemäß Block 35 zwischen gemessener und gerechneter, austrittsseitiger Temperatur, T nach KAT, gegebener Instationärerkennung gemäß Block 39 erfolgt der
Abgleich der Wärmeübergangszahl k im Block 41 mit nachfolgender Einspeisung in die Modellrechnung gemäß Block 30. In dieser findet auch die gemäß Block 42 zur Verfügung gestellte
Umgebungstemperatur T ihre Berücksichtigung. Fig. 6 dient der Veranschaulichtung der im Block 30 berücksichtigten dynamischen Korrektur der zur
Abgasnachbehandlungseinheit austrittsseitig gemessenen
Temperatur T nach KAT Sensor, also der sensorisch erfassten und damit entsprechend der Sensorträgheit verfälschten
Temperaturwerte. Diese werden (strichliert dargestellt)- nach im Block 45 symbolisierter Polstellen-Kompensation, die die Sensorträgheit rechnerisch ausgleicht -, tiefpassgeglättet , in ihrem Verlauf über der Zeit und der dazugehörigen Ableitung, abgetragen. Für den gleichen Zeitabschnitt wird auch die modellbasiert ermittelte Temperatur T nach KAT Modell - also gerechnet - auf entsprechende Weise ermittelt und im Diagramm als durchgehender Linienzug dargestellt. In dem entsprechenden Versatz der zeitlichen Lage der Wendepunkte, entsprechend den Maxima bzw. Minima der Ableitungskurven, stellt sich der
Korrekturbedarf dar, wobei im Sinne der Korrektur der gegebene zeitliche Versatz zu minimieren ist. Dies durch entsprechende Änderung des k-Wertes im Sinne einer Verkleinerung oder
Vergrößerung in der Modellrechnung. Für die Korrektur des k- Wertes wird dieser zweckmäßigerweise um jeweils die gleiche Größenordnung, zum Beispiel etwa einem Prozentpunkt plus oder minus, korrigiert. Die den Ableitungen entsprechenden
Zahlenwerte sind in den Blöcken 46 und 47 erfasst und im
Diagramm abgetragen.
Unter Verwendung einer modellbasierten Berechnung der
Temperaturverteilung in einem Modell einer Abgasreinigungseinheit, insbesondere unter Verwendung der vorstehend
erläuterten, modellbasierten Berechnung wird bei einer Regelstruktur für eine Abgasreinigungseinheit, insbesondere einem SCR-Katalysator gemäß Fig. 7, gearbeitet.
Bezeichnet ist in Fig. 7, wie schon vorstehend auf einen SCR- Katalysator als ein Beispiel auch für anderweitige Abgasreinigungseinheiten abgestellt, mit 50 ein SCR- Katalysator, mit 51 ein SCR-Modell, insbesondere der vorstehend angesprochenen und erläuterten Art, mit 52 eine Vorsteuerung, mit 53 ein Regler und mit 54 ein Modellabgleich .
Im SCR-Modell wird ergänzend, insbesondere parallel zur
modellierten Temperaturberechnung, die temperaturabhängige NH3- Speicherfähigkeit in Abhängigkeit von der NH3-Konzentration im Abgas berücksichtigt, insbesondere kennfeidbezogen auf Basis von für das jeweilige Katalysatormaterial im Prüfstand
ermittelten Daten. In Berücksichtigung dieses
Speicherverhaltens und der nachstehend wiedergegebenen
Hauptreaktionen wird der Gesamtumsatz an NH3 ermittelt, der in Korrelation zur Differenz des Anteils an NOx vor KAT zum Anteil nach KAT steht und über den sich somit der jeweils als Zielwert angesetzte NOx-Wert, zum Beispiel der aufgrund gesetzlicher Vorgaben einzuhaltende Emissionswert bestimmen lässt.
Die angesprochenen Hauptreaktionen sind:
1. ) NO + N02 + 2 NH3 ^ 2 N2 + 3 H20,
als schnelle Reaktion
2. ) 4 NO + 4 NH3 + 02 - 4 N2 + 6 H20
als Standardreaktion, und
3. ) 6 N02 + 8 NH3 - 7 N2 + 12 H20,
als langsame Reaktion.
