WO2015144276A1 - Verfahren zum betreiben eines an eine kraftfahrzeugbrennkraftmaschine angeschlossenen abgasreinigungssystems umfassend einen scr-katalysator - Google Patents

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catalytic converter
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absolute pressure
scr catalytic
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Alexander Massner
Erik Rechtlich
Frank Zimmermann
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Daimler Ag
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Definitions

  • the invention relates to a method for operating an exhaust gas purification system connected to a motor vehicle internal combustion engine comprising an SCR catalyst for the catalyzed conversion of nitrogen oxides contained in the exhaust gas of the internal combustion engine with ammonia, in which an ammonia-containing reducing agent upstream of the SCR catalyst is added to the exhaust gas at a predeterminable metering rate ,
  • the object of the invention is to provide a method which allows a further improved removal of nitrogen oxides from motor vehicle engine exhaust gas.
  • a reducing agent containing ammonia is obtained upstream of the SCR catalyst added to the exhaust gas at a predeterminable metering, a correlated with an absolute pressure in the exhaust gas purification system input side of the SCR catalyst pressure value determined, and the metering rate at least as a function of the pressure value.
  • the metering rate is different from zero and is preferably adjusted so that a predefinable target value for a nitrogen oxide conversion or a reduction of nitrogen oxides contained in the exhaust gas is at least approximately achieved.
  • the adjustment of the metering rate is preferably controlled with a closed loop with feedback. However, it is also a forward control with an open loop possible.
  • inventive absolute pressure-dependent and especially regulated set metering rate a further improved utilization of the conversion potential of the SCR catalyst and thus a further improved reduction of nitrogen oxide from the exhaust gas is made possible.
  • the knowledge of the inventors is taken into account that the absolute pressure in particular influences mass transfer processes, which in turn decisively influence the catalyzed conversion of nitrogen oxides.
  • Nitrogen oxides are primarily nitrogen monoxide (NO) and nitrogen dioxide (NO 2 ).
  • a NOx conversion of the SCR catalytic converter is determined and, when a predefinable limit value for the determined NOx conversion is undershot, the absolute pressure in the exhaust gas purification system on the input side of the SCR catalytic converter is increased by increasing a flow resistance for the SCR catalytic converter. Catalyst discharged exhaust gas is increased.
  • the increase in the absolute pressure to a particular specifiable value on the input side of the SCR catalytic converter can be effected, for example, by actuating an exhaust gas damper arranged downstream of the SCR catalytic converter in the exhaust gas purification system.
  • the absolute pressure at the beginning of the SCR catalyst in conjunction with a cold start or Warm-up of the engine made.
  • the heating of the SCR catalyst to temperatures at which it has a good NOx reduction activity is faster, because due to the damming of exhaust gas and the associated throttling effect from the outset hotter exhaust gas is discharged from the internal combustion engine.
  • the SCR catalyst has reached a predetermined temperature of about 250 ° C or a predetermined activity of about 70% NOx conversion, the increase in the absolute pressure can be reduced or completely reversed.
  • an absolute pressure increase has proved to be advantageous even after a successful warm-up of the internal combustion engine.
  • the increase in the absolute pressure in dependence on operating variables of the internal combustion engine and / or the SCR catalyst is set.
  • the recognition is taken into account that an increase in the absolute pressure on the input side of the SCR catalytic converter or in the SCR catalytic converter via the exhaust gas purification system reacts on the internal combustion engine and influences its operation.
  • undesirable consequences in this regard undesirable consequences.
  • counterproductive effects on catalyst operating variables may occur.
  • the increase in the absolute pressure is set such that the NOx conversion of the SCR catalyst increases at least approximately by a predeterminable extent.
  • recourse is preferably made to previously determined and stored characteristic curves or characteristic diagrams which determine the pressure dependence of the NOx conversion of the SCR catalytic converter as a function of different operating variables describe.
  • the operating variables may include one or more of the variables exhaust gas flow rate, catalyst temperature, N0 2 or NO x input concentration, NH 3 slip, and possibly further variables.
  • a measure for influencing the exhaust gas temperature on the inlet side of the SCR catalyst is taken parallel to the increase of the absolute pressure.
  • Operating conditions for the SCR catalyst with respect to its NOx conversion capability can be adjusted.
  • it may be provided at low exhaust gas temperatures of, for example, 200 ° C to 250 ° C to take parallel to an increase in the absolute pressure measures to increase the exhaust gas temperature.
  • it may be provided at high exhaust gas temperatures, for example, more than 450 ° C, to take parallel to an absolute pressure increase a measure to reduce the exhaust gas temperature.
  • one or more operating parameters of the internal combustion engine such as a change of the time points and / or amounts of fuel supply, main, and / or
  • a switching of an exhaust gas flow path from a first flow direction, in which exhaust gas of the motor vehicle engine flows through before passing through the SCR catalyst, a particulate reduction unit, to a second flow direction, in which exhaust gas of the motor vehicle engine before flowing through the particulate reduction unit flows through the SCR catalyst is carried out.
  • the particulate reduction unit is downstream of the SCR catalyst, while it was arranged upstream of the switching.
  • effluent exhaust gas must, prior to discharge to the environment, overcome the flow resistance of the particulate reduction unit.
  • the flow resistance for effluent from the SCR catalyst exhaust gas and the absolute pressure upstream of the SCR catalyst are therefore increased and its NOx conversion capacity also.
  • the switching of the exhaust gas flow path according to the invention proves to be particularly advantageous at low temperatures at which the SCR catalyst, in particular without additional pressure increase NOx conversion of less than about 50%, since the particulate reduction unit as upstream heat sink for the hot exhaust gas Internal combustion engine is eliminated and the SCR Catalyst thus receives hotter exhaust gas. This is particularly advantageous when the engine is warming up.
  • Reversal of the flow direction of the particle reduction unit is in this allows a discharge of ash, which in flow in the first
  • Fig. 1 is a schematic representation of an advantageous embodiment of a
  • FIG. 2 is a schematic representation of a control unit for determining a metering rate for the reducing agent to be supplied to the exhaust gas
  • Fig. 3 is a diagram with a schematically illustrated temperature
  • FIG. 4 is a flowchart for explaining the operation of the control unit of FIG. 2 and
  • Fig. 5 is a schematic representation of another advantageous embodiment of an exhaust gas purification system, in which the inventive method can be used.
  • FIG. 1 only by way of example and schematically an advantageous embodiment of an exhaust gas purification system 1 is shown, in which the inventive method can be applied.
  • the exhaust gas purification system 1 is assigned to a motor vehicle internal combustion engine (not shown), referred to below as a simplified engine.
  • the engine is preferably designed as a direct-injection diesel engine, in particular a commercial vehicle.
  • the exhaust gas emitted by the engine is received by an exhaust line 2 of the exhaust gas purification system 1 and flows successively in a flow direction indicated by an arrow 3, a particle reduction unit 4 and an SCR catalyst 5.
  • Downstream of the SCR catalyst 5 is an exhaust gas damper 6 in the exhaust line 2 arranged, by means of which the exhaust accumulated and thus the pressure of the exhaust gas in particular upstream of the SCR catalyst 5 is raised variable or
  • the exhaust gas damper 6 is preferably designed to be continuously adjustable between an open position and a closed position. It can be provided that in the closed position a predetermined exhaust gas leakage amount can flow through the exhaust gas damper 6.
  • FIG. 1 shows a first absolute pressure sensor 7 on the input side and a second absolute pressure sensor
  • a differential pressure over the particle reduction unit 4 and thus a loading can be determined with the particles filtered out from the exhaust gas.
  • a value for the absolute pressure on the input side of the SCR catalytic converter 5 is preferably also determined.
  • a temperature of the particle reduction unit 4 and the SCR catalyst 5 can be determined.
