WALZ CHRISTIAN (DE)
RUDOLPH ANDREAS (DE)
LOEHR MATTHIAS (DE)
WALZ CHRISTIAN (DE)
RUDOLPH ANDREAS (DE)
EP1653058A1 | 2006-05-03 | |||
EP1033480A1 | 2000-09-06 |
Ansprüche
1. Verfahren zur Bestimmung einer Reduktionsmittelmenge (Rm), die einem SCR- Katalysator (18) im Abgasreinigungssystem (12) eines Verbrennungsmotors (10) zuzuführen ist, um im Abgas enthaltene Stickoxide zu reduzieren, wobei die Reduktionsmittelmenge (Rm) in Abhängigkeit von Betriebskenngrößen des Abgasreinigungssystems (12) bestimmt wird und wobei eine Wirkung einer oxidierenden Abgasreinigungskomponente (16) berücksichtigt wird, die im Strömungsweg des Abgases vor dem SCR-Katalysator (18) angeordnet ist und die einen NO 2 - Anteil im Abgas zu Lasten eines NO-Anteils im Abgas erhöht, dadurch gekennzeichnet, dass für die Bestimmung der Reduktionsmittelmenge (Rm) zunächst ein Maß (NCV NO x ) für die Nθ 2 -Konzentration im Abgas zwischen der oxidierenden Abgasreinigungskomponente (16) und dem SCR-Katalysator (18) aus Betriebskenngrößen der oxidierenden Abgasreinigungskomponente (16) bestimmt wird, und die Reduktionsmittelmenge (Rm) aus Betriebskenngrößen des SCR-Katalysators (18) sowie dem Maß (NO 2 / NO x ) für die NO 2 - Konzentration im Abgas zwischen der oxidierenden Abgasreinigungskomponente (16) und dem SCR-Katalysator (18) bestimmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Maß (NO 2 / NO x ) für die NO 2 -Konzentration im Abgas zwischen der oxidierenden Abgasreinigungskomponente (16) und dem SCR-Katalysator (18) in Abhängigkeit von einem Abgasmassenstrom (rn Abg), einer Temperatur (T l 6) der oxidierenden Abgasreinigungskomponente (16) und einer Alterung der oxidierenden Abgasreinigungskomponente (16) bestimmt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Alterung als Funktion einer Alterungsgeschwindigkeit bestimmt wird, die ihrerseits als Maß der Temperatur (T l 6) der oxidierenden Abgasreinigungskomponente (16) bestimmt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung des Maßes (NO 2 / NO x ) für die NO 2 -Konzentration im Abgas zwischen der oxidierenden Abgasreinigungskomponente (16) und dem SCR-Katalysator (18) in Abhängigkeit von der Alterang dadurch erfolgt, dass zunächst ein erster Basiswert (BWl) des Maßes (NCV NO x ) für einen ersten Alterungszustand der oxidierenden Abgasreinigungskomponente (16) und ein zweiter Basiswert (B W2) des Maßes (NCV NO x ) für einen zweiten Alterungszustand der oxidierenden Abgasreinigungskomponente (16) gebildet wird und das für die Bestimmung der Reduktionsmittelmenge (Rm) bestimmte Maß (NCV NO x ) durch eine von einem Alterungsfaktor (AF 16) abhängige Interpolation zwischen den für die beiden Alterungszustände bestimmten Basiswerten (BWl, BW2) bestimmt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reduktionsmittelmenge (Rm) zusätzlich in Abhängigkeit von dem Abgasmassenstrom (rn Abg) und einer mittleren Temperatur (T l 8) des SCR-Katalysators (18) als Betriebskenngrößen des SCR-Katalysators (18) bestimmt wird.
6. Verfahren nach Ansprach 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine in Abhängigkeit von dem Abgasmassenstrom (rn Abg) und der mittleren Temperatur (T l 8) erfolgende Bestimmung für drei verschiedene Werte des Maßes (NCV NO x ) erfolgt und die Reduktionsmittelmenge (Rm) durch Interpolation zwischen zwei der drei bestimmten Werte des Maßes (NCV NO x ) erfolgt.
7. Verfahren nach Ansprach 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei der drei bestimmten Werte, zwischen denen interpoliert wird, in Abhängigkeit von dem Maß (NCV NO x ) bestimmt werden.
8. Verfahren nach Ansprach 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Reduktionsmittelmenge (Rm) zusätzlich in Abhängigkeit von einem Alterangszustand des SCR- Katalysators (18) bestimmt wird.
