Brennkraftmaschine, Abgasnachbehandlungssystem für eine Brennkraftmaschine und Brennkraftmaschine mit einem solchen Abgasnachbehandlungssystem

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Abgasnachbehandlungssystems einer Brennkraftmaschine, ein Abgasnachbehandlungssystem für eine Brennkraftmaschine und eine Brennkraftmaschine mit einem solchen Abgasnachbehandlungssystem.

Insbesondere bei Brennkraftmaschinen, die im Non-Road- oder Off-Roadbereich und/oder zumindest im Wesentlichen bei stationären Betriebspunkten eingesetzt werden, zeigt sich, dass eine Stickoxid-Umsatzrate an einem SCR-Katalysatormaterial eines für eine solche

Brennkraftmaschine verwendeten Abgasnachbehandlungssystems mit der Zeit abnimmt, insbesondere nach längerem Volllastbetrieb. Um dies auszugleichen, werden solche

Brennkraftmaschinen entweder auf geringere Stickoxid-Emissionen abgestimmt, was aber zu einer verringerten Kraftstoffeffizienz führt, oder sie werden mit größeren, schwereren und insbesondere voluminöseren SCR-Katalysatoren ausgestattet, was teuer, mit Bezug auf einen Abgasgegendruck für die Brennkraftmaschine ungünstig und bauraumintensiv ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben eines

Abgasnachbehandlungssystems einer Brennkraftmaschine, ein Abgasnachbehandlungssystem für eine Brenril aftmaschine und eine Brennkraftmaschine mit einem solchen

Abgasnachbehandlungssystem zu schaffen, wobei die genannten Nachteile nicht auftreten.

Die Aufgabe wird gelöst, indem die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche geschaffen werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem ein Verfahren zum Betreiben eines

Abgasnachbehandlungssystems einer Brennkraftmaschine geschaffen wird, bei welchem im Betrieb des Abgasnachbehandlungssystems wenigstens ein Betriebsparameter erfasst wird, der in Zusammenhang mit einem Oxidationszustand eines SCR-Katalysatormaterials des Abgasnachbehandlungssystems steht, wobei abhängig von dem wenigstens einen Betriebsparameter wenigstens eine Reoxidationsmaßnahme zur Reoxidation des SCR- Katalysatormaterials eingeleitet wird. Alternativ oder zusätzlich zur Einleitung einer

Reoxidationsmaßnahme kann in Abhängigkeit des mindestens einen Betriebsparameters wenigstens eine Maßnahme eingeleitet werden, die eine fortschreitende oder weitere Reduktion des Katalysatormaterials unterbindet. Im Rahmen der Erfindung ist insoweit erkannt worden, dass die nachlassende Stickoxid-Umsatzrate insbesondere auf eine gerade bei hoher

Abgastemperatur und hoher Reduktionsmitteldosierrate erfolgende Reduktion des SCR- Katalysatormaterials als Konkurrenzreaktion zur Reduktion von Stickoxiden zurückzuführen ist, wobei das SCR-Katalysatormaterial im reduzierten Zustand nur noch in verringertem Maß oder gar nicht mehr in der Lage ist, die Reduktion von Stickoxiden zu katalysieren. Eine Reoxidation des SCR-Katalysatormaterials erfolgt unter den vorgenannten Betriebsbedingungen nur sehr langsam, sodass das SCR-Katalysatormaterial unter diesen Umständen kaum oder gar nicht regeneriert wird. Dieser Effekt tritt insbesondere auf bei Non-Road- oder Off-Road- Anwendungen von Brennkraftmaschinen, insbesondere wenn diese in stationären

Betriebspunkten und ganz besonders im Volllastbetrieb betrieben werden. Im On-Road-Bereich tritt der Effekt dagegen typischerweise in stark verringertem Maß oder gar nicht auf, da insbesondere die Abgastemperatur stärker schwankt und nicht für längere Zeit bei hohen Werten verharrt. Zugleich schwankt auch eine Reduktionsmitteldosierrate bei On-Road- Anwendungen typischerweise stärker als bei Off-Road- Anwendungen. Einer Verringerung der Stickoxid- Umsatzrate an dem SCR-Katalysatormaterial kann nun in vorteilhafter Weise entgegengewirkt werden, wenn ein Oxidationszustand des SCR-Katalysatormaterials mithilfe des wenigstens einen Betriebsparameters überwacht wird, wobei in Abhängigkeit von diesem Betriebsparameter wenigstens eine Reoxidationsmaßnahme zur Reoxidation des SCR-Katalysatormaterials eingeleitet und/oder zumindest eine weitere Reduktion des SCR-Katalysatormaterials verhindert wird. Somit kann das Katalysatormaterial bevorzugt aktiv regeneriert und dessen Umsatzrate wieder gesteigert werden, oder der Trend zu einer geringeren Umsatzrate hin kann zumindest aufgehalten werden. Dies wiederum erlaubt den Einsatz kleinerer, kostengünstiger und bauraumsparender SCR-Katalysatoren und/oder eine Abstimmung einer mit dem

Abgasnachbehandlungssystem verwendeten Brennkraftmaschine hin zu höheren Stickoxid- Emissionen und damit zugleich zu einem höheren Wirkungsgrad. Für die Stickoxid-Emissionen geltende Grenzwerte können dabei aufgrund der gesteigerten oder zumindest nicht weiter abnehmenden Umsatzrate des SCR-Katalysatormaterials gleichwohl eingehalten werden. Der gesteigerte Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine wirkt sich wiederum kraftstoffsparend aus. Die wenigstens eine Reoxidationsmaßnahme und/oder die wenigstens eine Maßnahme zur Verhinderung weiterer Reduktion wird insbesondere eingeleitet, wenn der wenigstens eine Betriebsparameter auf einen Oxidationszustand des SCR-Katalysatormaterials schließen lässt, der einen - vorzugsweise in vorbestimmter Weise - verminderten Umsatz von Stickoxiden an dem SCR-Katalysatormaterial zur Folge hat. Somit kann das SCR-Katalysatormaterial bedarfsgerecht reoxidiert und damit regeneriert werden.