  • an injector 13 for discharging a NOx-reducing agent is disposed in the exhaust gas.
  • the supply of the injector 13 with the reducing agent takes place from a container, not shown, from which the reducing agent is conveyed by means of a reducing agent pump to the injector 13.
  • the reducing agent is an aqueous urea solution.
  • the actually effective reducing agent NH 3 is liberated by thermolysis and / or hydrolysis from the urea, which selectively acts with respect to the catalytic reduction of the NOx contained in the exhaust gas in the SCR catalyst 5.
  • the SCR catalyst 5 is preferably formed as a full catalyst based on V 2 0 5 / W0 3 / Ti0 2 or as zeolitic coated SCR supported catalyst with a storage capacity with respect to NH 3 .
  • the SCR catalyst 5 has a honeycomb structure with a plurality of parallel flow channels and may comprise two SCR catalyst elements connected in series.
  • the particle filter reduction unit 4 preferably consists of an oxidation catalyst and a directly downstream particle filter, preferably as a wall-flowed honeycomb body on silicon carbide or Aluminiumtitanat- or
  • Cordieritbasis is formed, wherein the filter-effective walls are preferably at least partially provided with an oxidation-catalytically active coating.
  • the oxidation catalyst and the particulate filter are preferably arranged closely adjacent in a common housing.
  • the exhaust gas cleaning system 1 outlined in FIG. 1 may have or may have further sensors (not shown here for clarity), exhaust gas purification components and other components.
  • further temperature and pressure sensors as well as NOx, oxygen or other exhaust gas components sensitive exhaust gas sensors upstream or downstream of the particulate reduction unit 4 and / or the SCR catalyst 5 or between the oxidation catalyst and the particulate filter of the particulate reduction unit 4 may be provided.
  • a mixing unit for the treatment of the added urea solution between the Injector 13 and the SCR catalytic converter 5 or an NH 3 blocking catalytic converter can be arranged behind the SCR catalytic converter 5.
  • an addition unit for fuel is also provided upstream of the particulate reduction unit 4.
  • the engine preferably has charge units, exhaust gas recirculation units and fuel injectors.
  • adding devices for other auxiliaries and other sensors and the like may be provided.
  • Sensors and actuators of the exhaust gas purification system and the engine are connected to an electronic control unit, which is able to evaluate and process detected operating variables and derived therefrom to generate control signals for controlling the exhaust gas purification system 1 and the engine and deliver.
  • an electronic control unit which is able to evaluate and process detected operating variables and derived therefrom to generate control signals for controlling the exhaust gas purification system 1 and the engine and deliver.
  • Embodiment of such a control unit received. It should be understood that other designed controller architectures may be used to control the engine and emission control system 1.
  • the exemplary embodiment of an electronic control unit 20 sketched in FIG. 2 assumes, among other things, a model-based determination of a metering rate D for the reducing agent to be supplied to the exhaust gas via the injector 13.
  • the control unit 20 has for this purpose an engine control unit MSG and a computing unit R with a mathematical dosing model stored therein.
  • the engine control unit MSG receives input variables ME, which essentially relate to the engine operation. In the present case, these include current values for the engine speed n, the exhaust gas recirculation rate AGR, the intake air quantity m L and other engine operating variables not listed separately here.
  • the engine control unit MSG outputs outputs MA
  • the output variables MA include an engine torque M to be set, control start t A sB and drive end t A sE for fuel injection injectors of the engine, fuel injection quantities, a control signal KL for the control of the exhaust gas damper 6 and others, not separately here
  • the engine control unit MSG communicates with the arithmetic unit R and transmits to these values MAD and, on the other hand, receives from the arithmetic unit R values DAM.
  • the values MAD transmitted to the arithmetic unit R comprise presently received or calculated values for a current absolute pressure p on the input side of the SCR catalytic converter 5, a maximum permissible and in particular by means of the exhaust gas damper 6 adjustable absolute pressure p max on the input side of the SCR catalytic converter 5, an exhaust gas mass flow m A and other, not separately listed operating variables in particular the emission control system 1.
  • the maximum permissible absolute pressure p max is preferably adhering to predetermined boundary conditions, especially for engine operation, such for example, for fuel consumption,
  • the values DAM of the arithmetic unit R received by the otor control device MSG in the present case comprise a value p so n for an absolute pressure p to be set in particular by means of the exhaust gas damper 6 on the input side of the SCR catalytic converter 5 and an optionally set temperature increase ⁇ for one of
  • the arithmetic unit R receives, as further input quantities DE, metrologically or mathematically determined values of operating variables 1 such as values for concentrations of nitrogen oxides in the exhaust gas c N0 , c N0 2 on the input side of the SCR catalytic converter 5, c NOx on the input and output side of the SCR Catalyst 5, an NH 3 concentration c NH 3 on the output side of the SCR catalyst 5 and a temperature T of the SCR catalyst 5. From the received input variables MAD, DE the dosing model of the computing unit R determines a dosing rate D to be set for the addition amount of the reducing agent and give these to
  • the metering model accesses different stored characteristic curves and characteristic maps, which describe the behavior of the SCR catalytic converter 5 as a function of different operating variables, in particular the NO x conversion, influencing operating variables.
  • the characteristic curves or characteristic diagrams can both be determined in advance and stored as such, but they can also be generated or adapted dynamically during operation.
  • a characteristic curve of particular interest relating to a temperature and pressure dependence of the NOx conversion behavior of the SCR catalytic converter 5 will be discussed in more detail.
  • a typical curve for a NOx conversion ⁇ of an SCR catalyst as a function of the catalyst temperature T is shown schematically by a first solid line 30. It is assumed that the SCR catalyst NH 3 is supplied in sufficient, but at least stoichiometric amount. As shown, the takes NOx conversion ⁇ steadily increases from low values as the temperature T increases. At higher temperatures of about 300 ° C. or more, high conversions ⁇ of at least approximately 100% are typically achievable. Below a so-called light-off temperature T A , the achievable conversions ⁇ are low to negligible.
  • the light-off temperature T A can be defined, for example, by the intersection of a tangent applied to the turnover curve 30 with the temperature axis.
  • Pressure increase obtained second conversion curve 31 typically represents approximately a shift of the obtained at a lower pressure p first conversion curve 30th As illustrated in the diagram of Fig. 3 in addition, can by
  • Pressure increase both at a relatively high temperature T 2 , in which a comparatively high NOx conversion ⁇ can be achieved, and at a comparatively low temperature near the light-off temperature T A a significant increase ⁇ of the NOx conversion ⁇ can be achieved.
  • a decrease in the light-off temperature T A is also made possible by an increase in pressure.
  • Absolute pressure p in the exhaust gas purification system 1 upstream of the SCR catalyst 5 to effect and thus to increase the NOx conversion ⁇ of the SCR catalyst 5 and to achieve a lowering of its light-off temperature T A.
  • a determination as to whether and to what extent an increase in pressure should be set or whether and to what extent an increase in pressure is to be reversed takes place here in the dosing model of the arithmetic unit R.
  • a downstream of the SCR catalytic converter 5 becomes dependent on the absolute pressure to be set dosing rate D determined.
  • FIG. 4 A preferred mode of operation of the metering model is shown roughly schematically in FIG. 4 in the form of a flow chart.
  • the flowchart is traversed periodically with a predetermined frequency.
  • the dosing model determines a target value Z and an actual, current one Value Tiist for the NOx conversion ⁇ of the SCR catalyst in block 41.
  • the target value Z is preferably determined taking into account predetermined permissible maximum values for a tailpipe NOx emission. In this case, it is additionally possible to take into account preferably predetermined boundary conditions such as NH 3 slip, reducing agent consumption and optionally further variables.
  • the dosing model preferably also uses stored characteristic curves relating to the temperature, exhaust gas throughput, pressure and NOx concentration dependency of the NOx conversion capacity of the SCR catalytic converter 5 and possibly further, the Sales behavior of the SCR catalyst 5 influencing variables back.