9. Steuergerät (14), das dazu eingerichtet ist, eine Reduktionsmittelmenge (Rm) zu bestimmen, die einem SCR-Katalysator (18) im Abgasreinigungssystem (12) eines Verbrennungsmotors (10) zuzuführen ist, um im Abgas enthaltene Stickoxide zu reduzieren, wobei das Steuergerät (14) dazu eingerichtet ist, die Reduktionsmittelmenge (Rm) in
Abhängigkeit von Betriebskenngrößen des Abgasreinigungssystems zu bestimmen und dabei eine Wirkung einer oxidierenden Abgasreinigungskomponente (16) zu berücksichtigen, die im Strömungsweg des Abgases vor dem SCR-Katalysator (18) angeordnet ist und die einen NO 2 - Anteil im Abgas zu Lasten eines NO-Anteils im Abgas erhöht, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (14) dazu eingerichtet ist, für die Bestimmung der zuzuführenden Reduktionsmittelmenge (Rm) zunächst ein Maß (NCV NO x ) für die NC^-Konzentration im Abgas zwischen der oxidierenden Abgasreinigungskomponente (16) und dem SCR-Katalysator (18) aus Betriebskenngrößen der oxidierenden Abgasreinigungskomponente (16) zu bestimmen und die Reduktionsmittelmenge (Rm) aus Betriebskenngrößen des SCR-Katalysators (18) sowie dem Maß (NO 2 / NO x ) für die Nθ 2 -Konzentration im Abgas zwischen der oxidierenden Abgasreinigungskomponente (16) und dem SCR-Katalysator (18) zu bestimmen.
10. Steuergerät (14) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass es dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 8 durchzuführen. |
Beschreibung
Titel
Verfahren und Steuergerät zur Steuerung der Reduktionsmittelzufuhr zu einem SCR-Katalysator
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Reduktionsmittelmenge, die einem SCR-Katalysator im Abgasreinigungssystem eines Verbrennungsmotors zuzuführen ist, um im Abgas enthaltene Stickoxide zu reduzieren, wobei die Reduktionsmittelmenge in Abhängigkeit von Betriebskenngrößen des Abgasreinigungssystems bestimmt wird und wobei eine Wirkung einer oxidierenden Abgasreinigungskomponente berücksichtigt wird, die im Strömungsweg des Abgases vor dem SCR-Katalysator angeordnet ist und die einen NCVAnteil im Abgas zu Lasten eines NO-Anteils im Abgas erhöht. Die Erfindung betrifft ferner ein Steuergerät, das ein solches Verfahren durchführt. Ein solches Verfahren und ein solches Steuergerät ist jeweils aus der DE 103 01 606 Al bekannt.
Die oxidierende Abgasreinigungskomponente ist zum Beispiel ein Oxidationskatalysator oder ein Partikelfilter oder eine Hintereinanderanordnung aus einem Oxidationskatalysator und einem Partikelfilter.
Grundsätzlich stellt eine mit NH 3 oder mit einer NH 3 -abspaltenden Substanz in einem SCR- Katalysator erfolgende selektive catalytic reduction von Stickoxiden ein aussichtsreiches Verfahren für die NO x -Minderung in sauerstoffreichen Abgasen dar. Dabei kann man einen Wirkungsgrad des SCR-Katalysators als Verhältnis der Masse reduzierter Stickoxide zur Gesamtmasse der Stickoxide definieren, die den SCR-Katalysator durchströmen. Eine Kenntnis des Wirkungsgrades und der Gesamtmasse an Stickoxiden erlaubt eine rechnerische Bestimmung der benötigten Reduktionsmittelmenge. Eine möglichst genaue Dosierung der Reduktionsmittelmenge ist wünschenswert, weil eine im übermaß dosierte
Reduktionsmittelmenge den Reduktionsmittelverbrauch erhöht und Geruchsbelästigungen verursacht, während eine nicht ausreichende Dosierung zu einer hinter dem möglichen Optimum zurückbleibenden NO x -Konvertierung führt.
Der Wirkungsgrad des SCR-Katalysators ist von der Raumgeschwindigkeit abhängig, unter der ein auf das Volumen des SCR-Katalysators normierter Abgasvolumenstrom pro Zeiteinheit verstanden wird. Er ist darüber hinaus von der Temperatur und, ganz entscheidend, auch vom NH 3 -Füllstand des SCR-Katalysators abhängig: SCR-Katalysatoren lagern durch Adsorption an ihrer Oberfläche eine gewisse Menge an Ammoniak (NH 3 ) an. Dadurch stehen zur NO x - Reduktion neben dem direkt zudosierten Ammoniak oder dem aus einer zudosierten Harnstoff- Wasser-Lösung (HWL) abgespaltenen Ammoniak auch gespeichertes NH 3 zur Verfügung, wodurch sich der Wirkungsgrad gegenüber einem entleertem Katalysator erhöht. Das Speicherverhalten ist abhängig von der jeweiligen Betriebstemperatur des Katalysators. Je geringer die Temperatur ist, umso größer ist das Speichervermögen.
Eine weitere wesentliche Einflussgröße stellt der Nθ 2 -Anteil (N0 2 /N0 x ) im Abgas vor dem SCR- Katalysator dar. Dieser sollte idealerweise ungefähr 50 % betragen. Der Nθ 2 -Anteil wird durch die oxidierende Abgasreinigungskomponente maßgeblich beeinflusst (erhöht).