Alternativ und/oder in Kombination zu einem unmittelbaren Starten einer Maßnahme nach deren Einleiten kann eine solche Maßnahme auch zunächst durch das Einleiten nur angefordert und erst dann durchgeführt werden, wenn betriebliche und/oder motorische Randbedingungen den Erfolg der Maßnahme begünstigen. Unter einem Einleiten einer Maßnahme kann also verstanden werden, dass diese sofort gestartet wird, oder aber dass die Maßnahme angefordert und mit einer Verzögerung oder einem zeitlichen Versatz zu ihrer Anforderung gestartet wird.

Unter einem Oxidationszustand des SCR-Katalysatormaterials wird insbesondere der

Oxidationszustand einer Oberfläche des SCR-Katalysatormaterials verstanden. Dabei zeigt sich, dass gängige SCR-Katalysatormaterialien typischerweise in einem oxidierten Zustand vorliegen, beispielsweise Vanadiumpentoxid, wobei an der Oberfläche des SCR-Katalysatormaterials angeordnete Sauerstoffatome zur Katalyse der Reduktion von Stickoxiden beitragen. Wird das SCR-Katalysatormaterial reduziert, werden solche Sauerstoffatome entfernt, sodass die katalytische Effizienz des SCR-Katalysatormaterials sinkt.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass als der wenigstens eine

Betriebsparameter eine Abgastemperatur - insbesondere stromaufwärts des SCR- Katalysatormaterials, vorzugsweise unmittelbar stromaufwärts desselben, oder an dem SCR- Katalysatormaterial - erfasst wird. Alternativ oder zusätzlich wird bevorzugt eine Betriebszeit, vorzugsweise gemessen seit einer letzten Reoxidationsmaßnahme oder seit einem Start der Brennkraftmaschine - als der wenigstens eine Betriebsparameter erfasst. Es ist auch möglich, dass eine Betriebszeit der Brennkraftmaschine in einem bestimmten Betriebszustand oder in einem bestimmten Kennfeldbereich erfasst wird. Eine Einleitung der wenigstens einen

Maßnahme zur Verhinderung weiterer Reduktion und/oder der wenigstens einen

Reoxidationsmaßnahme kann insoweit insbesondere temperatur- und/oder zeitgesteuert erfolgen. Dabei zeigt sich, dass eine Reduktion des SCR-Katalysatormaterials insbesondere bei hohen Abgastemperaturen und/oder längeren Betriebszeiten insbesondere in hohen Lastpunkten, besonders bei Volllast, auftritt.

Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass als der wenigstens eine Betriebsparameter ein Abgastemperatur-Betriebszeit-Integral erfasst wird. Insoweit kommt es für einen

Oxidationszustand des SCR-Katalysatormaterials insbesondere darauf an, für welche Zeit das Abgasnachbehandlungssystem bei welcher Abgastemperatur betrieben wird, wobei die

Betriebszeit und die Abgastemperatur gemeinsam eine Betriebshistorie festlegen, welche insgesamt den Oxidationszustand bestimmt.

Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass als der wenigstens eine Betriebsparameter eine zeitlich integral umzusetzende Stickoxid-Fracht, das heißt eine dem SCR-Katalysatormaterial über eine Integrationszeit zugeführte und an diesem umgesetzte Gesamtmenge an Stickoxid, oder eine zeitlich integral dosierte Reduktionsmittel-Menge, das heißt eine über eine

Integrationszeit insgesamt eindosierte Menge an Reduktionsmittel, erfasst wird.

Alternativ oder zusätzlich wird als der wenigstens eine Betriebsparameter eine

Stickoxidkonzentration und/oder eine Reduktionsmittelkonzentration stromabwärts des SCR- Katalysatormaterials in dem Abgasnachbehandlungssystem erfasst. Die Stickoxidkonzentration und/oder die Reduktionsmittelkonzentration wird/werden besonders bevorzugt unmittelbar stromabwärts des SCR-Katalysatormaterials erfasst. Als Reduktionsmittel wird bevorzugt Ammoniak verwendet, sodass insbesondere eine Ammoniakkonzentration - vorzugsweise unmittelbar - stromabwärts des SCR-Katalysatormaterials erfasst wird. Sowohl die

Stickoxidkonzentration als auch die Ammoniakkonzentration sind Indikatoren für einen Oxidationszustand des SCR-Katalysatormaterials, insbesondere da eine hohe

Stickoxidkonzentration zum einen - ebenso wie eine hohe Reduktionsmittelkonzentration - eine Reduktion des Katalysatormaterials als Konkurrenzreaktion zu der Reduktion von Stickoxiden fördern kann, wobei eine hohe Stickoxidkonzentration auch für eine verringerte Stickoxid- Umsatzrate an dem SCR-Katalysatormaterial spricht. Vorzugsweise wird eine Gesamt- Stickoxidkonzentration von Stickstoffmonoxid und Stickstoffdioxid mit einem Stickoxidsensor stromaufwärts des SCR-Katalysatormaterials bestimmt, wobei eine

Reduktionsmittelkonzentration, insbesondere eine Ammoniak-Konzentration stromabwärts des SCR-Katalysatormaterials mit einem Reduktionsmittel-Sensor, insbesondere einem

Ammoniaksensor, bestimmt wird. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der wenigstens eine Betriebsparameter mit einem vorbestimmten Schwellenwert verglichen wird, wobei die wenigstens eine Reoxidationsmaßnahme und/oder die wenigstens eine Maßnahme zur

Verhinderung einer weiteren Reduktion eingeleitet wird, wenn der wenigstens eine

Betriebsparameter den vorbestimmten Schwellenwert erreicht oder überschreitet. Der