  • the current NOx conversion is then compared with the target value Z in blocks 42 and 43.
  • the system jumps to the block 44, in which one or more measures selected from a plurality of actions M, with which the current NOx conversion n is again as close as possible to the target value Z can be introduced.
  • the dosing model continues with the query block 43 and it is determined whether the current NOx conversion ⁇ ⁇ 5 ⁇ is less than the target value Z. If this is the case, then the process proceeds by jumping into the already mentioned block 44 and it is also determined with which of the measures M provided the target value Z can be achieved as well as possible.
  • an opening of the exhaust gas damper 6 or a reduction of the absolute pressure p input side of the SCR catalyst 5 may be provided as measures M. If, on the other hand, the block 44 is reached, starting from the block 43, it is determined whether the target value Z is increased by increasing the absolute pressure p on the input side of the SCR catalytic converter 5 or by another, possibly preferable measure M, such as an increase in the
  • Dosing rate D an exhaust gas temperature increase, a reduction of the NOx raw emissions or another measure M can be achieved.
  • the dosing model uses the characteristic curve barely shown in FIG. 3 or the corresponding table values.
  • M provided a prioritization. The prioritization is preferably carried out primarily in relation to the lowest possible fuel consumption.
  • the selection block 44 will be skipped if the actual NOx conversion ⁇ ⁇ 8 ⁇ is greater than the target value Z by less than the intended tolerance measure ⁇ .
  • the dosing model proceeds to block "45, in which a desired value Pson is determined for the absolute pressure p. If the setpoint value p so n is above the maximum permissible absolute pressure p max , the latter is selected as setpoint value p so n to be set ,
  • the dosing model ascertains a NOx conversion ⁇ associated with this data as a function of the input variables DE, MAD, the previously determined setpoint value p so n for the absolute pressure p and, if appropriate, further measures M in the block 44 which influence the NOx conversion ⁇ , which ideally corresponds to the target value Z, and ultimately an associated dosing rate D.
  • the absolute pressure can be provided by switching the exhaust gas flow path in the exhaust gas purification system 1 from a first flow direction in which Exhaust gas from the engine before flowing through the SCR catalyst 5 the
  • Particle reduction unit 4 flows through, in a second flow direction, in which exhaust gas of the engine before flowing through the particle reduction unit 4, the SCR catalyst 5 flows through, to increase.
  • FIG. 5 A preferred embodiment of the exhaust gas purification system 1 provided for this purpose is shown schematically in FIG. 5.
  • the same reference numerals are used for in relation to FIG. 1 same components.
  • On a recording of preferably provided sensors is omitted for reasons of clarity. It is understood, however, that corresponding sensors for detecting the relevant operating variables of the exhaust gas purification system 1 are provided in the same or similar manner also in the exhaust gas purification system 1 shown in FIG. 5.
  • Fig. 1 Compared to the embodiment shown in Fig. 1 is a guide of the
  • Exhaust line 2 changes and additionally provided an exhaust gas flow path switching device 50.
  • the exhaust flow path switching device 50 may be in the form of one or more suitably designed flaps or valve devices.
  • the exhaust gas flow path switching device 50 allows switching of the exhaust gas flow path in the exhaust gas purification system 1 from a first flow direction in which exhaust gas of the engine flows through the particulate reduction unit 4 before flowing through the SCR catalyst 5 to a second flow direction in which exhaust gas of the engine flowing through the particle reduction unit 4 flows through the SCR catalyst 5.
  • the particle reduction unit 4 and the SCR catalytic converter 5 are flowed through in the opposite direction compared to the first exhaust gas flow direction.
  • the exhaust gas flow resistance of the particulate reduction unit 4 is typically significantly higher than that of the SCR catalyst 5, when the exhaust gas flow path is switched from the first flow direction to the second flow direction, the absolute pressure on the exhaust gas inflow side of the SCR catalyst 5 is increased even.
  • the dosing model of the arithmetic unit R decides to what extent a respective switch is expedient or should take place.
  • the measure of switching the exhaust gas flow path is expediently part of the catalog of measures M in the selection block 44 of the dosing model outlined in FIG. 4.
  • the decision regarding a switchover from the first exhaust gas flow direction to the second exhaust gas flow direction is preferably also a particle loading of the particle reduction unit 4, or their effect on the

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines an eine Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine angeschlossenen Abgasreinigungssystems (1 ) umfassend einen SCR- Katalysator (5) zur katalysierten Umsetzung von im Abgas der Brennkraftmaschine enthaltenen Stickoxiden mit Ammoniak. Bei dem Verfahren wird ein Ammoniak enthaltendes Reduktionsmittel stromaufwärts des SCR-Katalysators (5) dem Abgas mit einer vorgebbaren Dosierrate zugegeben, ein mit einem Absolutdruck im Abgasreinigungssystem (1) eingangsseitig des SCR-Katalysators (5) korrelierender Druckwert ermittelt wird und die Dosierrate zumindest in Abhängigkeit vom Druckwert vorgegeben.

Description

Verfahren zum Betreiben eines an eine Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine angeschlossenen Abgasreinigungssystems umfassend einen SCR-Katalysator
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines an eine Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine angeschlossenen Abgasreinigungssystems umfassend einen SCR-Katalysator zur katalysierten Umsetzung von im Abgas der Brennkraftmaschine enthaltenen Stickoxiden mit Ammoniak, bei welchem ein Ammoniak enthaltendes Reduktionsmittel stromaufwärts des SCR-Katalysators dem Abgas mit einer vorgebbaren Dosierrate zugegeben wird.
