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Patent Searching and Data


Title:
METHOD FOR ASCERTAINING THE STATE OF LOAD OF AN SCR CATALYST, AND SCR CATALYST DEVICE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/025129
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method and an SCR catalyst device for ascertaining the state of load of an SCR catalyst (110) located in an exhaust system of an internal combustion engine. The method of the invention involves acquiring the hydrogen concentration in the exhaust gas of the internal combustion engine downstream of the SCR catalyst (110) and ascertaining the state of load of the SCR catalyst (110) at least in part on the basis of the acquired hydrogen concentration in the exhaust gas of the internal combustion engine.

Inventors:
REITMEIER, Torsten (Hauptstraße 2, Wackersdorf, 92442, DE)
KOLBECK, Sabrina (Schachten 4, Eschlkam, 93458, DE)
DREHER, Marian (Kaiserstraße 29, Mainz, 55116, DE)
Application Number:
EP2018/068513
Publication Date:
February 07, 2019
Filing Date:
July 09, 2018
Export Citation:
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Assignee:
CONTINENTAL AUTOMOTIVE GMBH (Vahrenwalder Straße 9, Hannover, 30165, DE)
NGK EUROPE GMBH (Westerbachstrasse 32, Kronberg im Taunus, 61476, DE)
International Classes:
F01N3/20; F01N9/00; F01N11/00
Foreign References:
DE102016206462A12017-03-09
EP2149686A12010-02-03
DE102014202491A12014-10-16
DE10358495A12005-07-14
Attorney, Agent or Firm:
CONTINENTAL AUTOMOTIVE GMBH (Postfach 22 16 39, München, 80506, DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Verfahren zum Ermitteln des Beladungszustands eines in einem Abgasstrang einer Brennkraftmaschine angeordneten

SCR-Katalysators (110), wobei das Verfahren aufweist:

Erfassen der Wasserstoffkonzentration im Abgas der Brennkraftmaschine stromabwärts des SCR-Katalysators (110), und

Ermitteln des Beladungszustands des SCR-Katalysators (110) zumindest teilweise basierend auf der erfassten Was- serstoffkonzentration im Abgas der Brennkraftmaschine.

2. Verfahren nach Anspruch 2, ferner mit:

Bereitstellen einer Nachschlagetabelle, die eine

Verknüpfung zwischen einer Wasserstoffkonzentration des stromabwärtigen Abgases und einem Beladungszustand des

SCR-Katalysators (110) angibt, und

Ermitteln des Beladungszustands des SCR-Katalysators (110) zumindest teilweise basierend auf der bereitgestellten Nachschlagetabelle .

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit:

Bereitstellen einer mathematischen Abbildung, die der erfassten Wasserstoffkonzentration einen Beladungszustand des SCR-Katalysators (110) zuordnet, und

Ermitteln des Beladungszustands des SCR-Katalysators (110) zumindest teilweise basierend auf der bereitgestellten mathematischen Abbildung. 4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die mathematische

Abbildung fern zumindest einen weiteren Parameter des Abgases berücksichtigt, der die Temperatur des Abgases, die Stick¬ oxidkonzentration des Abgases und/oder die Ammoniakkonzent¬ ration des Abgases aufweist.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit:

Bestimmen, dass der Beladungszustand des SCR-Katalysators (110) einen vorbestimmten Bela¬ dungs-schwellenwert überschreitet, und

Unterbrechen einer Harnstoffeinspritzung, wenn bestimmt worden ist, dass der Beladungszustand des

SCR-Katalysators (110) den vorbestimmten Beladungsschwellenwert überschreit.

6. SCR-Katalysatorvorrichtung (100) einer Brennkraftmaschine, mit:

einem SCR-Katalysator (110), der dazu ausgebildet ist, das Abgas der Brennkraftmaschine zumindest teilweise nachzu- behandeln, und

zumindest eine stromabwärts des SCR-Katalysators angeordnete Sensorvorrichtung (120), die dazu ausgebildet ist, ein eine Wasserstoffkonzentration im Abgas der Brennkraftma- schine anzeigendes Sensorsignal auszugeben.

7. SCR-Katalysatorvorrichtung (100) nach Anspruch 6, wobei die Sensorvorrichtung (120) ein Mischpotentialsensor ist, der zumindest auf Wasserstoff empfindlich ist.

8. SCR-Katalysatorvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 6 und 7, ferner mit einer Steuereinheit (130) , die dazu ausgebildet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zum Ermitteln des Beladungszustands des SCR-Katalysators (110) auszuführen.

