Verfahren zum Betreiben eines Abgasnachbehandlungssystems eines Dieselmotors und Abgasnachbehandlungssystem

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Abgasnachbehandlungssystems eines Dieselmotors, der im Abgasstrang einen SCR-kombinierten Dieselpartikelfilter und stromab hiervon im Abgasstrang einen SCR-Katalysator aufweist, wobei eine wässrige Harnstofflösung in den Abgasstrang stromauf des SCR-kombinierten Dieselpartikelfilters injiziert wird.

Es ist allgemein bekannt, dass die Grenzwerte für die Emissionen von Dieselmotoren immer niedriger angesetzt werden, wobei dies nicht nur die entsprechenden Werte auf dem Prüfstand, sondern auch solche im realen Fahrzyklus betrifft. Es ist daher von großer Bedeutung, so viele Informationen wie möglich zu gewinnen, um eine sorgfältige Diagnose und Steuerung des Abgasnachbehand ^¬ lungssystems durchführen zu können.

Bei den Abgasnachbehandlungssystemen von Dieselmotoren hat man bisher einen Dieseloxidationskatalysator (DOC) mit einem nachgeschalteten Dieselpartikelfilter im Abgasstrang vorgesehen. Stromab des Dieselpartikelfilters wurde eine wässrige Harnstofflösung in den Abgasstrang injiziert. Stromab der entsprechenden Einspeisestelle hat man einen SCR-Katalysator (Katalysator mit selektiver katalytischer Reduktion) angeordnet, um auf diese Weise insbesondere den NOx-Anteil im Abgas zu reduzieren. Stromauf des Dieseloxidationskatalysators und stromab des SCR-Katalysators hat man zwei NOx-Sensoren ange ^¬ ordnet, wobei der NOx-Sensor stromab des SCR-Katalysators zum Adaptieren des Beladungsmodells von H ₃ im SCR-Katalysator eingesetzt wurde, um sicherzustellen, dass die reale

SCR-Beladung dem entsprechenden Sollwert entsprach. In neuerer Zeit finden jedoch zwei SCR-Katalysatoren in einem derartigen Abgasnachbehandlungssystem Verwendung. Ein solcher SCR-Katalysator ist dabei mit einem entsprechenden Dieselpartikelfilter kombiniert und weist beispielsweise eine ent- sprechende SCR-Beschichtung auf. Ein solcher SCR-kombinierter Dieselpartikelfilter (SCRF) erfüllt daher die beiden Aufgaben: selektive katalytische Reduktion und Partikelfilterung.

Bei einer derartigen Anordnung ist ein zweiter SCR-Katalysator abstromseitig eines solchen SCR-kombinierten Dieselpartikel ^¬ filters im Abgasstrang angeordnet. Die Injizierung der wässrigen Harnstofflösung erfolgt stromauf des SCR-kombinierten Dieselpartikelfilters. Die vorliegende Erfindung befasst sich mit einem derartigen Abgasnachbehandlungssystem, das eine Kombination aus einem SCR-kombinierten Dieselpartikelfilter (SDPF) und einem nachgeschalteten SCR-Katalysator aufweist. Erfindungsgemäß geht es darum, entsprechende Informationen in Bezug auf ein derartiges kombiniertes System zu gewinnen, um dieses auf besonders genaue und robuste Weise diagnostizieren und steuern zu können.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art zur Verfügung zu stellen, das eine besonders präzise Emissionsnachbehandlung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der angegebenen Art gelöst, das die folgenden Schritte umfasst: - Messen der NOx-Konzentration stromab des SCR-Katalysators mit einem NOx-Sensor;

Messen der NOx-Konzentration stromauf des SCR-Katalysators mit einem NOx-Sensor; Identifizieren der stromauf des SCR-Katalysators gemessenen NOx-Konzentration als NH ₃ , wenn das Verhältnis zwischen der stromab des SCR-Katalysators gemessenen NOx-Konzentration und der stromauf des SCR-Katalysators gemessenen

NOx-Konzentration größer ist als ein erster Schwellenwert und die Differenz zwischen der stromauf des SCR-Katalysators gemessenen NOx-Konzentration und der stromab des

SCR-Katalysators gemessenen NOx-Konzentration größer ist als ein zweiter Schwellenwert; und

Reduzieren der injizierten wässrigen Harnstofflösung, bis die vorstehend genannten Bedingungen nicht mehr erfüllt sind .