Für die Modellrechnung kann in Annäherung davon ausgegangen werden, dass die schnellere Reaktion jeweils beendet ist, bevor die langsamere beginnt, so dass rechentechnisch die Reaktionen als nacheinander ablaufend angenommen werden können. Nach der jeweils schnelleren Reaktion werden die umgesetzten Mengen an NO und N02 von den Ausgangsmengen abgezogen und nach jeder Reaktion wird die im Volumen einer Scheibe noch verfügbare NH3- Menge ermittelt.
Bezogen auf die Regelstruktur gemäß Fig. 7 stellt das SCR- Modell 51 somit ein möglichst genaues Abbild des SCR- Katalysators 50 hinsichtlich der verarbeiteten Kenngrößen wie auch der Ausgangswerte, insbesondere des NOx-Wertes zur
Verfügung .
Dementsprechend sind die Eingangsparameter zum SCR-Modell bezogen auf das über den SCR-Katalysator 50 strömende Abgas: NO, N02, Abgasmasse, Temperatur T vor und nach KAT und NH3.
Austrittsseitig werden erfasst: NOx, NO/N02 umgesetzt, NO/N02 maximal umgesetzt, NH3 gespeichert und NH3 maximal und
gespeichert. In der Vorsteuerung 52 erfolgt die Berechnung des Umsatzbedarfes von NH3 sowie der ein- und auszuspeichernden NH3-Menge, aufgeschaltet auf das SCR-Modell 51 und den SCR- Katalysator 50. Dem Regler 53 kommt die Funktion zu, bezogen auf den SCR-Katalysator 50 eine etwaige zusätzliche Dosiermenge zu bestimmen, um den SCR-Katalysator 50 mit dem SCR-Modell 51 fallweise abzugleichen.
Ausgehend davon, dass über die Vorsteuerung auf Basis der
Vorgaben des SCR-Modells 51 die jeweils auf den vorgegebenen Emissionswert, also NOx nach KAT abgestimmte, als
Reduktionsmittel einzudüsende NH3-Menge berechnet wird und eine entsprechende Eindüsung veranlasst wird, erfolgt über den
Modellabgleich 54 eine Auswertung dahingehend, ob zwischen dem SCR-Modell 51 und dem SCR-Katalysator 50 eine größere
Abweichung gegeben ist und dies für den Fall, dass in der
Vorsteuerung die „Menge Ausspeichern ungleich Null" ist. Ist dies der Fall, so erfolgt im Modell eine Änderung der maximalen Speicherfähigkeit, und damit auch eine Anpassung der Vorsteuerung für den nächsten Lastwechsel, da die Vorsteuerung 52 ihrerseits auf Basis von vom SCR-Modell 51 zur Verfügung gestellten Daten arbeitet. Dies sind: NO nach SCR-Kat ppm, N02 nach SCR-Kat ppm, maximal umsetzbares NO mol/s, maximal
umsetzbares N02 mol/s, NO umgesetzt mol/s, N02 umgesetzt mol/s, NH3 max mol speicherbar, und NH3 mol gespeichert. Entsprechend der Festlegung, dass der Modell-Abgleich nur dann stattfindet, falls in der Vorsteuerung „Menge Ausspeichern ungleich Null" ist, findet ein Modellabgleich nur in der Phase des
Ausspeicherns statt.
Entsprechend den vom SCR-Modell 51 vorgegebenen Daten regelt die Vorsteuerung die eingespritzte NH3-Menge dahingehend ein, dass der jeweils vorgegebene Emissionswert, also beispielsweise ein gesetzlicher Emissionswert eingehalten wird. In der
Vorsteuerung werden hierzu laufend auf Basis der vom SCR-Modell 51 gelieferten Daten der ausgangsseitxge NOx-Wert berechnet und mit dem vorgegebenen Emissionswert verglichen. Ergeben sich größere Abweichungen, so wird durch Änderung der durch die Vorsteuerung 52 zugemessenen, einzuspritzenden NH3-Menge im SCR-Modell 51 die zugeführte NH3-Menge vergrößert, oder
verkleinert .