Schwellenwert kann insbesondere eine Abgastemperatur-Schwelle, eine Betriebszeitschwelle, eine Abgastemperarur-Betriebszeit-Integral-Schwelle, eine Schwelle für die integrale Stickoxid- Fracht, eine Schwelle für die integrale Reduktionsmittelmenge, eine Stickoxidkonzentrations- Schwelle und/oder eine Reduktionsmittelkonzentrations-Schwelle sein. Der Begriff

„überschreiten" wird hier in einem allgemeinen Sinn dafür verwendet, dass der vorbestimmte Schwellenwert - je nach Definition des Betriebsparameters einerseits und des Schwellenwerts andererseits - nach oben oder nach unten überschritten wird. Jedenfalls zielt die Überschreitung des vorbestimmten Schwellenwerts durch den Betriebsparameter in Richtung einer gesteigerten Reduktion des SCR-Katalysatormaterials, sodass in diesem Fall die Einleitung einer Maßnahme zur Verhinderung weiterer Reduktion und/oder die Durchführung einer Reoxidationsmaßnahme sinnvoll ist.

Als Schwellenwert für die Abgastemperatur kann insbesondere ein Wert von 400 °C verwendet werden. Eine Reduktion des SCR-Katalysatormaterials droht insbesondere dann, wenn die Abgastemperatur für längere Zeit größer ist als 400 °C. Als Betriebszeitschwelle können insbesondere mindestens eine Stunde bis höchstens 10 Stunden, vorzugsweise 4 Stunden, verwendet werden. Alternativ ist es möglich, dass die wenigstens eine Maßnahme zur Verhinderung weiterer Reduktion und/oder die wenigstens eine Reoxidationsmaßnahme eingeleitet wird, wenn der wenigstens eine Betriebsparameter den vorbestimmten Schwellenwert für eine vorbestimmte Zeitdauer erreicht oder überschreitet. Dies kann den Aspekt berücksichtigen, dass die Reduktion des SCR-Katalysatormaterials dann in besonders ungünstiger Weise fortschreitet, wenn der Schwellenwert für eine längere Zeit erreicht oder überschritten wird. Bei der Bestimmung, ob die wenigstens eine Maßnahme zur Verhinderung weiterer Reduktion und/oder die wenigstens eine Reoxidationsmaßnahme eingeleitet wird, werden bevorzugt Pausen in Form von

Betriebszuständen berücksichtigt, in denen der Betriebsparameter den vorbestimmten

Schwellenwert nicht erreicht oder überschreitet. Dabei ist es möglich, dass ab einer vorbestimmten Pausenlänge die erfasste Zeit zurückgesetzt und bei einem nachfolgenden erneuten Überschreiten oder Erreichen des vorbestimmten Schwellenwerts durch den wenigstens einen Betriebsparameter neu erfasst wird. Dies trägt der Tatsache Rechnung, dass in den Pausen eine Regeneration des SCR-Katalysatormaterials ohne aktive Reoxidationsmaßnahme möglich ist.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Oxidationszustand und/oder ein Stickoxid-Umsatzwert des SCR-Katalysatormaterials mittels eines Katalysator- Reaktionsmodells berechnet wird/werden. Dem Katalysator-Reaktionsmodell wird der wenigstens eine Betriebsparameter als Eingangsgröße zugeführt. Die wenigstens eine Maßnahme zur Verhinderung weiterer Reduktion und/oder die wenigstens eine Reoxidationsmaßnahme wird abhängig von dem durch das Katalysator-Reaktionsmodell bestimmten Oxidationszustand und/oder dem durch das Katalysator-Reaktionsmodell bestimmten Stickoxid-Umsatzwert eingeleitet.

Unter einem Stickoxid-Umsatzwert wird dabei insbesondere ein absoluter Stickoxid-Umsatz, insbesondere eine absolute Stickoxid-Umsatzrate, oder alternativ eine Minderung eines

Stickoxid-Umsatzes oder einer Stickoxid-Umsatzrate aufgrund einer Reduktion des SCR- Katalysatormaterials verstanden.

Katalysator-Reaktionsmodelle sind grundsätzlich bekannt, beispielsweise aus den folgenden Literaturstellen:

[1] Massimo Colombo, Isabella Nova, Enrico Tronconi, Volker Schmeißer, Brigitte Bandl- Konrad, Lisa Zimmermann (2012), NO/N02/N20-NH3 SCR reactions over a commercial Fe- zeolite catalyst for diesel exhaust aftertreatment: Intrinsic kinetics and monolith Converter modelling, Applied Catalysis B: Environmental, Volumes 11 1-1 12, Pages 106-1 18,

http://dx.doi.Org/10.1016/j.apcatb.201 1.09.023;

[2] Nova, I., Ciardelli, C, Tronconi, E., Chatterjee, D. and Bandl-Konrad, B. (2006), NH ₃ -SCR of NO over a V-based catalyst: Low-T redox kinetics with NH ₃ Inhibition. AIChE Journal, Volume 52, Pages 3222-3233, doi:10.1002/aic.10939. Dabei kann es sich insbesondere um sogenannte globalkinetische SCR-Modelle handeln. Diese können in vorteilhafter Weise um weitere globalkinetische Reaktionen, welche den

Oxidationszustand des SCR-Katalysatormaterials beinhalten, erweitert werden. Ein auf diese Weise resultierendes Modell kann dann aus der Betriebshistorie des

Abgasnachbehandlungssystems den zu erwartenden Oxidationszustand der

Katalysatoroberfläche und/oder deren negative Auswirkung auf den Stickoxid-Umsatz berechnen und für die Frage herangezogen werden, ob die wenigstens eine Maßnahme zur Verhinderung weiterer Reduktion und/oder die wenigstens eine Reoxidationsmaßnahme eingeleitet werden soll. In dem US-amerikanischen Patent US 8,474,248 B2 wird beispielsweise eine modellbasierte Regelungsstrategie zur Regelung auf ein bestimmtes Katalysatoralter beschrieben. In analoger Weise kann im Rahmen der Erfindung eine Regelungsstrategie auf den Oxidationszustand des SCR-Katalysatormaterials geschaffen werden, wobei diese unabhängig vom Katalysatoralter ist. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass als die wenigstens eine

