DE102008041603A1

DE102008041603A1 - Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit SCR-Katalysator

Info

Publication number: DE102008041603A1
Application number: DE102008041603A
Authority: DE
Inventors: Christian Walz; Frank Schweizer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2008-08-27
Filing date: 2008-08-27
Publication date: 2010-03-04
Also published as: US8393143B2; US20100050611A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine bereitgestellt, die im Abgasbereich wenigstens einen SCR-Katalysator mit einem NH3-Füllstand, wenigstens eine Dosiereinrichtung zur Versorgung des SCR-Katalysators mit Reaktionsmittel zur Reduktion von Stickoxiden und wenigstens einen nachgeschalteten NH3-empfindlichen NOx-Sensor aufweist. Es wird wenigstens ein theoretischer Wert für NOx stromabwärts des SCR-Katalysators (NOx_mod) mit einem tatsächlichen NOx-Wert stromabwärts des SCR-Katalysators (NOx_sens) verglichen (1) und in Abhängigkeit davon eine Adaption des NH3-Füllstandes des SCR-Katalysators durchgeführt. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass zur Plausibilisierung der Adaption wenigstens ein Wert für wenigstens einen Vergleichsparameter (Wert A) erfasst (4) wird, der den Zustand vor einem Systemeingriff zur Adaption des NH3-Füllstandes repräsentiert. Es wird wenigstens ein Systemeingriff zur Adaption des NH3-Füllstandes vorgenommen (5) und erneut wenigstens ein Wert des Vergleichsparameters (Wert B) erfasst (6). Aus einem Vergleich von Wert A und Wert B (7) wird auf Plausibilität, Nicht-Plausibilität oder Nicht-Eindeutigkeit des Systemeingriffs geschlossen (8).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, deren Abgasbereich wenigstens ein SCR-Katalysator, wenigstens eine Dosiereinrichtung zur Versorgung des SCR-Katalysators mit Reaktionsmittel und wenigstens einen NO_x-Sensor aufweist. Weitere Gegenstände der vorliegenden Erfindung sind ein Computerprogramm und ein Computerprogrammprodukt, die zur Durchführung des Verfahrens geeignet sind.
Stand der Technik
Es sind Verfahren und Vorrichtungen zum Betreiben einer Brennkraftmaschine bekannt, in deren Abgasbereich ein SCR-Katalysator (Selective Catalytic Reduction) angeordnet ist, der die im Abgas der Brennkraftmaschine enthaltenen Stickoxide (NO_x) in Gegenwart eines Reduktionsmittels zu Stickstoff reduziert. Hierdurch können die Stickoxide im Abgas erheblich vermindert werden. Es werden hierbei bevorzugt Stickoxide (NO, NO₂) reduziert, während unerwünschte Nebenreaktionen weitgehend unterdrückt werden. Für den Ablauf der Reaktion wird Ammoniak (NH₃) benötigt, das dem Abgas zugemischt wird. Als Reaktionsmittel werden daher NH₃ bzw. NH₃-abspaltende Reagenzien eingesetzt. In der Regel wird hierfür eine wässrige Harnstofflösung verwendet, die vor dem SCR-Katalysator in den Abgasstrang mit Hilfe einer Dosiereinrichtung eingespritzt wird. Aus dieser Lösung bildet sich NH₃, das als Reduktionsmittel wirkt.
Die Dosierung des Reaktionsmittels erfolgt vorzugsweise in Abhängigkeit von den motorischen Stickoxidemissionen und ist damit von der momentanen Drehzahl und dem Dreh moment des Motors abhängig. Die Dosierung wird daher vorzugsweise in Abhängigkeit von Betriebs-Kenngrößen der Brennkraftmaschine und in Abhängigkeit von Abgas-Kenngrößen vorgenommen.
Die Dosierung des Reaktionsmittels muss sorgfältig festgelegt werden. Bei einer zu geringen Dosierung können die Stickoxide im SCR-Katalysator nicht mehr vollständig reduziert werden. Bei einer zu hohen Dosierung kann es zu einem sogenannten Reaktionsmittelschlupf (NH₃-Schlupf) kommen, der einerseits zu einer Geruchsbelästigung durch das freiwerdende Ammoniak führt und andererseits einen unnötig hohen Verbrauch an Reaktionsmittel zur Folge hat.
Der Wirkungsgrad eines SCR-Katalysators ist sowohl von der Temperatur als auch ganz entscheidend von dem NH₃-Füllstand abhängig. SCR-Katalysatoren lagern durch Absorption an ihrer Oberfläche eine gewisse Menge Ammoniak an. Dadurch stehen für die Stickoxid-Reduktion neben dem direkt als Harnstofflösung zudosierten Ammoniak auch gespeichertes NH₃ zur Verfügung, wodurch sich der Wirkungsgrad gegenüber einem entleerten Katalysator erhöht. Das Speicherverhalten ist abhängig von der jeweiligen Betriebstemperatur des Katalysators, das heißt, je geringer die Temperatur ist, umso größer ist das Speichervermögen.
Hat der Katalysator seinen Speicher vollständig gefüllt, kann es bei Lastsprüngen zu NH₃-Schlupf kommen. Dies kann selbst dann der Fall sein, wenn kein Reaktionsmittel mehr eingespritzt wird. Da es in der Regel gewünscht ist, möglichst hohe Stickoxid-Umsätze zu erzielen, ist es erforderlich, den SCR-Katalysator bei einem hohen NH₃-Füllstand zu betreiben. Daher kann es selbst bei genau ausgelegter Dosiermenge unter instationären Bedingungen kurzfristig zu NH₃-Schlupf kommen.
Um die Dosierung des Reaktionsmittels zu optimieren, schlägt die DE 10 2004 031 624 A1 ein Verfahren zum Betreiben eines zur Reinigung des Abgases einer Brennkraftmaschine verwendeten SCR-Katalysators vor, bei dem eine Steuerung oder Regelung des Füllstandes des Reaktionsmittels, insbesondere des NH₃-Füllstandes, im SCR-Katalysator auf einen vorgegebenen Sollwert vorgesehen ist. Durch die gezielte Vorgabe des Sollwertes soll sichergestellt werden, dass insbesondere bei instationären Zuständen der Brenn kraftmaschine einerseits eine ausreichende Menge von Reaktionsmittel zur katalytischen Reduktion von Stickoxiden zur Verfügung steht und dass andererseits ein Schlupf von Reaktionsmittel, insbesondre von NH₃, vermieden wird. Der Reaktionsmittelfüllstand des SCR-Katalysators wird anhand eines Katalysatormodells (SCR-Modell) ermittelt. Hierbei wird der in den SCR-Katalysator einströmende NO_x-Massenstrom, der den SCR-Katalysator verlassende NO_x-Massenstrom, die Katalysatortemperatur sowie gegebenenfalls der Reaktionsmittelschlupf berücksichtigt. Der Wirkungsgrad des SCR-Katalysators hängt von der katalytischen Aktivität ab, die bei geringen Betriebstemperaturen gering ist, mit steigender Betriebstemperatur ein Maximum durchläuft und bei weiter zunehmender Betriebstemperatur wieder absinkt. Auch der maximal mögliche Reaktionsmittelfüllstand des SCR-Katalysators hängt von der Betriebstemperatur des SCR-Katalysators wie oben erwähnt ab.