Zum Beispiel kann ein von der Vorsteuerung 52 errechneter NOx- Wert von 0,5 g/kWh zu einem zu großen Umsatz an NOx bezogen auf einen Emissionswert, so beispielsweise den gesetzlichen
Emissionswert von 0,67 g/kWh, führen. Dementsprechend wird von der Vorsteuerung 52 die Einspritzung von NH3 zurückgenommen. Ist der Umsatz an NOx kleiner als der vorgegebene
Emissionswert, so veranlasst die Vorsteuerung 52 die
Vergrößerung der NH3-Einspritzmenge . Die Einspeicherung von NH3 wird so vorgenommen, dass eine Schlupfgefahr ausgeschlossen ist . Über den Modellabgleich 54 wird zu definierten Zeitpunkten der zeitliche Verlauf zwischen einem sich real einstellenden NOx nach KAT und dem NOx gerechnet nach Modell erfasst. Ergibt sich zwischen diesen Werten eine Differenz und werden diese Werte in einem Diagramm als NOx-Werte über der Zeit in Kurven
aufgetragen, so ist die Fläche zwischen den Kurven ein Maß für den Modellfehler. Wenn dieser Modellfehler einen Schwellwert übersteigt, wird die Speicherfähigkeit im Modell geändert.
Solche Änderungen werden erfindungsgemäß bevorzugt nur während des Ausspeicherns vorgenommen, da die Speicherfähigkeit sich durch Kat-Alterung nur langsam ändert und Modellfehler zudem im Vergleich zum Einspeichern deutlicher sichtbar werden. In
Verbindung mit einer solchen, über den Modellabgleich 54 erfolgenden Korrektur wird auch die Alterung des Katalysators bevorzugt automatisch berücksichtigt.
Ob unter den jeweiligen Gegebenheiten das SCR-Modell 51 auch hinsichtlich seiner maximalen Speicherfähigkeit korrigiert werden muss, also eine Erhöhung oder Verkleinerung der
Speicherfähigkeit erforderlich ist, hängt von den sensorisch ermittelten, also gemessenen NOx-Werten ab. Es gilt:
NOx-Modell - N0X real > 0 : Speicherfähigkeit des Modells
erhöhen, < 0 : Speicherfähigkeit des Modells verkleinern.
Dem Regler 53 kommt die Funktion zu, im stationären Betrieb bei kleineren Abweichungen der im SCR-Modell 51 errechneten NOx- Werte von den gemessenen NOx-Werten nach SCR-Katalysator 50 eine Anpassung der eingedüsten NH3-Masse überlagert zu und unabhängig von den Festlegungen der Vorsteuerung 52
gegebenenfalls vorzunehmen, um eine schnelle Anpassung im
Hinblick auf die Einhaltung der NOx-Emissionswerte zu
gewährleisten . Diese Anpassung erfolgt bevorzugt dadurch, dass der NOx- oder NH3-Umsatz über der Speicherbeladung erfasst wird und
Abweichungen der Ist-Beladung von der dem Sollumsatz
entsprechenden Beladung als Maßstab dafür erfasst werden, in welcher Menge einzuspeichern oder auszuspeichern ist. Im Falle der Einspeicherung entspricht die einzuspeichernde Menge der Differenz zwischen Ist-Beladung und dem Sollumsatz
entsprechender Beladung bezogen auf eine lineare Interpolation der Beladungskurve zwischen Ist-Beladungswert und maximaler Beladung. Im Falle des Ausspeicherns entspricht die
auszuspeichernde Menge der Differenz der Ist-Beladung und einer linearen Interpolation der Beladungskurve zwischen Ist-Beladung und deren Durchgang durch den Kreuzungspunkt der Achsen, wie in den Fig. 8 und 9 veranschaulicht.