Maßnahme zur Verhinderung weiterer Reduktion und/oder als die wenigstens eine

Reoxidationsmaßnahme eine Reduktionsmitteldosierung in einen Abgaspfad des

Abgasnachbehandlungssystems stromaufwärts des SCR-Katalysatormaterials - vorzugsweise zeitlich begrenzt - verringert wird. Dies kann beispielsweise für eine Zeit erfolgen, die benötigt wird, um einen thermisch stationären Zustand des SCR-Katalysatormaterials über den gesamten Katalysator zu erreichen. Die Verringerung der Reduktionsmitteldosierung kann beispielsweise für mindestens eine Minute bis höchstens 60 Minuten, vorzugsweise für 15 Minuten, durchgeführt werden. Durch die Verringerung der Reduktionsmitteldosierung wird die

Reduktionsmitteloxidation als Konkurrenzreaktion zur Reoxidation des SCR- Katalysatormaterials unterdrückt.

Diese Maßnahme kann beispielsweise mit einer Betriebszeitschwelle derart kombiniert werden, dass die Verringerung der Reduktionsmitteldosierung für ungefähr 15 Minuten durchgeführt wird, wenn zuvor ein andauernder stationärer Betrieb oberhalb einer bestimmten

Abgastemperatur-Schwelle für insbesondere mindestens eine Stunde bis höchstens 10 Stunden, vorzugsweise für 4 Stunden, festgestellt wird.

Alternativ oder zusätzlich wird als die wenigstens eine Maßnahme zur Verhinderung weiterer Reduktion und/oder die wenigstens eine Reoxidationsmaßnahme bevorzugt eine Sauerstoffkonzentration im Abgas stromaufwärts des SCR-Katalysatormaterials angehoben. Durch einen höheren Sauerstoffgehalt im Abgas kann die Reoxidation des SCR- Katalysatormaterials gefördert werden. Alternativ oder zusätzlich wird als die wenigstens eine Maßnahme zur Verhinderung weiterer Reduktion und/oder die wenigstens eine Reoxidationsmaßnahme bevorzugt die Abgastemperatur stromaufwärts des SCR-Katalysatormaterials abgesenkt. Durch eine geringere Temperatur im Abgas kann die Reoxidation des SCR-Katalysatormaterials gefördert werden. Alternativ oder zusätzlich wird als die wenigstens eine Maßnahme zur Verhinderung weiterer Reduktion und/oder als die wenigstens eine Reoxidationsmaßnahme vorzugsweise eine

Stickoxidkonzentration im Abgas stromaufwärts des SCR-Katalysatormaterials verringert. Diese Maßnahme hat insbesondere für sich genommen den Effekt, dass eine

Reduktionsmitteldosierungsregelung die Dosierung des Reduktionsmittels reduziert, wenn weniger Stickoxid im Abgas stromaufwärts des SCR-Katalysatormaterials vorliegt. Weiterhin führt eine Verringerung der Stickstoffmonoxid-Konzentration im Bereich des SCR- Katalysatormaterials zu einer Unterdrückung der Oxidation von Stickstoffmonoxid zu

Stickstoffdioxid als Konkurrenzreaktion zur Reoxidation des SCR-Katalysatormaterials. Die Stickoxidkonzentration im Abgas kann aber auch flankierend zu der Verringerung der

Reduktionsmitteldosierung durchgeführt werden, um vorbestimmte Stickoxid-Grenzwerte für die Stickoxid- Emission auch bei reduzierter Reduktionsmitteldosierung einhalten zu können. Zur Verringerung der Stickoxidkonzentration im Abgas kommen insbesondere innermotorische Maßnahmen bei einer Brennkraftmaschine infrage, die zusammen mit dem

Abgasnachbehandlungssystem betrieben wird.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Sauerstoffkonzentration im Abgas stromaufwärts des SCR-Katalysatormaterials angehoben und/oder die Abgastemperatur abgesenkt wird, indem eine Stellposition einer Turbinenumgehungspfad-Stelleinrichtung für einen Umgehungspfad einer Abgasturbolader-Turbine stromaufwärts des SCR- Katalysatormaterials verändert wird. Eine solche Turbinenumgehungspfad-Stelleinrichtung kann bevorzugt als sogenanntes Wastegate ausgebildet sein, und eine Ventileinrichtung oder eine Abgasklappe umfassen. Wird die Turbinenumgehungspfad-Stelleinrichtung weiter oder vollständig geschlossen, wird mehr Abgas über die Abgasturbolader-Turbine geleitet, sodass zugleich die Leistung eines mit der Abgasturbolader-Turbine wirkverbundenen Abgasturbolader- Verdichters erhöht und so mehr Verbrennungsluft in einen Brennraum der Brennkraftmaschine gefördert wird. Dadurch wird ein höheres Verbrennungsluft-Brennstoff- Verhältnis im

Brennraum erzielt, woraus letztlich auch ein erhöhter Sauerstoff-Partialdruck im Abgas resultiert. Es ist aber auch möglich, dass in bestimmten Betriebszuständen des Abgasturboladers die Turbinenumgehungspfad-Stelleinrichtung weiter geöffnet wird, insbesondere um ein

Verdichterpumpen zu verhindern und den Wirkungsgrad des Abgasturbolader zu steigern. Auch dies kann zur Erhöhung des Sauerstoff-Partialdrucks im Abgas beitragen und/oder die

Abgastemperatur senken. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass die Sauerstoffkonzentration im Abgas

stromaufwärts des SCR-Katalysators angehoben und/oder die Abgastemperatur abgesenkt wird, indem eine Stellposition einer Verdichterumgehungspfad-Stelleinrichtung für einen

Umgehungspfad eines Abgasturbolader- Verdichters, der vorzugsweise im Ladepfad einer das Abgasnachbehandlungssystem aufweisenden Brennkraftmaschine angeordnet ist, verändert wird. Dabei kann die Verdichterumgehungspfad-Stelleinrichtung insbesondere für eine

Ladeluftentnahme geöffnet werden, sodass der Verdichter umblasen wird. Hierdurch kann in bestimmten Betriebsbereichen der Wirkungsgrad des Abgasturboladers erhöht werden, insbesondere wenn ansonsten ein Verdichterpumpen auftreten würde. Die vorteilhafte Wirkung auf das Verbrennungsluft-Brennstoff- Verhältnis durch den erhöhten Wirkungsgrad übersteigt dabei den negativen Effekt der Verdichter-Umblasung.

