WO2020037346A1 - Verfahren und verbrennungskraftmaschine zur effizienzverbesserung eines scr-systems - Google Patents

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    • F01N2900/1621—Catalyst conversion efficiency

Definitions

  • the invention relates to a method and an internal combustion engine according to the preambles of the independent claims.
  • the efficiency of the SCR catalytic converter may decrease over time due to environmental influences, deposits, sulfur poisoning or sensor inaccuracies. Furthermore, the required injection quantity can also be of the really
  • methods are known in which the modeled loading quantity of an SCR catalytic converter is adapted if the modeled and measured emissions differ from one another.
  • methods are known in which the metered quantity of operating fluid is varied in a defined manner in certain operating phases and the existence of NOx and / or NH3 slip is concluded from the degree of correspondence between the expected value and the actual value determined by means of the NOx sensor, and the Dosing amount is adjusted.
  • the object of the invention is to overcome the disadvantages of the prior art.
  • it is an object of the invention to provide a method for improving the efficiency of an SCR system, with which the metered amount of operating material can be adjusted as best as possible.
  • it is a further object of the invention to enable higher NOx conversion rates, to reduce the fuel consumption and / or to reduce the slip of the reducing agent, as a result of which legal requirements can be more easily complied with and in particular fallen below.
  • the object of the invention is achieved in particular by the features of the independent claims.
  • the invention relates to a method for improving the efficiency of an SCR system of an exhaust gas aftertreatment system of an internal combustion engine, in particular taking into account the cross sensitivity of a NOx sensor to NH3, in front of the SCR catalytic converter of the SCR system, in a normal operating mode which corresponds to the
  • a fuel is metered in, the fuel contains a reducing agent or can be converted into a reducing agent and the reducing agent is at least temporarily stored in an SCR catalytic converter of the SCR system.
  • the method comprises the following steps:
  • determining a determined control value by determining the total mass of an exhaust gas component measured at a point in the course of the exhaust gas aftertreatment system during a first measurement window, in particular the emission recorded by a NOx sensor, determining a calculated control value by calculating the other Place the total mass of the exhaust gas component, in particular the NOx emissions, occurring in the course of the exhaust gas aftertreatment system during the first measurement window, and determine the deviation between the
  • a correction of an injection quantity is therefore based on a logic that looks at a value of the NOx sensor. This evaluation is based on several evaluation cycles and thus makes the function more stable.
  • a fuel suitable for selective catalytic reduction such as in particular a urea-containing mixture, a urea solution or AdBlue®, is metered in before the SCR system.
  • the fuel can be a
  • Reducing agents such as ammonia NH3 in particular, contain or in one Reducing agents, such as in particular NH3, can be implemented.
  • the urea (NH 2 ) 2 CO can be converted into ammonia NH3 and isocyanic acid HNCO in the thermolysis reaction.
  • the isocyanic acid HNCO in the hydrolysis reaction, can be converted with water H 2 0 into ammonia NH3 and carbon dioxide C0 2 .
  • the reducing agent in particular NH3, can optionally be stored and / or stored at least temporarily in the SCR catalytic converter. If necessary, the ammonia accumulates on the active centers of the SCR catalyst.
  • the at least temporarily stored reducing agent, in particular the ammonia NH3 can subsequently reduce nitrogen oxides NOx, such as in particular nitrogen monoxide NO and nitrogen dioxide NO 2 .
  • the metering of the operating fluid can be done via a metering device, such as
  • Normal operating mode dosing amount can be in advance, for example, as part of the calibration of the internal combustion engine and / or
  • Exhaust gas aftertreatment system depending on the occurring NOx emissions and, if necessary, other operating parameters are specified or specified in a map.
  • the total measured mass of an exhaust gas component can be determined at one point in the course of the exhaust gas aftertreatment system during the measurement window.
  • the total mass of an exhaust gas component occurring at one point in the course of the exhaust gas aftertreatment system can be calculated during the measurement window.
  • the measurement window is or is defined over a period of time which is to be achieved. It can be provided that the measurement window is rejected if the stationary operation is left before the defined one
  • the determined and the calculated control value are determined at the same point in the course of the exhaust gas aftertreatment system.
  • the determined control value can then be compared with the calculated control value.
  • the deviation between the determined control value and the calculated control value can be determined.
  • Deviation range a statement can be made to what extent the determined control value deviates from the calculated control value. This makes it possible, if necessary, to determine whether the total mass of the exhaust gas component that is occurring lies within a target value range or within the deviation range.
  • the metered quantity of the operating fluid can be adjusted if the total mass of the exhaust gas component is outside the setpoint range and can remain unchanged if the total mass of the exhaust gas component is within the
  • control value is a minimum NOx mass, which means that if it falls below this, emissions in the are legal limits and an injection does not have to be changed. It is therefore checked whether the control value is fallen below.
  • the control value can therefore be a minimum mass of NOx over this measurement window, it being determined whether a determined NOx value has become larger or smaller.
  • the internal combustion engine can be an internal combustion engine of a motor vehicle.
  • the method is automated, in particular in a control unit of a motor vehicle and / or by a control unit of a
  • Motor vehicle controlled and / or regulated is executed.
  • the method steps of the method follow one another, as described above. If necessary, this means that a determined control value and a calculated control value are determined first. The deviation between the determined control value and the calculated control value can then be determined and it can be checked whether the determined deviation lies in a previously defined deviation range. If the determined deviation is outside the
  • Deviation range the dosing amount of the operating fluid is adjusted if necessary.
  • At least one further determined control value is determined during at least one further measurement window, that at least one further calculated control value during the at least one further
  • Measuring window is calculated, that the deviation between the further determined control value and the further calculated control value is determined, that it is checked whether the determined deviation in the or a previously defined
  • Deviation range lies, and that the dosing amount of the operating material is adjusted if the determined deviation lies outside the deviation range.
  • a further determined control value can be determined in a further measurement window and a further calculated control value can be calculated.
  • the further determined control value can be determined as a whole by determining at the point in the course of the exhaust gas aftertreatment system during the further measurement window measured mass of the exhaust gas component, in particular the emissions recorded by a NOx sensor, are determined.
  • the further calculated control value can be determined by calculating the total mass of the exhaust gas component, in particular the NOx emissions, that occurs at the point in the course of the exhaust gas aftertreatment system during the further measurement window.
  • Exhaust aftertreatment system determines how the determined and the calculated
  • Control value of the previous measurement window That means, if necessary, that the control values of each measurement window at the same point in the course of the
  • Exhaust gas aftertreatment system can be determined.
  • the deviation between the further determined control value and the further calculated control value is then determined and it is checked whether the determined
  • Deviation lies in the or a predefined deviation range.
  • the dosing quantity is adjusted. If the determined deviation within the
  • each of the control values determined is formed from the measured values of a sensor, in particular a NOx sensor based on the SCR system.
  • control value or the further determined control values may or may not be based on measured values from a sensor.
  • Each of the control values determined can be formed or determined, for example, by integrating the emissions after the SCR catalytic converter measured by means of a NOx sensor during the respective measurement window.
  • the control value determined is based on measured values from a sensor or is formed from measured values.
  • the sensor is preferably designed as a NOx sensor and arranged according to the SCR system. Since conventional NOx sensors are generally cross-sensitive to NFI3- Emissions, NH3 emissions after the SCR catalytic converter are incorrectly detected as NOx emissions with conventional NOx sensors. Due to the cross sensitivity of the NOx sensor, an Nhh slip can lead to a higher NOx measurement value of the NOx sensor.
  • each of the calculated control values is calculated using a model, in particular using the kinetic model, or that each of the calculated control values is calculated from a characteristic diagram based on test bench data.
  • the relevant reactions are represented mathematically and physically by the kinetic model.
  • the reactions can thus be based on physical conditions, which can reduce estimates and / or uncertainties and which can increase the accuracy of the modeled values.
  • Reducing agent in particular the oxidation of NH3, are shown.
  • the oxidation of reducing agent if this is taken into account, can usually only be estimated, which is accompanied by great uncertainties or is very imprecise.
  • Such a kinetic model is, for example, in “Hollauf, Bernd: Model-Based Closed-Loop Control of SCR Based DeNOx Systems. Master’s thesis, University of Applied Sciencetechnikum Kärnten, 2009. ”Revealed.
  • each calculated control value is calculated by a model, in particular by a kinetic model.
  • the deviation can be determined or calculated. If the determined or calculated deviation is outside the deviation range, the dosing quantity is changed. As a result, the dosing quantity can be set so that an optimum between NOx conversion and fuel consumption is achieved. In other words, the metered quantity can be set so that the greatest possible NOx conversion can be achieved with the smallest possible consumption of operating material.
  • the real SCR system is adapted to the SCR system modeled with the kinetic model by adapting the metered quantity.
  • each of the calculated control values is based on one
  • Adjustment of the dosing quantity can thereby be independent of the, in particular kinetic, model, whereby the adjustment of the dosing quantity of
  • the normal operating mode comprises a stationary and / or a transient or transient operation of the internal combustion engine and / or the exhaust gas aftertreatment system.
  • the deviation between the determined control value and the calculated control value is determined according to the following rule:
  • Control value b e r echnet wöbe the deviation of the determined deviation said control value determines the control value determined, and wherein the control value is calculated, the calculated
  • the deviation is determined by comparing the determined control value with the calculated control value, the The metered amount of the operating fluid is maintained unchanged if the determined control value is less than the calculated control value, and the metered amount of the operating fluid is adjusted if the determined control value is greater than the calculated control value.
  • the calculated control value can be the best possible, in particular minimum, NOx mass during each measurement window. If necessary, it is provided that if the determined control value falls below this calculated control value, the amount of operating fluid is kept unchanged or no adjustment of the operating fluid amount is carried out. In this case, it can be assumed that the SCR system, in particular the SCR catalytic converter, works as well as possible or with the greatest possible efficiency. In other words, the SCR system, in particular the SCR catalytic converter, is in this case in an economical, in particular optimal, operating point.
  • the dosing quantity of operating fluid can be adjusted.
  • each measurement window is defined by calculating the amount of energy converted by the internal combustion engine, each measurement window starting at a start point and ending at a specific calculated amount of energy at an end point, or that each measurement window is defined by a period of continuous stationary operation of the internal combustion engine is, each measurement window begins when the internal combustion engine is operated stationary and ends before the internal combustion engine is operated transiently or transiently and / or a predefined period of time has been reached.
  • each measurement window ends when the internal combustion engine has been operated in a stationary operating point for a predefined period of time.
  • the measurement window length can be determined by specifying an amount of energy converted by the internal combustion engine.
  • the measurement window begins at a starting point and ends at an end point after reaching the predetermined amount of energy converted. This will if necessary, the motor power during the measurement, in particular during the measurement window, integrated as long as the predetermined amount of energy has not yet been reached. The motor power can thus be integrated over the entire measurement window length. As soon as the predetermined amount of energy is reached, the measurement window can end at an end point.