In der DE 10 2008 036 885 A1 ist ein Verfahren beschrieben, bei welchem einem einen SCR-Katalysator enthaltenden Abgassystem wässrige Harnstofflösung als Ammoniak enthaltendes Reduktionsmittel mit einer geregelt einstellbaren Dosierrate zugeführt wird. Dabei wird in Abhängigkeit verschiedener Größen die Dosierrate so eingestellt, dass entweder ein durch ein Rechenmodell vorgegebener Soll-Füllstand von im SCR-Katalysator gespeichertem Ammoniak oder ein vorgegebener Soll-Wirkungsgrad für einen Stickoxid-Umsatz mit im SCR-Katalysator gespeichertem und/oder dem SCR-Katalysator zugeführtem Ammoniak wenigstens annähernd erreicht werden. Auf diese Weise kann eine wirksame Verminderung von Stickoxiden aus dem Abgas der entsprechenden Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine erzielt werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren anzugeben, welches eine nochmals verbesserte Stickoxidentfernung aus Kraftfahrzeugbrennkraftmaschinenabgas ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben eines an eine Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine angeschlossenen Abgasreinigungssystems umfassend einen SCR- Katalysator zur katalysierten Umsetzung von im Abgas der Brennkraftmaschine enthaltenen Stickoxiden mit Ammoniak, wird ein Ammoniak enthaltendes Reduktionsmittel stromaufwärts des SCR-Katalysators dem Abgas mit einer vorgebbaren Dosierrate zugegeben, ein mit einem Absolutdruck im Abgasreinigungssystem eingangsseitig des SCR-Katalysators korrelierender Druckwert ermittelt, und die Dosierrate zumindest in Abhängigkeit vom Druckwert vorgegeben. Die Dosierrate ist dabei von Null verschieden und wird vorzugsweise so eingestellt, dass ein vorgebbarer Zielwert für einen Stickoxid- Umsatz bzw. eine Verminderung von im Abgas enthaltenen Stickoxiden wenigstens annähernd erreicht wird. Die Einstellung der Dosierrate erfolgt vorzugsweise geregelt mit einem geschlossenen Regelkreis mit Rückführung. Es ist jedoch auch eine Vorwärtssteuerung mit einem geöffneten Regelkreis möglich. Mit der erfindungsgemäßen absolut- druckabhängig und insbesondere geregelt eingestellten Dosierrate ist eine weiter verbesserte Ausnutzung des Umsetzungspotentials des SCR-Katalysators und damit eine weiter verbesserte Stickoxid-Verminderung aus dem Abgas ermöglicht. Mit der erfindungsgemäßen Vorgehensweise wird der Erkenntnis der Erfinder Rechnung getragen, dass der Absolutdruck insbesondere Stofftransportprozesse beeinflusst, welche ihrerseits die katalysierte Stickoxid-Umsetzung maßgeblich mitbestimmen. Unter
Stickoxiden, nachfolgend vereinfacht mit NOx bezeichnet, sind dabei in erster Linie Stickstoffmonoxid (NO) und Stickstoffdioxid (N02) zu verstehen.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn in Ausgestaltung der Erfindung ein NOx-Umsatz des SCR-Katalysators ermittelt wird und bei Unterschreiten eines vorgebbaren Grenzwerts für den ermittelten NOx-Umsatz der Absolutdruck im Abgasreinigungssystem eingangsseitig des SCR-Katalysators durch Erhöhen eines Strömungswiderstands für aus dem SCR- Katalysator ausgeströmtes Abgas erhöht wird. Die Erhöhung des Absolutdrucks auf einen insbesondere vorgebbaren Wert eingangsseitig des SCR-Katalysators kann beispielsweise durch Betätigen einer strömungsmäßig hinter dem SCR-Katalysator im Abgasreinigungssystem angeordneten Abgas-Stauklappe bewirkt werden. Durch Erhöhen des Absolutdrucks eingangsseitig des SCR-Katalysators wird auch der Druck im Katalysatorelement selbst angehoben. Wie festgestellt wurde, kann dadurch positiv auf die
Umsetzung von mit dem Abgas dem SCR-Katalysator zugeführten Stickoxiden mit Ammoniak (NH3) Einfluss genommen werden. Die Dosierrate kann damit gegebenenfalls erhöht und ein erhöhter Stickoxid-Umsatz erzielt werden. Obschon die Wirkungszusammenhänge als nicht vollständig geklärt gelten können, werden eine durch die Druckerhöhung bewirkte erhöhte NH3-Einspeicherfähigkeit sowie eine Verschiebung des thermodynamischen Gleichgewichts der Umsetzungsreaktion in eine gewünschte
Richtung bzw. eine Verbesserung der Reaktionskinetik als maßgeblich für einen verbesserten NOx-Umsatz des SCR-Katalysators angesehen. Vorzugsweise wird der Absolutdruck eingangs des SCR-Katalysator in Verbindung mit einem Kaltstart bzw. Warmlauf der Brennkraftmaschine vorgenommen. Die Erwärmung des SCR-Katalysators auf Temperaturen, bei welchen dieser eine gute NOx- Verminderungsaktivität aufweist, erfolgt schneller, weil infolge des Aufstauens von Abgas und des damit verbundenen Drosseleffektes von vornherein heißeres Abgas von der Brennkraftmaschine abgegeben wird. Hat der SCR-Katalysator eine vorbestimmte Temperatur von etwa 250 °C bzw. eine vorbestimmte Aktivität von etwa 70 % NOx-Umsatz erreicht, so kann die Erhöhung des Absolutdrucks vermindert oder gänzlich rückgängig gemacht werden. Eine Absolutdruckerhöhung hat sich jedoch auch nach einem erfolgten Warmlauf der Brennkraftmaschine als vorteilhaft erwiesen. Bei betriebswarmem SCR-Katalysator mit einer Temperatur von mehr als etwa 250 °C kann es insbesondere einer erhöhten Last der Brennkraftmaschine mit beispielsweise mehr als 70 % der Nennlast zu einer vergleichsweise hohen NOx- Beaufschlagung des SCR-Katalysators infolge einer erhöhten NOx-Rohemission kommen. Bei solchen Betriebspunkten ist eine Verminderung der NOx-Emission auf geforderte Grenzwerte oftmals schwierig. Durch Erhöhung des Absolutdrucks eingangs- seitig des SCR-Katalysators ist eine Steigerung von dessen Wirksamkeit ermöglicht. Dadurch können auch bei Betriebspunkten mit hohen NOx-Konzentrationen im in den SCR-Katalysator einströmenden Abgas hohe NOx-Verminderungswerte und eine
Einhaltung strenger Grenzwerte erzielt werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Erhöhung des Absolutdrucks in Abhängigkeit von Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine und/oder des SCR-Katalysators eingestellt wird. Dadurch wird der Erkenntnis Rechnung getragen, dass eine Erhöhung des Absolutdrucks eingangsseitig des SCR-Katalysators bzw. im SCR- Katalysator über das Abgasreinigungssystem auf die Brennkraftmaschine zurückwirkt und deren Betrieb beeinflusst. Gegebenenfalls treten dabei diesbezüglich unerwünschte Folgeerscheinungen auf. Auch können in Bezug auf eine positive Beeinflussung des NOx-Umsatzes kontraproduktive Auswirkungen auf Katalysatorbetriebsgrößen auftreten. Durch eine Erhöhung des Absolutdrucks in Abhängigkeit von Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine und/oder des SCR-Katalysators können diese Querbeeinflussungen berücksichtigt und negative Auswirkungen minimiert werden bzw. ein optimaler
Kompromiss in Bezug auf gegenläufig beeinflusste Betriebsparameter getroffen werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird die Erhöhung des Absolutdrucks derart eingestellt, dass der NOx-Umsatz des SCR-Katalysators wenigstens annähernd um ein vorgebbares Ausmaß zunimmt. Hierzu wird bevorzugt auf vorab ermittelte und abgespeicherte Kennlinien oder Kennfelder zurückgegriffen, welche die Druckabhängigkeit des NOx-Umsatzes des SCR-Katalysators in Abhängigkeit verschiedener Betriebsgrößen beschreiben. Die Betriebsgrößen können eine oder mehrere der Größen Abgasdurchsatz, Katalysatortemperatur, N02- bzw. NOx-Eingangskonzentration, NH3-Schlupf und gegebenenfalls weitere Größen umfassen.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird parallel zur Erhöhung des Absolutdrucks eine Maßnahme zur Beeinflussung der Abgastemperatur eintrittsseitig des SCR- Katalysators ergriffen. Auf diese Weise können wenigstens annähernd optimale
Betriebsbedingungen für den SCR-Katalysator in Bezug auf seine NOx-Umsatzfähigkeit eingestellt werden. Insbesondere kann es bei niedrigen Abgastemperaturen von beispielsweise 200 °C bis 250 °C vorgesehen sein, parallel zu einer Erhöhung des Absolutdrucks Maßnahmen zur Erhöhung der Abgastemperatur zu ergreifen. Umgekehrt kann es bei hohen Abgastemperaturen von beispielsweise mehr als 450 °C vorgesehen sein, parallel zu einer Absolutdruckerhöhung eine Maßnahme zur Verringerung der Abgastemperatur zu ergreifen. Bevorzugt werden zur Beeinflussung der Abgastemperatur eine oder mehrere Betriebsparameter der Brennkraftmaschine, wie beispielsweise eine Änderung der Zeitpunke und/oder -Mengen von Kraftstoff-Vor-, Haupt-, und/oder
Nacheinspritzung, Abgasrückführrate, Öffnungs- und/oder Schließzeiten von Brennkraft- maschinen-Einlass- und/oder Auslassventilen verändert.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es zur Erhöhung des Absolutdrucks
vorgesehen, dass eine Umschaltung eines Abgas-Strömungswegs von einer ersten Strömungsrichtung, in welcher Abgas der Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine vor einem Durchströmen des SCR-Katalysators eine Partikelverminderungseinheit durchströmt, auf eine zweite Strömungsrichtung, in welcher Abgas der Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine vor einem Durchströmen der Partikelverminderungseinheit den SCR-Katalysators durchströmt, durchgeführt wird. Nach Umschalten des Abgas-Strömungswegs ist somit die Partikelverminderungseinheit strömungsmäßig dem SCR-Katalysator nachgeschaltet, während sie vor dem Umschalten vorgeschaltet angeordnet war. Somit muss nach dem Umschalten aus dem SCR-Katalysator ausströmendes Abgas vor der Abgabe an die Umgebung den Strömungswiderstand der Partikelverminderungseinheit überwinden. Der Strömungswiderstand für aus dem SCR-Katalysator ausströmendes Abgas und der Absolutdruck vor dem SCR-Katalysator sind daher erhöht und dessen NOx-Umsatz- vermögen ebenfalls. Das erfindungsgemäße Umschalten des Abgas-Strömungswegs erweist sich insbesondere bei niedrigen Temperaturen, bei welchen der SCR-Katalysator insbesondere ohne zusätzlich Druckerhöhung einen NOx-Umsatz von weniger als etwa 50 % erbringen kann als vorteilhaft, da die Partikelverminderungseinheit als vorgeschaltete Wärmesenke für das heiße Abgas der Brennkraftmaschine entfällt und der SCR- Katalysator somit heißeres Abgas erhält. Dies ist insbesondere bei einem Warmlauf der Brennkraftmaschine vorteilhaft.
