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Die
Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine,
in deren Abgasbereich ein SCR-Katalysator angeordnet ist, und von
einer Vorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche.
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In
der
DE 199 03 439
A1 werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben
einer Brennkraftmaschine beschrieben, in deren Abgasbereich ein
SCR-Katalysator (Selective-Catalytic-Reduktion) angeordnet
ist, der die im Abgas der Brennkraftmaschine enthaltenen Stickoxide
mit einem Reagenzmittel zu Stickstoff reduziert. Die Dosierung des
Reagenzmittels erfolgt vorzugsweise in Abhängigkeit von Betriebskenngrößen der
Brennkraftmaschine, wie beispielsweise der Drehzahl und der eingespritzten Kraftstoffmenge.
Weiterhin erfolgt die Dosierung vorzugsweise in Abhängigkeit
von Abgas-Kenngrößen, wie
beispielsweise der Abgastemperatur oder der Betriebstemperatur des
SCR-Katalysators.
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Als
Reagenzmittel ist beispielsweise das Reduktionsmittel Ammoniak vorgesehen,
das aus einer Harnstoff-Wasser-Lösung
gewonnen werden kann. Die Dosierung des Reagenzmittels oder von
Ausgangsstoffen des Reagenzmittels muss sorgfältig festgelegt werden. Eine
zu geringe Dosierung hat zur Folge, dass Stickoxide im SCR-Katalysator
nicht mehr vollständig
reduziert werden können.
Eine zu hohe Dosierung führt
zu einem Reagenzmittelschlupf, der einerseits zu einem unnötig hohen
Reagenzmittelverbrauch und andererseits, in Abhängigkeit von der Beschaffenheit
des Reagenzmittels, zu einer unangenehmen Geruchsbelästigung
führen kann.
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In
der
DE 199 60 731
A1 und
DE
199 62 912 A1 sind jeweils NO
x-Sensoren
beschrieben, die zum Erfassen der in einem Abgasstrom vorliegenden NO
x-Konzentration vorgesehen sind. Die beschriebenen
NO
x-Sensoren weisen mehrere Kammern auf, die über die
Diffusionsbarrieren miteinander in Verbindung stehen. Die bekannten
Mehrkammer-NO
x-Sensoren weisen aufgrund
des Messprinzips eine Querempfindlichkeit gegenüber Ammoniak (NH3) auf. Das
im Abgas enthaltene Ammoniak als Beispiel eines Reagenzmittels führt über die
Reaktionen 4 NH3 + 5 O2 → 4
NO + 6 H2O zu einer Verfälschung
des Sensorsignals. Wenn bei den vorbekannten Vorgehensweisen demnach
eine Erhöhung
der Reagenzmittel-Dosierung erfolgt, wird bei einer vorliegenden Überdosierung
oder richtigen Dosierung des Reagenzmittels das Sensorsignal aufgrund
des auftretenden Reagenzmittelschlupfes ansteigen und bei einer
vorliegenden Unterdosierung aufgrund der zunehmenden NO
x-Konvertierung
abfallen. Wenn dagegen eine Absenkung der Reagenzmittel-Dosierung
erfolgt, wird bei einer vorliegenden Überdosierung des Reagenzmittels
das Sensorsignal aufgrund des verminderten Reagenzmittelschlupfes
abfallen und bei einer richtigen Dosierung oder Unterdosierung aufgrund
der nicht mehr vollständigen
NO
x-Konvertierung ansteigen.
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In
der
DE 10 2004 046 640 (nicht
vorveröffentlicht)
sind ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine und eine
Vorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens beschrieben, bei denen ein NO
x-Sensor
mit einer Querempfindlichkeit gegenüber einem Reagenzmittel stromabwärts nach
einem SCR-Katalysator angeordnet ist. Im Abgasbereich ist wenigstens
ein SCR-Katalysator
angeordnet, der mit dem Reagenzmittel beaufschlagt wird, welches
zur NOx-Konvertierung
im SCR-Katalysator beiträgt. Vorgesehen
ist die Berechnung zumindest eines Maßes für die stromabwärts nach
dem SCR-Katalysator auftretende NOx-Konzentration, die eine Erhöhung der
Genauigkeit bei der Festlegung der Dosierung des Reagenzmittels
ermöglicht.