  • the measurement window length can thus correspond to a predetermined amount of energy, in particular 0.5 kWh to 100 kWh, in particular 1 kWh to 80kWh, preferably 2 kWh to 60 kWh, particularly preferably approximately 2 kWh.
  • a measurement window can be recorded during the stationary and / or the transient operation of the internal combustion engine.
  • the measurement window length or the duration of a measurement window depends on the amount of energy converted and is defined in particular by the work performed by the internal combustion engine.
  • the measurement window is defined by a stationary operating mode of the internal combustion engine. It means that
  • the determined and the calculated control value can be determined during the stationary operation of the internal combustion engine.
  • the control values are determined within the stationary operation of the internal combustion engine.
  • a measurement window can be recorded during, in particular exclusively, stationary operation of the internal combustion engine.
  • Length of the measurement window or the duration of a measurement window depends on the operating conditions of the internal combustion engine and a predefined time period and is in particular time-based.
  • the amount of energy converted by the internal combustion engine is calculated by means of the speed of the internal combustion engine, in particular the engine speed NEng, and the amount of fuel injected MfFulInj, and / or the amount of energy converted by the internal combustion engine is calculated in accordance with the following regulation:
  • 60 ⁇ 1000 Wöbe is the amount of energy converted by the internal combustion engine during a measurement window, where PwrEng is the engine power, where NEng is the engine speed, and where TqEng is the engine torque.
  • the power of the internal combustion engine can either be calculated or specified or determined via a map of the operating point of the internal combustion engine.
  • Measurement window is assessed taking into account at least one validity parameter.
  • the measurement window is defined as valid if the at least one validity parameter has been in effect for a certain period during the
  • Measurement window is within a validity range, and / or that the measurement window is defined as invalid if the at least one validity parameter is outside a validity range for a certain duration during the measurement window, and / or that the measurement window is defined as invalid if a predetermined number of Scope violations, undershoots and / or violations of the scope are exceeded.
  • At least one validity parameter may be used.
  • the NOx concentration upstream of the SCR system in particular the NOx concentration upstream of the SCR catalytic converter, and / or the like can be used.
  • validity parameters for example, parameters such as the engine speed, the amount of fuel introduced, the engine torque, the
  • the measurement window can be invalid, for example, if the calculated engine power is transient, in particular strongly transient, and as a result the at least one validity parameter is not within the defined validity range for the predetermined period.
  • a measurement window can also be defined as valid if the at least one validity parameter lies outside the validity range a few times and / or the at least one validity parameter is outside the validity range for a certain time
  • Scope is. If necessary, it is provided that a measurement window is defined as invalid if a number of predetermined ones
  • Measurement window is outside the deviation range, the dosing quantity is increased compared to the dosing quantity in normal operating mode, so that an adjusted dosing quantity is subsequently metered in.
  • the metered quantity of the operating fluid is increased in a first step compared to the metered quantity in the normal operating mode if the determined deviation between the determined control value and the
  • Measurement window is outside the deviation range.
  • NOx slip is detected when the determined deviation of the further measuring window is smaller than the determined deviation of the previous measuring window and when in the previous measuring window the dosing amount has either been increased compared to the dosing amount in normal operating mode or compared to the adjusted dosing amount, whereby , if NOx slip is detected, the metered amount of fuel is increased, or NFh slip is detected if the determined deviation of the further measurement window is larger than the determined deviation of the previous measurement window and if in the previous measurement window the dosing quantity either compared to the
  • Dosing amount has been increased in normal operating mode or compared to the adjusted dosing amount, whereby, if NFta slip is detected, the dosing amount increases
  • NOx slip can be detected if the ascertained or calculated deviation of the further measurement window is smaller than the ascertained or calculated deviation of the previous measurement window.
  • the metered quantity is increased if NOx slip is detected.
  • NFh slip can be detected if the determined or calculated deviation of the further measurement window is greater than the determined or calculated deviation of the previous measurement window. In this case, in particular, the metered quantity is reduced if NFh slip is detected.
  • NOx slip is detected when the determined deviation of the further measurement window is greater than the determined deviation of the previous measurement window and when in the previous measurement window the dosing quantity has either been reduced compared to the dosing quantity in normal operating mode or compared to the adjusted dosing quantity, whereby , if NOx slip is detected, the dosing quantity of fuel is increased, that NFh slip is detected if the determined deviation of the further measuring window is smaller than the determined deviation of the previous measuring window and if the dosing quantity in the previous measuring window is either compared to the
  • Dosing amount in normal operating mode or compared to the adjusted dosing amount has been reduced, and if NFh slip is detected, the dosing amount of operating fluid is reduced. In the event that the dosing quantity compared to the dosing quantity in
  • NOx slip can be detected if the ascertained or calculated deviation of the further measurement window is greater than the ascertained or calculated deviation of the previous measurement window.
  • the metered quantity is increased if NOx slip is detected.
  • NFh slip can be detected if the ascertained or calculated deviation of the further measurement window is smaller than the ascertained or calculated deviation of the previous measurement window. In this case, in particular, the metered quantity is reduced if NFh slip is detected.
  • the dosing amount has either been increased compared to the dosing amount in normal operating mode or compared to the adjusted dosing amount, whereby, if NFh slip is detected, the dosing amount of operating material is reduced.
  • the metered quantity of the operating material can be adjusted.
  • only the NOx mass of the further measurement window measured with the NOx sensor can be compared with the NOx mass of the previous measurement window measured with the NOx sensor. If necessary, provision is made for NOx slip to be detected when the further control value determined for the further measurement window is greater than the determined one
  • the dosing quantity has either been reduced compared to the dosing quantity in normal operating mode or compared to the adjusted dosing quantity, whereby if NH3 slip is detected, the dosing quantity of operating material is reduced.
  • a calculation of the required NH3 injection quantity is based in particular on the NOx emissions upstream of the SCR and the modeled SCR loading, which are predicted by a kinetic model, and on the fact that a NOx mass according to SCR is not taken into account.
  • the metered quantity of the operating material can be adjusted.
  • only the NOx mass of the further measurement window measured with the NOx sensor can be compared with the NOx mass of the previous measurement window measured with the NOx sensor.
  • the metered quantity is adjusted by an adaptation factor, the adaptation factor being a previously defined value, or the adaptation factor being dependent on the deviation determined. If necessary, the dosing quantity is compared to the dosing quantity in
  • Normal operating mode or compared to an already adjusted dosing quantity with an adaptation factor can be used to adapt the
  • Dosing quantity, the dosing quantity in normal operating mode or an already adjusted dosing quantity are multiplied by the adaptation factor.
  • the adaptation factor can depend on the determined deviation or the numerical value of the determined deviation.
  • the adaptation factor can correspond to the numerical value of the determined deviation, wherein the adaptation factor is large if the determined deviation is large, or wherein the adaptation factor is small if the determined deviation is small.
  • the method according to the invention does not, in particular, result in the
  • the method according to the invention relates in particular purely to an adaptation function for an SCR system, each with a NOx sensor before and after the catalytic converter.
  • the NH3 injection quantity is adapted before the SCR.
  • Measured emissions are preferably checked across one or more measurement windows and then based on that
  • the invention relates to an internal combustion engine comprising an exhaust gas aftertreatment system with an SCR system, the
  • Internal combustion engine is set up and / or suitable for executing the method according to the invention.
  • FIG. 1 shows a schematic graphic representation of a first embodiment of an internal combustion engine according to the invention, which is set up or suitable for carrying out the method according to the invention, and
  • FIG. 2 shows a schematic flow diagram of two variants of a first embodiment of the method according to the invention.
  • Deviation range is 9, maintaining the dosing amount 10, adaptation of the dosing amount in a previous measurement window has already been carried out 11, increasing the dosing amount 12, decision logic 13, reducing the dosing amount 14,
  • FIG. 1 shows a schematic graphic representation of a first embodiment of an internal combustion engine 1 according to the invention, which is set up or suitable for carrying out the method according to the invention.
  • the embodiment comprises an internal combustion engine 1 and one
  • the exhaust gas aftertreatment system 5 comprises a metering device 3, an SCR catalytic converter 2 and a NOx sensor 4.
  • the exhaust gas aftertreatment system 5 can be any type of exhaust gas aftertreatment system 5.
  • the exhaust gas aftertreatment system 5 can be any type of exhaust gas aftertreatment system 5.
  • Exhaust gas aftertreatment components such as a diesel oxidation catalytic converter DOC, a NOx storage catalytic converter NSC, a diesel particulate filter DPF and / or an ammonia slip catalytic converter ASC.
  • an operating fluid is metered in upstream of the SCR catalytic converter 2.
  • the operating fluid contains a Reducing agent or can be converted into a reducing agent.
  • the reducing agent in particular ammonia NH3, is stored at least temporarily in the SCR catalytic converter 2.
  • a measurement window is recorded at the beginning of the method.
  • the measurement window can be the first
  • Embodiment can be defined by the stationary operation of the internal combustion engine 1 or in a second variant of the first embodiment by calculating the amount of energy converted by the internal combustion engine 1.
  • the measurement window is then checked for validity. According to this embodiment, the measurement window is judged to be invalid when a
  • Validity parameters such as the averaged SCR catalytic converter temperature, the stored amount of reducing agent or the NOx concentration upstream of the SCR catalytic converter, lie outside a previously defined validity range for a certain period during the measurement window.
  • a determined control value and a calculated control value are determined during the measurement window.
  • the determined control value is determined by determining at a point in the course of the
  • Exhaust gas aftertreatment system 5 the total mass of an exhaust gas component measured during the measurement window, in particular the mass measured by a NOx sensor
  • the calculated control value is determined by calculating the total mass of the exhaust gas component, in particular the NOx emissions, that occurs at the point in the course of the exhaust gas aftertreatment system 5 during the measurement window.
  • the deviation between the determined and the calculated control value is determined and checked whether the determined deviation lies within a previously defined deviation range.
  • the deviation between these two control values is calculated.
  • the deviation is calculated according to the following rule:
  • Control value calculates the deviation wöbe the calculated deviation, said control value determines the control value determined, and wherein the control value is calculated, the calculated control value.
  • the metered quantity of the operating fluid is kept unchanged.
  • the dosing quantity of the operating fluid is changed. In a next step of the method, it is checked whether an adjustment of the metered quantity compared to the
  • Dosing quantity in normal operating mode has already been carried out 11 in a previous measurement window or not.
  • the dosing quantity of the operating fluid is increased in a first step compared to the dosing quantity in normal operating mode.
  • an adapted metered quantity is subsequently introduced into the exhaust gas aftertreatment system 5, in particular upstream of the SCR catalytic converter 2.
  • Method increases or decreases the dosing amount based on a decision logic 13.
  • the dosing quantity is increased in accordance with decision logic 13 and NOx slip is detected if the calculated deviation of the further measuring window is smaller than the calculated deviation of the previous measuring window and the dosing quantity in the previous measuring window compared to the dosing quantity in Normal operating mode or has been increased compared to an already adjusted dosage.