Die Berechnung der notwendigen Menge an Reaktionsmittel unterliegt einer Vielzahl von Fehlern und Abweichungen, zum Beispiel beeinflussen die Motorrohemissionen, der Umsatzgrad des Katalysators und auch Ungenauigkeiten des Dosiersystems die Berechnung der Dosiermenge. Daher ist eine Adaption des Füllstandes erforderlich. Um eine Adaption vornehmen zu können, wird in der Regel ein NO_x-Sensor eingesetzt, der die Stickoxidmenge stromabwärts vom SCR-Katalysator erfassen kann. Aufgrund des Messprinzips bei bekannten NO_x-Sensoren zeigen diese Sensoren eine Querempfindlichkeit gegenüber NH₃. Daher misst ein herkömmlich verwendeter NO_x-Sensor ein Summensignal aus NO_x und NH₃. Das SCR-Modell berechnet dagegen ausschließlich die NO_x-Emissionen nach dem SCR-Katalysator. Daher können Abweichungen vom gemessenen NO_x-Sensorwert, ein sogenannter Schlupf, drei Ursachen haben: Neben der Modellungenauigkeit als erste Ursache kann eine Unterschätzung des Füllstandes und damit eine Freisetzung von NH₃ (NH₃-Schlupf) und eine Überschätzung des Füllstandes und damit ein Minderumsatz und Freisetzung von NO_x (NO_x-Schlupf) die Ursache der Abweichung sein.
Um eine Adaption des Dosiersystems vorzunehmen, wird bei einer Abweichung des Sensorwerts vom errechneten Wert in der Regel zunächst eine Erhöhung des berechneten Ist-Füllstandes im SCR-Modell vorgenommen. Als Reaktion hierauf wird die Dosiermenge des Reaktionsmittels vom System zurückgenommen. Da jedoch sowohl NH₃-Schlupf bei zu hohem NH₃-Füllstand als auch zu geringer Stickoxidumsatz bei zu niedrigem NH₃-Füllstand eine Abweichung zwischen dem errechneten und dem gemessenen Wert in dieselbe Richtung bewirken, kann nicht zwischen NH₃-Schlupf und zu geringem Umsatz (NO_x-Schlupf)unterschieden werden. Daher reagiert die Adaption in die falsche Richtung, sofern ein zu geringer Stickoxidumsatz (Minderumsatz) vorliegt. Der Stickoxidumsatz verschlechtert sich hierdurch weiter. Es ist daher erforderlich, eine Plausibilisierung der Adaption vorzunehmen, um eine Fehladaption zu erkennen und gegebenenfalls zu korrigieren.
Im Zuge der Plausibilisierung wird entschieden, ob der Eingriff in die Dosierung des Reaktionsmittels durch die Erhöhung des Ist-Füllstandes im SCR-Modell korrekt war oder nicht. Hierbei wird der berechnete Umsatz mit dem zudosierten Reaktionsmittel + NH₃ aus der Desorption sowie der Änderung des NH₃-Soll-Füllstandes verglichen. Sind diese Verhältnisse nicht plausibel, so wird auf eine falsche Adaption erkannt, das heißt die Ursache für die Abweichung von errechnetem NO_x-Wert und gemessenem NO_x-Wert beruhte auf einer Unterdosierung bzw. einem Minderumsatz und nicht auf NH₃-Schlupf. Entsprechend wird die Dosierstrategie neu initialisiert. Damit sich das SCR-System daraufhin wieder neu an den aktuellen Betriebspunkt anpassen kann, wird sowohl die Füllstandsadaption als auch die Plausibilisierung für eine applizierbare Zeit gesperrt.
Dieses Verfahren birgt verschiedene Nachteile. So wird bei erkanntem NH₃-Schlupf in regelmäßigen Abständen der Speicherfüllstand im SCR-Modell angehoben, in der Folge wird die Dosiermenge verringert, so dass es zu Umsatzeinbrüchen im Stickoxidumsatz mit Folgen für die Abgaszusammensetzung während der Adaption kommen kann. Weiterhin ist für den Vergleich zwischen dem Verhältnis von berechnetem Umsatz und zudosiertem Reaktionsmittel + NH₃ aus der Desorption sowie der Änderung des NH₃-Soll-Füllstandes lange Plausibilisierungsphasen erforderlich, beispielsweise Phasen von 200 Sekunden oder mehr. Damit ist der Zeitraum bis zur optimalen Adaption des Systems verhältnismäßig lang und bis dahin kommt es zu einer nicht optimalen Funktion im SCR-Katalysator. Zudem ist das Plausibilisierungsergebnis oft unsicher und die Funktion schwierig zu applizieren.
Die Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, die genannten Nachteile zu vermeiden und ein neues Plausibilisierungsverfahren beim Betreiben einer Brennkraftmaschine mit SCR-Katalysator anzugeben, das ein zuverlässiges Ergebnis der Plausibilisierung ermöglicht und zugleich sehr schnelle Aussagen zur Plausibilität erlaubt.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine gelöst, wie es im Anspruch 1 beschrieben ist. Bevorzugte Ausführungsformen dieses Verfahrens sind in den Unteransprüchen angegeben.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine sieht vor, dass im Abgasbereich der Brennkraftmaschine wenigstens ein SCR-Katalysator mit einem NH₃-Füllstand, wenigstens eine Dosiereinrichtung zur Versorgung des SCR-Katalysators mit Reaktionsmittel zur Reduktion von Stickoxiden (NO_x) und wenigstens ein nachgeschalteter NH₃-empfindlicher NO_x-Sensor vorhanden ist. Es wird wenigstens ein theoretischer NO_x-Wert stromabwärts des SCR-Katalysators ermittelt (NO_{x_}mod). Der Wert kann beispielsweise anhand eines theoretischen Modells berechnet werden. Die Ermittlung des theoretischen NO_x-Wertes erfolgt vorzugsweise anhand des sogenannten SCR-Modells, das zur Steuerung oder Regelung des NH₃-Füllstandes auf einen vorgebbaren Sollwert vorgesehen ist und verschiedene Faktoren berücksichtigen kann. Dieser Wert NO_{x_}mod wird mit einem tatsächlichen NO_x-Wert stromabwärts des SCR-Katalysators (NO_{x_}sens) verglichen. NO_{x_}sens beruht vorzugsweise auf Daten, die mit einem NO_x-Sensor gemessen werden. Bei voneinander abweichenden Werten, deren Differenz in der Regel einen vorgebbaren Schwellenwert überschreitet, wird eine Adaption des NH₃-Füllstandes des SCR-Katalysators ausgelöst. Erfindungsgemäß wird die vorgenommene Adaption des NH₃-Füllstandes plausibilisiert, indem bei ausgelöster Adaption bzw. Anpassung des NH₃-Füllstandes wenigstens ein Wert wenigstens eines Vergleichsparameters als Wert A erfasst wird, der den Zustand von einem Systemeingriff zur Adaption des NH₃-Füllstandes repräsentiert. Dieser Wert wird vorzugsweise gespeichert. Nachdem wenigstens ein Systemeingriff zur Adaption des NH₃-Füllstandes vorgenommen wurde, wird erneut wenigstens ein Wert (Wert B) des Vergleichsparameters erfasst, beispielsweise aufgezeichnet und in einem Speicher abgelegt. Aus einem Vergleich von Wert A und Wert B wird darauf geschlossen, ob die erfolgte Adaption des NH₃-Füllstandes plausibel, unplausibel oder nicht eindeutig war.