Description:
Beschreibung

Verfahren zum Ermitteln des Beladungszustands eines

SCR-Katalysators und SCR-Katalysatorvorrichtung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln des Beladungszustands eines SCR-Katalysators, insbesondere ein Ver ¬ fahren zum Ermitteln des Ammoniak-Beladungszustands eines in einem Abgasstrang einer Brennkraftmaschine angeordneten

SCR-Katalysators, sowie eine SCR-Katalysatorvorrichtung einer Brennkraftmaschine .

SCR-Katalysatoren werden dazu verwendet, die sich im Abgas befindlichen Stickoxide in ungiftige Stoffe umzuwandeln.

Beispielsweise können die Stickoxide in elementaren Stickstoff und Wasser umgewandelt werden. Hierzu wird eine geeignete Flüssigkeit, wie beispielsweise ein Harnstoff (Urea) in das Abgas eingespritzt, das über eine Vor-Reaktion zu Ammoniak umgewandelt wird, welches dann das Reduktionsmittel für die Umwandlung der giftigen Stickoxide in ungiftige Stoffe dient. Der SCR-Kataly ¬ sator ist dazu ausgebildet, das Reduktionsmittel, wie bei ¬ spielsweise den Ammoniak, einzuspeichern, damit die Reduktion des Abgases erfolgen kann. Ist jedoch die Beladungsmenge an Ammoniak innerhalb des

SCR-Katalysators zu hoch, kann bei Lastwechsel eine ungewollt hohe Menge an Ammoniak aus dem SCR-Katalysator entweichen und an die Umgebung ausgestoßen werden, wodurch wiederum schädliche Abgase entstehen. Folglich ist es erwünscht, den Beladungs- zustand des SCR-Katalysators mit Ammoniak kontinuierlich zu erfassen und zu kennen. Ist die Beladung des SCR-Katalysators zur gering, kann zu einem Durchbruch der Stickoxide kommen. Folglich ist es wünschenswert, dass die Beladung des SCR-Katalysators mit Ammoniak in einem Bereich zwischen ungefähr 80 % und ungefähr 90 % liegt.

Es ist bekannt, den Beladungszustand beispielsweise mittels einem Stickoxid-Rohemissions-Modell abzuschätzen, wobei dieses Modell aufgrund von Alterungseffekten der Bauteile der Abgas ¬ nachbehandlungsvorrichtung unzureichend genau ist. Ebenfalls gibt es Ansätze, den Beladungszustand des SCR-Katalysators mittels Mikrowellentechnik zu bestimmen. Dies ist beispielsweise in der DE 103 58 495 AI offenbart.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Beladungszustand eines in einem Abgasstrang einer Brennkraftmaschine angeordneten SCR-Katalysators zuverlässig und möglichst genau zu ermitteln, sowie eine entsprechende

SCR-Katalysatorvorrichtung bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird mit dem Verfahren gemäß Anspruch 1 und der SCR-Katalysatorvorrichtung gemäß Anspruch 6 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

Der vorliegenden Erfindung liegt im Wesentlichen die Erkenntnis zugrunde, dass die Wasserstoffkonzentration im Abgas stromabwärts des SCR-Katalysators proportional zum Beladungszustand des SCR-Katalysators ist. Insbesondere steigt die Wasser ¬ stoffkonzentration stetig mit steigendem Beladungszustand des SCR-Katalysators an.

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist folglich ein Verfahren zum Ermitteln des Beladungszustands eines in einem Abgasstrang einer Brennkraftmaschine angeordneten SCR-Kataly ¬ sators vorgesehen, das ein Erfassen der Wasserstoffkonzentration im Abgas der Brennkraftmaschine stromabwärts des SCR-Kataly ¬ sators und ein Ermitteln des Beladungszustands des SCR-Kataly- sators zumindest teilweise basierend auf der erfassten Was ¬ serstoffkonzentration im Abgas der Brennkraftmaschine aufweist.

Vorzugsweise wird hierzu eine Nachschlagetabelle bereitge- stellt, die eine Verknüpfung zwischen einer Wasserstoffkonzentration des stromabwärtigen Abgases und einem Beladungszustand des SCR-Katalysators herstellt. Dabei basiert das Ermitteln des Beladungszustands des SCR-Katalysators zumindest teilweise aus der bereitgestellten Nachschlagetabelle.

Beispielsweise kann die Nachschlagetabelle vorab in einer Steuerung des SCR-Katalysators gespeichert sein und kann nach dem Erfassen des entsprechenden Wasserstoffkonzentrationswerts im stromabwärtigen Abgas mit dem entsprechenden Beladungszustand des SCR-Katalysators verknüpft werden.