  • the dosing amount is reduced according to decision logic 13 and Nhh slip is detected if the calculated deviation of the further measuring window is greater than the calculated deviation of the previous measuring window and the dosing amount in the previous measuring window compared to the dosing amount in
  • the dosing amount is increased in accordance with decision logic 13 and NOx slip is detected if the calculated deviation of the further measuring window is greater than the calculated deviation of the previous measuring window and the dosing amount in the previous measuring window compared to the dosing amount in
  • the deviation between the determined and the calculated control value is determined and checked whether the determined deviation lies within a previously defined deviation range.
  • Control value compared with each other.
  • the metered quantity of the operating fluid is kept unchanged if the determined control value is smaller than the calculated control value and the determined deviation is therefore within a previously defined deviation range. Otherwise, the dosing quantity of the operating fluid is adjusted if the determined control value is greater than the calculated control value and, as a result, the determined deviation outside of a predetermined one
  • the dosing quantity of the operating fluid is increased in a first step compared to the dosing quantity in normal operating mode.
  • an adapted metered quantity is subsequently introduced into the exhaust gas aftertreatment system 5, in particular upstream of the SCR catalytic converter 2.
  • the dosing quantity is increased or decreased based on a decision logic 13 in a next step of the method.
  • the dosing quantity is increased in accordance with decision logic 13 and NOx slip is detected if the further determined control value of the further measurement window is smaller than the determined control value of the previous measurement window and the
  • Dosing amount in the previous measurement window has been increased compared to the dosing amount in normal operating mode or compared to an already adjusted dosing amount.
  • the dosing amount is reduced in accordance with decision logic 13 and NFh slip is detected if the further determined control value of the further measurement window is greater than the determined control value of the previous measurement window and the
  • Dosing amount in the previous measurement window has been increased compared to the dosing amount in normal operating mode or compared to an already adjusted dosing amount.
  • the dosing amount is increased in accordance with decision logic 13 and NOx slip is detected if the further determined control value of the further measurement window is greater than the determined control value of the previous measurement window and the
  • Dosing quantity in the previous measurement window has been reduced compared to the dosing quantity in normal operating mode or compared to an already adapted dosing quantity.
  • the dosing amount is increased in accordance with decision logic 13 and NFh slip is detected if the further determined control value of the further measurement window is smaller than the determined control value of the previous measurement window and the Dosing amount in the previous measurement window has been reduced compared to the dosing amount in normal operating mode or compared to an already adjusted dosing amount.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Effizienzverbesserung eines SCR-Systems einer Abgasnachbehandlungsanlage (5) einer Verbrennungskraftmaschine (1) und eine Verbrennungskraftmaschine (1), wobei vor dem SCR-Katalysator (2) des SCR-Systems in einem Normalbetriebsmodus ein Betriebsstoff eindosiert wird, wobei der Betriebsstoff ein Reduktionsmittel enthält oder in ein Reduktionsmittel umsetzbar ist, wobei das Reduktionsmittel zumindest temporär in einem SCR-Katalysator (2) des SCR-Systems gespeichert wird, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Betreiben der Verbrennungskraftmaschine (1) in dem Normalbetriebsmodus, Bestimmen eines ermittelten Kontrollwerts (6) durch Ermitteln von an einer Stelle im Verlauf der Abgasnachbehandlungsanlage (5) während eines ersten Messfensters insgesamt gemessenen Masse einer Abgaskomponente, Bestimmen eines berechneten Kontrollwerts (7) durch Berechnen von an der Stelle im Verlauf der Abgasnachbehandlungsanlage (5) während des ersten Messfensters insgesamt auftretenden Masse der Abgaskomponente, Ermitteln der Abweichung (8) zwischen dem ermittelten Kontrollwert und dem berechneten Kontrollwert, Überprüfen ob die ermittelte Abweichung in einem vorab definierten Abweichungsbereich liegt, Anpassen der Dosiermenge des Betriebsstoffs wenn die ermittelte Abweichung außerhalb des Abweichungsbereichs liegt.

Description

Verfahren und Verbrennungskraftmaschine zur
Effizienzverbesserung eines SCR-Systems
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Verbrennungskraftmaschine gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.
Zur Modellierung der Emissionen von Kraftfahrzeugen werden bei herkömmlichen Verfahren physikalische, insbesondere kinetische, Modelle verwendet. Bei diesen herkömmlichen Verfahren dient die modellierte NFta-Beladung des SCR-Katalysators in der Regel zur Steuerung der Einspritzmenge an Betriebsstoff, um die Ziele der
Emissionsgesetzgebung zu erreichen.
Aufgrund von Umwelteinflüssen, von Ablagerungen, von Schwefelvergiftungen oder von Sensorungenauigkeiten kann im Laufe der Zeit die Effizienz des SCR-Katalysators abnehmen. Ferner kann auch die geforderte Einspritzmenge von der wirklich
eindosierten Einspritzmenge an Betriebsstoff abweichen. Um die Dosiermenge trotz solcher Abweichungen bestmöglich einstellen zu können, ist aus dem Stand der Technik eine Vielzahl von unterschiedlichen Verfahren bekannt.
Beispielsweise sind Verfahren bekannt, bei denen die modellierte Beladungsmenge eines SCR-Katalysators angepasst wird, wenn die modellierten und gemessenen Emissionen voneinander abweichen. Ferner sind Verfahren bekannt, bei denen die Dosiermenge an Betriebsstoff in bestimmten Betriebsphasen definiert variiert wird und aus dem Grad der Übereinstimmung zwischen dem Erwartungswert und dem mittels des NOx-Sensors ermittelten Istwert auf das Vorhandensein von NOx- und/oder NH3- Schlupf geschlossen und die Dosiermenge angepasst wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden. Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Effizienzverbesserung eines SCR-Systems zu schaffen, mit welchem die Dosiermenge an Betriebsstoff bestmöglich einstellbar ist. Ferner ist es eine weitere Aufgabe der Erfindung, höhere NOx-Um satzraten zu ermöglichen, den Betriebsstoffverbrauch zu verringern und/oder den Reduktionsmittelschlupf zu reduzieren, wodurch gesetzliche Vorgaben einfacher eingehalten und insbesondere unterschritten werden können. Die erfindungsgemäße Aufgabe wird insbesondere durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Effizienzverbesserung eines SCR-Systems einer Abgasnachbehandlungsanlage einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere unter Berücksichtigung der Querempfindlichkeit eines NOx-Sensors auf NH3, wobei vor dem SCR-Katalysator des SCR-Systems, in einem Normalbetriebsmodus, der dem
bestimmungsgemäßen Betrieb entspricht, ein Betriebsstoff eindosiert wird, wobei der Betriebsstoff ein Reduktionsmittel enthält oder in ein Reduktionsmittel umsetzbar ist und wobei das Reduktionsmittel zumindest temporär in einem SCR-Katalysator des SCR- Systems gespeichert wird.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Verfahren folgende Schritte umfasst:
Betreiben der Verbrennungskraftmaschine in dem Normalbetriebsmodus, Bestimmen eines ermittelten Kontrollwerts durch Ermitteln von an einer Stelle im Verlauf der Abgasnachbehandlungsanlage während eines ersten Messfensters insgesamt gemessenen Masse einer Abgaskomponente, insbesondere der durch einen NOx- Sensor aufgenommenen Emission, Bestimmen eines berechneten Kontrollwerts durch Berechnen von an der Stelle im Verlauf der Abgasnachbehandlungsanlage während des ersten Messfensters insgesamt auftretenden Masse der Abgaskomponente, insbesondere der NOx-Emissionen, Ermitteln der Abweichung zwischen dem
ermittelten Kontrollwert und dem berechneten Kontrollwert, Überprüfen, ob die ermittelte Abweichung in einem vorab definierten Abweichungsbereich liegt, Anpassen der Dosiermenge des Betriebsstoffs, wenn die ermittelte Abweichung außerhalb des Abweichungsbereichs liegt.
Eine Korrektur einer Einspritzmenge basiert also auf einer Logik, die auf einen Wert des NOx-Sensors schaut. Diese Bewertung beruht auf mehreren Evaluationszyklen und macht somit die Funktion stabiler.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass im Normalbetriebsmodus, insbesondere im bestimmungsgemäßen Betrieb, ein zur selektiven katalytischen Reduktion geeigneter Betriebsstoff, wie insbesondere ein harnstoffhaltiges Gemisch, eine Harnstofflösung oder AdBlue®, vor dem SCR-System eindosiert wird. Der Betriebsstoff kann ein
Reduktionsmittel, wie insbesondere Ammoniak NH3, enthalten oder in ein Reduktionsmittel, wie insbesondere NH3, umsetzbar sein. Bevorzugt wird als Betriebsstoff ein harnstoffhaltiges Gemisch, insbesondere eine Harnstoff-Wasser- Lösung, wie beispielsweise AdBlue®, verwendet, wobei der Betriebsstoff
gegebenenfalls durch nachfolgend dargestellte Reaktionen in das Reduktionsmittel, insbesondere NH3, umgewandelt wird:
Thermolyse:
Figure imgf000005_0001
Hydrolyse:
Figure imgf000005_0002
In einem ersten Schritt kann bei der Thermolyse-Reaktion der Harnstoff (NH2)2CO in Ammoniak NH3 und Isocyansäure HNCO umgewandelt werden. In einem zweiten Schritt kann bei der Hydrolyse-Reaktion die Isocyansäure HNCO mit Wasser H20 in Ammoniak NH3 und Kohlendioxid C02 umgewandelt werden.
Das Reduktionsmittel, insbesondere NH3, ist gegebenenfalls zumindest temporär in dem SCR-Katalysator speicherbar und/oder gespeichert. Gegebenenfalls lagert sich der Ammoniak an den aktiven Zentren des SCR-Katalysators an. Das zumindest temporär gespeicherte Reduktionsmittel, insbesondere der Ammoniak NH3, kann anschließend Stickoxide NOx, wie insbesondere Stickstoffmonoxid NO und Stickstoffdioxid N02, reduzieren.
Die Dosierung des Betriebsstoffs kann über eine Dosierungsvorrichtung, wie
insbesondere über einen Injektor oder über eine Einspritzdüse, erfolgen. Die
Dosiermenge an dem Betriebsstoff im Normalbetriebsmodus, die sogenannten
Normalbetriebsmodus-Dosiermenge, kann vorab beispielsweise im Rahmen der Kalibration der Verbrennungskraftmaschine und/oder des
Abgasnachbehandlungssystems abhängig von den auftretenden NOx-Emissionen und gegebenenfalls weiteren Betriebsparametern festgelegt werden oder in einem Kennfeld festgelegt sein.
Um den ermittelten Kontrollwert zu bestimmen, kann während des Messfensters an einer Stelle im Verlauf der Abgasnachbehandlungsanlage die insgesamt gemessene Masse einer Abgaskomponente ermittelt werden. Um den berechneten Kontrollwert zu bestimmen, kann während des Messfensters an einer Stelle im Verlauf der Abgasnachbehandlungsanlage die insgesamt auftretende Masse einer Abgaskomponente berechnet werden.