Dieses Verfahren hat gegenüber herkömmlichen Verfahren den Vorteil, dass es sehr schnell durchgeführt werden kann, beispielsweise innerhalb von cirka 30 Sekunden bis cirka 60 Sekunden, insbesondere innerhalb von cirka 45 Sekunden, und dass damit nahezu sofort die Reaktion des Systems auf einen Systemeingriff bei erkanntem Schlupf, das heißt bei einer Differenz zwischen NO_{x_}mod und NO_{x_}sens, überprüft werden kann. Hierdurch wird vermieden, dass der NO_x-Umsatz in Folge von Adaptionsvorgängen, bei denen die Dosiermenge des Reaktionsmittels fälschlicherweise abgesenkt wurde, verringert wird und damit die Abgasbehandlung nicht mehr optimal ist. Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann auch bei einer hohen Abweichung der NH₃-Vorsteuermenge, zum Beispiel bei einer hohen NH₃-Überdosierung, eine schnelle Einregelung der optimalen Dosiermenge vorgenommen werden, um somit die optimale Abgasbehandlung sicherzustellen. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Plausibilisierung der Adaption ist sehr sicher, insbesondere bei stationären Betriebszuständen.
Das erfindungsgemäße Verfahren, das zur Plausibilisierung der Adaption des NH₃-Füllstandes in einem SCR-Katalysator beim Betreiben einer Brennkraftmaschine dient, setzt ebenso wie bekannte Verfahren die Verwendung eines NO_x-Sensors stromabwärts des SCR-Katalysators voraus. Bei einer Abweichung von errechneten Werten, die die NO_x-Emissionen repräsentieren und beispielsweise auf einem bekannten SCR-Modell basieren, mit den gemessenen NO_x-Werten eines Sensors, der dem SCR-Katalysator nachgeschaltet ist, wird die Plausibilisierung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren durchgeführt, indem in einer ersten Phase (Phase a) ein oder mehrere aktuelle Werte (Werte A) wenigstens eines Vergleichsparameters aufgezeichnet und in einem Speicher abgelegt werden. Anschließend oder zeitgleich erfolgt ein Systemeingriff, um den NH₃-Füllstand anzupassen. In einer zweiten sich anschließenden Phase (Phase b) wird überprüft, ob sich die Werte des Vergleichsparameters verändert haben, indem ein oder mehrere entsprechende Werte als Werte B erfasst werden und im Vergleich mit dem oder den Werten aus der ersten Phase (Werte A) ausgewertet werden. Je nach Änderung der Werte kann entschieden werden, ob der Systemeingriff plausibel, unplausibel oder nicht eindeutig war.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine weitere Überprüfung des Ergebnisses vorgenommen, nach welchem auf Plausibilität, Nicht-Plausibilität oder Nicht-Eindeutigkeit geschlossen wurde. Hierfür wird nach Durchführung der beschriebenen Schritte, insbesondere nach Erfassung von Wert B, ein weiterer vorzugsweise kurzzeitiger Systemeingriff vorgenommen, der in entgegengesetzter Richtung wie der zunächst durchgeführte Systemeingriff erfolgt. Beispielsweise wird bei einer zunächst durchgeführten Absenkung der tatsächlichen Dosiermenge als weiterer Systemeingriff eine Anhebung der Dosiermenge vorgenommen oder umgekehrt. Nach oder zeitgleich mit der Durchführung des weiteren Systemeingriffs wird wenigstens ein weiterer Wert des Vergleichsparameters als Wert C erfasst und anhand eines Vergleichs von Wert B mit Wert C das Ergebnis des erfindungsgemäßen Verfahrens überprüft. Wenn beispielsweise eine Unterdosierung vermutet wird, da die als erster Systemeingriff durchgeführte Verringerung der Dosiermenge nicht plausibel war, kann dieses Ergebnis durch eine insbesondere kurzzeitige Überdosierung im Zuge einer Gegenprüfung überprüft bzw. verifiziert werden. Hierdurch kann die erfindungsgemäß durchgeführte Plausibilisierung des Systemeingriffs noch sicherer und robuster durchgeführt werden.
In bevorzugter Weise wird als Vergleichsparameter wenigstens ein NO_x-Wert, insbesondere ein gemessener NO_x-Wert, stromabwärts des SCR-Katalysators herangezogen. Mit der Heranziehung von NO_x-Werten als Vergleichsparameter kann ein Maß für die NO_x-Emissionen bereitgestellt werden, die in unmittelbarem Zusammenhang mit der Funktion des SCR-Katalysators stehen. Auf diese Weise lässt sich die Reaktion des Systems auf den erfolgten Systemeingriff unmittelbar erfassen. In anderen Ausführungsformen können andere Abgaswerte herangezogen werden, mit denen ebenfalls ein Plausibilisierungsergebnis ermittelt werden kann. In besonders bevorzugter Weise wird als Vergleichsparameter ein theoretischer NO_x-Wert, beispielsweise aus dem SCR-Modell, stromabwärts des SCR-Katalysators im Vergleich mit einem gemessenen NO_x-Wert stromabwärts des SCR-Katalysators ausgewertet. Vorzugsweise wird hierfür die Differenz von dem NO_x-Wert aus dem SCR-Modell und dem gemessenen NO_x-Wert herangezogen. Durch die Berücksichtigung der Differenz dieser Werte als Vergleichsparameter kann die Genauigkeit und Reproduzierbarkeit der erfindungsgemäßen Plausibilisierung erhöht werden.
Mit besonderem Vorteil wird bei der Auswertung bzw. dem Vergleich der Werte A und B der Abgasmassenstrom berücksichtigt. Hierdurch kann den möglicherweise unterschiedlichen Bedingungen in Phase a und Phase b Rechnung getragen werden, so dass es hierdurch zu keiner Verfälschung der Ergebnisse kommt.
In bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der NO_x-Wert stromabwärts des SCR-Katalysators, der als Vergleichsparameter herangezogen wird, ein NO_x-Massenstrom, eine NO_x-Konzentration, ein NO_x-Umsatz und/oder ein NO_x-Umsatzwirkungsgrad. Entsprechende Werte können mittels des NO_x-Sensors, der dem SCR-Katalysator nachgeschaltet ist, gemessen, aufgezeichnet und gespeichert bzw. abgelegt werden. Beispielsweise kann der aufintegrierte Massenstrom von NO_x oder die NO_x-Konzentration, wobei die Werte gegebenenfalls um die jeweiligen Abgasmassenströme korrigiert werden, herangezogen werden. Weiterhin eignet sich der SCR-Wirkungsgrad als NO_x-Wert. Hierfür wird NO_x vor und nach dem SCR-Katalysator unter Berücksichtigung des aktuellen Abgasmassenstroms herangezogen. Vorzugsweise wird als Vergleichsparameter die Differenz des Wirkungsgrades aus einem Modell im Vergleich mit dem tatsächlichen Wirkungsgrad ausgewertet. Zur Ermittlung von Werten, die den NO_x-Umsatz bzw. den NO_x-Umsatzwirkungsgrad widerspiegeln, werden vorzugsweise wenigstens zwei NO_x-Sensoren eingesetzt. Vorzugsweise kann hierfür ein üblicher NO_x-Sensor stromaufwärts des SCR-Katalysators und ein üblicher NO_x-Sensor stromabwärts des SCR-Katalysators angeordnet werden. Alternativ zum NO_x-Sensor stromaufwärts des SCR-Katalysators kann zur Ermittlung von entsprechenden Werten ein NO_x-Emissionsmodell verwendet werden.
Ein Wert für den NO_x-Massenstrom kann mit dem NO_x-Sensor stromabwärts des SCR-Katalysators ermittelt werden, indem beispielsweise der gemessene Wert der NO_x-Konzentration über einen vorgebbaren Zeitraum, beispielsweise 15 Sekunden aufintegriert wird. Ein entsprechender Wert, der den aktuellen Zustand vor einem Systemeingriff zur Adaption des NH₃-Füllstandes repräsentiert (Phase a), wird als Wert A erfasst bzw. gespeichert. Die entsprechenden Werte können auch durch Verzögerung von Signalen derart aufgenommen werden, dass die ermittelten Werte die entsprechende Phase vor dem Systemeingriff repräsentieren. Dies hat den Vorteil, dass die Erfassung von Wert A zeitgleich mit dem Systemeingriff vorgenommen werden kann. Hierdurch kann die erforderliche Zeitspanne für die Plausibilisierung weiter verkürzt werden. Nach dem Systemeingriff (Phase b) wird ein entsprechender Wert (Wert B) des Vergleichsparameters erfasst und gespeichert, wobei der Wert B den Zustand nach dem Systemeingriff repräsentiert. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird als Vergleichsparameter der gemessene NO_x-Massenstrom im Vergleich mit einem NO_x-Massenstrom, der aus dem SCR-Modell berechnet ist, herangezogen. Dieser Vergleich kann beispielsweise als Differenz des berechneten mit dem gemessenen NO_x-Massenstroms aufgenommen werden. Dieser Vergleich bzw. die entsprechende Differenzbildung wird für Phase a (Wert A) und für Phase b (Wert B) vorgenommen. Entsprechendes gilt für eine dritte Phase c, in der wenigstens ein weiterer Wert des Vergleichsparameters als Wert C erfasst wird, um das Ergebnis der Plausibilisierung durch einen weiteren Systemeingriff in entgegengesetzter Richtung zu verifizieren.
Zur Plausibilisierung der Adaption wird ausgewertet, inwieweit sich der oder die Vergleichsparameter durch den Systemeingriff verändern. Ist der beispielsweise als NO_x-Massenstrom gemessene Wert in der Phase a (Wert A) größer als in der Phase b (Wert B), so kann auf Plausibilität des Systemeingriffs geschlossen werden. Ist der Wert B in diesem Beispiel größer als Wert A, kann auf nicht plausibel bzw. unplausibel geschlossen werden. In diesem Fall ist die Adaption zu korrigieren. Sofern bei dem Vergleich der Vergleichsparameter zwischen Phase a (Wert A) und Phase b (Wert B) eine nur geringe oder keine wesentliche Differenz auszumachen ist, kann darauf geschlossen werden, dass das Ergebnis der Plausibilisierung des Systemeingriffs nicht eindeutig ist.
Mit besonderem Vorteil werden zwei oder mehr Vergleichsparameter für das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt. Beispielsweise kann sowohl die NO_x-Konzentration als auch der NO_x-Umsatzwirkungsgrad berücksichtigt werden und als entsprechende Werte A und Werte B, die die Zustände vor und nach dem Systemeingriff repräsentieren, für die Plausibilisierung der Adaption ausgewertet werden. Hierdurch kann die Genauigkeit und Zuverlässigkeit des Verfahrens weiter erhöht werden.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird abhängig von dem Ergebnis der erfindungsgemäß durchgeführten Plausibilisierung Einfluss auf eine Langzeitkorrektur genommen, indem beispielsweise ein Langzeitkorrekturfaktor angepasst wird. Der Langzeitkorrekturfaktor bzw. ein Langzeitadaptionsfaktor kann beispielsweise in kleinen Schritten unmittelbar nach einer erfolgreichen Plausibilisierung angepasst werden. Mit besonderem Vorteil wird der Langzeitkorrekturfaktor erst nach wenigstens zwei vergleichbaren Ergebnissen der Plausibilisierung, das heißt nach zwei oder mehr Plausibilisierungen mit im Wesentlichen dem gleichen Ergebnis, geändert. In den Fällen, in denen die Plausibilisierung auf ein nicht eindeutiges Ergebnis schließen lässt, wird vorzugsweise keine Änderung des Langzeitkorrekturfaktors vorgenommen.
Abhängig von den Vorgaben, die in die Ermittlung des oder der theoretischen NO_x-Werte eingehen, insbesondere abhängig von dem SCR-Modell, das auch während dynamischer Fahrbedingungen eine ausreichend hohe Genauigkeit aufweisen sollte, erlaubt das erfindungsgemäße Verfahren mit Vorteil eine Plausibilisierung der Adaption des NH₃-Füllstandes auch während eines dynamischen Fahrbetriebs. In anderen Ausführungsformen können die Ergebnisse der Plausibilisierung bei dynamischen Fahrbedingungen verworfen werden, so dass die Zuverlässigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens gegeben bleibt.
In einer anderen besonders bevorzugten Ausführungsform wird der Schwellenwert für die Differenz zwischen NO_{x_}mod und NO_{x_}sens dem Betriebszustand, insbesondere dem Fahrbetrieb, angepasst bzw. es ist vorgesehen, dass verschiedene Schwellenwerte für verschiedene Fahrbetriebe vorgegeben sind, zwischen denen bei Bedarf umgeschaltet werden kann. Diese Ausführungsform steigert die Zuverlässigkeit der erfindungsgemäß durchgeführten Plausibilisierung und ermöglicht zudem, eine entsprechende Plausibilisierung bei einer Vielzahl von Betriebszuständen, insbesondere bei verschiedenen Fahrbetrieben, durchzuführen.
Mit besonderem Vorteil wird die Temperatur im SCR-Katalysator bei der Auswertung der Plausibilisierung berücksichtigt, da die Temperatur einen Einfluss auf das Speichervermögen des SCR-Katalysators und auf die katalytische Reaktion als solche ausübt.