Die Bestimmung der für eine optimale Stickoxidreduktion bei einem bestimmten
Abgasmassenstrom erforderlichen Reduktionsmittel-Menge unterliegt einer Vielzahl von Fehlern und Abweichungen. Dazu gehören Fehler bei der Bestimmung der Motorrohemissionen, Ungenauigkeiten des Dosiersystems, Abweichungen der Reduktionsmittelkonzentration und natürlich auch Fehler bei der Abschätzung des Wirkungsgrades des SCR- Katalysators. Die Unsicherheit bei der Abschätzung des Wirkungsgrades übt dabei den größten Einfluss aus, so dass eine Verbesserung des für die Bestimmung verwendeten Rechenmodells das größte Potential zur Verbesserung der Dosierstrategie besitzt.
Bisher verwendete Rechenmodelle betrachten ein Gesamtsystem aus einem Oxidationskatalysator und einem SCR-Katalysator und verwenden als Eingangsgrößen für eine Wirkungsgradberechnung die Temperatur, den NH 3 -Füllstand und die Raumgeschwindigkeit. Tauscht man bei einem solchen System eine der beiden Komponenten aus, was zum Beispiel bei der Anpassung eines Abgasreinigungssystems an einen bestimmten Verbrennungsmotortyp oder
einen bestimmten Fahrzeugtyp vorkommt, müssen Wirkungsgradmessungen und NH 3 - Füllstandsmessungen am Motorprüfstand und/oder im Fahrzeug durchgeführt werden, um sämtliche Daten für das neu gebildete Gesamtsystem neu zu bestimmen.
Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung in der Angabe eines Verfahrens und eines Steuergerätes, das jeweils einen Wechsel einer Komponente des Gesamtsystems aus oxidierender Abgasreinigungskomponente und SCR-Katalysator mit einem verringerten Datenerfassungs-Aufwand erlaubt.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass für die Bestimmung der Reduktionsmittelmenge zunächst ein Maß für die NCVKonzentration im Abgas zwischen der oxidierenden Abgasreinigungskomponente und dem SCR-Katalysator aus Betriebskenngrößen der oxidierenden Abgasreinigungskomponente bestimmt wird, und die
Reduktionsmittelmenge aus Betriebskenngrößen des SCR-Katalysators sowie dem Maß für die Nθ 2 -Konzentration im Abgas zwischen der oxidierenden Abgasreinigungskomponente und dem SCR-Katalysator bestimmt wird. Ferner wird diese Aufgabe durch die Merkmale des unabhängigen Vorrichtungsanspruchs gelöst.
Durch die Bestimmung der NCVKonzentration am Ausgang der oxidierenden Abgasreinigungskomponente und die Verwendung der so bestimmten NCVKonzentration als Eingangsgröße für nachfolgende Berechnungen, die darüber hinaus auf Betriebskenngrößen des SCR-Katalysators basieren, wird eine zweistufige Berechnung realisiert, deren erste Stufe die Wirkung der oxidierenden Abgasreinigungskomponente abbildet und deren zweite Stufe die Wirkung des SCR-Katalysators abbildet. Bei der zweistufigen Berechnung verwendete Kennfelder lassen sich dann eindeutig einer der beiden Stufen zuordnen. Wenn dann zum Beispiel die oxidierende Abgasreinigungskomponente gegen eine andere oxidierende Abgasreinigungskomponente ausgetauscht wird, die andere Eigenschaften besitzt und damit bei gleichen Eingangsgrößen zu einer anderen NCVKonzentration hinter der oxidierenden
Abgasreinigungskomponente und somit auch zu einem anderen NO x -Umsatz im SCR-Katalysator führt, berührt dies lediglich die Daten und Kennfelder, in den denen sich die Eigenschaften der ersten oxidierenden Abgasreinigungskomponente abbilden. Die Daten und Kennfelder, in denen
sich die Eigenschaften des SCR-Katalysators abbilden, werden dagegen nicht berührt und müssen daher auch nicht angepasst werden. Der aus der Auswechslung der Hardware- Komponente resultierende Aufwand für die Erfassung angepasster Daten und Kennfelder beschränkt sich daher auf die Erfassung der Daten, die für die ausgewechselte Komponente charakteristisch sind, so dass der Aufwand insgesamt wesentlich geringer ist als bei den bekannten Verfahren. Mit anderen Worten: Durch die Erfindung wird der modulare Aufbau eines Abgasreinigungssystems mit oxidierender Abgasreinigungskomponente und SCR-Katalysator auf ein modulares Rechenmodell abgebildet, dessen Module jeweils den Modulen des Abgasreinigungssystems entsprechen. Dadurch wird auch für das Rechenmodell ein modulares Baukastensystem realisiert, das den Entwicklungs- und Anpassungsaufwand der hier beschriebenen Abgasreinigungssysteme wesentlich verringert.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den beigefügten Figuren.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden
Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen
Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden
Erfindung zu verlassen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen, jeweils in schematischer Form:
Fig. 1 das technische Umfeld der Erfindung in der Form eines Verbrennungsmotors mit einem Abgasreinigungssystem und einem Steuergerät;
Fig. 2 durch eine Programmierung des Steuergeräts realisierte Signalverarbeitungsstrukturen als Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 3 eine Ausgestaltung zur Berücksichtigung einer Alterung der oxidierenden Abgasreinigungskomponente;
Fig. 4 eine Ausgestaltung von Signalverarbeitungsstrukturen zur Bestimmung individueller Alterungsfaktoren, von denen einer die Alterung der oxidierenden
Abgasreinigungskomponente und einer die Alterung des SCR-Katalysators repräsentiert; und
Fig. 5 Signalverarbeitungsstrukturen einer bevorzugten Ausgestaltung einer Bestimmung eines Wirkungsgrades des SCR-Katalysators durch ein Rechenmodell.