Günstig kann es sein, wenn das Messfenster über eine Zeitdauer definiert ist oder wird, welche es zu erreichen gilt. Dabei kann vorgesehen sein, dass das Messfenster verworfen wird, wenn der stationäre Betrieb verlassen wird, bevor die definierte
Zeitdauer erreicht ist oder wird.
Unter einer Stelle im Verlauf der Abgasnachbehandlungsanlage wird im Rahmen der vorliegenden Offenbarung eine Position nach dem Motor der
Verbrennungskraftmaschine, insbesondere nach dem SCR-System, vorzugsweise nach dem SCR-Katalysator, verstanden.
Der ermittelte und der berechnete Kontrollwert werden an derselben Stelle im Verlauf der Abgasnachbehandlungsanlage bestimmt.
In weiterer Folge kann der ermittelte Kontrollwert mit dem berechneten Kontrollwert verglichen werden. Dabei kann die Abweichung zwischen dem ermittelten Kontrollwert und dem berechneten Kontrollwert ermittelt werden.
Anschließend wird überprüft, ob die ermittelte Abweichung in einem vorab definierten Abweichungsbereich liegt.
Durch die Überprüfung, ob die ermittelte Abweichung in einem vordefinierten
Abweichungsbereich liegt, kann eine Aussage getroffen werden, inwieweit der ermittelte Kontrollwert vom berechneten Kontrollwert abweicht. Dadurch lässt sich gegebenenfalls feststellen, ob die insgesamt auftretende Masse der Abgaskomponente innerhalb eines Sollwertbereichs bzw. innerhalb des Abweichungsbereichs liegt. Die Dosiermenge des Betriebsstoffs kann angepasst werden, wenn die insgesamt auftretende Masse der Abgaskomponente außerhalb des Sollwertbereichs liegt und kann unverändert bleiben, wenn die insgesamt auftretende Masse der Abgaskomponente innerhalb des
Sollwertbereichs liegt.
Es kann auch vorgesehen sein, dass der berechnete Kontrollwert eine minimale NOx- Masse ist, welche bei Unterschreiten derselben bedeutet, dass Emissionen im gesetzlichen Limit sind und eine Einspritzung nicht verändert werden muss. Es wird also überprüft, ob der Kontrollwert unterschritten wird. Der Kontrollwertes kann also eine minimale Masse an NOx über diesem Messfenster sein, wobei ermittelt wird, ob ein ermittelter NOx-Wert größer oder kleiner geworden ist.
Die Verbrennungskraftmaschine kann ein Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs sein.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass das Verfahren automatisiert, insbesondere in einem Steuergerät eines Kraftfahrzeugs und/oder durch ein Steuergerät eines
Kraftfahrzeugs gesteuert und/oder geregelt, ausgeführt wird.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Verfahrensschritte des Verfahrens, wie zuvor beschrieben, aufeinander folgen. Das heißt gegebenenfalls, dass zuerst ein ermittelter Kontrollwert und ein berechneter Kontrollwert bestimmt werden. Anschließend kann die Abweichung zwischen dem ermittelten Kontrollwert und dem berechneten Kontrollwert ermittelt und überprüft werden, ob die ermittelte Abweichung in einem vorab definierten Abweichungsbereich liegt. Wenn die ermittelte Abweichung außerhalb des
Abweichungsbereichs liegt, wird die Dosiermenge des Betriebsstoffs gegebenenfalls angepasst.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass mindestens ein weiterer ermittelter Kontrollwert während mindestens eines weiteren Messfensters ermittelt wird, dass mindestens ein weiterer berechneter Kontrollwert während des mindestens einen weiteren
Messfensters berechnet wird, dass die Abweichung zwischen dem weiteren ermittelten Kontrollwert und dem weiteren berechneten Kontrollwert ermittelt wird, dass überprüft wird, ob die ermittelte Abweichung in dem oder einem vorab definierten
Abweichungsbereich liegt, und dass die Dosiermenge des Betriebsstoffs angepasst wird, wenn die ermittelte Abweichung außerhalb des Abweichungsbereichs liegt.
Um die Auswirkung der Anpassung der Dosiermenge zu überprüfen, kann in einem weiteren Messefenster ein weiterer ermittelter Kontrollwert ermittelt und ein weiterer berechneter Kontrollwert berechnet werden.
Der weitere ermittelte Kontrollwert kann durch Ermitteln von an der Stelle im Verlauf der Abgasnachbehandlungsanlage während des weiteren Messefensters insgesamt gemessenen Masse der Abgaskomponente, insbesondere der durch einen NOx-Sensor aufgenommen Emissionen, bestimmt werden.
Der weitere berechnete Kontrollwert kann durch Berechnen von an der Stelle im Verlauf der Abgasnachbehandlungsanlage während des weiteren Messfensters insgesamt auftretende Masse der Abgaskomponente, insbesondere der NOx-Emissionen, bestimmt werden.
Gegebenenfalls werden der weitere ermittelte und der weitere berechnete Kontrollwert des weiteren Messfensters an derselben Stelle im Verlauf der
Abgasnachbehandlungsanlage bestimmt, wie der ermittelte und der berechnete
Kontrollwert des vorangegangenen Messfensters. Das heißt, gegebenenfalls dass die Kontrollwerte jedes Messfenster an derselben Stelle im Verlauf der
Abgasnachbehandlungsanlage bestimmt werden.
Anschließend wird die Abweichung zwischen dem weiteren ermittelten Kontrollwert und dem weiteren berechneten Kontrollwert ermittelt und überprüft, ob die ermittelte
Abweichung in dem oder einem vorab definierten Abweichungsbereich liegt.
Falls die ermittelte Abweichung außerhalb des Abweichungsbereichs liegt, wird die Dosiermenge angepasst. Falls die ermittelte Abweichung innerhalb des
Abweichungsbereichs liegt, bleibt die Dosiermenge unverändert.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass jeder der ermittelten Kontrollwerte aus den Messwerten eines Sensors, insbesondere eines NOx-Sensors nach dem SCR-System, gebildet wird.
Das heißt, dass gegebenenfalls der ermittelte Kontrollwert oder die weiteren ermittelten Kontrollwerte auf Messwerten eines Sensors basiert oder basieren. Jeder der ermittelten Kontrollwerte kann beispielsweise durch Integration der mittels eines NOx- Sensors gemessenen Emissionen nach dem SCR-Katalysator während des jeweiligen Messfensters gebildet oder bestimmt werden. Mit anderen Worten basiert der ermittelte Kontrollwert auf Messwerten eines Sensors oder ist aus Messwerten gebildet.
Der Sensor ist bevorzugt als NOx-Sensor ausgebildet und nach dem SCR-System angeordnet. Da herkömmliche NOx-Sensoren in der Regel querempfindlich auf NFI3- Emissionen sind, werden NH3-Emissionen nach dem SCR-Katalysator mit herkömmlichen NOx-Sensoren fälschlicherweise als NOx-Emissionen detektiert. Durch die Querempfindlichkeit des NOx-Sensors kann ein Nhh-Schlupf zu einem höheren NOx-Messwert des NOx-Sensors führen.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die für das Verfahren maßgeblichen Reaktionen des SCR-Systems, insbesondere des SCR-Katalysators, zusätzlich zum realen Betrieb in einem kinetischen Modell berechnet werden, wobei das kinetische Modell
insbesondere einer mathematischen Abbildung des physikalischen Modells des verwendeten SCR-Systems entspricht.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass jeder der berechneten Kontrollwerte mit einem Modell, insbesondere mit dem kinetischen Modell, berechnet wird, oder dass jeder der berechneten Kontrollwerte aus einem auf Prüfstandsdaten basierenden Kennfeld berechnet wird.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass durch das kinetische Modell die maßgeblichen Reaktionen mathematisch-physikalisch abgebildet werden. Die Reaktionen können somit auf physikalischen Gegebenheiten beruhen, wodurch Schätzungen und/oder Unsicherheiten verringert werden können und wodurch die Genauigkeit der modellierten Werte erhöht werden kann.
Beispielsweise kann mit dem kinetischen Modell auch die Oxidation des
Reduktionsmittels, insbesondere die Oxidation von NH3, abgebildet werden. Bei herkömmlichen Verfahren und/oder herkömmlichen Modellen kann die Oxidation von Reduktionsmittel, falls diese berücksichtigt wird, meist nur abgeschätzt werden, was mit großen Unsicherheiten einhergeht bzw. sehr ungenau ist. Beispielsweise ist ein solches kinetisches Modell in„Hollauf, Bernd: Model-Based Closed-Loop Control of SCR Based DeNOx Systems. Master’s thesis, University of Applied Science Technikum Kärnten, 2009.“ Offenbart.
Gegebenenfalls wird jeder berechnete Kontrollwert durch ein Modell, insbesondere durch ein kinetisches Modell, berechnet. Durch den Vergleich des ermittelten
Kontrollwerts mit dem durch das kinetische Modell des SCR-Katalysators berechneten Kontrollwert kann die Abweichung ermittelt bzw. berechnet werden. Falls die ermittelte bzw. berechnete Abweichung außerhalb des Abweichungsbereichs liegt, wird die Dosiermenge verändert. Dadurch kann die Dosiermenge so eingestellt werden, dass ein Optimum zwischen NOx-Umsatz und Betriebsstoffverbrauch erreicht wird. Mit anderen Worten kann die Dosiermenge so eingestellt werden, dass der größtmögliche NOx-Umsatz bei kleinstmöglichem Verbrauch an Betriebsstoff erzielbar ist.
Insbesondere wird durch die Anpassung der Dosiermenge das reale SCR-System an das mit dem kinetischen Modell modellierte SCR-System angepasst.
Gegebenenfalls wird jeder der berechneten Kontrollwerte aus einem auf
Prüfstandsdaten basierenden Kennfeld berechnet. In einer bevorzugten
Ausführungsform kann der berechnete Kontrollwert auch einem vorab durch
Berechnung definierten Wert oder einem berechneten Wert eines Kennfeldes entsprechen. Dadurch kann die Einstellung der Dosiermenge, insbesondere
ausschließlich, von den gemessenen NOx-Emissionen nach dem SCR-Katalysator und von den Prüfstandsdaten oder dem vorab definierten Wert abhängig sein. Die
Einstellung der Dosiermenge kann dadurch unabhängig von dem, insbesondere kinetischen, Modell sein, wodurch die Einstellung der Dosiermenge von
Ungenauigkeiten des Modells unbeeinflusst ist.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass der Normalbetriebsmodus einen stationären und/oder einen transienten oder instationären Betrieb der Verbrennungskraftmaschine und/oder der Abgasnachbehandlungsanlage umfasst.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass das Ermitteln der Abweichung zwischen dem ermittelten Kontrollwert und dem berechneten Kontrollwert nach folgender Vorschrift erfolgt:
Kontrollwertermitteit
Abweichung
Kontrollwertberechnet wöbe die Abweichung die ermittelte Abweichung ist, wobei der Kontrollwertermittelt der ermittelte Kontrollwert ist, und wobei der Kontrollwertberechnet der berechnete
Kontrollwert ist.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass das Ermitteln der Abweichung durch Vergleichen des ermittelten Kontrollwerts mit dem berechneten Kontrollwert erfolgt, wobei die Dosiermenge des Betriebsstoffs unverändert beibehalten wird, wenn der ermittelte Kontrollwert kleiner als der berechneten Kontrollwert ist, und wobei die Dosiermenge des Betriebsstoffs angepasst wird, wenn der ermittelte Kontrollwert größer als der berechneten Kontrollwert ist.