Auch hierdurch wird die Zuverlässigkeit und Reproduzierbarkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens verbessert. Zudem können mit dieser Maßnahme nicht eindeutige Plausibilisierungen, die beispielsweise auf Temperaturänderungen beruhen, erkannt und herausgefiltert werden.
Mit besonderem Vorteil wird ein Systemeingriff vorgenommen, indem der NH₃-Füllstand in einem theoretischen Modell zur Steuerung oder Regelung der Dosiermenge angehoben wird, um eine Adaption des NH₃-Füllstandes im SCR-Katalysator vorzunehmen. Durch das Anheben des NH₃-Füllstandes im theoretischen Modell wird die tatsächliche Dosierung des Reaktionsmittels reduziert oder vorübergehend abgeschaltet. Diese Reduzierung oder Abschaltung der tatsächlichen Dosierung des Reaktionsmittels wird insbesondere in solchen Systemen durchgeführt, die normalerweise mit einem NH₃-Überschuss, also einer leichten Überdosierung, betrieben werden. Bei anderen Systemen, die beispielsweise mit einer leichten Unterdosierung des Reaktionsmittels betrieben werden, ist es besonders bevorzugt, wenn als regulärer Systemeingriff zur Adaption des NH₃-Füllstandes eine tatsächliche Anhebung der Dosierung des Reaktionsmittels durchgeführt wird.
Bevorzugterweise wird während des Betriebs des SCR-Katalysators NO_{x_}mod und NO_{x_}sens als theoretische und gemessene NO_x-Werte nach dem SCR-Katalysator im Wesentlichen ununterbrochen miteinander verglichen. Hierdurch kann das System sofort mit einer Adaption des NH₃-Füllstandes und Plausibilisierung reagieren, sobald diese Werte voneinander abweichen und ein Schlupf festgestellt wird.
Die Erfindung umfasst weiterhin ein Computerprogramm, das die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens ausführt, wenn es auf einem Rechengerät oder Steuergerät abläuft. Die Erfindung umfasst schließlich ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist, zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wenn das Programm auf einem Rechengerät oder einem Steuergerät ausgeführt wird. Dieses Computerprogramm bzw. das Computerprogrammprodukt kann mit besonderem Vorteil bei einem Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, die im Abgasbereich einen SCR-Katalysator und eine Dosiereinrichtung zur Versorgung des SCR-Katalysators mit Reaktionsmittel aufweist, eingesetzt werden, um eine Plausibilisierung der gegebenenfalls erforderlichen Adaption des Füllstan des mit Reaktionsmittel in besonders schneller und zuverlässiger Weise zu ermöglichen. Es erlaubt eine Optimierung der Stickoxidemissionen beim Betreiben einer Brennkraftmaschine mit SCR-Katalysator.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Zusammenhang mit den Zeichnungen und den Unteransprüchen. Hierbei können die verschiedenen Merkmale jeweils für sich oder in Kombination miteinander verwirklicht sein.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
In der Zeichnung zeigt:
1 ein schematisches Blockdiagramm zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
2 ein schematisches Blockdiagramm zur Veranschaulichung einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens mit Überprüfung des Ergebnisses der Plausibilisierung;
3 Verläufe von verschiedenen Zustandsgrößen und Systemvorgaben über die Zeit bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens am Beispiel einer zu geringen NH₃-Dosiermenge und
4 Verläufe von verschiedenen Zustandsgrößen und Systemvorgaben über die Zeit bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens am Beispiel einer zu hohen NH₃-Dosiermenge.
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Als Aufbau zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann beispielsweise ein Kraftfahrzeug mit einem standardmäßigen Abgassystem mit einem SCR-Katalysator eingesetzt werden. Geeignete Anordnungen sind in Abgasströmungsrichtung beispiels weise ein Oxidationskatalysator, eine Dosiereinheit für NH₃-abspaltende Reagenzien bzw. Reaktionsmittel und ein SCR-Katalysator mit nachgeschaltetem NO_x-Sensor. Eine andere geeignete Anordnung umfasst beispielsweise einen Oxidationskatalysator, einen Dieselpartikelfilter, eine Dosiereinheit für NH₃-abspaltende Reagenzien bzw. Reaktionsmittel und einen SCR-Katalysator mit nachgeschaltetem NO_x-Sensor.
Mit besonderem Vorteil wird während des Betriebs des SCR-Katalysators der nach einem theoretischen Modell, insbesondere der nach dem SCR-Modell berechnete NO_x-Wert (NO_{x_}mod) und der mit einem NO_x-Sensor gemessene NO_x-Wert (NO_{x_}sens) stromabwärts des SCR-Katalysators im Wesentlichen ununterbrochen miteinander verglichen. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass das System sofort reagieren kann, sobald eine Abweichung dieser Werte voneinander auftritt und somit eine Adaption zur Optimierung der Abgasbehandlung im Hinblick auf Stickoxide vorgenommen werden sollte.