Ausfuhrungsformen der Erfindung
Im Einzelnen zeigt die Figur 1 einen Verbrennungsmotor 10 mit einem Abgasreinigungssystem 12 und einem Steuergerät 14. Das Abgasreinigungssystems 12 weist insbesondere eine oxidierende Abgasreinigungskomponente 16 und einen SCR-Katalysator 18 auf. Die oxidierende Abgasreinigungskomponente 16 weist einen Oxidationskatalysator 20 und/oder einen
Partikelfilter 22 auf. Das Roh- Abgas des Verbrennungsmotors 10 enthält unter anderem Stickoxide NO x in Form von Stickstoffmonoxid NO und Stickstoffdioxid NO 2 . Die oxidierende Abgasreinigungskomponente 16 beeinflusst das Verhältnis NO 2 / NO x im Abgas. Der Anteil von NO 2 an den gesamten, im Roh- Abgas des Verbrennungsmotors 10 enthaltenen Stickoxiden NO x beträgt etwa 10 % - 15 % und wird durch die oxidierende Abgasreinigungskomponente 16 bis auf Werte von idealerweise 50 % (kann auch mehr sein) vergrößert. Diese Vergrößerung ist erwünscht, weil sie die im nachfolgenden SCR-Katalysator 18 erfolgende selektive katalytische Reduktion der Stickoxide begünstigt.
Das Steuergerät 14 verarbeitet Betriebskenngrößen BKG lO des Verbrennungsmotors 10 und Betriebskenngrößen T l 6, T l 8 1, T l 8 2 des Abgasreinigungssystems 12 und bildet Stellgrößen S K, S L zur Steuerung des Verbrennungsmotors 12 und eine Stellgröße S Rm zur Steuerung der Zufuhr eines Reduktionsmittels Rm zum Abgasreinigungssystem 12. Mit der Stellgröße S K steuert das Steuergerät 14 die Kraftstoffzufuhr und mit der Stellgröße S L die Luftzufuhr zum Verbrennungsmotor 10.
Mit der Stellgröße S Rm steuert das Steuergerät 14 die Zufuhr von Reduktionsmittel Rm zum Abgasreinigungssystem 12 durch Ansteuern eines Reduktionsmitteldosierventils 24. Als
Reduktionsmittel wird bevorzugt Ammoniak oder eine Ammoniak abspaltende Substanz wie HWL (HWL = Harnstoff- Wasser-Lösung) verwendet.
Zu den für die Stellgrößenbildung erfassten Betriebskenngrößen BKG lO des Verbrennungsmotors 10 zählen zum Beispiel Ansaugluftmassenstrom, Drehzahl und
Ansauglufttemperatur, wobei der Fachmann diese Aufzählung nicht als abschließend versteht und alternativ oder ergänzend weitere und/oder andere Betriebskenngrößen des Verbrennungsmotors 10 erfassen und auswerten würde.
Zu den Betriebskenngrößen des Abgasreinigungssystems 12 zählt zum Beispiel die Temperatur T l 6 als Maß für die Temperatur der oxidierenden Abgasreinigungskomponente 16. Diese Temperatur T l 6 kann entweder gemessen oder aus Betriebskenngrößen des Verbrennungsmotors 10 berechnet werden. Für eine Bestimmung von T l 6 an einem Ort vor der oxidierenden Abgasreinigungskomponente 16 kommen beide Möglichkeiten in Frage. Für eine Bestimmung von T l 6 an einem Ort hinter der oxidierenden Abgasreinigungskomponente 16 wird eine Messung bevorzugt, da Einflüsse exotherm verlaufender Oxidationsreaktionen auf die Temperatur T l 6 vergleichsweise schwierig zu modellieren sind. Bei hinreichend genauer Modellierung, insbesondere unter Berücksichtigung einer Alterung, ist jedoch auch dort eine Modellierung der Temperatur T l 6 möglich.
Ferner zählt eine Temperatur T l 8 des SCR-Katalysators 18 zu den Betriebskenngrößen des Abgasreinigungssystems 12. In einer bevorzugten Ausgestaltung bildet das Steuergerät 14 eine Temperatur T l 8 als Durchschnitt einer Abgastemperatur T l 8 1 vor dem SCR-Katalysator 18 und einer Abgastemperatur T l 8 2 hinter dem SCR-Katalysator 18. Auch hier gilt, dass T l 8 1 und/oder T l 8 2 durch Messung oder Modellierung bestimmt werden können. Für die Bestimmung von T l 8 1 wird jedoch eine Messung bevorzugt, um von vergleichsweise schwierig zu modellierenden Einflüssen exotherm verlaufender Oxidationsreaktionen in der oxidierenden Abgasreinigungskomponente 16 unabhängig zu sein.