Ein Reagenzmittelschlupf kann aus der Differenz zwischen dem berechneten
Maß für die NOx-Konzentration und
dem gemessenen Maß für die Summe
der NO
x-Konzentration und der Reagenzmittel-Konzentration
ermittelt werden. Berücksichtigt
wird die Tatsache, dass sowohl ein Reagenzmittelschlupf als auch
eine unzureichende NO
x-Reduktionsreaktionen
eine Abweichung zwischen dem berechneten Maß für die NOx-Konzentration und
dem gemessenen Maß für die Summe der
NOx-Konzentration und der Reagenzmittel-Konzentration in dieselbe
Richtung bewirken. Gemäß einer
Ausgestaltung wird bei einer zu hohen Differenz zunächst die
Dosierung des Reagenzmittels vermindert. Wenn ein Reagenzmittelschlupf
vorlag, wird die Verminderung der Dosierung des Reagenzmittels zu einer
Verminderung des Reagenzmittelschlupfes führen. Die Verminderung der
Dosierung des Reagenzmittels hat sich in diesem Fall als richtige
Maßnahme herausgestellt.
Lag ursprünglich
eine zu geringe Dosierung des Reagenzmittels vor, so wird sich die
ermittelte Differenz aufgrund der geringeren NO
x-Konvertierung
weiter erhöhen,
sodass daraus geschlossen werden kann, dass die Verminderung der
Dosierung des Reagenzmittels falsch war und stattdessen eine Erhöhung der
Dosierung vorzunehmen ist.
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In
der
DE 10 2004
031 624 A1 (nicht vorveröffentlicht) sind ein gattungsgemäßes Verfahren
zum Betreiben einer Brennkraftmaschine und eine Vorrichtung zur
Durchführung
des Verfahrens beschrieben, bei denen wieder ein NOx-Sensor mit
einer Querempfindlichkeit gegenüber
einem Reagenzmittel stromabwärts
nach dem SCR-Katalysator angeordnet ist. Vorgesehen ist eine Steuerung
oder Regelung des Reagenzmittel-Füllstands im SCR-Katalysator
auf einen vorgegebenen Reagenzmittel-Sollfüllstand. Die gezielte Vorgabe
des Reagenzmittel-Sollfüllstands
stellt einerseits sicher, dass in instationären Zuständen der Brennkraftmaschine
eine ausreichende Reagenzmittelmenge zur möglichst vollständigen Beseitigung
der NOx-Rohemissionen der Brennkraftmaschine zur Verfügung steht
und dass andererseits ein Reagenzmittelschlupf vermieden wird.
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Der
Reagenzmittel-Füllstand
im SCR-Katalysator wird anhand eines Katalysatormodells ermittelt, das
den in den SCR-Katalysator einströmenden NOx-Massenstrom, den
den SCR-Katalysator
verlassenden NOx-Massenstrom, die Katalysatortemperatur sowie gegebenenfalls
den Reagenzmittelschlupf berücksichtigt.
Der Reagenzmittel-Füllstand
des SCR-Katalysators hängt
insbesondere von der Betriebstemperatur des SCR-Katalysators ab,
der bei geringen Betriebstemperaturen am höchsten ist und mit zunehmender
Betriebstemperatur zu kleineren Werten abfällt. Der Wirkungsgrad des SCR-Katalysators
hängt von
der katalytischen Aktivität
ab, die bei geringen Betriebstemperaturen gering ist, mit steigender
Betriebstemperatur ein Maximum durchläuft und mit weiter zunehmender
Betriebstemperatur wieder absinkt. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung
soll die vorgegebene Differenz zwischen dem maximal möglichen
Reagenzmittel-Füllstand
und dem Reagenzmittel-Sollfüllstand
ein vorgegebenes Maß,
beispielsweise 20%, nicht unterschreiten, damit bei einer plötzlichen,
starken Temperaturerhöhung die
desorbierte Reagenzmittelmenge im SCR-Katalysator mit der angebotenen
NOx-Menge abreagieren kann, so dass jeglicher Reagenzmittelschlupf
in sämtlichen
Betriebssituationen vermieden wird.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben
einer Brennkraftmaschine, in deren Abgasbereich ein SCR-Katalysator
angeordnet ist, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des
Verfahrens anzugeben, die eine maximal mögliche NOx-Konvertierung in
möglichst
allen Betriebssituationen sicherstellen.