Das in 1 gezeigte schematische Ablaufdiagramm zeigt die verschiedenen Schritte, die bei einer Plausibilisierung der Adaption des NH₃-Füllstandes eines SCR-Katalysators erfindungsgemäß durchgeführt werden können, um eine Brennkraftmaschine zu betreiben, die im Abgasbereich wenigstens einen SCR-Katalysator mit einem NH₃-Füllstand, wenigstens eine Dosiereinrichtung zur Versorgung des SCR-Katalysators mit Reaktionsmittel zur Reduktion von Stickoxiden und wenigstens einen nachgeschalteten NH₃-empfindlichen NO_x-Sensor aufweist. Es wird ein theoretischer Wert (NO_{x_}mod) für einen NO_x-Wert stromabwärts des SCR-Katalysators ermittelt. Diese Ermittlung kann anhand einer theoretischen Vorgabe erfolgen, beispielsweise anhand des sogenannten SCR-Modells. Dieser Wert wird im Schritt 1 mit einem mittels des NO_x-Sensors gemessenen NO_x-Wert (NO_{x_}sens) verglichen. Dieser Schritt wird bereits im Stand der Technik durchgeführt, um eine Adaption des NH₃-Füllstandes des SCR-Katalysators bei Abweichung der Werte voneinander vornehmen zu können. Anhand dieses Vergleichs wird im Schritt 2 analysiert, ob eine Abweichung dieser beiden Werte einen vorgebbaren Schwellenwert erreicht oder überschreitet. Sofern dies nicht der Fall ist, ist gemäß Schritt 3 keine Adaption des NH₃-Füllstandes und damit keine Plausibilisierung einer Adaption erforderlich. Erreicht oder übersteigt die Differenz dieser beiden Werte jedoch einen vorgebbaren Schwellenwert, wird die Plausibilisierung gemäß der Erfindung mit den folgenden Schritten durchgeführt. In Schritt 4 wird wenigstens ein Wert (Wert A) wenigstens eines Ver gleichsparameters erfasst und insbesondere aufgezeichnet und gespeichert. Der Wert A repräsentiert die Zustände vor einem Systemeingriff in der sogenannten Phase a. In Schritt 5 erfolgt ein Systemeingriff, um eine Adaption des NH₃-Füllstandes im SCR-Katalysator zu induzieren. Dieser Schritt kann nach dem Schritt 4 durchgeführt werden. Es kann allerdings auch vorgesehen sein, dass der Systemeingriff gemäß Schritt 5 vor oder während der Aufzeichnung von Wert A gemäß Schritt 4 erfolgt. Hierbei kann die Erfassung von Wert A gemäß Schritt 4 beispielsweise durch entsprechende Verzögerung der Signale in der Weise durchgeführt werden, dass diese Werte den Zustand in der Phase a repräsentieren. Nach dem Systemeingriff gemäß Schritt 5 wird in Schritt 6 wenigstens ein Wert (Wert B) des Vergleichsparameters erfasst, insbesondere aufgezeichnet und gespeichert, der den Zustand nach dem Systemeingriff repräsentiert und damit insbesondere die Reaktion des Systems auf den Systemeingriff widerspiegelt (Phase b). In Schritt 7 werden die in Phase a und in Phase b aufgezeichneten Werte A und B miteinander verglichen und anhand des Ergebnisses dieses Vergleichs in Schritt 8 darauf geschlossen, ob der Systemeingriff plausibel, unplausibel oder nicht eindeutig war. Je nach untersuchtem Vergleichsparameter kann beispielsweise bei einem Wert A, der größer als Wert B ist (Wert A > Wert B), auf Plausibilität, bei einem Wert A, der kleiner als Wert B ist (Wert A < Wert B), auf Nicht-Plausibilität und bei keiner oder geringer Differenz zwischen Wert A und Wert B (Wert A = Wert B) auf Nicht-Eindeutigkeit geschlossen werden. Dies trifft beispielsweise zu, wenn eine Differenz zwischen NO_{x_}mod und NO_{x_}sens als Vergleichsparameter herangezogen wird. Wenn beispielsweise der Wirkungsgrad des SCR-Katalysators als Vergleichsparameter beobachtet wird, sind die Verhältnisse umgedreht, das heißt der Wirkungsgrad wird besser, wenn der Systemeingriff plausibel ist. Andererseits wird der Wirkungsgrad schlechter bzw. geringer, wenn der Systemeingriff nicht plausibel ist.
In 2 ist eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens schematisch dargestellt. Das in 2 dargestellte Blockdiagramm entspricht in den Schritten 1 bis 8 dem in 1 illustrierten Verfahren und ist mit gleichen Bezugszeichen versehen. In dieser Ausführungsform wird das Ergebnis der Plausibilisierung durch einen weiteren Systemeingriff 21 und durch Erfassung eines weiteren Wertes (Wert C) des wenigstens einen Vergleichsparameters in Schritt 22 überprüft. Anhand eines Vergleichs von Wert B mit Wert C in Schritt 23 kann darauf geschlossen werden, ob das Ergebnis der Plausibilisierung schlüssig oder nicht schlüssig (Schritt 24) ist. Der im Schritt 21 durchgeführte Systemeingriff wird mit entgegengesetztem Kennzeichen wie der im Schritt 5 durchgeführte Systemeingriff vorgenommen, das heißt, dass beispielsweise bei einer Verringerung der Dosiermenge im Schritt 5 im Schritt 21 eine Erhöhung der Dosiermenge erfolgt. Ist jetzt abhängig vom jeweiligen Vergleichsparameter der Wert C beispielsweise kleiner als der nach dem ersten Systemeingriff ermittelte Wert B, ist davon auszugehen, dass das Ergebnis der Plausibilisierung richtig bzw. schlüssig war. Ist der Wert C größer als der Wert B, kann das Ergebnis der Plausibilisierung nicht als schlüssig betrachtet werden. Diese Überprüfung des Ergebnisses der Plausibilisierung ist insbesondere dann mit besonderem Vorteil einsetzbar, wenn das Ergebnis der Plausibilisierung auf nicht-plausibel schließen lässt. Mit einer Gegenprüfung durch beispielsweise kurzzeitige Überdosierung lässt sich dieses Ergebnis überprüfen, um somit beispielsweise eine sichere Basis für eine Langzeitkorrektur des Systems bereitstellen zu können.
Als Vergleichsparameter eignen sich verschiedene Werte, die insbesondere die Abgaszusammensetzung und vorzugsweise die NO_x-Emissionen stromabwärts des SCR-Katalysators widerspiegeln. Insbesondere können als Vergleichsparameter NO_x-Werte herangezogen werden, vorzugsweise gemessene NO_x-Werte, im Vergleich mit NO_x-Werten aus einem theoretischen Modell, insbesondere dem SCR-Modell, wobei beispielsweise die Differenz dieser Werte in der Phase a als Wert A und in der Phase b als Wert B miteinander verglichen werden. Geeignete Beispiele für diese NO_x-Werte sind der NO_x-Massenstrom, die NO_x-Konzentration, der NO_x-Umsatz und/oder der NO_x-Umsatzwirkungsgrad. Insbesondere für die Ermittlung des NO_x-Umsatzes bzw. des entsprechenden Wirkungsgrades ist vorzugsweise ein weiterer NO_x-Sensor vorgesehen, der stromaufwärts des SCR-Katalysators angeordnet ist und damit beispielsweise die NO_x-Konzentration messen kann, die vor der katalytischen Umsetzung der Stickoxide im SCR-Katalysator vorhanden ist. Mit besonderem Vorteil können zwei oder mehrere dieser Vergleichsparameter miteinander kombiniert werden, um die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Plausibilisierung gemäß der vorliegenden Erfindung noch zu verbessern.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform werden jeweils die über die Zeit aufintegrierten Massenströme [mg] von NO_{x_}mod und NO_{x_}sens als NO_x-Werte herangezogen. Ebenfalls geeignet sind Konzentrationsangaben für NO_{x_}mod und NO_{x_}sens, wobei beispielsweise geeignete Mittelwerte durch Integral gebildet werden. Weiterhin ist die Verwendung der Differenz von NO_x-Umsatzwirkungsgraden aus Modell und Messung erfindungsgemäß geeignet.
Im Folgenden wird die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand von zwei Beispielen erläutert. Im ersten Beispiel ist die Dosiermenge von NH₃ im SCR-Katalysator zu gering, so dass NO_x nicht in ausreichendem Maße umgesetzt wird, so das zu viel NO_x den SCR-Katalysator verlässt, das heißt es kommt zu einem NO_x-Schlupf. Im zweiten Beispiel ist die Dosiermenge von NH₃ zu hoch, so dass überschüssiges NH₃ den SCR-Katalysator verlässt und als NH₃-Schlupf freigesetzt wird. In beiden Fällen misst der dem SCR-Katalysator nachgeschaltete NO_x-Sensor einen im Vergleich mit dem theoretischen NO_x-Wert erhöhten NO_x-Wert. Da der NO_x-Sensor ein Summensignal von NO_x und NH₃ bereitstellt, erlaubt dieser erhöhte Wert keinen Rückschluss darauf, ob der erhöhte Wert auf einem NO_x-Schlupf oder einem NH₃-Schlupf beruht.