Das in der Figur 1 dargestellte technische Umfeld der Erfindung wird als bekannt vorausgesetzt. Ferner wird als bekannt vorausgesetzt, dass das Steuergerät 14 dazu eingerichtet ist, die Reduktionsmittelmenge, die dem SCR-Katalysator 18 zuzuführen ist, um im Abgas enthaltene Stickoxide zu reduzieren, in Abhängigkeit von Betriebskenngrößen des Verbrennungsmotors 10
und des Abgasreinigungssystems 12 zu bestimmen und dabei eine Wirkung der oxidierenden Abgasreinigungskomponente 16 zu berücksichtigen.
Figur 2 zeigt durch die Einrichtung, insbesondere durch die Programmierung des Steuergeräts 14 realisierte Signalverarbeitungsstrukturen. Figur 2 offenbart damit insbesondere sowohl
Vorrichtungsaspekte als auch Verfahrensaspekte eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.
Im Einzelnen zeigt die Figur 2 einen Block 26, der die Funktion der oxidierenden Abgasreinigungskomponente 16 durch ein erstes Rechenmodell repräsentiert. Ferner zeigt die Figur 2 einen Block 28, der die Funktion des SCR-Katalysators 18 durch ein zweites Rechenmodell repräsentiert und einen Block 30, der zur Bildung der Stellgröße S Rm zur Ansteuerung des Reduktionsmitteldosierventils 24 dient.
Das erste Rechenmodell des Blocks 26 verarbeitet als Eingangsgrößen die Temperatur T l 6, einen Wert rn Abg für den Abgasmassenstrom durch das Abgasreinigungssystem 12 und einen Alterungsfaktor AF 16, der Einflüsse einer Alterung der oxidierenden Abgasreinigungskomponente 16 auf den NCVAnteil an den Stickoxiden NO x im Abgas des Verbrennungsmotors 10 abbildet. Die Bestimmung der Temperatur T l 6 wurde weiter oben bereits beschrieben. Der Wert für den Abgasmassenstrom rn Abg ergibt sich als Summe aus Luftmassenstrom und Kraftstoffmassenstrom und wird im Steuergerät 14 aus den dort verarbeiteten Betriebsparametern BKG l 0 und/oder Stellgrößen S K, S L gebildet. Auf die Bestimmung des Alterungsfaktor AF 16 wird weiter unten noch detaillierter eingegangen. Diese Eingangsgrößen dienen in einer bevorzugten Ausgestaltung zur Adressierung eines Kennfelds, in dem Werte des NCVAnteils an den Stickoxiden NO x im Abgas hinter der oxidierenden
Abgasreinigungskomponente 16 als Funktion der genannten Eingangsgrößen gespeichert sind. Es versteht sich, dass alternativ auch mehrere Kennfelder oder Kennlinien verwendet werden können, die jeweils durch eine der Eingangsgrößen oder durch eine Teilmenge der genannten Eingangsgrößen adressiert werden und deren Ausgangswerte dann nach einem vorbestimmten Zusammenhang zu einem Wert der MVKonzentration im Abgas und/oder einem Wert NO 2 / NO x des NOo-Anteils an der Gesamtmasse der Stickoxide NO x verarbeitet werden.
Das zweite Rechenmodell 28 verarbeitet den vom ersten Rechenmodell 26 als Ausgangswert ausgegebenen NO 2 - Anteil NCV NO x an den Stickoxidemissionen als eine von mehreren Eingangsgrößen zur Berechnung eines Wirkungsgrades eta ber der selektiven katalytischen Reaktion im SCR-Katalysator 18. Weitere Eingangsgrößen für die Berechnung dieses Wirkungsgrades sind Werte des Abgasmassenstroms rn Abg, ein SCR-Katalysator-spezifischer Alterungsfaktor AF 18, ein Maß NH 3 BeI für die Beladung des SCR-Katalysators 18 mit Ammoniak, also für die dort gespeicherte Ammoniakmasse, ein Wert T l 8 für eine durchschnittliche Temperatur des SCR-Katalysators 18 und ein Wert m_ NO x für den NO x - Massenstrom durch den SCR-Katalysator 18.
Auch hier gilt, dass sich der gesuchte Wirkungsgrad eta ber durch Zugriff auf ein Kennfeld ergibt, das mit den genannten Eingangsgrößen adressiert wird. Alternativ kann der gesuchte Wirkungsgrad eta ber auch durch Zugriff auf mehrere Kennlinien und/oder Kennfelder bestimmt werden, die jeweils mit einer der Eingangsgrößen oder mit einer Teilmenge der Eingangsgrößen adressiert werden und deren Ausgangswerte nach einem vorbestimmten Zusammenhang miteinander verknüpft werden.