Wird dem Brennraum der Brennkraftmaschine mehr Verbrennungsluft zugeführt, kann zugleich die Abgastemperatur gesenkt und die Stickoxid-Konzentration im Abgas verringert werden. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Stickoxidkonzentration im Abgas stromaufwärts des SCR-Katalysatormaterials verringert wird, indem eine

Abgasrückführrate zur Rückführung von Abgas in einen Brennraum der dem

Abgasnachbehandlungssystem zugeordneten Brennkraftmaschine erhöht wird. Hierdurch kann insbesondere die Brennraumtemperatur abgesenkt, und die Stickoxid-Emission können gesenkt werden.

Alternativ oder zusätzlich ist bevorzugt vorgesehen, dass die Stickoxidkonzentration im Abgas stromaufwärts des SCR-Katalysatormaterials verringert wird, indem eine

Verbrennungsschwerpunktslage im Brennraum der dem Abgasnachbehandlungssystem zugeordneten Brennkraftmaschine verändert wird. Dies kann insbesondere über eine

Verschiebung eines Zündzeitpunkts bewirkt werden. Der Zündzeitpunkt und/oder die

Verbrennungsschwerpunktslage wird/werden dabei insbesondere so verschoben, dass die Stickoxid-Emissionen verringert werden, beispielsweise durch Verstellung des Zündzeitpunkts nach spät.

Die Aufgabe wird auch gelöst, indem ein Abgasnachbehandlungssystem für eine

Brennkraftmaschine geschaffen wird, welches einen Abgaspfad aufweist, wobei in dem

Abgaspfad ein SCR-Katalysator angeordnet ist. Das Abgasnachbehandlungssystem weist außerdem eine Reduktionsmitteldosiereinrichtung auf, die eingerichtet ist, um ein

Reduktionsmittel in den Abgaspfad stromaufwärts des SCR-Katalysators einzudosieren. Bei dem Reduktionsmittel kann es sich insbesondere um Ammoniak oder um ein Ammoniak- Vorläuferprodukt, insbesondere eine Harnstoff- Wasser-Lösung handeln. Das

Abgasnachbehandlungssystem weist außerdem wenigstens eine Erfassungseinrichtung auf, die eingerichtet ist zur Erfassung von wenigstens einem Betriebsparameter, der in Zusammenhang mit einem Oxidationszustand eines SCR-Katalysatormaterials des SCR-Katalysators steht. Das Abgasnachbehandlungssystem weist eine Steuereinrichtung auf, die eingerichtet ist, um abhängig von dem wenigstens einen Betriebsparameter wenigstens eine Maßnahme zur

Verhinderung weiterer Reduktion und/oder wenigstens eine Reoxidationsmaßnahme zur Reoxidation des SCR-Katalysatormaterials einzuleiten. In Zusammenhang mit dem

Abgasnachbehandlungssystem ergeben sich insbesondere die Vorteile, die bereits in

Zusammenhang mit dem Verfahren erläutert wurden.

Die wenigstens eine Erfassungseinrichtung kann insbesondere ein Abgastemperatur-Sensor, ein Betriebszeiterfassungsmittel, ein Abgastemperatur-Betriebszeit-Integral-Erfassungsmittel, ein Stickoxidsensor und/oder ein Reduktionsmittel-Sensor, insbesondere ein Ammoniaksensor, sein. Insbesondere ist es möglich, dass das Abgasnachbehandlungssystem stromaufwärts des SCR- Katalysators einen Stickoxidsensor und/oder einen Abgastemperatur-Sensor aufweist. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass das Abgasnachbehandlungssystem stromabwärts des SCR- Katalysators einen Reduktionsmittel-Sensor, insbesondere einen Ammoniaksensor, und/oder einen Stickoxidsensor, und/oder einen Temperatursensor aufweist.

In der Steuereinrichtung ist vorzugsweise wenigstens ein vorbestimmter Schwellenwert hinterlegt, mit dem der wenigstens eine Betriebsparameter verglichen wird, um abhängig von dem Vergleich die wenigstens eine Maßnahme zur Verhinderung weiterer Reduktion und/oder die wenigstens eine Reoxidationsmaßnahme einzuleiten.

Besonders bevorzugt ist in der Steuereinrichtung ein Katalysator-Reaktionsmodell hinterlegt, dem der wenigstens eine Betriebsparameter als Eingangsgröße zugeführt werden kann, wobei die wenigstens eine Maßnahme zur Verhinderung weiterer Reduktion und/oder die wenigstens eine Reoxidationsmaßnahme abhängig von einem durch das Katalysator-Reaktionsmodell bestimmten Oxidationszustand und/oder einem durch das Katalysator-Reaktionsmodell bestimmten Stickoxid-Umsatzwert eingeleitet wird.

Die Steuereinrichtung ist vorzugsweise mit der Reduktionsmitteldosiereinrichtung

wirkverbunden, um diese insbesondere zur Einstellung einer Reduktionsmitteldosierrate anzusteuern. Alternativ oder zusätzlich ist die Steuereinrichtung bevorzugt eingerichtet, um eine Turbinenumgehungspfad-Stelleinrichtung und/oder eine Verdichterumgehungspfad- Stelleinrichtung einer Brennkraftmaschine, welche das Abgasnachbehandlungssystem aufweist, anzusteuern, wobei sie bevorzugt mit wenigstens einer dieser Einrichtungen wirkverbunden ist. Die Steuereinrichtung ist zusätzlich oder alternativ bevorzugt eingerichtet, um eine

Abgasrückführrate und/oder eine Verbrennungsschwerpunktslage für wenigstens einen

Brennraum der Brennkraftmaschine einzustellen.