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird daher der NOx-Sensor stromab des SCR-Katalysators dazu benutzt, um die vom NOx-Sensor stromauf des SCR-Katalysators gemessene NOx-Information in einen NOx-Wert und einen NH ₃ -Wert aufzuteilen. Hierdurch werden Informationen über den NH ₃ -Anteil im Abgas stromauf des

SCR-Katalysators gewonnen, die in Bezug auf die injizierte wässrige Harnstofflösung verwendet werden, wobei die Zugabe derselben reduziert wird, bis die erfindungsgemäß gestellten Bedingungen nicht mehr erfüllt sind. Es wird daher ein Verfahren zum Separieren der entsprechenden NOx/NH ₃ -Informationen aus den gemessenen NOx-Sensor-Signalen zur Verfügung gestellt, das in einfacher Weise durchgeführt werden kann und mit dem eine präzise und robuste Steuerung und Diagnose des Abgasnachbehandlungs ^¬ systems aus dem SCR-kombinierten Dieselpartikelfilter und dem SCR-Katalysator möglich ist.

Der erste Schwellenwert kann beispielsweise 1 betragen, der zweite Schwellenwert beispielsweise 40 ppm. Aus der mit dem NOx-Sensor stromab des SCR-Katalysators gemessenen NOx-Kon- zentration NOx_a_SCR_Sensor lässt sich auch die NH ₃ -Konzen- tration stromab des SCR-Katalysators (NH ₃ _a_SCR) berechnen, und zwar nach der folgenden Formel: NH ₃ _a_SCR = NOx_a_SCR_Sensor/Faktor_NH ₃

Der Faktor_NH ₃ ist ein Empfindlichkeitsfaktor der NH ₃ -Messung durch den NOx-Sensor im Vergleich zur NOx-Messung. Er beträgt beispielsweise 1,1, da H ₃ eine höhere Diffusionskonstante besitzt, und hat daher im Vergleich zum NOx-Wert einen höheren Wert .

Wenn die vorstehend angegebenen Bedingungen (Verhältnis zwischen den gemessenen NOx-Konzentrationen und Differenz zwischen den gemessenen NOx-Konzentrationen) nicht erfüllt sind, wird vorzugsweise die stromab des SCR-Katalysators vom NOx-Sensor gemessene NOx-Konzentration mit der stromauf des

SCR-Katalysators vom NOx-Sensor gemessene NOx-Konzentration gleichgesetzt und hieraus die NH ₃ -Konzentration stromauf des SCR-Katalysators bestimmt. Die NH ₃ -Konzentration stromauf des SCR-Katalysators kann daher wie folgt ermittelt werden:

NOx_b_SCR = NOx_a_SCR_Sensor NH ₃ _b_SCR = (NOx_b_SCR_Sensor - NOx_b_SCR) /Faktor_NH ₃ mit :

NOx_b_SCR = stromauf des SCR-Katalysators bestimmte

NOx-Konzentration

NH ₃ _b_SCR = stromauf des SCR-Katalysators bestimmte

NH ₃ -Konzentration NOx_b_SCR_Sensor = mit NOx-Sensor stromauf des SCR-Katalysators gemessene NOx-Konzentration

NOx_a_SCR_Sensor = mit NOx-Sensor stromab des SCR-Katalysators gemessene NOx-Konzentration

Faktor_NH3 = Empfindlichkeitsfaktor der NH3-Messung durch den NOx-Sensor im Vergleich zur NOx-Messung (beispielsweise 1,1, da NH3 eine höhere Diffusionskonstante besitzt und daher im Vergleich zum NOx-Signal einen höheren Messwert aufweist) .

Die in der vorstehend beschriebenen Weise ermittelte Information der NOx- und NH3-Konzentration aufstromseitig und abstromseitig des SCR-Katalysators kann dann mit den durch ein SCRF- und SCR-Beladungsmodell berechneten NOx- und NH3-Modellwerten stromauf und stromab des SCR-Katalysators verglichen werden, und diese Modellwerte können entsprechend adaptiert werden, wenn die Abweichung höher als ein Schwellenwert ist, um die Modellwerte an die aus den NOx-Sensor-Informationen gewonnenen Werte anzupassen .