Zusätzlich oder alternativ kann es bevorzugt sein, dass eine mathematische Abbildung bereitgestellt wird, die der erfassten Wasserstoffkonzentration einen Beladungszustand des SCR-Kataly- sators zuordnet. Das Ermitteln des Beladungszustands des

SCR-Katalysators basiert dann wiederum zumindest teilweise auf der bereitgestellten mathematischen Abbildung.

Beispielsweise beschreibt die mathematische Abbildung eine mathematische Funktion, die neben der erfassten Wasserstoff ¬ konzentration weitere Parameter des Abgases berücksichtigt, wie zum Beispiel die Temperatur des Abgases, die Stickoxidkonzentration des Abgases und/oder die Ammoniakkonzentration des Abgases. Aus der mathematischen Abbildung kann somit ein entsprechender Beladungszustand des SCR-Katalysators ermittelt werden .

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist ein Bestimmen, dass der Bela- „

dungszustand des SCR-Katalysators einen vorbestimmten Bela ¬ dungsschwellenwert überschreitet, und ein Unterbrechen einer Harnstoffeinspritzung vorgesehen, wenn bestimmt worden ist, dass der Beladungszustand des SCR-Katalysators den vorbestimmten Beladungsschwellenwert überschreitet.

Dadurch kann rechtzeitig ein sogenannter Durchbruch des

SCR-Katalysators mit Ammoniak verhindert werden, so dass der Ausstoß von giftigem Abgas zumindest teilweise weiter reduziert oder sogar vermieden werden kann.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine SCR-Katalysatorvorrichtung einer Brennkraftmaschine vorgesehen, die einen SCR-Katalysator, der dazu ausgebildet ist, das Abgas der Brennkraftmaschine zumindest teilweise nachzube- handeln, und zumindest eine stromabwärts des SCR-Katalysators angeordnete Sensorvorrichtung aufweist, die dazu ausgebildet ist, ein eine Wasserstoffkonzentration im Abgas der Brennkraftmaschine anzeigendes Sensorsignal auszugeben.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen SCR-Katalysatorvorrichtung weist diese ferner eine Steuereinheit auf, die dazu ausgebildet ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Ermitteln des Beladungszustands des SCR-Kataly ¬ sators auszuführen.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen SCR-Katalysatorvorrichtung ist die Sensorvorrichtung ein Mischpotentialsensor, der zumindest teilweise auf Wasserstoff empfindlich ist. Beispielsweise ist die Sensorvorrichtung ein Ammoniaksensor, der primär auf Ammoniak empfindlich ist, aber zumindest teilweise auf Wasserstoff querempfindlich ist. In einer solchen Ausgestaltung kann davon ausgegangen werden, dass in einem Beladungszustand des SCR-Katalysators, der geringer ist als die maximale Beladung des SCR-Katalysators , das Sensorsignal des stromabwärts des SCR-Katalysators angeordneten Ammoniak ¬ sensors im Wesentlichen die Wasserstoffkonzentration anzeigt, da in einem solchen Beladungszustand des SCR-Katalysators im Wesentlichen kein Ammoniak im Abgas vorhanden ist.

Weitere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann durch Ausüben der vorliegenden Lehre und Betrachten der beiliegenden Zeichnungen ersichtlich, in denen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße SCR-Katalysatorvorrichtung einer Brennkraftmaschine zeigt, und

Fig. 2 ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Ermitteln des Beladungszustands eines

SCR-Katalysators darstellt.

Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung beschreibt der Begriff „Beladungszustand" den Grad der Beladung eines SCR-Katalysators mit Ammoniak. Insbesondere ist damit die relative prozentuale Beladung des SCR-Katalysators im Hin-blick auf seine maximale Speicherkapazität von Ammoniak gemeint, wobei der SCR-Kataly ¬ sator ab einem Beladungszustand von 100 % keinen Ammoniak mehr aufnehmen kann und ab diesem Zeitpunkt dann „durchbricht", d. h. dass erneut in den SCR-Katalysator eindringender Ammoniak durch den SCR-Katalysator durchströmt, ohne sich darin einzulagern, und den SCR-Katalysator wieder verlässt und in die Umgebung freigegeben wird. Die Fig. 1 stellt eine beispielhafte SCR-Katalysatorvorrichtung 100 dar, die in einem Abgasstrang einer Brennkraftmaschine (nicht gezeigt) eingesetzt werden kann, um Stickoxide im Abgas in ungiftige Stoffe umzuwandeln. Die SCR-Katalysatorvorrichtung weist einen SCR-Katalysator 110 auf, dem eine stromaufwärts dazu ,

b angeordnete Harnstoffeinspritzvorrichtung 112 zugeordnet ist, die dazu ausgebildet ist, einen Harnstoff in das Abgas stromaufwärts des SCR-Katalysators 110 einzuspritzen, welches dann vor und/oder in dem SCR-Katalysators 110 in Ammoniak (NH3) umgewandelt wird, das als Reduktionsmittel für die Stickoxide im Abgas dient.

