AT521669A1 - Verfahren und Verbrennungskraftmaschine zur Effizienzverbesserung eines SCR-Systems - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Effizienzverbesserung eines SCR-Systems einer Abgasnachbehandlungsanlage (5) einer Verbrennungskraftmaschine (1) und eine Verbrennungskraftmaschine (1), wobei vor dem SCR-Katalysator (2) des SCR-Systems in einem Normalbetriebsmodus ein Betriebsstoff eindosiert wird, wobei der Betriebsstoff ein Reduktionsmittel enthält oder in ein Reduktionsmittel umsetzbar ist, wobei das Reduktionsmittel zumindest temporär in einem SCR-Katalysator (2) des SCR-Systems gespeichert wird, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Betreiben der Verbrennungskraftmaschine (1) in dem Normalbetriebsmodus, Bestimmen eines ermittelten Kontrollwerts (6) durch Ermitteln von an einer Stelle im Verlauf der Abgasnachbehandlungsanlage (5) während eines ersten Messfensters insgesamt gemessenen Masse einer Abgaskomponente, Bestimmen eines berechneten Kontrollwerts (7) durch Berechnen von an der Stelle im Verlauf der Abgasnachbehandlungsanlage (5) während des ersten Messfensters insgesamt auftretenden Masse der Abgaskomponente, Ermitteln der Abweichung (8) zwischen dem ermittelten Kontrollwert und dem berechneten Kontrollwert, Überprüfen ob die ermittelte Abweichung in einem vorab definierten Abweichungsbereich liegt, Anpassen der Dosiermenge des Betriebsstoffs wenn die ermittelte Abweichung außerhalb des Abweichungsbereichs liegt.

Description

Zusammenfassung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Effizienzverbesserung eines SCR-Systems einer Abgasnachbehandlungsanlage (5) einer Verbrennungskraftmaschine (1) und eine Verbrennungskraftmaschine (1), wobei vor dem SCR-Katalysator (2) des SCR-Systems in einem Normalbetriebsmodus ein Betriebsstoff eindosiert wird, wobei der Betriebsstoff ein Reduktionsmittel enthält oder in ein Reduktionsmittel umsetzbar ist, wobei das Reduktionsmittel zumindest temporär in einem SCR-Katalysator (2) des SCR-Systems gespeichert wird, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Betreiben der Verbrennungskraftmaschine (1) in dem Normalbetriebsmodus, Bestimmen eines ermittelten Kontrollwerts (6) durch Ermitteln von an einer Stelle im Verlauf der Abgasnachbehandlungsanlage (5) während eines ersten Messfensters insgesamt gemessenen Masse einer Abgaskomponente, Bestimmen eines berechneten Kontrollwerts (7) durch Berechnen von an der Stelle im Verlauf der Abgasnachbehandlungsanlage (5) während des ersten Messfensters insgesamt auftretenden Masse der Abgaskomponente, Ermitteln der Abweichung (8) zwischen dem ermittelten Kontrollwert und dem berechneten Kontrollwert, Überprüfen ob die ermittelte Abweichung in einem vorab definierten Abweichungsbereich liegt, Anpassen der Dosiermenge des Betriebsstoffs wenn die ermittelte Abweichung außerhalb des Abweichungsbereichs liegt.
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Verfahren und Verbrennungskraftmaschine zur Effizienzverbesserung eines SCR-Systems
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Verbrennungskraftmaschine gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.
Zur Modellierung der Emissionen von Kraftfahrzeugen werden bei herkömmlichen Verfahren physikalische, insbesondere kinetische, Modelle verwendet. Bei diesen herkömmlichen Verfahren dient die modellierte NH3-Beladung des SCR-Katalysators in der Regel zur Steuerung der Einspritzmenge an Betriebsstoff, um die Ziele der Emissionsgesetzgebung zu erreichen.
Aufgrund von Umwelteinflüssen, von Ablagerungen, von Schwefelvergiftungen oder von Sensorungenauigkeiten kann im Laufe der Zeit die Effizienz des SCR-Katalysators abnehmen. Ferner kann auch die geforderte Einspritzmenge von der wirklich eindosierten Einspritzmenge an Betriebsstoff abweichen. Um die Dosiermenge trotz solcher Abweichungen bestmöglich einstellen zu können, ist aus dem Stand der Technik eine Vielzahl von unterschiedlichen Verfahren bekannt.