Die Aufgabe wird schließlich auch gelöst, indem eine Brennkraftmaschine geschaffen wird, welche ein Abgasnachbehandlungssystem nach einem der zuvor beschriebenen

Ausführungsbeispiele aufweist. In Zusammenhang mit der Brennkraftmaschine ergeben sich insbesondere die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Verfahren und mit dem

Abgasnachbehandlungssystem erläutert wurden.

Die Brennkraftmaschine weist bevorzugt einen Abgasturbolader mit einer Abgasturbolader- Turbine in einem Abgaspfad des Abgasnachbehandlungssystems - vorzugsweise stromaufwärts des SCR-Katalysators - und einem Abgasturbolader- Verdichter in einem Ladepfad der

Brennkraftmaschine auf, wobei der Abgasturbolader-Turbine bevorzugt ein Umgehungspfad sowie eine Turbinenumgehungspfad-Stelleinrichtung zugeordnet sind, wobei dem

Abgasturbolader- Verdichter bevorzugt ein Umgehungspfad und eine Verdichterumgehungspfad- Stelleinrichtung zugeordnet sind, wobei die Steuereinrichtung des

Abgasnachbehandlungssystems bevorzugt mit der Turbinenumgehungspfad-Stelleinrichtung und/oder mit der Verdichterumgehungspfad-Stelleinrichtung zu deren Ansteuerung wirkverbunden ist.

Die Brennkraftmaschine weist bevorzugt eine Abgasrückführeinrichtung auf, die eingerichtet ist zur Rückführung von Abgas in einen Brennraum der Brennkraftmaschine, wobei die

Steuereinrichtung des Abgasnachbehandlungssystems bevorzugt mit der

Abgasrückführeinrichtung zur Einstellung einer Abgasrückführrate wirkverbunden ist.

Außerdem ist die Steuereinrichtung bevorzugt eingerichtet, um eine

Verbrennungsschwerpunktslage in dem wenigstens einen Brennraum der Brennkraftmaschine einzustellen, besonders bevorzugt durch Variation eines Zündzeitpunkts.

Es ist möglich, dass die Steuereinrichtung des Abgasnachbehandlungssystems ein Steuergerät der Brennkraftmaschine, insbesondere ein Motorsteuergerät derselben, ist, oder dass die

Funktionalität der Steuereinrichtung des Abgasnachbehandlungssystems in das Steuergerät, insbesondere das Motorsteuergerät, der Brennkraftmaschine integriert ist. Es ist aber auch möglich, dass dem Abgasnachbehandlungssystem eine separate Steuereinrichtung zugeordnet ist.

Die Brennkraftmaschine ist vorzugsweise als Hubkolbenmotor ausgebildet. Es ist möglich, dass die Brennkraftmaschine zum Antrieb eines Personenkraftwagens, eines Lastkraftwagens oder eines Nutzfahrzeugs eingerichtet ist. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel dient die Brennkraftmaschine dem Antrieb insbesondere schwerer Land- oder Wasserfahrzeuge, beispielsweise von Minenfahrzeugen, Zügen, wobei die Brennkraftmaschine in einer

Lokomotive oder einem Triebwagen eingesetzt wird, oder von Schiffen. Auch ein Einsatz der Brennkraftmaschine zum Antrieb eines der Verteidigung dienenden Fahrzeugs, beispielsweise eines Panzers, ist möglich. Ein Ausführungsbeispiel der Brennkraftmaschine wird vorzugsweise auch stationär, beispielsweise zur stationären Energieversorgung im Notstrombetrieb,

Dauerlastbetrieb oder Spitzenlastbetrieb eingesetzt, wobei die Brennkraftmaschine in diesem Fall vorzugsweise einen Generator antreibt. Auch eine stationäre Anwendung der

Brennkraftmaschine zum Antrieb von Hilfsaggregaten, beispielsweise von Feuerlöschpumpen auf Bohrinseln, ist möglich. Weiterhin ist eine Anwendung der Brennkraftmaschine im Bereich der Förderung fossiler Roh- und insbesondere Brennstoffe, beispielswiese Öl und/oder Gas, möglich. Auch eine Verwendung der Brennkraftmaschine im industriellen Bereich oder im Konstruktionsbereich, beispielsweise in einer Konstruktions- oder Baumaschine, zum Beispiel in einem Kran oder einem Bagger, ist möglich. Die Brennkraftmaschine ist vorzugsweise als Dieselmotor, als Benzinmotor, als Gasmotor zum Betrieb mit Erdgas, Biogas, Sondergas oder einem anderen geeigneten Gas, ausgebildet. Insbesondere wenn die Brennkraftmaschine als Gasmotor ausgebildet ist, ist sie für den Einsatz in einem Blockheizkraftwerk zur stationären Energieerzeugung geeignet.

Das Abgasnachbehandlungssystem ist bevorzugt eingerichtet zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsformen. Ebenso ist die Brennkraftmaschine bevorzugt eingerichtet zur Durchführung von wenigstens einer der zuvor beschriebenen

Ausführungsformen des Verfahrens.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:

Figur 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Brennkraftmaschine mit einem Abgasnachbehandlungssystem, und

Figur 2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Verfahrens zum

Betreiben des Abgasnachbehandlungssystems sowie der Brennkraftmaschine gemäß Figur 1. Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Brennkraftmaschine 1 mit einem Abgasnachbehandlungssystem 3, welches einen Abgaspfad 5 aufweist, wobei in dem Abgaspfad 5 ein SCR-Katalysator 7 angeordnet ist, der ein SCR-Katalysatormaterial aufweist, wobei das Abgasnachbehandlungssystem 3 außerdem eine

Reduktionsmitteldosiereinrichtung 9 aufweist, die eingerichtet ist zum Eindosieren eines Reduktionsmittels, insbesondere von Ammoniak oder einem Ammoniak- Vorläuferprodukt, insbesondere einer Harnstoff- Wasser-Lösung, in den Abgaspfad 5 stromaufwärts des SCR- Katalysators 7. Das Abgasnachbehandlungssystem 3 weist außerdem wenigstens eine

Erfassungseinrichtung 11 , hier eine Mehrzahl von Erfassungseinrichtungen 11 , zur Erfassung von wenigstens einem Betriebsparameter, hier insbesondere zur Erfassung einer Mehrzahl von Betriebsparametern auf, wobei der wenigstens eine Betriebsparameter in Zusammenhang mit einem Oxidationszustand des SCR-Katalysatormaterials des SCR-Katalysators 7 steht.