Der berechnete Kontrollwert kann eine bestmöglich erreichbare, insbesondere minimale, NOx-Masse während jedes Messfensters sein. Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass, wenn der ermittelte Kontrollwert diesen berechneten Kontrollwert unterschreitet, die Betriebsstoffmenge unverändert beibehalten bzw. keine Anpassung der Betriebsstoffmenge durchgeführt wird. In diesem Fall kann angenommen werden, dass das SCR-System, insbesondere der SCR-Katalysator, bestmöglich oder mit größtmöglicher Effizienz arbeitet. Mit anderen Worten befindet sich das SCR-System, insbesondere der SCR-Katalysator, in diesem Fall in einem ökonomischen, insbesondere optimalen, Betriebspunkt.
Falls der ermittelte Kontrollwert den berechneten Kontrollwert überschreitet, kann die Dosiermenge an Betriebsstoff angepasst werden.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass jedes Messfenster durch Errechnen der von der Verbrennungskraftmaschine umgesetzten Energiemenge definiert ist, wobei jedes Messfenster an einem Startpunkt beginnt und bei einer bestimmten errechneten Energiemenge an einem Endpunkt endet, oder dass jedes Messfenster durch eine Zeitdauer eines durchgehend stationären Betriebs der Verbrennungskraftmaschine definiert ist, wobei jedes Messfenster beginnt, wenn die Verbrennungskraftmaschine stationär betrieben wird, und endet, bevor die Verbrennungskraftmaschine instationär oder transient betrieben wird und/oder eine vorab definierte Zeitdauer erreicht wurde.
Alternativ oder zusätzlich kann auch vorgesehen sein, dass jedes Messfenster endet, wenn die Verbrennungskraftmaschine für eine vorab definierte Zeitdauer in einem stationären Betriebspunkt betrieben wurde.
Zu Beginn des Verfahrens kann die Messfensterlänge durch Festlegung einer von der Verbrennungskraftmaschine umgesetzten Energiemenge bestimmt werden. Das Messfenster beginnt an einem Startpunkt und endet nach Erreichen der vorab festgelegten umgesetzten Energiemenge an einem Endpunkt. Dazu wird gegebenenfalls die Motorleistung während der Messung, insbesondere während des Messfensters, integriert, solange die vorab festgelegte Energiemenge noch nicht erreicht ist. Somit kann die Motorleistung über die gesamte Messfensterlänge integriert werden. Sobald die vorab festgelegte Energiemenge erreicht ist, kann das Messfenster an einem Endpunkt enden. Die Messfensterlänge kann somit einer vorgegebenen Energiemenge, insbesondere 0.5 kWh bis 100 kWh, insbesondere 1 kWh bis 80kWh, vorzugsweise 2 kWh bis 60 kWh, besonders bevorzugt etwa 2 kWh, entsprechen. Dadurch kann ein Messfenster während des stationären und/oder des instationären Betriebs der Verbrennungskraftmaschine aufgenommen werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform hängt die Messfensterlänge bzw. die Dauer eines Messfensters von der umgesetzten Energiemenge ab und ist insbesondere über die geleistete Arbeit der Verbrennungskraftmaschine definiert.
Gegebenenfalls kann vorgesehen sein, dass das Messfenster durch eine stationäre Betriebsweise der Verbrennungskraftmaschine definiert ist. Das heißt, dass
gegebenenfalls während des stationären Betriebs der Verbrennungskraftmaschine der ermittelte und der berechnete Kontrollwert bestimmt werden. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Bestimmung der Kontrollwerte innerhalb des stationären Betriebs der Verbrennungskraftmaschine erfolgt. Dadurch kann ein Messfenster während des, insbesondere ausschließlich, stationären Betriebs der Verbrennungskraftmaschine aufgenommen werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform hängt die
Messfensterlänge bzw. die Dauer eines Messfensters von den Betriebsbedingungen der Verbrennungskraftmaschine und einer vorab definierten Zeitdauer ab und ist insbesondere zeitbasiert.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die von der Verbrennungskraftmaschine umgesetzte Energiemenge aus einem Kennfeld über den Betriebspunkt der
Verbrennungskraftmaschine bestimmt wird, dass die von der
Verbrennungskraftmaschine umgesetzte Energiemenge mittels der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine, insbesondere der Motordrehzahl NEng, und der injizierten Kraftstoffmenge MfFulInj berechnet wird, mund/oder dass die Errechnung der von der Verbrennungskraftmaschine umgesetzten Energiemenge nach folgender Vorschrift erfolgt:
Figure imgf000013_0001
2 p NEng T qEng
PwrEng
60 · 1000 wöbe EEng die von der Verbrennungskraftmaschine umgesetzte Energiemenge während eines Messfensters ist, wobei PwrEng die Motorleistung ist, wobei NEng die Motordrehzahl ist, und wobei TqEng das Motordrehmoment ist.
Die Leistung der Verbrennungskraftmaschine kann entweder berechnet werden oder über ein Kennfeld über den Betriebspunkt der Verbrennungskraftmaschine vorgegeben oder bestimmt werden.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Gültigkeit jedes aufgenommenen
Messfensters unter Berücksichtigung mindestens eines Gültigkeitsparameters beurteilt wird.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass das Messfenster als gültig definiert wird, wenn der mindestens eine Gültigkeitsparameter für eine gewisse Dauer während des
Messfensters innerhalb eines Gültigkeitsbereichs liegt, und/oder dass das Messfenster als ungültig definiert wird, wenn der mindestens eine Gültigkeitsparameter für eine gewisse Dauer während des Messfensters außerhalb eines Gültigkeitsbereichs liegt, und/oder dass das Messfenster als ungültig definiert wird, wenn eine vorbestimmte Anzahl an Gültigkeitsbereichsüberschreitungen, Gültigkeitsbereichsunterschreitungen und/oder Gültigkeitsbereichsverletzungen überschritten wird.
Um die Gültigkeit des Messfensters zu beurteilen, wird gegebenenfalls mindestens ein Gültigkeitsparameter herangezogen.
Gegebenenfalls können als Gültigkeitsparameter auch die gemittelte SCR-Katalysator- Temperatur, die gespeicherte Menge an Reduktionsmittel, insbesondere die
gespeicherte Menge an Nhta, im SCR-Katalysator und/oder im SCR-Modell, die NOx- Konzentration vor dem SCR-System, insbesondere die NOx-Konzentration vor dem SCR-Katalysator, und/oder dergleichen herangezogen werden. Als Gültigkeitsparameter können beispielsweise Parameter, wie zum Beispiel die Motordrehzahl, die eingebrachte Kraftstoffmenge, das Motordrehmoment, die
berechnete Motorleistung oder dergleichen, herangezogen werden. Das Messfenster kann beispielsweise ungültig sein, wenn die berechnete Motorleistung transient, insbesondere stark transient, ist und dadurch der mindestens eine Gültigkeitsparameter nicht für die vorab festgelegte Dauer in dem definierten Gültigkeitsbereich liegt.
Dadurch kann ein Messfenster auch als gültig definiert werden, wenn der mindestens eine Gültigkeitsparameter ein paar Mal außerhalb des Gültigkeitsbereichs liegt und/oder der mindestens eine Gültigkeitsparameter für eine gewisse Zeit außerhalb des
Gültigkeitsbereichs liegt. Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass ein Messfenster als ungültig definiert wird, wenn eine Anzahl von vorabbestimmten
Gültigkeitsbereichsverletzungen, Gültigkeitsbereichsüberschreitungen und/oder
Gültigkeitsbereichsunterschreitungen überschritten wurde. Gegebenenfalls ist definiert, dass, falls ein Gültigkeitsparameter während eines Messfensters den Gültigkeitsbereich unter- bzw. überschreitet, eine Gültigkeitsbereichsverletzung vorliegt.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass, falls die ermittelte Abweichung des ersten
Messfensters außerhalb des Abweichungsbereichs liegt, die Dosiermenge gegenüber der Dosiermenge im Normalbetriebsmodus erhöht wird, sodass in weiterer Folge eine angepasste Dosiermenge eindosiert wird.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Dosiermenge des Betriebsstoffs in einem ersten Schritt gegenüber der Dosiermenge im Normalbetriebsmodus erhöht wird, wenn die ermittelte Abweichung zwischen dem ermittelten Kontrollwert und dem,
insbesondere mit dem kinetischen Modell, berechneten Kontrollwert des ersten
Messfensters außerhalb des Abweichungsbereichs liegt.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass NOx-Schlupf detektiert wird, wenn die ermittelte Abweichung des weiteren Messfensters kleiner ist als die ermittelte Abweichung des vorangegangenen Messfensters und wenn im vorangegangenen Messfenster die Dosiermenge entweder gegenüber der Dosiermenge im Normalbetriebsmodus oder gegenüber der angepassten Dosiermenge erhöht worden ist, wobei, falls NOx-Schlupf detektiert wird, die Dosiermenge an Betriebsstoff erhöht wird, oder dass NFh-Schlupf detektiert wird, wenn die ermittelte Abweichung des weiteren Messfensters größer ist als die ermittelte Abweichung des vorangegangenen Messfensters und wenn im vorangegangenen Messfenster die Dosiermenge entweder gegenüber der
Dosiermenge im Normalbetriebsmodus oder gegenüber der angepassten Dosiermenge erhöht worden ist, wobei, falls NFta-Schlupf detektiert wird, die Dosiermenge an
Betriebsstoff verringert wird.
Für den Fall, dass die Dosiermenge gegenüber der Dosiermenge im
Normalbetriebsmodus oder gegenüber der angepassten Dosiermenge im
vorangegangenen Messfenster bzw. im vorangegangenen Schritt erhöht wurde, kann NOx-Schlupf detektiert werden, falls die ermittelte bzw. berechnete Abweichung des weiteren Messfensters kleiner als die ermittelte bzw. berechnete Abweichung des vorangegangenen Messfensters ist. Insbesondere wird in diesem Fall die Dosiermenge erhöht, falls NOx-Schlupf detektiert wird.