Bei einer Umschaltung des Abgas-Strömungswegs ist es weiter besonders vorteilhaft, wenn in weiterer Ausgestaltung der Erfindung in der zweiten Strömungsrichtung der SCR- Katalysator und die Partikelverminderungseinheit im Vergleich zur ersten Strömungsrichtung in entgegengesetzter Richtung von Abgas durchströmt werden. Durch
Umkehrung der Durchströmungsrichtung der Partikelverminderungseinheit ist bei dieser ein Austrag von Asche ermöglicht, welche sich bei Durchströmung in der ersten
Strömungsrichtung angesammelt hat. Ist, wie bevorzugt, ein so genannter Ammoniak- Sperrkatalysator hinter dem SCR-Katalysator vorgesehen, so wird dieser nach Umschaltung des Abgas-Strömungswegs in die zweite Strömungsrichtung vorzugsweise vor dem SCR-Katalysator von Abgas durchströmt. Aufgrund der oxidationskatalytischen Eigenschaften des Sperrkatalysators bewirkt dieser eine Erhöhung des Verhältnisses von N02 zu NO im Abgas. Dies ermöglicht wiederum eine Verbesserung der katalytischen
Wirksamkeit des in der zweiten Strömungsrichtung dem Sperrkatalysator strömungsmäßig nachgeschalteten SCR-Katalysators.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen veranschaulicht und werden nachfolgend beschrieben. Dabei sind die vorstehend genannten und nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Merkmals- kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Dabei zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer vorteilhaften Ausführungsform eines
Abgasreinigungssystems, bei welchem das erfindungsgemäße Verfahren zum Einsatz kommen kann,
Fig. 2 eine schematisch Darstellung einer Steuereinheit zur Ermittlung einer Dosierrate für dem Abgas zuzuführendes Reduktionsmittel,
Fig. 3 ein Diagramm mit einer schematisch dargestellten Temperatur- und
Druckabhängigkeit eines NOx-Umsatzes eines SCR-Katalysators, Fig. 4 ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung der Arbeitsweise der Steuereinheit gemäß Fig. 2 und
Fig. 5 eine schematische Darstellung einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform eines Abgasreinigungssystems, bei welchem das erfindungsgemäße Verfahren zum Einsatz kommen kann.
In Fig. 1 ist lediglich beispielhaft und schematisch eine vorteilhafte Ausführungsform eines Abgasreinigungssystems 1 dargestellt, bei welchem das erfindungsgemäße Verfahren angewendet werden kann. Das Abgasreinigungssystem 1 ist dabei einer nicht dargestellten Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine, nachfolgend vereinfacht als Motor bezeichnet, zugeordnet. Der Motor ist vorzugsweise als direkteinspritzender Dieselmotor, insbesondere eines Nutzfahrzeugs ausgebildet.
Das vom Motor abgegebene Abgas wird von einem Abgasstrang 2 des Abgasreinigungssystems 1 aufgenommen und durchströmt in einer durch einen Pfeil 3 gekennzeichneten Strömungsrichtung nacheinander eine Partikelverminderungseinheit 4 und einen SCR- Katalysator 5. Stromab des SCR-Katalysators 5 ist im Abgasstrang 2 eine Abgas-Stauklappe 6 angeordnet, mittels welcher das Abgas aufgestaut und damit der Druck des Abgases insbesondere stromauf des SCR-Katalysators 5 variabel angehoben bzw.
eingestellt werden kann. Die Abgas-Stauklappe 6 ist vorzugsweise kontinuierlich zwischen einer Offenstellung und einer Schließstellung verstellbar ausgeführt. Dabei kann es vorgesehen sein, dass in der Schließstellung eine vorgebbare Abgas-Leckagemenge über die Abgas-Stauklappe 6 strömen kann.
Eingangs- und ausgangsseitig der Partikelverminderungseinheit 4 und des SCR- Katalysators 5 sind verschiedene Sensoren für Druck, Temperatur und verschiedene Abgaskomponenten vorgesehen. Stellvertretend hierfür und lediglich beispielhaft sind in Fig. 1 ein erster Absolutdrucksensor 7 eingangsseitig und ein zweiter Absolutdrucksensor
8 ausgangsseitig der Partikelverminderungseinheit 4 eingezeichnet. Mittels der Absolutdrucksensoren 7, 8 kann ein Differenzdruck über der Partikelverminderungseinheit 4 und damit eine Beladung mit aus dem Abgas ausgefilterten Partikeln ermittelt werden. Mittels des Absolutdrucksensors 8 wird vorzugsweise auch ein Wert für den Absolutdruck eingangsseitig des SCR-Katalysators 5 ermittelt. Ferner sind ein erster Temperatursensor
9 vor der Partikelverminderungseinheit 4 und ein zweiter Temperatursensor 11 vor dem SCR-Katalysator 5 vorgesehen. Mittels der Temperatursensoren 9, 1 1 ist eine Temperatur der Partikelverminderungseinheit 4 und des SCR-Katalysators 5 ermittelbar. Weiter sind ein erster für NOx und/oder NH3 empfindlicher Abgassensor 10 hinter der Partikelverminderungseinheit 4 und ein zweiter, ebensolcher Abgassensor 12 hinter dem SCR- Katalysator 5 vorgesehen, welche der Ermittlung eines NOx- und/oder NH3-Gehalts im Abgas dienen.
Ferner ist im Abgasstrang 2 zwischen dem ersten Abgassensor 10 und dem zweiten Temperatursensor 1 1 ein Injektor 13 zur Abgabe eines NOx-Reduktionsmittels in das Abgas angeordnet. Die Versorgung des Injektors 13 mit dem Reduktionsmittel erfolgt aus einem nicht dargestellten Behälter, aus welchem das Reduktionsmittel mittels einer Reduktionsmittelpumpe zum Injektor 13 gefördert wird. Ohne Einschränkung der Allgemeinheit wird nachfolgend davon ausgegangen, dass es sich bei dem Reduktionsmittel um eine wässrige Harnstofflösung handelt. Im heißen Abgas wird durch Thermolyse und/oder Hydrolyse aus dem Harnstoff das eigentlich wirksame Reduktionsmittel NH3 freigesetzt, welches selektiv bezüglich der katalytischen Reduktion der im Abgas enthaltenen NOx im SCR-Katalysator 5 wirkt. Dementsprechend ist der SCR-Katalysator 5 vorzugsweise als Vollkatalysator auf V205/W03/Ti02-Basis oder als zeolithisch beschichteter SCR-Trägerkatalysator mit einer Speicherfähigkeit in Bezug auf NH3 ausgebildet. Der SCR-Katalysator 5 weist eine Wabenkörperstruktur mit einer Vielzahl von parallelen Strömungskanälen auf und kann zwei hintereinander geschaltete SCR-Katalysator- elemente umfassen.