Außerdem weist das Abgasnachbehandlungssystem 3 eine Steuereinrichtung 13 auf, die eingerichtet ist, um abhängig von dem wenigstens einen Betriebsparameter wenigstens eine Maßnahme zur Verhinderung weiterer Reduktion des SCR-Katalysatormaterials und/oder wenigstens eine Reoxidationsmaßnahme zur Reoxidation des SCR-Katalysatormaterials einzuleiten. Somit kann eine - insbesondere fortschreitende - Verringerung einer Stickoxid- Umsatzrate des SCR-Katalysators 7 aufgrund einer Reduktion des SCR-Katalysatormaterials vermieden oder rückgängig gemacht werden, insbesondere indem das SCR- Katalysatormaterial regelmäßig oder bedarfsgerecht durch Reoxidation regeneriert wird. Dies führt letztlich dazu, dass an der Brennkraftmaschine 1 ein kleinerer, kostengünstiger und bauraumsparender SCR- Katalysator 7 verwendet werden kann, und/oder dass die Brennkraftmaschine 1 stärker in Hinblick auf einen Wirkungsgrad zu Ungunsten der Stickoxid-Emissionen optimiert werden kann, was Kraftstoffersparnisse mit sich bringt, wobei Grenzwerte für die Stickoxid-Emissionen gleichwohl eingehalten werden können, da der SCR-Katalysator 7 eine erhöhte Effizienz aufweist.

Als Erfassungseinrichtungen 1 1 zur Erfassung von Betriebsparametern sind hier insbesondere ein Abgastemperatur-Sensor 15 und ein Stickoxidsensor 17 - beide in dem Abgaspfad 5 stromaufwärts des SCR-Katalysators 7 - vorgesehen, wobei als weitere Erfassungseinrichtung 1 1 ein Reduktionsmittel-Sensor 19, insbesondere ein Ammoniaksensor, in dem Abgaspfad 5 stromabwärts des SCR-Katalysators 7 angeordnet ist. Die Steuereinrichtung 13 weist

vorzugsweise ein Betriebszeit-Erfassungsmittel auf, sodass eine Betriebszeit des

Abgasnachbehandlungssystems 3 und/oder ein Abgastemperatur-Betriebszeit-Integral durch die Steuereinrichtung 13 erfassbar ist/sind.

Die Steuereinrichtung 13 ist insbesondere mit der Reduktionsmitteldosiereinrichtung 9 sowie mit den verschiedenen Erfassungseinrichtungen 11 wirkverbunden. Die Brennkraftmaschine 1 weist außerdem einen Abgasturbolader 21 auf, der eine

Abgasturbolader-Turbine 23 sowie einen Abgasturbolader- Verdichter 25 aufweist, wobei der Abgasturbolader- Verdichter 25 mit der Abgasturbolader-Turbine 23 antriebswirkverbunden ist. Die Abgasturbolader-Turbine 23 ist dabei in dem Abgaspfad 5 der Brennkraftmaschine 1 angeordnet, wobei der Abgasturbolader- Verdichter 25 in einem Ladepfad 27 der

Brennkraftmaschine 1 angeordnet ist.

Der Abgasturbolader-Turbine 23 ist ein Turbinen-Umgehungspfad 29 mit einer

Turbinenumgehungspfad-Stelleinrichtung 31 zugeordnet, über den - abhängig von einer

Stellposition der Turbinenumgehungspfad-Stelleinrichtung 31, die insbesondere als Wastegate ausgebildet sein kann - ein bestimmter Anteil an Abgas um die Abgasturbolader-Turbine 23 herum geleitet werden kann.

Dem Abgasturbolader- Verdichter 25 ist ein Verdichter-Umgehungspfad 33 mit einer

Verdichterumgehungspfad-Stelleinrichtung 35 zugeordnet, wobei entlang des Ladepfads 27 strömende Ladeluft abhängig von einer Stellposition der Verdichterumgehungspfad- Stelleinrichtung 35 an dem Abgasturbolader- Verdichter 25 vorbei und insbesondere von einer Hochdruckseite des Abgasturbolader- Verdichters 25 zu einer Niederdruckseite desselben zurückgeführt werden kann, was auch als Ladeluftentnahme oder Umblasen des

Abgasturbolader- Verdichters 25 bezeichnet wird. Dabei ist ein Anteil der entnommenen oder umblasenen Ladeluft durch Veränderung der Stellposition der Turbinenumgehungspfad- Stelleinrichtung 35 einstellbar.

Die Brennkraftmaschine 1 weist außerdem eine Abgasrückführeinrichtung 37, hier in Form eines Abgasrückführpfads 39 auf, wobei in dem Abgasrückführpfad 39 eine Abgasrückführ-

Stelleinrichtung 41, insbesondere in Form einer Abgasrückführklappe, angeordnet ist, mittels welcher eine Abgasrückführrate, das heißt ein Anteil an in den Ladepfad 27 aus dem Abgaspfad 5 zurückgeführtem Abgas, einstellbar ist. In Figur 1 ist hier beispielhaft eine Hochdruck- Abgasrückführung dargestellt. Es ist aber ebenso möglich, dass die Brennkraftmaschine 1 eine Niederdruck-Abgasrückführung aufweist.