Ferner kann eine SCRF/SCR-Effizienz-Diagnose durchgeführt werden, wenn die reale SCRF- und SCR-Beladung nah an der Sollwert-Beladung liegt. Hierbei kann beispielsweise ein OBD-Diagnose-Schwellenwert (On-Board-Diagnose-Schwellenwert) in Abhängigkeit von der Beladung angesetzt werden. Auf diese Weise kann die OBD-Diagnose robust gemacht werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren kann ferner mit einem dritten NOx-Sensor stromauf des SCR-kombinierten Dieselpartikelfilters (SDPF) gearbeitet werden. Die Erfindung betrifft ferner ein Abgasnachbehandlungssystem eines Dieselmotors, der im Abgasstrang einen SCR-kombinierten Dieselpartikelfilter und stromab hiervon im Abgasstrang einen SCR-Katalysator aufweist, wobei eine wässrige Harnstofflösung in den Abgasstrang stromauf des SCR-kombinierten Dieselpartikelfilters injiziert wird. Das Abgasnachbehandlungssystem ist dadurch gekennzeichnet, dass es einen ersten NOx-Sensor im Abgasstrang stromauf des SCR-Katalysators und einen zweiten NOx-Sensor stromab des SCR-Katalysators im Abgasstrang aufweist. Mit dieser Kombination an NOx-Sensoren kann das vorstehend beschriebene Verfahren durchgeführt werden.

Vorzugsweise weist das Abgasnachbehandlungssystem eine Zu ^¬ führeinrichtung für eine wässrige Harnstofflösung in den Abgasstrang nur stromauf des SCR-kombinierten Dieselpartikelfilters auf.

Bei einer Variante der Erfindung ist ein dritter NOx-Sensor stromauf des SCR-kombinierten Dieselpartikelfilters im Ab ^¬ gasstrang vorgesehen. Ferner kann bei diesem System im Abgasstrang stromauf des SCR-kombinierten Dieselpartikelfilters ein Dieseloxidationskatalysator (DOC) angeordnet sein.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbei ^¬ spieles in Verbindung mit der Zeichnung im Einzelnen erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Darstellung eines Abgasnachbehandlungssystems; und

Figur 2 ein Diagramm, das diverse NOx-, NH ₃ - und Temperaturwerte an verschiedenen Stellen des Abgasnachbehandlungssystems in Abhängigkeit von der Zeit zeigt. _η

Das in Figur 1 schematisch dargestellte Abgasnachbehand ^¬ lungssystem eines Dieselmotors besitzt einen Abgasstrang 1, der vom Abgas des Motors in der Figur von links nach rechts durchströmt wird. Benachbart zum Motor ist ein Dieseloxida- tionskatalysator 2 im Abgasstrang vorgesehen, dem stromab ein SCR-kombinierter Dieselpartikelfilter 3 folgt. Zwischen dem Dieseloxidationskatalysator 2 und dem SCR-kombinierten Dieselpartikelfilter 3 befindet sich eine Einspeisestelle 6 für eine wässrige Harnstofflösung, die in einem geeigneten Tank 5 an- geordnet ist. Stromab des SCR-kombinierten Dieselpartikel ^¬ filters 3 ist ein SCR-Katalysator 4 vorgesehen. Die entsprechenden Katalysatoren und Partikelfilter sind allgemein bekannt, so dass Einzelheiten hiervon an dieser Stelle nicht mehr beschrieben werden müssen. Im Übrigen wurde die entsprechende Funktionsweise dieser Bauteile eingangs erläutert.

Stromauf und stromab des SCR-Katalysators 4 ist jeweils ein NOx-Sensor 8, 7 im Abgasstrang vorgesehen. Ein weiterer optional vorgesehener NOx-Sensor 9 ist stromauf des SCR-kombinierten Dieselpartikelfilters 3 im Abgasstrang angeordnet.

Wie eingangs bereits erörtert, werden mit der Anordnung der beiden NOx-Sensoren 8, 7 stromauf und stromab des SCR-Kata ^¬ lysators 4 diverse NOx-Konzentrationswerte im Abgas ermittelt. Insbesondere wird der NOx-Sensor stromab des SCR-Katalysators benutzt, um die gemessene NOx-Information stromauf des

SCR-Katalysators in einen NOx- und NH ₃ -Wert aufzuteilen. Nach den entsprechenden Ergebnissen wird dann beispielsweise die Dosierung der wässrigen Harnstofflösung gesteuert.

Insgesamt werden die NOx- und NH ₃ -Konzentrationen stromauf und stromab des SCR-Katalysators ermittelt und mit entsprechenden Beladungsmodellen verglichen, wobei bei einer größeren Abweichung eine Adaptierung vorgenommen wird. Figur 2 zeigt in einem Diagramm entsprechende NH ₃ -, NOx- und Temperaturwerte in Abhängigkeit von der Zeit, wobei im Diagramm die Herkunft dieser Werte angedeutet ist. Ferner ist im Diagramm der entsprechende NH ₃ -Wert angedeutet. Die jeweiligen Kurven sind mit Ziffern der entsprechenden Messstellen versehen.