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Die
Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen
Merkmale jeweils gelöst.
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Vorteile der
Erfindung
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, in deren Abgasbereich wenigstens
ein SCR-Katalysator angeordnet ist, der mit einem Reagenzmittel
beaufschlagt wird, welches zur NOx-Konvertierung im SCR-Katalysator beiträgt, und
bei dem der Reagenzmittel-Füllstand
im SCR-Katalysator auf einen vorgegebenen Reagenzmittel-Sollfüllstand
gesteuert oder geregelt wird, sieht vor, dass der vorgegebene Reagenzmittel-Sollfüllstand
mindestens auf einen Maximalwert festgelegt wird, der einem vollständig mit
Reagenzmittel gefüllten
SCR-Katalysator entspricht.
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Die
erfindungsgemäße Vorgehensweise stellt
sicher, dass selbst im Hinblick auf Serienstreuungen bei Bauteilen
einer Reagenzmittel-Dosierung, bei der Ermittlung eines Reagenzmittelsignals
sowie beim SCR-Katalysator die maximale NOx-Konvertierung erreicht
wird. Durch die Festlegung des Reagenzmittel-Sollfüllstands
auf den maximal möglichen Wert
oder sogar auf einen noch höher
als der Maximalwert liegenden Wert wird der Schwerpunkt auf die maximal
mögliche
NOx-Konvertierung im SCR-Katalysator gelegt. In Kauf genommen wird
dadurch ein gelegentlich auftretender Reagenzmittelschlupf oder sogar
ein stets auftretender minimaler Reagenzmittelschlupf, der durch
die Steuerung oder Regelung so weit wie möglich begrenzt wird. Die erfindungsgemäße Vorgehensweise
verringert den Aufwand einer Basisapplikation zur gegebenenfalls
vorgesehenen Festlegung einer Reagenzmittel-Vorsteuergröße erheblich.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorgehensweise
ergeben sich aus abhängigen
Ansprüchen.
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Eine
erste Maßnahme
sieht vor, dass wenigstens ein Maß für die stromabwärts nach
dem SCR-Katalysator
auftretende NOx-Konzentration berechnet und mit einem gegenüber dem
Reagenzmittel querempfindlichen NOx-Sensor gemessen wird. Die zwischen
den ermittelten Werten gegebenenfalls auftretende Differenz kann
zur Beeinflussung der Reagenzmittel-Dosierung herangezogen werden.
Aufgrund der erfindungsgemäßen Festlegung
des Reagenzmittel-Füll stands
im SCR-Katalysator auf den Maximalwert oder einem darüber liegenden
Wert kann davon ausgegangen werden, dass eine aufgetretene Differenz
stets ein Maß für den Reagenzmittelschlupf
und nicht für
eine Unterdosierung ist. ich Die Steuerung oder Regelung reagiert
auf die Differenz mit einer Verminderung der Dosierung immer richtig,
insbesondere dann, wenn die Verminderung der Dosierung nur solange
erfolgt, bis kein Reagenzmittelschlupf mehr auftritt.
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Eine
Maßnahme
sieht vor, dass die ermittelte Differenz zur Festlegung einer Änderung
des Reagenzmittel-Füllstands
im SCR-Katalysator herangezogen wird. Dadurch wird die Dosierung
indirekt über eine
Manipulation des ermittelten Reagenzmittel-Füllstands im SCR-Katalysator
beeinflusst.
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Eine
Maßnahme
sieht vor, dass zusätzlich zur
Differenz die Temperatur des SCR-Katalysators zur Beeinflussung
der Dosierung herangezogen wird.
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Eine
Ausgestaltung sieht vor, dass der Reagenzmittel-Füllstand
im SCR-Katalysator mindestens auf den Maximalwert geregelt wird.