Die Steuereinrichtung 13 ist mit der Turbinenumgehungspfad-Stelleinrichtung 31, der

Verdichterumgehungspfad-Stelleinrichtung 35 und der Abgasrückführeinrichtung 37, hier insbesondere mit der Abgasrückführ-Stelleinrichtung 41, wirkverbunden, um deren

Stellpositionen einzustellen.

Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Verfahrens zum

Betreiben eines Abgasnachbehandlungssystems einer Brennkraftmaschine, insbesondere zum Betreiben des Abgasnachbehandlungssystems 3 der Brennkraftmaschine 1 gemäß Figur 1. Dabei wird in einem ersten Schritt Sl im Betrieb des Abgasnachbehandlungssystems 3 wenigstens ein Betriebsparameter erfasst, der in Zusammenhang mit einem Oxidationszustand eines SCR- Katalysatormaterials des SCR-Katalysators 7 steht. In einem zweiten Schritt S2 wird der wenigstens eine erfasste Betriebsparameter ausgewertet, insbesondere in Hinblick auf den Oxidationszustand des SCR-Katalysatormaterials.

In einem dritten Schritt S3 wird abhängig von dem wenigstens einen Betriebsparameter, insbesondere abhängig von dem Oxidationszustand des SCR-Katalysatormaterials, der anhand des wenigstens einen Betriebsparameters in dem zweiten Schritt S2 ermittelt wurde, wenigstens eine Maßnahme zur Verhinderung weiterer Reduktion des SCR-Katalysatormaterials und/oder wenigstens eine Reoxidationsmaßnahme zur Reoxidation des SCR-Katalysatormaterials eingeleitet.

Dabei wird als der wenigstens eine Betriebsparameter bevorzugt eine Abgastemperatur, eine Betriebszeit, ein Abgastemperatur-Betriebszeit-Integral, eine zeitlich integral umgesetzte Stickoxid-Fracht, eine zeitlich integral dosierte Reduktionsmittelmenge, eine

Stickoxidkonzentration, und/oder eine Reduktionsmittelkonzentration stromabwärts des SCR- Katalysators 7 in dem Abgasnachbehandlungssystem 3 erfasst.

Der wenigstens eine Betriebsparameter wird mit einem vorbestimmten und vorzugsweise in der Steuereinrichtung 13 hinterlegten Schwellenwert verglichen, wobei die Maßnahme zur

Verhinderung weiterer Reduktion und/oder die Reoxidationsmaßnahme eingeleitet wird, wenn der wenigstens eine Betriebsparameter den vorbestimmten Schwellenwert erreicht oder überschreitet, oder wenn der wenigstens eine Betriebsparameter den vorbestimmten

Schwellenwert für eine vorbestimmte Zeitdauer erreicht oder überschreitet.

In der Steuereinrichtung 13 ist vorzugsweise ein Katalysator-Reaktionsmodell hinterlegt, wobei der Oxidationszustand des SCR-Katalysatormaterials und/oder ein Stickoxid-Umsatzwert des SCR-Katalysatormaterials mittels des Katalysator-Reaktionsmodells bestimmt wird, wobei dem Katalysator-Reaktionsmodell der wenigstens eine Betriebsparameter als Eingangsgröße zugeführt wird, wobei die wenigstens eine Maßnahme zur Verhinderung weiterer Reduktion und/oder die wenigstens eine Reoxidationsmaßnahme abhängig von dem durch das Katalysator- Reaktionsmodell bestimmten Oxidationszustand und/oder dem Stickoxid-Umsatzwert eingeleitet wird.

Als die wenigstens eine Maßnahme zur Verhinderung weiterer Reduktion und/oder die wenigstens eine Reoxidationsmaßnahme wird vorzugsweise eine Reduktionsmitteldosierung in den Abgaspfad 5 des Abgasnachbehandlungssystems 3 stromaufwärts des SCR-Katalysators 7 verringert, eine Sauerstoffkonzentration im Abgas stromaufwärts des SCR-Katalysators 7 angehoben, die Abgastemperatur stromaufwärts des SCR-Katalysators 7 abgesenkt, und/oder eine Stickoxidkonzentration im Abgas stromaufwärts des SCR-Katalysators 7 verringert.

Die Sauerstoffkonzentration wird bevorzugt angehoben und/oder die Abgastemperatur wird abgesenkt, indem die Stellposition der Turbinenumgehungspfad-Stelleinrichtung 31 verändert wird, und/oder indem die Stellposition der Verdichterumgehungspfad-Stelleinrichtung 35 verändert wird.

Die Stickoxidkonzentration im Abgas wird bevorzugt verringert, indem die Abgasrückführrate insbesondere mittels der Abgasriickfuhr-Stelleinrichtung 41 erhöht wird, und/oder indem eine Verbrennungsschwerpunktslage in wenigstens einem Brennraum der Brennkraftmaschine 1 verändert wird. Hierzu ist die Steuereinrichtung 13 vorzugsweise mit einer Zündeinrichtung oder einem Injektor zur Direkteinspritzung eines Brennstoffs in den Brennraum wirkverbunden, um einen Zündzeitpunkt einstellen zu können.

Insgesamt zeigt sich, dass mit dem hier vorgeschlagenen Verfahren, dem

Abgasnachbehandlungssystem 3 und der Brennkraftmaschine 1 eine Erhöhung oder

Regenerierung einer Stickoxid-Umsatzrate an einem SCR-Katalysator 7 erreicht, oder zumindest deren weitere Verringerung verhindert werden kann, sodass der SCR-Katalysator 7 kleiner, kostengünstiger und bauraumsparender ausgebildet sein kann, und/oder dass die

Brennkraftmaschine 1 stärker in Hinblick auf einen Wirkungsgrad und damit kraftstoffsparend optimiert werden kann, wobei damit verbundene, höhere Stickoxid-Emissionen durch die höhere oder zumindest nicht verringerte Umsatzrate des SCR-Katalysators 7 kompensiert werden.