Die Bildung der Eingangsgröße Nθ 2 _NO x , rn Abg und T l 8 ist weiter oben bereits beschrieben worden. Auf die Bildung des Alterungsfaktors AF I 8 wird weiter unten noch eingegangen. Die Ammoniakbeladung NH 3 BeI wird im Steuergerät 14 als Differenz der über das
Reduktionsmitteldosierventil 24 dosierten Menge an Reduktionsmittel Rm und der damit dosierten Ammoniakmenge m_ NH 3 _zu und einer im SCR-Katalysator 18 für die Stickoxidreduzierung verbrauchten Menge m_ NH 3 _verb gebildet. Die Menge m_ NH 3 _verb ergibt sich als Funktion von Annahmen über den Wirkungsgrad des SCR-Katalysators 18 und/oder als Funktion des Signals eines hinter dem SCR-Katalysator 18 angeordneten und für eine Ammoniakkonzentration im Abgas empfindlichen Sensors. Der Wert des NO x -Rohmassenstroms m_ NO x , also der Wert des vom Verbrennungsmotor 10 emittierten NO x -Rohmassenstroms, ergibt sich ebenfalls durch Kennfeldzugriffe und/oder durch Berechnungen im Steuergerät 14 unter Benutzung der dort bekannten Informationen über Betriebskenngrößen BKG l O und Stellgrößen S K, S L.
Im Block 30 wird der im Block 18 modellierte Wirkungsgrad eta ber zunächst mit dem Wert m_ NO x des NO x -Rohmassenstroms multipliziert. Der Wert m_ NO x wird im Steuergerät 14 aus Betriebskenngrößen des Verbrennungsmotors 10 bestimmt, was zum Beispiel durch Zugriff auf
ein oder mehrere Kennfelder und/oder Kennlinien erfolgt. Das Produkt entspricht damit einem Wert des im SCR-Katalysator 18 reduzierten NO x -Massenstroms. Unter Berücksichtigung stöchiometrischer Zusammenhänge zwischen der reduzierten NO x -Masse und dem für die Reduzierung verwendeten NH 3 wird ferner im Block 30 die erforderliche Reduktionsmittelmenge Rm berechnet, die über das Reduktionsmitteldosierventil 24 zu dosieren ist. Aus der
Reduktionsmittelmenge Rm berechnet das Steuergerät 14 die Stellgröße S Rm zur Ansteuerung des Reduktionsmitteldosierventils 24.
Die Figur 2 offenbart damit insbesondere eine Ausgestaltung von Signalverarbeitungsstrukturen, die sowohl Vorrichtungsaspekte als auch Verfahrensaspekte aufweisen. Dabei wird für die
Bestimmung der Reduktionsmittelmenge zunächst ein Maß für die MVKonzentration im Abgas zwischen der oxidierenden Abgasreinigungskomponente 16 und dem SCR-Katalysator 18 aus Betriebskenngrößen der oxidierenden Abgasreinigungskomponente 16 bestimmt. Anschließend wird die Reduktionsmittelmenge aus Betriebskenngrößen SCR-Katalysators 18 sowie aus dem Maß für die Nθ 2 -Konzentration im Abgas zwischen der oxidierenden
Abgasreinigungskomponente 16 und dem SCR-Katalysator 18 bestimmt.
Figur 3 zeigt eine bevorzugte Ausgestaltung zur Berücksichtigung einer Alterung der oxidierenden Abgasreinigungskomponente 16 im Block 26. Danach werden zwei Kennfelder 32 und 34 parallel mit der Temperatur T l 6 und dem Abgasmassenstrom rn Abg adressiert. Das Kennfeld 32 repräsentiert eine oxidierende Abgasreinigungskomponente 16 in einem ersten Alterungszustand, beispielsweise in einem neuwertigen Zustand, und gibt einen entsprechend hohen Basiswert BWl des Maßes NO 2 / NO x für die Nθ 2 -Konzentration (beziehungsweise den Nθ 2 -Anteil) im Abgas vor. Das Kennfeld 34 repräsentiert eine oxidierende Abgasreinigungskomponente 16 in einem zweiten Alterungszustand, beispielsweise einem bereits gealterten Zustand, und gibt einen entsprechend verringerten Basiswert BW2 des Maßes NO 2 / NO x für den Nθ 2 -Anteil (beziehungsweise die Nθ 2 -Konzentration) im Abgas vor. Zur Interpolation zwischen beiden Basiswerten BWl und BW2 wird ein Alterungsfaktor AF 16 verwendet, der Werte zwischen 1 für eine neuwertige und 0 für eine stark gealterte oxidierende Abgasreinigungskomponente 16 annimmt. Wie man leicht erkennt, ergibt sich durch die in Fig. 3 dargestellten multiplikativen und additiven Verknüpfungen der Wert für den Anteil NO 2 / NO x dann zu
NO 2 / NO x = BWl • AF 16 + BW2 • (1 - AF 16) = BWl für AF 16 = 1, und
= BW2 für AF_16 = 0.
Für zwischen O und 1 liegende Werte ergeben sich entsprechende Zwischenwerte BW2 < NO 2 / NOx < BWl.