Die Verläufe der verschiedenen Zustandsgrößen und Systemvorgaben im zeitlichen Ablauf während der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in 3 für das erste Beispiel illustriert. Auf der x-Achse sind Sekunden aufgetragen. Der Verlauf 32 zeigt die Rohdaten für NO_x. Der Verlauf 33 zeigt die mit einem NOx-Sensor erfassten Werte (NO_{x_}sens) nach dem SCR-Katalysator. Der Verlauf 34 zeigt die Differenz zwischen den Modellwerten NO_{x_}mod und NO_{x_}sens. Die im unteren Teil dargestellten Phasen a, b und c stehen für eine Bestandsaufnahme (Phase a), die Systemreaktion nach einem Systemeingriff (Phase b) und eine Gegenprüfung (Phase c) bei der in diesem Beispiel festgestellten Unterdosierung. In der Phase a ist beispielsweise anhand der steigenden NO_x-Rohdaten 32 ein Schlupf festzustellen. Da das System normalerweise mit NH₃-Überschuss betrieben wird, wird zunächst davon ausgegangen, dass es sich bei diesem Schlupf um NH₃ handelt. Daher wird zur Adaption des NH₃-Füllstandes als Systemeingriff der geschätzte Füllstand 31 im SCR-Modell zum Zeitpunkt A erhöht, so dass in der Folge die Dosierung des Reaktionsmittels reduziert bzw. vorübergehend abgeschaltet wird. Gleichzeitig beginnt die Bestandsaufnahme (Phase a), in der Werte eines Vergleichsparameters als Wert A aufgezeichnet und gespeichert werden. Hierfür wird über cirka 15 Sekunden mittels des dem SCR-Katalysator nachgeschaltetem NO_x-Sensors (NO_{x_}sens) der gemessene NO_x-Massenstrom und der NO_x-Massenstrom des Modells (NO_{x_}mod) nach SCR über die Zeit aufintegriert, um geeignete Mittelwerte zu bilden. Die Differenz zwischen NO_{x_}mod und NO_{x_}sens ist als Verlauf 34 dargestellt. Die Signale werden entsprechend verzögert, um die Phase vor dem Systemeingriff bzw. der Füllstandserhöhung im Modell zu erfassen. Der jeweilige Mittelwert wird zur Erfassung des Wertes A berechnet und in einem Speicher abgelegt. Hieran schließt sich die Phase b an. In dieser Phase wird die Reaktion des Systems auf die Füllstandserhöhung im Modell untersucht. Hierfür wird über einen Zeitraum von cirka 30 Sekunden der NO_x-Massenstrom des Modells nach SCR und der NO_x-Massenstrom des Sensors nach dem SCR-Katalysator aufintegriert und es werden geeignete Mittelwerte zur Erfassung des Wertes B gebildet. Die Differenz zwischen Modell und Sensor in der Phase b ist größer als in der Phase a (Wert A < Wert B) bzw. der Verlauf 34 steigt in der Phase b an. Es ist daher davon auszugehen, dass es sich bei dem Schlupf um NO_x handelt und nicht um, wie zunächst angenommen, NH₃. Bestand der Schlupf vor dem Systemeingriff also aus NO_x, so führt eine Abschaltung der Dosierung zu einem Ansteigen der NO_x-Menge nach dem SCR-Katalysator. Dies erkennt das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung daran, dass der Wert B, also die Differenz zwischen Modell und Sensor in Phase b, größer als der Wert A der Phase a ist. Sobald dies anhand des Vergleichs von Wert A und B erkannt ist und die Nicht-Plausibilität des erfolgten Systemeingriffs gefolgert wurde, kann der geschätzte Füllstand im SCR-Modell auf einen niedrigeren Wert unterhalb des Sollwertes gesetzt werden, um den SCR-Katalysator wieder mit NH₃ auffüllen zu können. Vorzugsweise kann dieses Ergebnis genutzt werden, um in einer weiteren Funktion Einfluss auf einen Langzeitkorrekturfaktor nehmen zu können.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird insbesondere bei dem Ergebnis nicht-plausibel eine weitere Überprüfung bzw. Verifizierung dieses Ergebnisses durchgeführt. Hierfür wird in der Phase c ein weiterer kurzzeitiger Systemeingriff vorgenommen, in dem der Ist-Füllstand 31 im SCR-Modell zum Zeitpunkt B, wie in 3, dargestellt, kurzzeitig abgesenkt wird. Als Folge kommt es zu einer kurzzeitigen Überdosierung des Reaktionsmittels. Das System reagiert hierauf mit einem Absinken der NO_x-Werte 32 und einem deutlichen Absinken des Wertes C des Vergleichsparameters 34, also der Differenz von NO_{x_}mod und NO_{x_}sens. Hierdurch wird das in Phase b ermittelte Ergebnis einer Nicht-Plausibilität des Systemeingriffs überprüft und verifiziert, so dass eindeutig auf nicht-plausibel 35 geschlossen werden kann.
Wird beispielsweise die Differenz von NO_{x_}mod und NO_{x_}sens als Vergleichsparameter herangezogen, sollten die Werte bei der Überprüfung in der Phase c im genannten Beispiel kleiner werden, sofern das Ergebnis Nicht-Plausibilität richtig war. Wird der Wirkungsgrad der NO_x-Umsetzung als Vergleichsparameter herangezogen werden, sollten die Werte hierfür in der Phase c besser bzw. größer werden.
Die Phase a der Plausibilisierung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren kann beispielsweise über einen Zeitraum von cirka 10 Sekunden bis cirka 20 Sekunden, insbesondere für cirka 15 Sekunden, durchgeführt werden. Die Phase b der Plausibilisierung kann vorzugsweise für einen Zeitraum von cirka 10 Sekunden bis cirka 40 Sekunden, insbesondere für cirka 30 Sekunden, durchgeführt werden. Die Phase c für eine Überprüfung des Ergebnisses kann beispielsweise über einen Zeitraum von cirka 10 Sekunden durchgeführt werden.