Beispielsweise sind Verfahren bekannt, bei denen die modellierte Beladungsmenge eines SCR-Katalysators angepasst wird, wenn die modellierten und gemessenen Emissionen voneinander abweichen. Ferner sind Verfahren bekannt, bei denen die Dosiermenge an Betriebsstoff in bestimmten Betriebsphasen definiert variiert wird und aus dem Grad der Übereinstimmung zwischen dem Erwartungswert und dem mittels des NOx-Sensors ermittelten Istwert auf das Vorhandensein von NOx- und/oder NH3Schlupf geschlossen und die Dosiermenge angepasst wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden. Insbesondere ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Effizienzverbesserung eines SCR-Systems zu schaffen, mit welchem die Dosiermenge an Betriebsstoff bestmöglich einstellbar ist. Ferner ist es eine weitere Aufgabe der Erfindung, höhere NOx-Umsatzraten zu ermöglichen, den Betriebsstoffverbrauch zu verringern und/oder den Reduktionsmittelschlupf zu reduzieren, wodurch gesetzliche Vorgaben einfacher eingehalten und insbesondere unterschritten werden können.
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Die erfindungsgemäße Aufgabe wird insbesondere durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Effizienzverbesserung eines SCR-Systems einer Abgasnachbehandlungsanlage einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere unter Berücksichtigung der Querempfindlichkeit eines NOx-Sensors auf NH3, wobei vor dem SCR-Katalysator des SCR-Systems, in einem Normalbetriebsmodus, der dem bestimmungsgemäßen Betrieb entspricht, ein Betriebsstoff eindosiert wird, wobei der Betriebsstoff ein Reduktionsmittel enthält oder in ein Reduktionsmittel umsetzbar ist und wobei das Reduktionsmittel zumindest temporär in einem SCR-Katalysator des SCRSystems gespeichert wird.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Verfahren folgende Schritte umfasst: Betreiben der Verbrennungskraftmaschine in dem Normalbetriebsmodus, Bestimmen eines ermittelten Kontrollwerts durch Ermitteln von an einer Stelle im Verlauf der Abgasnachbehandlungsanlage während eines ersten Messfensters insgesamt gemessenen Masse einer Abgaskomponente, insbesondere der durch einen NOxSensor aufgenommenen Emission, Bestimmen eines berechneten Kontrollwerts durch Berechnen von an der Stelle im Verlauf der Abgasnachbehandlungsanlage während des ersten Messfensters insgesamt auftretenden Masse der Abgaskomponente, insbesondere der NOx-Emissionen, Ermitteln der Abweichung zwischen dem ermittelten Kontrollwert und dem berechneten Kontrollwert, Überprüfen, ob die ermittelte Abweichung in einem vorab definierten Abweichungsbereich liegt, Anpassen der Dosiermenge des Betriebsstoffs, wenn die ermittelte Abweichung außerhalb des Abweichungsbereichs liegt.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass im Normalbetriebsmodus, insbesondere im bestimmungsgemäßen Betrieb, ein zur selektiven katalytischen Reduktion geeigneter Betriebsstoff, wie insbesondere ein harnstoffhaltiges Gemisch, eine Harnstofflösung oder AdBlue®, vor dem SCR-System eindosiert wird. Der Betriebsstoff kann ein Reduktionsmittel, wie insbesondere Ammoniak NH3, enthalten oder in ein Reduktionsmittel, wie insbesondere NH3, umsetzbar sein. Bevorzugt wird als Betriebsstoff ein harnstoffhaltiges Gemisch, insbesondere eine Harnstoff-WasserLösung, wie beispielsweise AdBlue®, verwendet, wobei der Betriebsstoff / 38
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AVL List GmbH gegebenenfalls durch nachfolgend dargestellte Reaktionen in das Reduktionsmittel, insbesondere NH3, umgewandelt wird:
Thermolyse: (NH2)2CO NH3 + HNCO
Hydrolyse: HNCO + H2O NH3 + CO2
In einem ersten Schritt kann bei der Thermolyse-Reaktion der Harnstoff (NH2)2CO in Ammoniak NH3 und Isocyansäure HNCO umgewandelt werden. In einem zweiten Schritt kann bei der Hydrolyse-Reaktion die Isocyansäure HNCO mit Wasser H2O in Ammoniak NH3 und Kohlendioxid CO2 umgewandelt werden.