MTU Friedrichshafen GmbH
88045 Friedrichshafen 01.02.2012
Bezugszeichenliste
1 Scheibe
2 Scheibe
3 Scheibe
4 Scheibe
5 Ummantelung
6 Segment
7 Quader
8 Sensor
9 Sensor
10 Sensor
15 Polstellenkompensation
16 Wärmespeicher-Gasmasse
17 Wärmespeicher-Gasmasse
18 Block
19 Wärmespeicher
20 Wärmespeicher
21 Block Stationärdetektion
22 Regelanordnung
23 Block - Dynamik gemäß Fig. 6
Blöcke
31 T vor KAT (gemessene Temp)
32 Polstellenkompensation
33 T nach KAT (gemessene Temp) 34 Polstellenkompensation
35 Temperaturabgleich
T nach KAT gemessen/T nach KAT gerechnet)
36 Mittelwertbildung
37 Block
38 Stationärerkennung
39 Instationärerkennung
40 Abgleich Rc
41 Abgleich k
42 Umgebungstemperatur
PolStellenkompensation
Zahlenwerte
Zahlenwerte
50 SCR-Katalysator
51 SCR-Modell
52 Vorsteuerung Regelstruktur
53 Regler
54 Modellabgleich m Massenanteile
n Stoffmengenanteile
m Gas
Tgas
m NO [kg/h]
m N02 „
mNH3
n NO [g/mol]
«N02 [g/mol]
«NH3 [g/mol]
«NH3Scheibe [g/mol]
Rc Wärmeübergangswider T nach KAT Sensor (gemessen) T nach KAT Modell (gerechnet) T vor SCR (gemessen)
k Wärmeübergangszahl

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur modellbasierten Bestimmung der
Temperaturverteilung einer Nachbehandlungseinheit für Abgase, insbesondere eines Katalysators, auch als SCR-Katalysator, oder eines Partikelfilters, mit axial vom Abgas durchströmten und im Modell der Nachbehandlungseinheit zumindest axial segmentierter Ausbildung derselben, axialem Wärmeübergang zwischen den
Segmenten zumindest vorwiegend über das Abgas sowie radialem Wärmeübergang vom Umfang der Nachbehandlungseinheit auf die Umgebung,
dadurch gekennzeichnet,
dass, im Modell, in Abhängigkeit davon, ob sich die vor der Nachbehandlungseinheit in vorgegebenen, insbesondere gleichen Zeitabständen gemessenen Abgastemperaturen gegenüber einem zeitlichen Mittelwert derselben ändern, zwischen einem
stationären und einem instationären Arbeitsbetrieb
unterschieden wird, dass ferner die Berechnung des radialen Wärmeübergangs auf den Umfang der Nachbehandlungseinheit unter Berücksichtigung eines Wärmeübergangswiderstandswertes (Rc) und die Berechnung des Wärmeübergangs vom Abgas auf die Segmente der Nachbehandlungseinheit unter Berücksichtigung einer
Wärmeübergangszahl (k) erfolgt und dass Abweichungen der im Modell errechneten Temperatur nach Nachbehandlungseinheit von der nach der Nachbehandlungseinheit gemessenen, gemittelten Temperatur im stationären Arbeitsbetrieb durch Anpassung des Wärmeübergangsbeiwertes (Rc) und im instationären Arbeitsbetrieb durch Anpassung der Wärmeübergangszahl (k) berücksichtigt, insbesondere berücksichtigt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
dass für die Modellierung bezogen auf eine axiale Segmentierung der Nachbehandlungseinheit in Scheiben und eine radiale
Segmentierung der Scheiben, insbesondere in Ringe, die mittlere gerechnete Temperatur nach Nachbehandlungseinheit auf Basis der für die Flächenanteile der axial letzten Scheibe gerechneten Temperaturen gemittelt bestimmt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass für einen von einem gegebenen Betriebszustand ausgehenden stationären Arbeitsbetrieb in der Modellrechnung die für diesen Betriebszustand gegebene Wärmeübergangszahl (k) beibehalten wird .