Für den Fachmann ist selbsterklärend, dass weitere Einheiten bzw. Vorrichtungen im Abgasstrang vorhanden sein können, wie bei- spielsweise ein stromaufwärts des SCR-Katalysators 110 ange ¬ ordneter Oxidationskatalysator, eine zwischen der Harnstoffeinspritzvorrichtung 112 und dem SCR-Katalysator 110 angeordnete HarnstoffZersetzungsanordnung sowie eine stromabwärts des SCR-Katalysators 110 angeordnete Ammoniakvernichtungsan- Ordnung.

Stromabwärts des SCR-Katalysators 110 ist eine Sensorvorrichtung 120 angeordnet, die dazu ausgebildet ist, die Wasserstoff ¬ konzentration im Abgas stromabwärts des SCR-Katalysators 110 zu erfassen. Die auf Wasserstoff empfindliche Sensorvorrichtung 120 ist beispielsweise ein Mischpotentialsensor mit einer Mischpotential- und/oder einer Referenzelektrode. Beispielsweise ist die Sensorvorrichtung 120 ein Ammoniaksensor, der auf Wasserstoff querempfindlich ist und in einem Beladungszustand des SCR-Katalysators 110 unterhalb seiner Maximalbeladung im We ¬ sentlichen keinen Ammoniak erfährt.

Der SCR-Katalysatorvorrichtung 100 ist ferner eine Steuereinheit 130 zugeordnet, die mit der Ammoniakeinspritzvorrichtung 112 und der Sensorvorrichtung 120 in Kommunikationsverbindung steht und dazu ausgebildet ist, die jeweiligen Vorrichtungen zu steuern bzw. von diesen jeweiligen Vorrichtungen Signale zu erfassen. So ist die Steuereinheit 130 dazu ausgebildet, das von der Sen ¬ sorvorrichtung 120 gesendete Sensorsignal, das eine Wasser- Stoffkonzentration im Abgas stromabwärts des SCR-Katalysators 110 anzeigt, zu empfangen und dieser erfassten Wasserstoff ¬ konzentration einen entsprechenden Beladungszustand des

SCR-Katalysators 110 zuzuordnen. Diese Zuordnung erfolgt beispielsweise über eine in der Steuereinheit 130 bereitge ¬ stellte Nachschlagetabelle, die jeder Wasserstoffkonzentration einen entsprechenden Beladungszustand zuordnet.

Wenn der aus der Wasserstoffkonzentration ermittelte Bela- dungszustand des SCR-Katalysators 110 einen vorbestimmten

Schwellenwert, wie beispielsweise 90 %, überschreitet, kann die Steuereinheit 130 dazu ausgebildet sein, die Harnstoffein- spritzvorrichtung 112 derart zu steuern, dass diese eine Einspritzung von Harnstoff in das Abgas stromaufwärts des SCR-Katalysators 110 reduziert oder unterbricht. Dadurch kann rechtzeitig ein Ammoniakdurchbruch des SCR-Katalysators 110 erkannt und vermieden werden [bitte bestätigen oder klarstellen] . Unter Verweis auf die Fig. 2 ist ein erfindungsgemäßes Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung anhand eines Flussdiagramms dargestellt .

Das Verfahren beginnt beim Schritt 200 und führt am Schritt 210 die Erfassung der Wasserstoffkonzentration im Abgas stromabwärts des SCR-Katalysators 110 aus, beispielsweise mittels der Sensorvorrichtung 120 (siehe Fig. 1) .

In einem darauffolgenden Schritt 220 wird der am Schritt 210 erfassten Wasserstoffkonzentration ein entsprechender Beladungszustand des SCR-Katalysators 110 zugeordnet, bevor das Verfahren beim Schritt 230 endet. Somit kann mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens und mit Hilfe der erfindungsgemäßen SCR-Katalysatorvorrichtung 100 der Beladungszustand eines SCR-Katalysators 110 kontinuierlich erfasst werden und frühzeitig einem Durchbruch des SCR-Kataly- sators 110 entgegengewirkt werden.