Die Partikelfilterverminderungseinheit 4 besteht vorzugsweise aus einem Oxidations- katalysator und einem direkt nachgeschalteten Partikelfilter, der bevorzugt als ein wanddurchströmter Wabenkörper auf Siliciumcarbid- oder Aluminiumtitanat- oder
Cordieritbasis ausgebildet ist, wobei die filterwirksamen Wände vorzugsweise wenigstens teilweise mit einer oxidationskatalytisch wirksamen Beschichtung versehen sind. Der Oxidationskatalysator und der Partikelfilter sind dabei vorzugsweise eng benachbart in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet.
Es versteht sich, dass das in Fig. 1 skizzierte Abgasreinigungssystem 1 weitere hier der Übersicht halber nicht eingezeichnete Sensoren, Abgasreinigungsbauteile und andere Komponenten aufweist oder aufweisen kann. Beispielsweise können weitere Temperatur- und Drucksensoren sowie gegenüber NOx, Sauerstoff oder andern Abgaskomponenten empfindliche Abgassensoren stromauf oder stromab der Partikelverminderungseinheit 4 und/oder dem SCR-Katalysator 5 oder auch zwischen dem Oxidationskatalysator und dem Partikelfilter der Partikelverminderungseinheit 4 vorgesehen sein. Ferner können eine Mischeinheit zur Aufbereitung der zugegebenen Harnstofflösung zwischen dem Injektor 13 und dem SCR-Katalysator 5 bzw. ein NH3-Sperrkatalysator hinter dem SCR- Katalysator 5 angeordnet sein. Vorzugsweise ist außerdem eine Zugabeeinheit für Kraftstoff stromauf der Partikelverminderungseinheit 4 vorgesehen. Der Motor weist bevorzugt Aufladeeinheiten, Abgasrückführungseinheiten und Kraftstoffeinspritzeinrichtungen auf. Im Abgasstrang 2 können weitere reinigungswirksame Komponenten, Zugabevorrichtungen für weitere Hilfsstoffe und weitere Sensoren und dergleichen vorgesehen sein.
Sensoren und Aktuatoren des Abgasreinigungssystems und des Motors sind an eine elektronische Steuereinheit angeschlossen, welche in der Lage ist, erfasste Betriebsgrößen auszuwerten und zu verarbeiten und daraus abgeleitet Steuerungssignale zur Steuerung des Abgasreinigungssystems 1 und des Motors zu erzeugen und abzugeben. Nachfolgend wird auf eine in Fig. 2 lediglich schematisch dargestellte vorteilhafte
Ausführungsform einer solchen Steuereinheit eingegangen. Es versteht sich, dass auch anders gestaltete Steuergerätearchitekturen verwendbar sind, um Motor und Abgasreinigungssystem 1 zu steuern.
Die in Fig. 2 skizzierte beispielhafte Ausführungsform einer elektronischen Steuereinheit 20 übernimmt vorliegend unter anderem eine modellbasierte Ermittlung einer Dosierrate D für dem Abgas über den Injektor 13 zuzuführendes Reduktionsmittel. Die Steuereinheit 20 weist hierzu ein Motorsteuergerät MSG und eine Recheneinheit R mit einem darin abgespeicherten rechnerischen Dosiermodell auf. Das Motorsteuergerät MSG erhält Eingangsgrößen ME, welche im Wesentlichen den Motorbetrieb betreffen. Diese umfassen vorliegend aktuelle Werte für die Motordrehzahl n, die Abgasrückführrate AGR, die Ansaugluftmenge mL sowie weitere, hier nicht gesondert aufgeführte Motorbetriebsgrößen. Andererseits gibt das Motorsteuergerät MSG Ausgangsgrößen MA zur
Steuerung des Motorbetriebs ab. Die Ausgangsgrößen MA umfassen vorliegend ein einzustellendes Motormoment M, Ansteuerbeginne tAsB und Ansteuerenden tAsE für Kraftstoffeinspritzinjektoren des Motors, Kraftstoffeinspritzmengen, ein Steuersignal KL für die Ansteuerung der Abgas-Stauklappe 6 und weitere, hier nicht gesondert
aufgeführte Steuergrößen.
Das Motorsteuergerät MSG kommuniziert mit der Recheneinheit R und überträgt an diese Werte MAD und empfängt andererseits von der Recheneinheit R Werte DAM. Die an die Recheneinheit R übertragenen Werte MAD umfassen vorliegend empfangene oder berechnete Werte für einen aktuellen Absolutdruck p eingangsseitig des SCR-Kataly- sators 5, einen maximal zulässigen und insbesondere mittels der Abgas-Stauklappe 6 einstellbaren Absolutdruck pmax eingangsseitig des SCR-Katalysators 5, einen Abgasmassenstrom mA und weitere, hier nicht gesondert aufgeführte Betriebsgrößen insbesondere des Abgasreinigungssystems 1. Bei der Ermittlung des maximal zulässigen Absolutdrucks pmax wird vorzugsweise die Einhaltung vorgegebener Randbedingungen, insbesondere für den Motorbetrieb, wie beispielsweise für Kraftstoffverbrauch,
Rußemission, Drehmomentdynamik und gegebenenfalls weiterer Größen berücksichtigt.
Die vom otorsteuergerät MSG empfangenen Werte DAM der Recheneinheit R umfassen vorliegend einen Wert pson für einen insbesondere mittels der Abgas- Stauklappe 6 einzustellenden Absolutdruck p eingangsseitig des SCR-Katalysators 5 sowie eine gegebenenfalls einzustellende Temperaturerhöhung ΔΤ für eines der
Abgasnachbehandlungskomponenten des Abgasreinigungssystems 1.
Die Recheneinheit R empfängt als weitere Eingangsgrößen DE messtechnisch oder rechnerisch ermittelte Werte von Betriebsgrößen insbesondere des Abgasreinigungssystems 1 wie beispielsweise Werte für Konzentrationen von Stickoxiden im Abgas cN0, cN02 eingangsseitig des SCR-Katalysators 5, cNOx eingangs- und ausgangsseitig des SCR-Katalysators 5, einer NH3-Konzentration cNH3 ausgangsseitig des SCR-Katalysators 5 sowie einer Temperatur T des SCR-Katalysators 5. Aus den empfangenen Eingangsgrößen MAD, DE ermittelt das Dosiermodell der Recheneinheit R eine einzustellende Dosierrate D für die Zugabemenge des Reduktionsmittels und gibt diese zur
entsprechenden Ansteuerung des Reduktionsmittelinjektors 13 aus.
Zur Ermittlung der Dosierrate D greift das Dosiermodell auf unterschiedliche abgespeicherte Kennlinien und Kennfelder zurück, welche das Verhalten des SCR-Katalysators 5 in Abhängigkeit verschiedener, insbesondere den NOx-Umsatz beeinflussender Betriebsgrößen beschreiben. Die Kennlinien bzw. Kennfelder können sowohl vorab ermittelt und als solche abgespeichert vorliegen, sie können jedoch auch während des laufenden Betriebs dynamisch erzeugt bzw. adaptiert werden.