Im Rahmen einer Regelung wird eine stationäre Genauigkeit erreicht.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
zum Betreiben einer Brennkraftmaschine betrifft zunächst ein
Steuergerät,
das zur Durchführung
des Verfahrens hergerichtet ist. Das Steuergerät enthält insbesondere eine Differenz-Ermittlung,
welche die Differenz zwischen dem von einem gegenüber dem
Reagenzmittel querempfindlichen NOx-Sensor bereitgestellten Abgas-Sensorsignal
und dem von einer NOx-Konzentrations-Ermittlung berechneten NOx-Konzentration
stromabwärts
nach dem SCR-Katalysator ermittelt. Vorgesehen sind weiterhin Mittel,
welche den berechneten Reagenzmittel-Füllstand im SCR-Katalysator
in Abhängigkeit
von der Differenz beeinflussen.
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Das
Steuergerät
enthält
vorzugsweise wenigstens einen elektrischen Speicher, in dem die
Verfahrensschritte als Computerprogramm abgelegt sind.
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Weitere
vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorgehensweise
ergeben sich aus weiteren abhängigen Ansprüchen und
aus der folgenden Beschreibung.
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Zeichnung
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1 zeigt
ein technisches Umfeld, in welchem ein erfindungsgemäßes Verfahren
abläuft
und
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2 zeigt
ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
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1 zeigt
eine Brennkraftmaschine 10, in deren Ansaugbereich 11 eine
Luftermittlung 12 und in deren Abgasbereich 13 eine
Reagenzmittel-Dosierung 14, ein erster NOx-Sensor 15,
ein SCR-Katalysator 16, ein dem SCR-Katalysator 16 zugeordneter Temperatursensor 17 sowie
ein zweiter NOx-Sensor 18 angeordnet sind.
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Stromabwärts nach
der Brennkraftmaschine 10 treten ein Abgasstrom ms_abg
sowie eine NOx-Rohkonzentration
NOx_vK auf. Stromabwärts nach
dem SCR-Katalysator 16 treten eine NOx-Konzentration NOx_nK sowie ein Reagenzmittelschlupf mRea_nK
auf.
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Die
Luftermittlung 12 stellt einem Steuergerät 20 ein
Luftsignal msL, die Brennkraftmaschine 10 ein Drehsignal
n, der erste NOx-Sensor 15 ein erstes NOx-Signal NOx_vK_mess,
der Temperatursensor 17 ein Maß für die Temperatur TKat des SCR-Katalysators 16 und
der zweite NOx-Sensor 18 ein Abgas-Sensorsignal SnK zur
Verfügung.
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Das
Steuergerät 20 stellt
einer der Brennkraftmaschine 10 zugeordneten Kraftstoff-Zumessvorrichtung 25 ein
Kraftstoffsignal mK sowie der Reagenzmittel-Dosierung 14 ein
Reagenzmittelsignal mRea zur Verfügung.
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Das
Steuergerät 20 enthält eine
Drehmoment-Ermittlung 30, der das Luftsignal msL, das Drehsignal
n sowie ein Drehmoment-Sollwert MFa zur Verfügung gestellt werden und die
ein Drehmoment Md der Brennkraftmaschine 10 ermittelt.
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Das
Steuergerät 20 enthält weiterhin
eine NOx-Rohkonzentrations-Ermittlung 31, der das Drehsignal
n sowie das Drehmoment Md zur Verfügung gestellt werden und die
ein berechnetes Maß NOx_vK_mod
der NOx-Rohkonzentration NOx_vK ermittelt.
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Das
Steuergerät 20 enthält ferner
eine NOx-Konzentrations-Ermittlung 32, der das berechnete
Maß NOx_vK_mod
für die
NOx-Rohkonzentration NOx_vK, das Temperatursignal TKat, eine Abgas-Raumgeschwindigkeit
RG sowie ein Reagenzmittel-Füllstand
ReaSp zur Verfügung
gestellt werden und die ein berechnetes Maß NOx_nK_mod für die NOx-Konzentration
NOx_nK stromabwärts
nach dem SCR-Katalysator 16 ermittelt.