Für den Fall, dass die Dosiermenge gegenüber der Dosiermenge im
Normalbetriebsmodus oder gegenüber der angepassten Dosiermenge im
vorangegangenen Messfenster bzw. im vorangegangenen Schritt erhöht wurde, kann NFh-Schlupf detektiert werden, falls die ermittelte bzw. berechnete Abweichung des weiteren Messfensters größer als die ermittelte bzw. berechnete Abweichung des vorangegangenen Messfensters ist. Insbesondere wird in diesem Fall die Dosiermenge verringert, falls NFh-Schlupf detektiert wird.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass NOx-Schlupf detektiert wird, wenn die ermittelte Abweichung des weiteren Messfensters größer ist als die ermittelte Abweichung des vorangegangenen Messfensters und wenn im vorangegangenen Messfenster die Dosiermenge entweder gegenüber der Dosiermenge im Normalbetriebsmodus oder gegenüber der angepassten Dosiermenge verringert worden ist, wobei, falls NOx- Schlupf detektiert wird, die Dosiermenge an Betriebsstoff erhöht wird, dass NFh-Schlupf detektiert wird, wenn die ermittelte Abweichung des weiteren Messfensters kleiner ist als die ermittelte Abweichung des vorangegangenen Messfensters und wenn im vorangegangenen Messfenster die Dosiermenge entweder gegenüber der
Dosiermenge im Normalbetriebsmodus oder gegenüber der angepassten Dosiermenge verringert worden ist, wobei, falls NFh-Schlupf detektiert wird, die Dosiermenge an Betriebsstoff verringert wird. Für den Fall, dass die Dosiermenge gegenüber der Dosiermenge im
Normalbetriebsmodus oder gegenüber der angepassten Dosiermenge im
vorangegangenen Messfenster bzw. im vorangegangenen Schritt verringert wurde, kann NOx-Schlupf detektiert werden, falls die ermittelte bzw. berechnete Abweichung des weiteren Messfensters größer als die ermittelte bzw. berechnete Abweichung des vorangegangenen Messfensters ist. Insbesondere wird in diesem Fall die Dosiermenge erhöht, falls NOx-Schlupf detektiert wird.
Für den Fall, dass die Dosiermenge gegenüber der Dosiermenge im
Normalbetriebsmodus oder gegenüber der angepassten Dosiermenge im
vorangegangenen Messfenster bzw. im vorangegangenen Schritt verringert wurde, kann NFh-Schlupf detektiert werden, falls die ermittelte bzw. berechnete Abweichung des weiteren Messfensters kleiner als die ermittelte bzw. berechnete Abweichung des vorangegangenen Messfensters ist. Insbesondere wird in diesem Fall die Dosiermenge verringert, falls NFh-Schlupf detektiert wird.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass NOx-Schlupf detektiert wird, wenn der weitere ermittelte Kontrollwert des weiteren Messfensters kleiner ist als der ermittelte
Kontrollwert des vorangegangenen Messfensters und wenn im vorangegangenen Messfenster die Dosiermenge entweder gegenüber der Dosiermenge im
Normalbetriebsmodus oder gegenüber der angepassten Dosiermenge erhöht worden ist, wobei, falls NOx-Schlupf detektiert wird, die Dosiermenge an Betriebsstoff erhöht wird, oder dass NFh-Schlupf detektiert wird, wenn der weitere ermittelte Kontrollwert des weiteren Messfensters größer ist als der ermittelte Kontrollwert des
vorangegangenen Messfensters und wenn im vorangegangenen Messfenster die Dosiermenge entweder gegenüber der Dosiermenge im Normalbetriebsmodus oder gegenüber der angepassten Dosiermenge erhöht worden ist, wobei, falls NFh-Schlupf detektiert wird, die Dosiermenge an Betriebsstoff verringert wird.
Durch den Vergleich des ermittelten Kontrollwerts des weiteren Messfensters mit dem ermittelten Kontrollwert des vorangegangenen Messfensters kann die Dosiermenge des Betriebsstoffs angepasst werden. Hierbei kann mit anderen Worten nur die mit dem NOx-Sensor gemessene NOx-Masse des weiteren Messfensters mit der mit dem NOx- Sensor gemessenen NOx-Masse des vorangegangenen Messfensters verglichen werden. Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass NOx-Schlupf detektiert wird, wenn der weitere ermittelte Kontrollwert des weiteren Messfensters größer ist als der ermittelte
Kontrollwert des vorangegangenen Messfensters und wenn im vorangegangenen Messfenster die Dosiermenge entweder gegenüber der Dosiermenge im
Normalbetriebsmodus oder gegenüber der angepassten Dosiermenge verringert worden ist, wobei, falls NOx-Schlupf detektiert wird, die Dosiermenge an Betriebsstoff erhöht wird, dass Nhh-Schlupf detektiert wird, wenn der weitere ermittelte Kontrollwert des weiteren Messfensters kleiner ist als der ermittelte Kontrollwert des
vorangegangenen Messfensters und wenn im vorangegangenen Messfenster die Dosiermenge entweder gegenüber der Dosiermenge im Normalbetriebsmodus oder gegenüber der angepassten Dosiermenge verringert worden ist, wobei, falls NH3- Schlupf detektiert wird, die Dosiermenge an Betriebsstoff verringert wird.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine Funktion beschrieben, deren Gültigkeitsbereich nicht auf einen einzigen Lastpunkt eingeschränkt ist. Zusätzlich ist es möglich, daduch einen NOx-Schlupf (eine schlechte Konvertierungseffizienz) und auch NH3-Schlupf zu detektieren und basierend auf diesen Ergebnissen eine
Dosierungmenge anpassen.
Eine Berechnung der benötigten NH3-Einspritzmenge basiert insbesondere auf den NOx-Emissionen vor dem SCR und der modellierten SCR-Beladung, welche durch ein kinetisches Modell vorhergesagt werden, und darauf, dass eine NOx-Masse nach SCR nicht berücksichtigt wird.
Durch den Vergleich des ermittelten Kontrollwerts des weiteren Messfensters mit dem ermittelten Kontrollwert des vorangegangenen Messfensters kann die Dosiermenge des Betriebsstoffs angepasst werden. Hierbei kann mit anderen Worten nur die mit dem NOx-Sensor gemessene NOx-Masse des weiteren Messfensters mit der mit dem NOx- Sensor gemessenen NOx-Masse des vorangegangenen Messfensters verglichen werden.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Dosiermenge um einen Adaptionsfaktor angepasst wird, wobei der Adaptionsfaktor ein vorab definierter Wert ist, oder wobei der Adaptionsfaktor von der ermittelten Abweichung abhängig ist. Gegebenenfalls wird die Dosiermenge gegenüber der Dosiermenge im
Normalbetriebsmodus oder gegenüber einer bereits angepassten Dosiermenge mit einem Adaptionsfaktor angepasst. Insbesondere kann zur Anpassung der
Dosiermenge, die Dosiermenge im Normalbetriebsmodus oder eine bereits angepasste Dosiermenge mit dem Adaptionsfaktor multipliziert werden.
Es kann auch günstig sein, wenn der Adaptionsfaktor von dem Betriebspunkt der Verbrennungskraftmaschine abhängig ist.
Der Adaptionsfaktor kann von der ermittelten Abweichung oder dem Zahlenwert der ermittelten Abweichung abhängig sein. Mit anderen Worten kann der Adaptionsfaktor dem Zahlenwert der ermittelten Abweichung entsprechen, wobei der Adaptionsfaktor groß ist, wenn die ermittelte Abweichung groß ist, oder wobei der Adaptionsfaktor klein ist, wenn die ermittelte Abweichung klein ist. Um das Ziel, dass die ermittelte
Abweichung in einem vorab definierten Abweichungsbereich liegt, schneller zu erreichen, kann bei einer großen ermittelten Abweichung und ein entsprechend großer Adaptionsfaktor gewählt werden.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird insbesondere also nicht in die
Betriebsparameter des Motors eingegriffen. Das erfindungsgemäße Verfahren bezieht sich insbesondere rein auf eine Adaptationsfunktion für ein SCR-System, mit jeweils einem NOx-Sensor vor und nach dem Katalysator. Adaptiert wird die NH3- Einspritzmenge vor dem SCR. Gemessenen Emissionen werden bevorzugt über ein oder mehrere Messfenster hinweg überprüft und dann wird aufgrunddessen
entschieden, ob eine Adaptation notwendig ist und/oder ob ein NH3-Schlupf und/oder NOx-Schlupf vorhanden ist.
Insbesondere betrifft die Erfindung, eine Verbrennungskraftmaschine umfassend eine Abgasnachbehandlungsanlage mit einem SCR-System, wobei die
Verbrennungskraftmaschine zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet und/oder geeignet ist.
Weitere erfindungsgemäße Merkmale ergeben sich gegebenenfalls aus den
Ansprüchen, der Beschreibung der Ausführungsbeispiele und den Figuren. Die Erfindung wird nun am Beispiel exemplarischer, nicht ausschließlicher und/oder nicht einschränkender Ausführungsbeispiele weiter erläutert.
Fig. 1 zeigt eine schematische grafische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine, welche zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet oder geeignet ist, und
Fig. 2 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm von zwei Varianten einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Wenn nicht anders angegeben, so entsprechen die Bezugszeichen folgenden
Komponenten oder Verfahrensschritten:
Verbrennungskraftmaschine 1 , SCR-Katalysator 2, Dosierungsvorrichtung 3, NOx- Sensor 4, Abgasnachbehandlungsanlage 5, Bestimmen eines ermittelten Kontrollwerts 6, Bestimmen eines berechneten Kontrollwerts 7, Ermitteln der Abweichung 8, Überprüfen, ob die ermittelte Abweichung in einem vorab definierten
Abweichungsbereichs liegt 9, Beibehalten der Dosiermenge 10, Anpassung der Dosiermenge in einem vorangegangen Messfenster bereits durchgeführt 11 , Erhöhen der Dosiermenge 12, Entscheidungslogik 13, Verringern der Dosiermenge 14,
Aufnehmen eines Messfensters 15, Ja 16, Nein 17, und Gültigkeitsüberprüfung 18.
Fig. 1 zeigt eine schematische grafische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine 1 , welche zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet oder geeignet ist.
Die Ausführungsform umfasst eine Verbrennungskraftmaschine 1 und eine
Abgasnachbehandlungsanlage 5. Die Abgasnachbehandlungsanlage 5 umfasst eine Dosierungsvorrichtung 3, einen SCR-Katalysator 2 und einen NOx-Sensor 4.
Beispielweise kann die Abgasnachbehandlungsanlage 5 weitere
Abgasnachbehandlungskomponenten, wie einen Dieseloxidationskatalysator DOC, einen NOx-Speicherkatalysator NSC, einen Dieselpartikelfilter DPF und/oder einen Ammoniakschlupfkatalysator ASC, umfassen.
Im Normalbetriebsmodus, der dem bestimmungsgemäßen Betrieb entspricht, wird ein Betriebsstoff vor dem SCR-Katalysator 2 eindosiert. Der Betriebsstoff enthält ein Reduktionsmittel oder ist in ein Reduktionsmittel umsetzbar. Das Reduktionsmittel, insbesondere der Ammoniak NH3, wird zumindest temporär in dem SCR-Katalysator 2 gespeichert.