Nachfolgend wird unter Bezug auf Fig. 3 auf eine vorliegend besonders interessierende Kennlinie betreffend eine Temperatur- und Druckabhängigkeit des NOx-Umsatzverhalten des SCR-Katalysators 5 näher eingegangen. Im Diagramm von Fig. 3 ist durch eine erste durchgezogen gezeichnete Kurve 30 schematisch ein typischer Verlauf für einen NOx- Umsatz η eines SCR-Katalysators in Abhängigkeit von der Katalysatortemperatur T dargestellt. Dabei ist davon ausgegangen, dass dem SCR-Katalysator NH3 in ausreichender, zumindest jedoch stöchiometrischer Menge zugeführt wird. Wie dargestellt, nimmt der NOx-Umsatz η ausgehend von niedrigen Werten mit zunehmender Temperatur T stetig zu. Bei höheren Temperaturen von etwa 300 °C oder mehr, sind typischerweise hohe Umsätze η von wenigstens annähernd 100 % erreichbar. Unterhalb einer so genannten Anspringtemperatur TA sind die erzielbaren Umsätze η niedrig bis vernachlässigbar. Die Anspringtemperatur TA kann beispielsweise durch den Schnittpunkt einer an die Umsatzkurve 30 angelegten Tangente mit der Temperaturachse definiert sein.
Wie die Erfinder feststellen konnten, ist in weiten Temperaturbereichen eine Erhöhung des NOx-Umsatzes η möglich, wenn der Absolutdruck p des im SCR-Katalysator enthaltenen Gases erhöht wird. Beispielhaft ist im Diagramm von Fig. 3 eine durch Erhöhung des Absolutdrucks p und bei ansonsten im Wesentlichen unveränderten Bedingungen erhaltene zweite, gestrichelte Umsatzkurve 31 dargestellt. Die bei
Druckerhöhung erhaltene zweite Umsatzkurve 31 stellt typischerweise annähernd eine Verschiebung der bei demgegenüber niedrigerem Druck p erhaltenen ersten Umsatzkurve 30 dar. Wie im Diagramm von Fig. 3 zusätzlich veranschaulicht, kann durch
Druckerhöhung sowohl bei einer vergleichsweise hohen Temperatur T2, bei welcher ein vergleichsweise hoher NOx-Umsatz η erzielbar ist, als auch bei einer vergleichsweise niedrigen Temperatur nahe der Anspringtemperatur TA eine merkliche Erhöhung Δη des NOx-Umsatzes η erreicht werden. Wie ersichtlich, ist durch eine Druckerhöhung auch eine Erniedrigung der Anspringtemperatur TA ermöglicht.
Es ist daher erfindungsgemäß vorgesehen, bei Bedarf insbesondere durch Anstellen bzw. mehr oder weniger starkes Schließen der Abgas-Stauklappe 6 eine Erhöhung des
Absolutdrucks p im Abgasreinigungssystem 1 stromauf des SCR-Katalysators 5 zu bewirken und damit den NOx-Umsatz η des SCR-Katalysators 5 zu steigern bzw. eine Absenkung seiner Anspringtemperatur TA zu erzielen.
Eine Ermittlung ob, und gegebenenfalls in welchem Ausmaß eine Druckerhöhung eingestellt werden soll bzw. ob und inwieweit eine vorgenommene Druckerhöhung wieder rückgängig gemacht werden soll, erfolgt vorliegend im Dosiermodel der Recheneinheit R. Dabei wird parallel eine in Abhängigkeit vom Absolutdruck stromauf des SCR-Katalysators 5 einzustellende Dosierrate D ermittelt.
Eine bevorzugte Arbeitsweise des Dosiermodells ist in Fig. 4 grob schematisch in Form eines Ablaufdiagramms dargestellt. Das Ablaufdiagramm wird dabei periodisch mit einer vorgebbaren Frequenz durchlaufen. Nach Einlesen der Eingangsgrößen DE, MAD im Block 40 ermittelt das Dosiermodell einen Zielwert Z sowie einen tatsächlichen, aktuellen Wert Tiist für den NOx-Umsatz η des SCR-Katalysators im Block 41. Der Zielwert Z wird bevorzugt unter Berücksichtigung vorgegebener zulässiger Höchstwerte für eine NOx- Endrohremission ermittelt. Dabei können zusätzlich vorzugsweise einzuhaltende vorgebbare Randbedingungen wie NH3-Schlupf, Reduktionsmittelverbrauch und gegebenenfalls weitere Größen berücksichtigt werden. Um einen möglichst realistischen und realisierbaren Zielwert Z zu erhalten, greift das Dosiermodell vorzugsweise auch auf abgespeicherte Kennlinien betreffend Temperatur-, Abgasdurchsatz-, Druck- und NOx-Konzen- trations-Abhängigkeit des NOx-Umsatzvermögens des SCR-Katalysators 5 und gegebenenfalls weitere, das Umsatzverhalten des SCR-Katalysators 5 beeinflussende Größen zurück. Der aktuelle NOx-Umsatz wird sodann in den Blöcken 42 und 43 mit dem Zielwert Z verglichen.
Wird im Block 42 festgestellt, dass der aktuelle NOx-Umsatz nist den Zielwert Z um mehr als ein vorgebbares Maß Δ übertrifft, so wird in den Block 44 gesprungen, in welchem aus einer Mehrzahl von Maßnahmen M eine oder mehrere Maßnahmen ausgewählt werden, mit welcher der aktuelle NOx-Umsatz nist wieder möglichst nahe an den Zielwert Z herangeführt werden kann.
Übertrifft der aktuelle NOx-Umsatz ist den Zielwert Z nicht um mehr als ein vorgebbares Maß Δ, so fährt das Dosiermodell mit dem Abfrageblock 43 fort und es wird ermittelt, ob der aktuelle NOx-Umsatz ηί5ί kleiner als der Zielwert Z ist. Ist dies der Fall, so fährt der Ablauf durch Einsprung in bereits erwähnten Block 44 fort und es wird ebenfalls ermittelt, mit welchen der vorgesehenen Maßnahmen M der Zielwert Z möglichst gut erreicht werden kann.
Wird der Block 44 ausgehend vom Abfrageblock 42 erreicht, so können beispielsweise eine Verminderung der Dosierrate D, eine Erhöhung der NOx-Rohemission des Motors mit einer damit einhergehenden Verminderung des Kraftstoffverbrauchs, ein Öffnen der Abgas-Stauklappe 6 bzw. eine Verminderung des Absolutdrucks p eingangsseitig des SCR-Katalysators 5 als Maßnahmen M vorgesehen sein. Wird hingegen der Block 44 ausgehend vom Block 43 erreicht, so wird ermittelt, ob der Zielwert Z durch Erhöhen des Absolutdrucks p eingangsseitig des SCR-Katalysators 5 oder durch eine andere, eventuell zu bevorzugende Maßnahme M, wie beispielsweise eine Erhöhung der
Dosierrate D, eine Abgastemperaturerhöhung, eine Verminderung der NOx-Rohemission oder eine andere Maßnahme M erreicht werden kann. Zur Ermittlung des Druckeinflusses auf den NOx-Umsatz η greift das Dosiermodell auf die in Fig. 3 schematisch dargestellte Kennlinie öder auf entsprechende Tabellenwerte zurück. Vorzugsweise ist für die zur Verfügung stehenden möglichen Maßnahmen M eine Priorisierung vorgesehen. Die Priorisierung erfolgt vorzugsweise in erster Linie in Bezug auf einen möglichst niedrigen Kraftstoffverbrauch.
Es ist vorgesehen, dass wie dargestellt der Auswahlblock 44 übersprungen wird, wenn der aktuelle NOx-Umsatz ηί8ί um weniger als das vorgesehene Toleranzmaß Δ größer als der Zielwert Z ist.
In jedem Fall schreitet das Dosiermodell zu dem Block" 45 voran, in welchem ein Sollwert Pson für den Absolutdruck p ermittelt wird. Liegt der einzustellende Sollwert pson über dem maximal zulässigen Absolutdruck pmax, so wird letzterer als einzustellender Sollwert pson gewählt.