Die Ausgestaltung der Figur 3 offenbart damit insbesondere eine Bestimmung des Maßes NO 2 / NO x für die NO 2 -Konzentration im Abgas zwischen der oxidierenden Abgasreinigungskomponente 16 und dem SCR-Katalysator 18, die in Abhängigkeit von der Alterung AF 16 dadurch erfolgt, dass zunächst ein erster Basiswert BWl des genannten Maßes für einen ersten Alterungszustand der oxidierenden Abgasreinigungskomponente 16 und ein zweiter Basiswert BW2 des genannten Maßes für einen zweiten Alterungszustand der oxidierenden Abgasreinigungskomponente 16 gebildet wird und dass das für die Bestimmung der Reduktionsmittel Rm bestimmte Maß NO/ NO x durch eine von dem Alterungsfaktor AF I 6 abhängige Interpolation zwischen den beiden Basiswerten BWl , BW2 ermittelt wird.
Figur 4 zeigt eine Ausgestaltung von Signalverarbeitungsstrukturen zur Bestimmung eines Alterungsfaktors AF 16, der die Alterung der oxidierenden Abgasreinigungskomponente 16 repräsentiert, und eines Alterungsfaktors AF 18, der die Alterung des SCR-Katalysators 18 repräsentiert. Zur Bestimmung des Alterungsfaktors AF 16 wird die Temperatur T l 6 der oxidierenden Abgasreinigungskomponente 16 zur Adressierung eines Kennfeldes 36 verwendet, in dem temperaturabhängige Werte der Alterungsgeschwindigkeit der oxidierenden Abgasreinigungskomponente 16 gespeichert sind. Qualitativ betrachtet nimmt die Alterungsgeschwindigkeit mit steigender Temperatur T l 6 zu. Im Block 38 wird der Alterungsfaktor AF 16 als Funktion aufeinander folgender Werte der Alterungsgeschwindigkeit bestimmt, beispielsweise durch eine Integration oder, bei diskreter Berechnung, durch eine Summation. Im Block 40 findet eine Normierung des Ausgangswertes des Blocks 38 auf werte im Intervall O, 1 statt. Die auf Werte aus diesem Intervall normierten Ausgangswerte des Blocks 38 stellen Alterungsfaktoren AF 16 dar, wie sie im Zusammenhang mit der Figur 3 bereits erläutert worden sind.
Figur 4b zeigt eine ganz analog erfolgende Bestimmung eines Alterungsfaktors AF I 8, der den Alterungszustand des SCR-Katalysators 18 repräsentiert. Dazu wird die bereits beschriebene
Durchschnittstemperatur T l 8 des SCR-Katalysators 18 zur Adressierung einer Alterungsgeschwindigkeitskennlinie im Block 42 verwendet. Der dadurch gewonnene Kennlinienwert wird im Block 44 in ein Maß für die Alterung des SCR-Katalysators 18 umgerechnet und im Block 46 auf werte aus dem Intervall 0,1 normiert. Die Ausgangsgrößen des Blocks 46 entsprechen damit einem zwischen 0 und 1 liegenden Alterungsfaktor AF I 8 für den SCR-Katalysator 18.
Figur 5 zeigt Signalverarbeitungsstrukturen einer bevorzugten Ausgestaltung des Blocks 28 aus der Figur 2, in dem der Wirkungsgrad des SCR-Katalysators 18 durch ein Rechenmodell bestimmt wird. Dazu werden zunächst drei Kennfelder 48, 50, 52 betrachtet, in denen Werte des Wirkungsgrades für einen Alterungszustand (zum Beispiel neuwertig) des SCR-Katalysators 18 abgespeichert sind und die jeweils parallel durch gleiche Werte des Abgasmassenstroms m abg und der Temperatur T l 8 des SCR-Katalysators 18 adressiert werden. In dem ersten Kennfeld 48 sind Wirkungsgradwerte für den Fall abgespeichert, dass der NO 2 - Anteil am NO x - Massenstrom gleich 0 ist. In diesem Fall reagieren vier NO-Moleküle mit vier NH 3 -Molekülen und einem O 2 -Molekül zu vier N 2 -Molekülen und sechs Wassermolekülen. In dem zweiten Kennfeld 50 sind Wirkungsgradwerte für den Fall abgespeichert, dass der Nθ 2 -Anteil am NO x - Massenstrom gleich 50 % ist. In diesem Fall reagiert jeweils ein NO-Molekül und ein NO 2 - Molekül mit jeweils einem NH 3 -Mo lekül zu insgesamt zwei N 2 - und drei Wassermolekülen. In dem dritten Kennfeld 48 sind Wirkungsgradwerte für den Fall abgespeichert, dass der Nθ 2 -Anteil am NO x -Massenstrom gleich 100 % ist. In diesem Fall reagieren anteilsmäßig betrachtet jeweils sechs Nθ 2 -Moleküle mit acht NH 3 -Molekülen zu sieben N 2 - und 12 Wassermolekülen.
Für jeden der drei Reaktionswege ergibt sich ein anderes Massenverhältnis der beteiligten Stickoxide zum Reduktionsmittel NH 3 .