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Das
berechnete Maß NOx_nK_mod
für die NOx-Konzentration
NOx_nK und das Abgas-Sensorsignal
SnK werden einer ersten Differenz-Ermittlung 33 zur Verfügung gestellt,
welche eine Differenz D ermittelt. Die Differenz D sowie das Maß für die Temperatur
TKat werden einem Kennfeld 34 zur Verfügung gestellt, welches eine
Füllstands-Änderung
dReaSp bereitstellt, die einem ersten Summierer 35 zugeführt wird.
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Der
Summierer 35 ermittelt aus der Füllstands-Änderung dReaSp und dem Reagenzmittel-Füllstand ReaSp einen Reagenzmittel-Istfüllstand ReaSp_Ist,
der einer zweiten Differenz-Ermittlung 36 zur
Verfügung
gestellt wird, welche eine Regelabweichung 37 aus dem Reagenzmittel-Istfüllstand ReaSp_Ist
und einen Reagenzmittel-Sollfüllstand ReaSp_Soll
ermittelt, der mindestens auf einen Maximalwert Max festgelegt ist.
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Ein
Regler 38 ermittelt aus der Regelabweichung 37 eine
Stellgröße 39,
die einem zweiten Summierer 40 zur Verfügung gestellt wird, der zur
Stellgröße 39 eine
Reagenzmittel-Vorsteuergröße mRea_VS
addiert und der das Reagenzmittelsignal mRea bereitstellt. Die Reagenzmittel-Vorsteuergröße mRea_VS
wird von einer Vorsteuergrößen-Ermittlung 41 bereitgestellt,
welche die Reagenzmittel-Vorsteuergröße mRea_VS aus dem Drehmoment
Md und dem Drehsignal n ermittelt.
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Das
Reagenzmittelsignal mRea wird einem Katalysatormodell 42 zur
Verfügung
gestellt, das weiterhin die NOx-Rohkonzentration NOx_vK, die NOx-Konzentration
NOx_nK, das Maß für die Temperatur
TKat und den Reagenzmittelschlupf mRea_nK zugeführt erhält. Das Katalysatormodell 42 stellt
den Reagenzmittel-Füllstand
ReaSp bereit.
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2 zeigt
ein Flussdiagramm, das mit einem ersten Funktionsblock 51 beginnt,
der eine Festlegung des Reagenzmittel-Sollfüllstands ReaSp_Soll auf den
Maximalwert Max oder größer vorsieht.
In einem zweiten Funktionsblock 52 erfolgt eine Festlegung
des Reagenzmittelsignals mRea. In einem dritten Funktionsblock 53 ist
eine Ermittlung des Reagenzmittel-Füllstands ReaSp im SCR-Katalysator 16 vorgesehen.
In einem vierten Funktionsblock 54 erfolgt die Berechnung
des Maßes
NOx_nK_mod für die
NOx-Konzentration NOx_nK. In einem fünften Funktionsblock 55 ist
eine Berechnung der Differenz D vorgesehen. In einem sechsten Funktionsblock 56 erfolgt
die Festlegung der Füllstands-Änderung
dReaSp und in einem siebten Funktionsblock 57 wird der Reagenzmittel-Istfüllstand
ReaSp_Ist ermittelt. Anschließend
wird zum zweiten Funktionsblock 52 zurückgesprungen.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
arbeitet folgendermaßen:
Die
in der Steuerung 20 angeordnete Drehmoment-Ermittlung 30 ermittelt
das von der Brennkraftmaschine 10 aufzubringende Drehmoment
Md in Abhängigkeit
wenigstens vom vorgegebenen Drehmoment-Sollwert MFa, der beispielsweise
von einem nicht näher
gezeigten Fahrpedal eines Kraftfahrzeugs bereitgestellt wird, in
welchem die Brennkraftmaschine 10 als Antriebsmotor angeordnet
ist. Das Drehmoment Md ist wenigstens näherungsweise ein Maß für die Last
der Brennkraftmaschine 10. Bei der Ermittlung des Drehmoments
Md kann weiterhin das Drehsignal n und/oder das von der Lufterfassung 12 bereitgestellte
Luftsignal msL berücksichtigt
werden.