Im nachfolgenden Block 46 ermittelt das Dosiermodell in Abhängigkeit der Eingangsgrößen DE, MAD, des zuvor ermittelten Sollwerts pson für den Absolutdruck p und gegebenenfalls weiterer im Block 44 ausgewählter, den NOx-Umsatz η beeinflussender Maßnahmen M einen diesen Daten zugeordneten NOx-Umsatz η, welcher idealerweise dem Zielwert Z entspricht, und letztlich eine zugeordnete Dosierrate D.
Im abschließenden Ausgabeblock 47 werden die ermittelten Ausgabegrößen pson, D, sowie als S(M) bezeichnete, in Abhängigkeit der ausgewählten Maßnahmen M erzeugten Steuersignale ausgegeben und an die vorgesehenen Einheiten zur Verarbeitung übermittelt.
Zusätzlich oder alternativ zu einer Erhöhung des Absolutdrucks eingangsseitig des SCR- Katalysators 5 durch Betätigen der Stauklappe 6 wie in Fig. 1 dargestellt, kann es erfindungsgemäß vorgesehen sein, den Absolutdruck durch Umschaltung des Abgas- Strömungswegs im Abgasreinigungssystem 1 von einer ersten Strömungsrichtung, in welcher Abgas des Motors vor einem Durchströmen des SCR-Katalysators 5 die
Partikelverminderungseinheit 4 durchströmt, auf eine zweite Strömungsrichtung, in welcher Abgas des Motors vor einem Durchströmen der Partikelverminderungseinheit 4 den SCR-Katalysators 5 durchströmt, zu erhöhen.
Eine hierfür vorgesehene, bevorzugte Ausführung des Abgasreinigungssystems 1 ist schematisch in Fig. 5 dargestellt. Dabei sind für in Bezug auf Fig. 1 gleiche Komponenten gleiche Bezugszeichen verwendet. Auf eine Aufnahme von vorzugsweise vorgesehener Sensorik ist aus Gründen der Übersichtlichkeit verzichtet. Es versteht sich jedoch, dass analog zur Darstellung in Fig. 1 entsprechende Sensoren zur Erfassung der maßgeblichen Betriebsgrößen des Abgasreinigungssystems 1 in gleicher oder ähnlicher Weise auch in dem in Fig. 5 dargestellten Abgasreinigungssystem 1 vorgesehen sind.
Im Vergleich zu der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform ist eine Führung des
Abgasstrangs 2 verändert und zusätzlich eine Abgasströmungsweg-Umschaltvorrichtung 50 vorgesehen. Die Abgasströmungsweg-Umschaltvorrichtung 50 kann in Form einer oder mehrerer geeignet ausgeführter Klappen oder Ventileinrichtungen ausgestaltet sein. Jedenfalls erlaubt die Abgasströmungsweg-Umschaltvorrichtung 50 eine Umschaltung des Abgas-Strömungswegs im Abgasreinigungssystem 1 von einer ersten Strömungsrichtung, in welcher Abgas des Motors vor einem Durchströmen des SCR-Katalysators 5 die Partikelverminderungseinheit 4 durchströmt, auf eine zweite Strömungsrichtung, in welcher Abgas des Motors vor einem Durchströmen der Partikelverminderungseinheit 4 den SCR-Katalysators 5 durchströmt. Die erste Strömungsrichtung ist dabei mit durchgezogen gezeichneten Pfeilen 51 gekennzeichnet, die zweite Strömungsrichtung mit gestrichelten Pfeilen 52. Wie ersichtlich, werden in der zweiten Strömungsrichtung die Partikelverminderungseinheit 4 und der SCR-Katalysator 5 im Vergleich zur ersten Abgasströmungsrichtung in entgegengesetzter Richtung durchströmt.
Da typischerweise der Abgas-Strömungswiderstand der Partikelverminderungseinheit 4 deutlich höher ist als der des SCR-Katalysators 5, resultiert bei einer Umschaltung des Abgasströmungswegs von der ersten Strömungsrichtung auf die zweite Strömungsrichtung eine Erhöhung des Absolutdrucks auf der Abgaseinströmseite des SCR- Katalysators 5 bzw. in diesem selbst.
In Bezug auf eine Durchführung der Umschaltung von der ersten Strömungsrichtung auf die zweite Strömungsrichtung bzw. von der zweiten Strömungsrichtung wieder zurück in die erste Strömungsrichtung, entscheidet das Dosiermodell der Recheneinheit R, inwieweit eine jeweilige Umschaltung zweckmäßig ist, bzw. erfolgen soll. Die Maßnahme der Umschaltung des Abgas-Strömungswegs ist zweckmäßigerweise Bestandteil des Maßnahmenkatalogs M im Auswahlblock 44 des in Fig. 4 skizzierten Dosiermodells. Bei der Entscheidung betreffend eine Umschaltung von der ersten Abgasströmungsrichtung auf die zweite Abgasströmungsrichtung wird dabei vorzugsweise auch eine Partikelbeladung der Partikelverminderungseinheit 4, bzw. deren Auswirkung auf den
Strömungswiderstand der Partikelverminderungseinheit 4 berücksichtigt. Mit anderen Worten, wird eine Umschaltung des Abgasströmungswegs in Abhängigkeit von einem Differenzdruck über der Partikelverminderungseinheit 4 vorgenommen.

Claims

Patentansprüche
Verfahren zum Betreiben eines an eine Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine angeschlossenen Abgasreinigungssystems (1) umfassend einen SCR-Katalysator (5) zur katalysierten Umsetzung von im Abgas der Brennkraftmaschine enthaltenen Stickoxiden mit Ammoniak, bei welchem
ein Ammoniak enthaltendes Reduktionsmittel stromaufwärts des SCR- Katalysators (5) dem Abgas mit einer vorgebbaren Dosierrate zugegeben wird, ein mit einem Absolutdruck im Abgasreinigungssystem (1) eingangsseitig des SCR-Katalysators (5) korrelierender Druckwert ermittelt wird und
die Dosierrate zumindest in Abhängigkeit vom Druckwert vorgegeben wird, dadurch gekennzeichnet,
dass ein Stickoxid-Umsatz des SCR-Katalysators (5) ermittelt wird und bei
Unterschreiten eines vorgebbaren Grenzwerts für den ermittelten Stickoxid-Umsatz der Absolutdruck im Abgasreinigungssystem (1) eingangsseitig des SCR- Katalysators (5) durch Erhöhen eines Strömungswiderstands für aus dem SCR- Katalysator (5) ausgeströmtes Abgas erhöht wird.
Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Erhöhung des Absolutdrucks in Abhängigkeit von Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine und/oder des SCR-Katalysators (5) eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Erhöhung des Absolutdrucks derart eingestellt wird, dass der Stickoxid- Umsatz des SCR-Katalysators (5) wenigstens annähernd um ein vorgebbares Ausmaß zunimmt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass parallel zur Erhöhung des Absolutdrucks eine Maßnahme zur Beeinflussung der Abgastemperatur eintrittsseitig des SCR-Katalysators (5) ergriffen wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass zur Erhöhung des Absolutdrucks eine Umschaltung eines Abgas-Strömungswegs von einer ersten Strömungsrichtung, in welcher Abgas der Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine vor einem Durchströmen des SCR-Katalysators (5) eine Partikelverminderungseinheit (4) durchströmt, auf eine zweite Strömungsrichtung, in welcher Abgas der Kraftfahrzeugbrennkraftmaschine vor einem Durchströmen der Partikelverminderungseinheit (4) den SCR-Katalysators (5) durchströmt,
durchgeführt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass in der zweiten Strömungsrichtung der SCR-Katalysator (5) und die
Partikelverminderungseinheit (4) im Vergleich zur ersten Strömungsrichtung in entgegengesetzter Richtung von Abgas durchströmt werden.
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