Fig. 2 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm von Varianten einer ersten
Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Gemäß diesem Ablaufdiagramm wird zu Beginn des Verfahrens ein Messfenster aufgenommen. Das Messfenster kann in einer ersten Variante der ersten
Ausführungsform durch den stationären Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 1 oder in einer zweiten Variante der ersten Ausführungsform durch Errechnen der von der Verbrennungskraftmaschine 1 umgesetzten Energiemenge definiert sein.
Anschließend wird das Messfenster auf seine Gültigkeit überprüft. Gemäß dieser Ausführungsform wird das Messfenster als ungültig beurteilt, wenn ein
Gültigkeitsparameter, wie beispielweise die gemittelte SCR-Katalysator-Temperatur, die gespeicherte Menge an Reduktionsmittel oder die NOx-Konzentration vor dem SCR- Katalysator, für eine gewisse Dauer während des Messfensters außerhalb eines vorab definierten Gültigkeitsbereichs liegt.
Falls das Messfenster als gültig beurteilt wird, werden während des Messfensters ein ermittelter Kontrollwert und ein berechneter Kontrollwert bestimmt. Der ermittelten Kontrollwerts wird durch Ermitteln von an einer Stelle im Verlauf der
Abgasnachbehandlungsanlage 5 während des Messfensters insgesamt gemessenen Masse einer Abgaskomponente, insbesondere der durch einen NOx-Sensor
aufgenommen Emissionen, bestimmt. Der berechneten Kontrollwerts wird durch Berechnen von an der Stelle im Verlauf der Abgasnachbehandlungsanlage 5 während des Messfensters insgesamt auftretenden Masse der Abgaskomponente, insbesondere der NOx-Emissionen, bestimmt.
In einer ersten Variante der ersten Ausführungsform wird nach dem Bestimmen des berechneten Kontrollwerts 7 die Abweichung zwischen dem ermittelten und dem berechneten Kontrollwert ermittelt und überprüft, ob die ermittelte Abweichung innerhalb eines vorab definierten Abweichungsbereichs liegt. Für die Ermittlung der Abweichung zwischen dem ermittelten Kontrollwert und dem berechneten Kontrollwert wird die Abweichung zwischen diesen beiden Kontrollwerte berechnet. Insbesondere erfolgt die Berechnung der Abweichung nach folgender Vorschrift:
Kontrollwertermitteit
Abweichung
Kontrollwertberechnet wöbe die Abweichung die berechnete Abweichung ist, wobei Kontrollwertermittelt der ermittelte Kontrollwert ist, und wobei Kontrollwertberechnet der berechnete Kontrollwert ist.
Falls die berechnete Abweichung innerhalb des Abweichungsbereichs liegt, wird die Dosiermenge des Betriebsstoffs unverändert beibehalten.
Falls die berechnete Abweichung außerhalb des Abweichungsbereichs liegt, wird die Dosiermenge des Betriebsstoffs verändert. Hierbei wird in einem nächsten Schritt des Verfahrens überprüft, ob eine Anpassung der Dosiermenge gegenüber der
Dosiermenge im Normalbetriebsmodus in einem vorangegangen Messfenster bereits durchgeführt 11 worden ist oder nicht.
Falls noch keine Anpassung der Dosiermenge des Betriebsstoffs erfolgt ist, wird die Dosiermenge gegenüber der Dosiermenge im Normalbetriebsmodus in einem ersten Schritt erhöht. Dadurch wird in weiterer Folge eine angepasste Dosiermenge in die Abgasnachbehandlungsanlage 5, insbesondere vor dem SCR-Katalysator 2, eingebracht.
Falls eine Anpassung der Dosiermenge des Betriebsstoffs bereits in einem
vorangegangenen Messfenster erfolgt ist, wird in einem nächsten Schritt des
Verfahrens die Dosiermenge basierend auf einer Entscheidungslogik 13 erhöht oder verringert.
Die Dosiermenge wird gemäß der Entscheidungslogik 13 erhöht und NOx-Schlupf detektiert, falls die berechnete Abweichung des weiteren Messfensters kleiner als die berechnete Abweichung des vorangegangenen Messfensters ist und die Dosiermenge im vorangegangenen Messfenster gegenüber der Dosiermenge im Normalbetriebsmodus oder gegenüber einer bereits angepassten Dosiermenge erhöht worden ist.
Die Dosiermenge wird gemäß der Entscheidungslogik 13 verringert und Nhh-Schlupf detektiert, falls die berechnete Abweichung des weiteren Messfensters größer als die berechnete Abweichung des vorangegangenen Messfensters ist und die Dosiermenge im vorangegangenen Messfenster gegenüber der Dosiermenge im
Normalbetriebsmodus oder gegenüber einer bereits angepassten Dosiermenge erhöht worden ist.
Die Dosiermenge wird gemäß der Entscheidungslogik 13 erhöht und NOx-Schlupf detektiert, falls die berechnete Abweichung des weiteren Messfensters größer als die berechnete Abweichung des vorangegangenen Messfensters ist und die Dosiermenge im vorangegangenen Messfenster gegenüber der Dosiermenge im
Normalbetriebsmodus oder gegenüber einer bereits angepassten Dosiermenge verringert worden ist.
In einer zweiten Variante der ersten Ausführungsform wird nach dem Bestimmen des berechneten Kontrollwerts 7 die Abweichung zwischen dem ermittelten und dem berechneten Kontrollwert ermittelt und überprüft, ob die ermittelte Abweichung innerhalb eines vorab definierten Abweichungsbereichs liegt.
Für die Ermittlung der Abweichung zwischen dem ermittelten Kontrollwert und dem berechneten Kontrollwert werden der ermittelte Kontrollwert und der berechnete
Kontrollwert miteinander verglichen. Gemäß dieser Variante wird die Dosiermenge des Betriebsstoffs unverändert beibehalten, wenn der ermittelte Kontrollwert kleiner als der berechneten Kontrollwert ist und dadurch die ermittelte Abweichung innerhalb eines vorab definierten Abweichungsbereichs liegt. Andernfalls wird die Dosiermenge des Betriebsstoffs angepasst, wenn der ermittelte Kontrollwert größer als der berechnete Kontrollwert ist und dadurch die ermittelte Abweichung außerhalb eines vorab
definierten Abweichungsbereichs liegt.
Hierbei wird in einem nächsten Schritt des Verfahrens überprüft, ob eine Anpassung der Dosiermenge gegenüber der Dosiermenge im Normalbetriebsmodus in einem
vorangegangenen Messfenster bereits durchgeführt 11 worden ist oder nicht. Falls noch keine Anpassung der Dosiermenge des Betriebsstoffs erfolgt ist, wird die Dosiermenge gegenüber der Dosiermenge im Normalbetriebsmodus in einem ersten Schritt erhöht. Dadurch wird in weiterer Folge eine angepasste Dosiermenge in die Abgasnachbehandlungsanlage 5, insbesondere vor dem SCR-Katalysator 2, eingebracht.
Falls eine Anpassung der Dosiermenge des Betriebsstoffs bereits in einem
vorangegangenen Messfenster durchgeführt worden ist 11 , wird in einem nächsten Schritt des Verfahrens die Dosiermenge basierend auf einer Entscheidungslogik 13 erhöht oder verringert.
Die Dosiermenge wird gemäß der Entscheidungslogik 13 erhöht und NOx-Schlupf detektiert, falls der weitere ermittelte Kontrollwert des weiteren Messfensters kleiner ist als der ermittelte Kontrollwert des vorangegangenen Messfensters und die
Dosiermenge im vorangegangenen Messfenster gegenüber der Dosiermenge im Normalbetriebsmodus oder gegenüber einer bereits angepassten Dosiermenge erhöht worden ist.
Die Dosiermenge wird gemäß der Entscheidungslogik 13 verringert und NFh-Schlupf detektiert, falls der weitere ermittelte Kontrollwert des weiteren Messfensters größer ist als der ermittelte Kontrollwert des vorangegangenen Messfensters und die
Dosiermenge im vorangegangenen Messfenster gegenüber der Dosiermenge im Normalbetriebsmodus oder gegenüber einer bereits angepassten Dosiermenge erhöht worden ist.
Die Dosiermenge wird gemäß der Entscheidungslogik 13 erhöht und NOx-Schlupf detektiert, falls der weitere ermittelte Kontrollwert des weiteren Messfensters größer ist als der ermittelte Kontrollwert des vorangegangenen Messfensters und die
Dosiermenge im vorangegangenen Messfenster gegenüber der Dosiermenge im Normalbetriebsmodus oder gegenüber einer bereits angepassten Dosiermenge verringert worden ist.
Die Dosiermenge wird gemäß der Entscheidungslogik 13 erhöht und NFh-Schlupf detektiert, falls der weitere ermittelte Kontrollwert des weiteren Messfensters kleiner ist als der ermittelte Kontrollwert des vorangegangenen Messfensters und die Dosiermenge im vorangegangenen Messfenster gegenüber der Dosiermenge im Normalbetriebsmodus oder gegenüber einer bereits angepassten Dosiermenge verringert worden ist.
Bei beiden Varianten der ersten Ausführungsform ist es vorgesehen, das Verfahren zu wiederholen, nachdem die Dosiermenge beibehalten, erhöht oder verringert worden ist. Dazu wird bei erneutem Durchlauf des Verfahrens ein weiteres Messfenster
aufgenommen und ein weiterer ermittelter Kontrollwert und ein weiterer berechneter Kontrollwert bestimmt und die weiteren Verfahrensschritte analog zu dem
vorangegangenen Ablauf durchgeführt.
Dadurch ist es möglich, die Dosiermenge an Betriebsstoff bestmöglich einzustellen.
Durch diese beispielhafte Konfiguration können die erfindungsgemäßen Effekte erzielt werden.