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Die
Steuerung 20 gibt das insbesondere anhand des Drehmoments
Md festgelegte Kraftstoffsignal mK an die Kraftstoff-Zumessvorrichtung 25 ab. Das
Kraftstoffsignal mK legt beispielsweise einen Kraftstoff-Einspritzzeitpunkt
sowie eine Kraftstoff-Einspritzmenge fest.
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Der
in der Brennkraftmaschine 10 verbrannte Kraftstoff führt zum
Abgasstrom ms_abg, der in Abhängigkeit
vom Betriebspunkt der Brennkraftmaschine 10 die unerwünschte mehr
oder wenig hohe NOx-Rohkonzentration NOx_vK enthalten kann.
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Zur
möglichst
weitgehenden Beseitigung der NOx-Rohkonzentration NOx_vK ist wenigstens
der SCR-Katalysator 16 im Abgasbereich 13 der
Brennkraftmaschine 10 angeordnet. Neben dem SCR-Katalysator 16 können weitere
Katalysatoren und/oder ein Partikelfilter vorgesehen sein. Der SCR-Katalysator 16 unterstützt die
Reduktionsreaktion des NOx mit einem Reagenzmittel, das entweder
in den Abgasbereich 13 mit der Reagenzmittel-Dosierung 14 eindosiert
oder gegebenenfalls innermotorisch bereitgestellt wird. Anstelle
des Reagenzmittels kann ein Ausgangsstoff vorgesehen sein. Im Fall
des Reagenzmittels Ammoniak kann anstelle des Ammoniaks als Ausgangsstoff
beispielsweise eine Harnstoff-Wasser-Lösung oder beispielsweise Ammoniumcarbamat
vorgesehen sein. Die Dosierung wird mit dem Reagenzmittelsignal
mRea festgelegt, das im gezeigten Ausführungsbeispiel der Reagenzmittel-Dosierung 14 zur
Verfügung
gestellt wird. Alternativ oder zusätzlich kann bei einer innermotorischen
Bereitstellung des Reagenzmittels das Kraftstoffsignal mK mit dem
Reagenzmittelsignal mRea derart modifiziert werden, dass das benötigte Reagenzmittel
innermotorisch entsteht.
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Nach
dem Start des erfindungsgemäßen Verfahrens
erfolgt im ersten Funktionsblock
51 die Festlegung des
Reagenzmittel-Sollfüllstands ReaSp_Soll
auf mindestens den Maximalwert Max. der Maximalwert Max entspricht
dem maximal möglichen
Reagenzmittel-Füllstand
im SCR-Katalysator
16, der von der Temperatur im SCR-Katalysator
16 abhängt. Der
Zusammenhang ist in der eingangs genannten
DE 10 2004 031 624 A1 ausführlich beschrieben,
auf die hiermit vollinhaltlich Bezug genommen wird. Die Festlegung
des Reagenzmittel-Sollfüllstands
ReaSp_Soll kann auch auf einen höheren
als den Maximalwert Max festgelegt werden, sodass in diesem Fall
stets mit einem zumindest geringen Reagenzmittelschlupf mRea_nK
gerechnet werden muss.
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Der
wesentliche Vorteil bei der Festlegung des Reagenzmittel-Sollfüllstand
ReaSp_Soll auf mindestens den Maximalwert Max oder auf einen höheren Wert,
der nur als Rechengröße existieren
kann, liegt darin, dass der SCR-Katalysator 16 stets im
Bereich seines maximalen Wirkungsgrads betrieben wird, bei dem die
höchstmögliche NOx-Konvertierung
auftritt. In sämtlichen
Betriebszuständen
sowohl der Brennkraftmaschine 10 als auch des SCR-Katalysators 16 und
bei sämtlichen
Kenngrößen des
Abgases im Abgasbereich 13 wird sichergestellt, dass die
NOx-Konzentration NOx_nK den minimal möglichen Wert aufweist. In Kauf
genommen werden muss ein zumindest gelegentlich auftretender Reagenzmittelschlupf
mRea_nK. Sofern der Reagenzmittel-Sollfüllstand ReaSp_Soll auf einen
höheren
Wert als den Maximalwert Max festgelegt wird, tritt stets ein geringer
Reagenzmittelschlupf mRea_nK auf.