Mit dem aus dem Block 28 bekannten Anteil NO 2 / NO x wird eine Interpolation zwischen den Ausgangswerten von jeweils zwei der drei Kennfelder 48, 50, 52 gesteuert. Dazu wird die Größe NO 2 / NO x zunächst in einem Block 54 mit Hilfe einer Kennlinie auf Werte A 54 aus dem Intervall 0,1 normiert. Darüber hinaus erfolgt im Block 56 ein Schwellenwertvergleich mit einem Schwellenwert S. Wenn NO 2 / NO x zum Beispiel größer als S = 0,5 ist, schließt der Schalter 58 das Kennfeld 52 an und die Interpolation erfolgt zwischen den Kennfeldern 52 und 48. Dabei ergibt sich als Ergebnis der Interpolation hinter der Verknüpfung 60 ein Wirkungsgrad eta_60 =
eta_48 • A 54 + eta_52 • (1 - A 54). Wenn NO 2 / NO x dagegen kleiner als 0,5 ist, schließt der Schalter 58 das Kennfeld 50 an und die Interpolation erfolgt entsprechend zwischen den Kennfeldern 50 und 48. Dabei ergibt sich als Ergebnis der Interpolation hinter der Verknüpfung 60 ein Wirkungsgrad eta_60 = eta_48 • A 54 + eta_52 • (1 - A 54).
Der Block 28 weist ferner drei weitere Kennfelder 62, 64, 66 auf, in denen Werte eta_62, eta_64, eta_66 des Wirkungsgrades für einen zweiten Alterungszustand (zum Beispiel stark gealtert) des SCR-Katalysators 18 für vergleichbare Nθ 2 -Anteile gespeichert sind: Kennfeld 62 enthält Wirkungsgrade eta_62 für 0 % NO 2 , Kennfeld 64 enthält Wirkungsgrade eta_64 für 50 % NO 2 und Kennfeld 66 enthält Wirkungsgrade eta_66 für 100 % NO 2 . Zwischen den Ausgangswerten dieser Kennfelder 62, 64, 66 wird genauso interpoliert, wie es für die Ausgangswerte der Kennfelder 48, 50, 52 beschrieben worden ist, wobei der Schalter 68 die Funktion des Schalters 58 übernimmt. Hinter der Verknüpfung 70 ergeben sich damit für einen stark gealterten SCR- Katalysator 18 die folgenden Wirkungsgrade: eta_70 = eta_62 • A 54 + eta_64 • (1 - A 54) für den Fall, dass der Schalter 68 das Kennfeld 64 anschließt und, eta_70 = eta_62 • A 54 + eta_66 • (1 - A 54) für den Fall, dass der Schalter 68 das Kennfeld 66 anschließt. Mit der Struktur 72 wird zwischen den beiden Wirkungsgraden eta_60 und eta_70 interpoliert, wobei die Interpolation durch einen SCR-Katalysator-spezifischen Alterungsfaktor AF 18 gesteuert wird. AF- 18 wird auf die bereits beschriebene Weise gebildet und liegt zwischen 0 und 1. über optional vorhandene weitere Verknüpfungen 75 und 76 kann eine Abhängigkeit des Wirkungsgrades von der Beladung des SCR-Katalysators 18 mit NH 3 berücksichtigt werden.
Es wurde bereits erwähnt, dass die Ammoniakbeladung NH 3 BeI im Steuergerät 14 als Differenz der über das Reduktionsmitteldosierventil 24 dosierten Menge an Reduktionsmittel Rm und der damit dosierten Ammoniakmenge m_ NH 3 _zu und einer im SCR-Katalysator 18 für die
Stickoxidreduzierung verbrauchten Menge m_ NH 3 _verb gebildet wird. Bei der Ausgestaltung nach der Fig. 5 dient ein Kennfeld 75, das mit der Beladung NH 3 BeI und der Temperatur T l 8 adressiert wird, zur Ausgabe von Korrekturwerten, die mit der Verknüpfung 74 bevorzugt multiplikativ mit dem Wirkungsgrad am Ausgang der Struktur 72 verknüpft werden.
Es ist allgemein üblich, Laboruntersuchungen zur SCR- Aktivität mit NH 3 -GaS und nicht mit einer HWL durchzuführen. Daraus resultiert ein geringfügig geänderter Wirkungsgrad insbesondere bei tiefen Temperaturen, was durch den Eingriff in der Verknüpfung 77 korrigiert
werden kann, die ebenfalls bevorzugt multiplikativ ausgestaltet ist. Die in der Verknüpfung 77 mit dem bis dahin gebildeten Wirkungsgrad zu verknüpfende Korrekturgröße wird in der Ausgestaltung der Fig. 5 durch das Kennfeld 76 bereitgestellt, das mit der Temperatur T l 8 des SCR-Katalysators 18 adressiert wird.
Mit dem am Ausgang der Verknüpfung 77 erhaltenen Wirkungsgrad eta ber wird im Block 30 auf die bereits beschriebene Weise eine passende Reduktionsmittelmenge Rm und, ferner das für die Dosierung dieser Menge Rm notwendige Ansteuersignal für das Reduktionsmitteldosierventil 24 gebildet und ausgegeben.