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die dargestellten Ausführungsformen, sondern umfasst jegliches Verfahren und jegliche Verbrennungskraftmaschine 1 gemäß den nachfolgenden Patentansprüchen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Effizienzverbesserung eines SCR-Systems einer
Abgasnachbehandlungsanlage (5) einer Verbrennungskraftmaschine (1 ), insbesondere unter Berücksichtigung der Querempfindlichkeit eines NOx-Sensors auf NHs,
- wobei vor dem SCR-Katalysator (2) des SCR-Systems, in einem
Normalbetriebsmodus, der dem bestimmungsgemäßen Betrieb entspricht, ein Betriebsstoff eindosiert wird,
- wobei der Betriebsstoff ein Reduktionsmittel enthält oder in ein
Reduktionsmittel umsetzbar ist,
- wobei das Reduktionsmittel zumindest temporär in einem SCR-Katalysator (2) des SCR-Systems gespeichert wird,
umfassend folgende Schritte:
- Betreiben der Verbrennungskraftmaschine (1 ) in dem Normalbetriebsmodus,
- Bestimmen eines ermittelten Kontrollwerts (6) durch Ermitteln von an einer Stelle im Verlauf der Abgasnachbehandlungsanlage (5) während eines ersten Messfensters insgesamt gemessenen Masse einer Abgaskomponente, insbesondere der durch einen NOx-Sensor (4) aufgenommenen Emission,
- Bestimmen eines berechneten Kontrollwerts (7) durch Berechnen von an der Stelle im Verlauf der Abgasnachbehandlungsanlage (5) während des ersten Messfensters insgesamt auftretenden Masse der Abgaskomponente, insbesondere der NOx-Emissionen,
- Ermitteln der Abweichung (8) zwischen dem ermittelten Kontrollwert und dem berechneten Kontrollwert,
- Überprüfen, ob die ermittelte Abweichung in einem vorab definierten
Abweichungsbereich liegt,
- Anpassen der Dosiermenge des Betriebsstoffs, wenn die ermittelte
Abweichung außerhalb des Abweichungsbereichs liegt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet,
- dass mindestens ein weiterer ermittelter Kontrollwert während mindestens eines weiteren Messfensters ermittelt wird, - dass mindestens ein weiterer berechneter Kontrollwert während des mindestens einen weiteren Messfensters berechnet wird,
- dass die Abweichung zwischen dem weiteren ermittelten Kontrollwert und dem weiteren berechneten Kontrollwert ermittelt wird,
- dass überprüft wird, ob die ermittelte Abweichung in dem oder einem vorab definierten Abweichungsbereich liegt,
- und dass die Dosiermenge des Betriebsstoffs angepasst wird, wenn die
ermittelte Abweichung außerhalb des Abweichungsbereichs liegt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der
ermittelten Kontrollwerte aus den Messwerten eines Sensors, insbesondere eines NOx-Sensors (4) nach dem SCR-System, gebildet wird.
4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die für das Verfahren maßgeblichen Reaktionen des SCR- Systems, insbesondere des SCR-Katalysators (2), zusätzlich zum realen Betrieb in einem kinetischen Modell berechnet werden, wobei das kinetische Modell insbesondere einer mathematischen Abbildung des physikalischen Modells des verwendeten SCR-Systems entspricht.
5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet,
- dass jeder der berechneten Kontrollwerte mit einem Modell, insbesondere mit dem kinetischen Modell, berechnet wird,
- oder dass jeder der berechneten Kontrollwerte aus einem auf Prüfstandsdaten basierenden Kennfeld berechnet wird.
6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der Normalbetriebsmodus einen stationären und/oder einen transienten oder instationären Betrieb der Verbrennungskraftmaschine (1 ) und/oder der Abgasnachbehandlungsanlage (5) umfasst.
7. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, - dass das Ermitteln der Abweichung (8) zwischen dem ermittelten Kontrollwert und dem berechneten Kontrollwert nach folgender Vorschrift erfolgt:
Kontrollwertermitteit
Abweichung
Kontrollwertberechnet
- wobei die Abweichung die ermittelte Abweichung ist,
- wobei Kontrollwertermittelt der ermittelte Kontrollwert ist,
- und wobei Kontrollwertberechnet der berechnete Kontrollwert ist.
8. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet,
- dass das Ermitteln der Abweichung (8) durch Vergleichen des ermittelten
Kontrollwerts mit dem berechneten Kontrollwert erfolgt,
- wobei die Dosiermenge des Betriebsstoffs unverändert beibehalten wird, wenn der ermittelte Kontrollwert kleiner als der berechnete Kontrollwert ist,
- und wobei die Dosiermenge des Betriebsstoffs angepasst wird, wenn der
ermittelte Kontrollwert größer als der berechnete Kontrollwert ist.
9. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet,
- dass jedes Messfenster durch Errechnen der von der
Verbrennungskraftmaschine (1 ) umgesetzten Energiemenge definiert ist, wobei jedes Messfenster an einem Startpunkt beginnt und bei einer bestimmten errechneten Energiemenge an einem Endpunkt endet,
- oder dass jedes Messfenster durch eine Zeitdauer eines durchgehend
stationären Betriebs der Verbrennungskraftmaschine (1 ) definiert ist, wobei jedes Messfenster beginnt, wenn die Verbrennungskraftmaschine (1 ) stationär betrieben wird, und endet, bevor die Verbrennungskraftmaschine (1 )
instationär oder transient betrieben wird und/oder eine vorab definierte
Zeitdauer erreicht wurde.
10 Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
- dass die von der Verbrennungskraftmaschine (1 ) umgesetzte Energiemenge aus einem Kennfeld über den Betriebspunkt der Verbrennungskraftmaschine bestimmt wird, - dass die von der Verbrennungskraftmaschine (1 ) umgesetzte Energiemenge mittels der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine (1 ), insbesondere der Motordrehzahl NEng, und der injizierten Kraftstoffmenge MfFullnj berechnet wird,
- und/oder dass die Errechnung der von der Verbrennungskraftmaschine (1 ) umgesetzten Energiemenge nach folgender Vorschrift erfolgt:
EEng = j PwrEng
Figure imgf000028_0001
- wobei EEng die von der Verbrennungskraftmaschine (1 ) umgesetzte
Energiemenge während eines Messfensters ist,
- wobei PwrEng die Motorleistung ist,
- wobei NEng die Motordrehzahl ist,
- und wobei TqEng das Motordrehmoment ist.
11. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Gültigkeit jedes aufgenommenen Messfensters unter
Berücksichtigung mindestens eines Gültigkeitsparameters beurteilt wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet,
- dass das Messfenster als gültig definiert wird, wenn der mindestens eine Gültigkeitsparameter für eine gewisse Dauer während des Messfensters innerhalb eines Gültigkeitsbereichs liegt,
- und/oder dass das Messfenster als ungültig definiert wird, wenn der
mindestens eine Gültigkeitsparameter für eine gewisse Dauer während des Messfensters außerhalb eines Gültigkeitsbereichs liegt,
- und/oder dass das Messfenster als ungültig definiert wird, wenn eine
vorbestimmte Anzahl an Gültigkeitsbereichsüberschreitungen,
Gültigkeitsbereichsunterschreitungen und/oder
Gültigkeitsbereichsverletzungen überschritten wird.
13. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
- dass, falls die ermittelte Abweichung des ersten Messfensters außerhalb des Abweichungsbereichs liegt, die Dosiermenge gegenüber der Dosiermenge im Normalbetriebsmodus erhöht wird, sodass in weiterer Folge eine angepasste Dosiermenge eindosiert wird.
14. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet,
- dass NOx-Schlupf detektiert wird,
wenn die ermittelte Abweichung des weiteren Messfensters kleiner ist als die ermittelte Abweichung des vorangegangenen Messfensters
und wenn im vorangegangenen Messfenster die Dosiermenge entweder gegenüber der Dosiermenge im Normalbetriebsmodus oder gegenüber der angepassten Dosiermenge erhöht worden ist,
- wobei, falls NOx-Schlupf detektiert wird, die Dosiermenge an Betriebsstoff erhöht wird,
- oder dass NFh-Schlupf detektiert wird,
wenn die ermittelte Abweichung des weiteren Messfensters größer ist als die ermittelte Abweichung des vorangegangenen Messfensters
und wenn im vorangegangenen Messfenster die Dosiermenge entweder gegenüber der Dosiermenge im Normalbetriebsmodus oder gegenüber der angepassten Dosiermenge erhöht worden ist,
- wobei, falls NFh-Schlupf detektiert wird, die Dosiermenge an Betriebsstoff verringert wird.
15. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet,
- dass NOx-Schlupf detektiert wird,
wenn die ermittelte Abweichung des weiteren Messfensters größer ist als die ermittelte Abweichung des vorangegangenen Messfensters
und wenn im vorangegangenen Messfenster die Dosiermenge entweder gegenüber der Dosiermenge im Normalbetriebsmodus oder gegenüber der angepassten Dosiermenge verringert worden ist, - wobei, falls NOx-Schlupf detektiert wird, die Dosiermenge an Betriebsstoff erhöht wird,
- dass Nhh-Schlupf detektiert wird,
wenn die ermittelte Abweichung des weiteren Messfensters kleiner ist als die ermittelte Abweichung des vorangegangenen Messfensters
und wenn im vorangegangenen Messfenster die Dosiermenge entweder gegenüber der Dosiermenge im Normalbetriebsmodus oder gegenüber der angepassten Dosiermenge verringert worden ist,
- wobei, falls Nhh-Schlupf detektiert wird, die Dosiermenge an Betriebsstoff verringert wird.
16. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet,
- dass NOx-Schlupf detektiert wird,
wenn der weitere ermittelte Kontrollwert des weiteren Messfensters kleiner ist als der ermittelte Kontrollwert des vorangegangenen Messfensters
und wenn im vorangegangenen Messfenster die Dosiermenge entweder gegenüber der Dosiermenge im Normalbetriebsmodus oder gegenüber der angepassten Dosiermenge erhöht worden ist,
- wobei, falls NOx-Schlupf detektiert wird, die Dosiermenge an Betriebsstoff erhöht wird,
- oder dass Nhh-Schlupf detektiert wird,
wenn der weitere ermittelte Kontrollwert des weiteren Messfensters größer ist als der ermittelte Kontrollwert des vorangegangenen Messfensters
und wenn im vorangegangenen Messfenster die Dosiermenge entweder gegenüber der Dosiermenge im Normalbetriebsmodus oder gegenüber der angepassten Dosiermenge erhöht worden ist,
- wobei, falls Nhh-Schlupf detektiert wird, die Dosiermenge an Betriebsstoff verringert wird.
17. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet,
- dass NOx-Schlupf detektiert wird, wenn der weitere ermittelte Kontrollwert des weiteren Messfensters größer ist als der ermittelte Kontrollwert des vorangegangenen Messfensters
und wenn im vorangegangenen Messfenster die Dosiermenge entweder gegenüber der Dosiermenge im Normalbetriebsmodus oder gegenüber der angepassten Dosiermenge verringert worden ist,
- wobei, falls NOx-Schlupf detektiert wird, die Dosiermenge an Betriebsstoff erhöht wird,
- dass Nhh-Schlupf detektiert wird,
wenn der weitere ermittelte Kontrollwert des weiteren Messfensters kleiner ist als der ermittelte Kontrollwert des vorangegangenen Messfensters
und wenn im vorangegangenen Messfenster die Dosiermenge entweder gegenüber der Dosiermenge im Normalbetriebsmodus oder gegenüber der angepassten Dosiermenge verringert worden ist,
- wobei, falls Nhh-Schlupf detektiert wird, die Dosiermenge an Betriebsstoff verringert wird.
18. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet,
- dass die Dosiermenge um einen Adaptionsfaktor angepasst wird,
- wobei der Adaptionsfaktor ein vorab definierter Wert ist,
- oder wobei der Adaptionsfaktor von der ermittelten Abweichung abhängig ist.
19. Verbrennungskraftmaschine (1 ), umfassend eine Abgasnachbehandlungsanlage
(5) mit einem SCR-System, dadurch gekennzeichnet, dass die
Verbrennungskraftmaschine (1 ) zur Ausführung des Verfahrens gemäß einem der
Ansprüche 1 bis 18 eingerichtet ist.
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