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Der
Reagenzmittel-Füllstand
ReaSp im SCR-Katalysator 16 kann auf den vorgegebenen Reagenzmittel-Sollfüllstand
ReaSp_Soll gesteuert werden. Vorzugsweise ist eine Regelung auf
den vorgegebenen Reagenzmittel-Sollfüllstand ReaSp_Soll vorgesehen.
In der zweiten Differenz-Ermittlung 36 wird
der Reagenzmittel-Sollfüllstand
ReaSp_Soll mit dem Reagenzmittel-Istfüllstand
ReaSp_Ist verglichen. Die zweite Differenz-Ermittlung 36 ermittelt
die Regelabweichung 37, die dem Regler 38 zugeleitet wird,
der aus der Regelabweichung 37 die Stellgröße 39 ermittelt.
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Die
Stellgröße 39 wird
im zweiten Summierer 40 zu der vorzugsweise vorhandenen
Reagenzmittel-Vorsteuergröße mRea_VS
addiert. Die Reagenzmittel-Vorsteuergröße mRea_VS kann beispielsweise
eine Grundmenge des zu dosierenden Reagenzmittels in Abhängigkeit
von Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine 10 vorgeben.
In der Vorsteuergrößen-Ermittlung 41 werden
beispielsweise das Drehmoment Md sowie das Drehsignal n berücksichtigt.
Diese Vor gehensweise ermöglicht
eine vergleichsweise einfache Applikation. Der Maximalwert Max des
Reagenzmittel-Füllstands
liegt im SCR-Katalysator 16 auch dann vor, wenn ein höherer Wert als
der Maximalwert Max als Reagenzmittel-Sollfüllstand ReaSp_Soll vorgegeben
wird.
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Die
Stellgröße 39,
die gegebenenfalls mit der vorhandenen Reagenzmittel-Vorsteuergröße mRea_VS
verknüpft
wird, legt das Reagenzmittelsignal mRea gemäß dem zweiten Funktionsblock 52 fest,
das der Reagenzmittel-Dosierung 15 und/oder der Kraftstoff-Zumessvorrichtung 25 zugeleitet
wird. Das Reagenzmittelsignal mRea gibt beispielsweise einen Öffnungsquerschnitt
eines Ventils frei, der einem vorgegebenen Reagenzmittel-Durchfluss
entspricht, der weiterhin vom Reagenzmitteldruck abhängt.
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Das
Katalysator-Modell 42 ermittelt gemäß dem dritten Funktionsblock 53 den
Reagenzmittel-Füllstand
ReaSp anhand des Reagenzmittelsignals mRea unter Berücksichtigung
der NOx-Rohkonzentration
NOx_vK, der NOx-Konzentration NOx_nK sowie des Maß für die Temperatur
TKat im SCR-Katalysator 16. Gegebenenfalls wird der Reagenzmittelschlupf
mRea_nK zusätzlich
berücksichtigt.
Das Katalysator-Modell 42 ist im bereits genannten Stand der
Technik beschrieben, auf den an dieser Stelle nochmals Bezug genommen
wird.
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Gemäß dem vierten
Funktionsblock 54 ist die Ermittlung des berechneten Maßes NOx_nK_mod
für die
NOx-Konzentration NOx_nK vorgesehen. Die Berechnung erfolgt in der
NOx-Konzentrations-Ermittlung 32 anhand
des berechneten Maßes NOx_vK_mod
für die
NOx-Rohkonzentration NOx_vK,
welche die NOx-Rohkonzentrations-Ermittlung 31 anhand beispielsweise
des Drehmoments Md und/oder des Drehsignal n bereitstellt. Die NOx-Konzentrations-Ermittlung 32 ermittelt
einen Wirkungsgrad des SCR-Katalysator 16 anhand des Maßes für die Temperatur
TKat im SCR-Katalysator 16, das der Temperatursensor 17 bereitstellt,
der stromaufwärts
vor, im oder stromabwärts
nach dem SCR-Katalysator 16 angeordnet sein kann, sodass das
Sensorsignal wenigstens näherungsweise
ein Maß für die Temperatur
des SCR-Katalysators 16 ist. Anstelle einer Temperaturmessung
kann auch eine Abschätzung
der Katalysatortemperatur vorgesehen sein.