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass für einen von einem gegebenen Betriebszustand ausgehenden instationären Arbeitsbetrieb in der Modellierung für diesen Betriebszustand mit einem gleichbleibenden
Wärmeübergangsbeiwert (Rc) gerechnet wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Wärmeübergangsbeiwert (Rc) von den
Umgebungsbedingungen zur Nachbehandlungseinheit abhängig ist.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Änderungsrichtung der für den instationären Arbeitsbetrieb veränderlichen Wärmeübergangszahl (k) dadurch bestimmt wird, dass die gemessenen und errechneten mittleren Temperaturverläufe nach Nachbehandlungseinheit über der Zeit erfasst und die Ableitungen hierzu gebildet werden, wobei in Abhängigkeit von der relativen zeitlichen Lage der der Maxima und Minima der Ableitungen entsprechenden Wendepunkte die
Wärmeübergangszahl (k) vergrößert und verkleinert wird.
7. Verfahren zur modellbasierten Bestimmung der
Temperaturverteilung einer Nachbehandlungseinheit für Abgase unter Verwendung eines SCR-Katalysators , insbesondere nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der SCR-Katalysator (50) in eine Regelstruktur mit zumindest einem SCR-Modell (51), einer Vorsteuerung (52) und einem Regler (53) eingebunden ist, wobei über die Vorsteuerung (52) die dem SCR- Katalysator (50) zuzuführende NH3-Menge auf die Einhaltung eines Emissionswertes, insbesondere eines Emissionsgrenzwertes, ausgerichtet, berechnet und/oder eingestellt wird, wobei das SCR-Modell (51) die Eingangsgrößen für die Vorsteuerung (52) liefert, wobei in der Vorsteuerung (52) laufend der den
gelieferten Daten entsprechende NOx-Wert berechnet und mit dem vorgegebenen Emissionswert verglichen wird und wobei der Regler (53) durch Anpassung der jeweiligen, dem SCR-Katalysator (50) zugeführten NH3-Menge den nach SCR-Katalysator (50) gemessenen N0x-Istwert an den errechneten NOx-Sollwert nach SCR- Katalysator (50) angleicht.
8. Verfahren nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Angleichung im stationären Betrieb schrittweise zum Abgleich kleinerer Abweichungen des nach SCR-Katalysator (50) gemessenen NOx-Istwertes vom errechneten NOx-Sollwert nach SCR- Katalysator (50) vorgenommen wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet,
dass als Eingangsgrößen für die Vorsteuerung (52) insbesondere vorgesehen sind: NO und O2 nach SCR ppm, bei der gegebenen Last maximal umsetzbares NO und N02 mol/s, umgesetztes NO und N02 mol/s, maximales NH3-Speichervermögen NH3 max. mol
speicherbar und die NH3-Speicherbeladung NH3 mol gespeichert.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9,
dadurch gekennzeichnet,
dass größenabhängig zwischen dem in der Vorsteuerung (52) auf Basis der Eingangsgrößen ermittelten NOx-Wert und dem
vorgegebenen Emissionswert auftretende Abweichungen durch
Änderung in der Zuführung von NH3 berücksichtigt werden, derart, dass sich für das im SCR-Modell (51) eingespeicherte NH3 eine Vergrößerung oder Verringerung ergibt.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10,
dadurch gekennzeichnet,
dass in die Regelstruktur ein Modellabgleich (54) integriert ist, in dem zu definierten Zeitpunkten der zeitliche Ablauf der Differenz zwischen gemessenen und im Modell erfassten N0X- erten als Maß für Modellfehler erfasst wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11,
dadurch gekennzeichnet,
dass die NOx-Reaktionen im SCR-Modell (53) über nachstehende Hauptreaktionen
1.) NO + N02 + 2 NH3 - 2 N2 + 3 H20,
als schnelle Reaktion
NO + 4 NH3 + 02 -> 4 N2 + 6 H20 als Standardreaktion, und
3.) 6 N02 + 8 NH3 -» 7 N2 + 12 H20, als langsame Reaktion. erfasst werden.
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