Auch im zweiten Beispiel mit zu hoher NH₃-Dosiermenge erkennt das System durch Vergleich des gemessenen NO_x-Wertes nach dem SCR-Katalysator und dem errechneten NO_x-Wert aus dem SCR-Modell nach SCR in der Phase a einen Schlupf. Die Verläufe der verschiedenen Zustandsgrößen und Systemvorgaben über die Zeit sind in 4 illustriert. Da das System normalerweise mit NH₃-Überschuss betrieben wird, wird davon ausgegangen, dass es sich bei diesem Schlupf um NH₃ handelt. Entsprechend wird der geschätzte Ist-Füllstand 41 im SCR-Modell erhöht, so dass in der Folge die Dosierung von NH₃ bzw. von Reaktionsmittel reduziert bzw. vorübergehend abgeschaltet wird. Um den Zustand vor dem Systemeingriff zu beschreiben, werden ein Wert des Vergleichsparameters 44 (Wert A) in der Phase a und ein Wert des Vergleichsparameters 44 (Wert B) nach dem Systemeingriff in Phase b entsprechend wie im ersten Beispiel erfasst, das heißt gemessen und gespeichert. Insbesondere wird hierbei der NO_x-Massenstrom als Differenz zwischen NO_{x_}mod und NO_{x_}sens erfasst. Die entsprechend wie im ersten Beispiel aufgenommenen Werte für A und B werden miteinander verglichen und ausgewertet. In diesem Beispiel ist die Differenz zwischen dem theoretischen NO_x-Wert und dem gemessenen NO_x-Wert in der Phase b kleiner als in der Phase a bzw. die Werte des Vergleichs parameters sinken. Es lässt sich daraus schließen, dass die durchgeführte Adaption plausibel 46 ist und dass es sich daher bei dem Schlupf tatsächlich um NH₃ handelte. Bestand der Schlupf vor der Füllstandserhöhung also tatsächlich aus NH₃, so führt eine Abschaltung der Dosierung zu einem Absinken der NH₃-Menge im SCR-Katalysator, da eine Umwandlung von NO_x zu einer Verringerung von NH₃ im SCR-Katalysator führt. Das Absinken der NH₃-Menge im SCR-Katalysator durch Abschalten der Dosierung führt wiederum zu einer geringeren NH₃-Freisetzung nach dem SCR-Katalysator. Dies gilt insbesondere unter der Voraussetzung, dass keine oder nur eine geringe Änderung der Temperatur im SCR-Katalysator gegeben ist. Das System gemäß der Erfindung erkennt dies und bestätigt den NH₃-Überschuss bzw. den NH₃-Schlupf, indem das Ergebnis gemäß der Erfindung auf Plausibilität schließen lässt. Auch diese Information kann bevorzugterweise gesammelt und entsprechend für die Anpassung eines Langzeitkorrekturfaktors benutzt werden.
Der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, dass bei einem erkannten Schlupf durch Vergleich eines theoretischen NO_x-Wertes stromabwärts des SCR-Katalysators mit einem stromabwärts des SCR-Katalysators gemessenen NO_x-Wert einmalig – und nicht mehrmalig – der NH₃-Speicherfüllstand im Modell angehoben und sofort die Reaktion des Systems überprüft wird. Dies erlaubt einen gleichbleibend hohen NO_x-Umsatz während der Adaption. Die Plausibilisierung gemäß der Erfindung kann sehr schnell durchgeführt werden, beispielsweise innerhalb von nur cirka 45 Sekunden. Das Ergebnis der Plausibilisierung ist sehr sicher, insbesondere bei stationären Betriebszuständen. Bei nicht eindeutigen Plausibilisierungen, beispielsweise bei instationären Betriebszuständen, kann das Ergebnis verworfen werden. In anderen Fällen können beispielsweise durch geeignete Anpassung der Schwellenwerte auch in diesen Betriebszuständen zuverlässige Ergebnisse erzielt werden. Selbst bei einer hohen Abweichung der NH₃-Vorsteuermenge, beispielsweise bei einer hohen Überdosierung von NH₃, kann in nur kurzer Zeit die optimale Dosiermenge eingeregelt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102004031624 A1 [0007]

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, die im Abgasbereich wenigstens einen SCR-Katalysator mit einem NH₃-Füllstand, wenigstens eine Dosiereinrichtung zur Versorgung des SCR-Katalysators mit Reaktionsmittel zur Reduktion von Stickoxiden und wenigstens einen nachgeschalteten NH₃-empfindlichen NO_x-Sensor aufweist, wobei wenigstens ein theoretischer NO_x-Wert stromabwärts des SCR-Katalysators als NO_{x_}mod ermittelt wird und mit einem tatsächlichen NO_x-Wert stromabwärts des SCR-Katalysators als NO_{x_}sens verglichen (1) und in Abhängigkeit davon eine Adaption des NH₃-Füllstandes des SCR-Katalysators durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Plausibilisierung der Adaption – wenigstens ein Wert eines Vergleichsparameters als Wert A erfasst wird (4), der den Zustand vor einem Systemeingriff zur Adaption des NH₃-Füllstandes repräsentiert, – wenigstens ein Systemeingriff (5) zur Adaption des NH₃-Füllstandes vorgenommen wird, – erneut wenigstens ein weiterer Wert des Vergleichsparameters als Wert B erfasst wird (6), – ein Vergleich von Wert A und Wert B vorgenommen wird (7), und – anhand des Ergebnisses des Vergleichs auf Plausibilität, Nicht-Plausibilität oder Nicht-Eindeutigkeit geschlossen wird (8).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach Erfassung des Wertes B – ein weiterer Systemeingriff (21) in entgegengesetzter Richtung wie der zunächst durchgeführte Systemeingriff (5) vorgenommen wird, – erneut wenigstens ein weiterer Wert des Vergleichsparameters als Wert C erfasst wird (22), und – anhand eines Vergleichs von Wert B mit Wert C (23) das Ergebnis überprüft wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Vergleichsparameter wenigstens ein NO_x-Wert, insbesondere ein gemessener NO_x-Wert, stromabwärts des SCR-Katalysators ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Vergleichsparameter ein theoretischer NO_x-Wert im Vergleich mit einem tatsächlichen NO_x-Wert stromabwärts des SCR-Katalysators ist, wobei vorzugsweise der wenigstens eine Vergleichsparameter die Differenz des theoretischen NO_x-Werts mit dem tatsächlichen NO_x-Wert ist.
Verfahren nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei dem Vergleich von Wert A und B der Abgasmassenstrom berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine NO_x-Wert ein NO_x-Massenstrom, eine NO_x-Konzentration, ein NO_x-Umsatz und/oder ein NO_x-Umsatzwirkungsgrad ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei oder mehr Vergleichsparameter eingesetzt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass abhängig von dem Ergebnis der Plausibilisierung Einfluss auf eine Langzeitkorrektur, insbesondere auf einen Langzeitkorrekturfaktor, genommen wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass nach wenigstens zwei vergleichbaren Ergebnissen der Plausibilisierung der Langzeitkorrekturfaktor angepasst wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren bei dynamischem Fahrbetrieb durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwellenwert für die Differenz zwischen NO_{x_}mod und NO_{x_}sens dem Betriebszustand, insbesondere dem Fahrbetrieb, anpassbar ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur im SCR-Katalysator bei der Plausibilisierung berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Systemeingriff ein Anheben des NH₃-Füllstandes in einem Modell zur Adaption von NH₃-Füllständen in SCR-Katalysatoren ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des Betriebs des SCR-Katalysators NO_{x_}mod und NO_{x_}sens im Wesentlichen ununterbrochen miteinander verglichen werden.
Computerprogramm, das alle Schritte eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14 ausführt, wenn es auf einem Rechengerät oder Steuergerät abläuft.
Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist, zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 14, wenn das Programm auf einem Rechengerät oder einem Steuergerät ausgeführt wird.