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Weiterhin
wird in der NOx-Konzentrations-Ermittlung 32 vorzugsweise
die Abgas-Raumgeschwindigkeit
RG berücksichtigt,
die aus den bekannten geometrischen Daten des SCR-Katalysators 16 und
dem Abgasstrom ms_abg ermittelt werden kann. Vorteilhafterweise
wird der Reagenzmittel-Füllstand
ReaSp berücksichtigt,
da der Wirkungsgrad insbesondere auch vom Reagenzmittel-Füllstand ReaSp
im SCR-Katalysator 16 abhängt.
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Das
von der NOx-Konzentrations-Ermittlung 32 berechnete Maßes NOx_nK_mod
für die NOx-Konzentration NOx_nK
wird in der ersten Differenz-Ermittlung 33 vom Abgas-Sensorsignal
SnK abgezogen, um die Differenz D zu erhalten. Tritt eine derartige
Differenz D auf, so kann diese Differenz D in der Dosierstrategie
berücksichtigt
und das Reagenzmittelsignal mRea korrigiert werden.
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Prinzipiell
ist es möglich,
die NOx-Konzentration NOx_nK nach dem SCR-Katalysator 16 mit
einem NOx-Sensor und den Reagenzmittelschlupf mRea_nK mit einem
Reagenzmittel-Sensor zu erfassen. Besonders vorteilhaft ist jedoch
die Ausnutzung einer Querempfindlichkeit des zweiten NOx-Sensors 18 gegenüber dem
Reagenzmittel. Sofern der zweite NOx-Sensor gegenüber dem
Reagenzmittel querempfindlich ist, spiegelt das Abgas-Sensorsignal SnK
die Summe aus Reagenzmittelschlupf mRea_nK und NOx-Konzentration
NOx_nK wider. Eine auftretende Differenz D könnte daher bedeuten, dass entweder
ein Reagenzmittelschlupf mRea_nK oder eine hohe NOx-Konzentration
NOx_nK aufgetreten ist. Eine Unterscheidung wäre in diesem Betriebszustand
nicht möglich.
Durch die erfindungsgemäße Vorgehensweise
kann davon ausgegangen werden, dass eine Überdosierung des Reagenzmittels
vorliegt, sodass eine auftretende Differenz D stets einem Reagenzmittelschlupf
mRea_nK entspricht.
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Auf
die auftretende Differenz D kann mit einer Verminderung des Reagenzmittelsignals
mRea reagiert werden. Gemäß dem gezeigten
Ausführungsbeispiel
wird der Eingriff in das Reagenzmittelsignal mRea indirekt dadurch
vorgenommen, dass der vom Katalysator-Modell 42 berechnete
Reagenzmittel-Füllstand
ReaSp manipuliert wird. Der Reagenzmittel-Istfüllstand ReaSp enthält bereits
die Änderung.
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Die
Beeinflussung des Reagenzmittel-Füllstands ReaSp erfolgt gemäß dem sechsten
Funktionsblock 56 mit der Füllstands-Änderung dReaSp, welche das
Kennfeld 34 in Abhängigkeit
von der Differenz D und gegebenenfalls in Abhängigkeit vom Maß für die Temperatur
TKat bereitstellt. Das Kennfeld 34 wird im Rahmen einer
Applikation mit Wertepaaren versehen, wobei bei konstanter Differenz
D bei einer höheren
Temperatur TKat der Reagenzmittel-Füllstand ReaSp in geringerem
Maße zu
erhöhen ist
als bei niedrigeren Temperatur TKat. Sofern eine Differenz D, entsprechend
einem Reagenzmittelschlupf mRea_nK, auftritt, erfolgt gemäß dem siebten Funktionsblock 57 eine
Erhöhung
des Reagenzmittel-Istfüllstands
ReaSp_Ist, die eine Verminderung des Reagenzmittelsignals mRea zur
Folge hat. Im gezeigten Ausführungsbeispiel
ist die Regelung vorgesehen, sodass der Reagenzmittelschlupf mRea_nK
entweder nur kurzzeitig auftritt oder bei einer ständigen Überdosierung
des Reagenzmittels auf ein geringes Maß begrenzt wird.