Das Reduktionsmittel, insbesondere NH3, ist gegebenenfalls zumindest temporär in dem SCR-Katalysator speicherbar und/oder gespeichert. Gegebenenfalls lagert sich der Ammoniak an den aktiven Zentren des SCR-Katalysators an. Das zumindest temporär gespeicherte Reduktionsmittel, insbesondere der Ammoniak NH3, kann anschließend Stickoxide NOx, wie insbesondere Stickstoffmonoxid NO und Stickstoffdioxid NO2, reduzieren.
Die Dosierung des Betriebsstoffs kann über eine Dosierungsvorrichtung, wie insbesondere über einen Injektor oder über eine Einspritzdüse, erfolgen. Die Dosiermenge an dem Betriebsstoff im Normalbetriebsmodus, die sogenannten Normalbetriebsmodus-Dosiermenge, kann vorab beispielsweise im Rahmen der Kalibration der Verbrennungskraftmaschine und/oder des Abgasnachbehandlungssystems abhängig von den auftretenden NOx-Emissionen und gegebenenfalls weiteren Betriebsparametern festgelegt werden oder in einem Kennfeld festgelegt sein.
Um den ermittelten Kontrollwert zu bestimmen, kann während des Messfensters an einer Stelle im Verlauf der Abgasnachbehandlungsanlage die insgesamt gemessene Masse einer Abgaskomponente ermittelt werden.
Um den berechneten Kontrollwert zu bestimmen, kann während des Messfensters an einer Stelle im Verlauf der Abgasnachbehandlungsanlage die insgesamt auftretende Masse einer Abgaskomponente berechnet werden.
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Günstig kann es sein, wenn das Messfenster über eine Zeitdauer definiert ist oder wird, welche es zu erreichen gilt. Dabei kann vorgesehen sein, dass das Messfenster verworfen wird, wenn der stationäre Betrieb verlassen wird, bevor die definierte
Zeitdauer erreicht ist oder wird.
Unter einer Stelle im Verlauf der Abgasnachbehandlungsanlage wird im Rahmen der vorliegenden Offenbarung eine Position nach dem Motor der Verbrennungskraftmaschine, insbesondere nach dem SCR-System, vorzugsweise nach dem SCR-Katalysator, verstanden.
Der ermittelte und der berechnete Kontrollwert werden an derselben Stelle im Verlauf der Abgasnachbehandlungsanlage bestimmt.
In weiterer Folge kann der ermittelte Kontrollwert mit dem berechneten Kontrollwert verglichen werden. Dabei kann die Abweichung zwischen dem ermittelten Kontrollwert und dem berechneten Kontrollwert ermittelt werden.
Anschließend wird überprüft, ob die ermittelte Abweichung in einem vorab definierten Abweichungsbereich liegt.
Durch die Überprüfung, ob die ermittelte Abweichung in einem vordefinierten Abweichungsbereich liegt, kann eine Aussage getroffen werden, inwieweit der ermittelte Kontrollwert vom berechneten Kontrollwert abweicht. Dadurch lässt sich gegebenenfalls feststellen, ob die insgesamt auftretende Masse der Abgaskomponente innerhalb eines Sollwertbereichs bzw. innerhalb des Abweichungsbereichs liegt. Die Dosiermenge des Betriebsstoffs kann angepasst werden, wenn die insgesamt auftretende Masse der Abgaskomponente außerhalb des Sollwertbereichs liegt und kann unverändert bleiben, wenn die insgesamt auftretende Masse der Abgaskomponente innerhalb des Sollwertbereichs liegt.
Es kann auch vorgesehen sein, dass der berechnete Kontrollwert eine minimale NOxMasse ist, welche bei Unterschreiten derselben bedeutet, dass Emissionen im gesetzlichen Limit sind und eine Einspritzung nicht verändert werden muss. Es wird also überprüft, ob der Kontrollwert unterschritten wird. Der Kontrollwertes kann also eine minimale Masse an NOx über diesem Messfenster sein, wobei ermittelt wird, ob ein ermittelter NOx-Wert größer oder kleiner geworden ist.
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Die Verbrennungskraftmaschine kann ein Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs sein.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass das Verfahren automatisiert, insbesondere in einem Steuergerät eines Kraftfahrzeugs und/oder durch ein Steuergerät eines Kraftfahrzeugs gesteuert und/oder geregelt, ausgeführt wird.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Verfahrensschritte des Verfahrens, wie zuvor beschrieben, aufeinander folgen. Das heißt gegebenenfalls, dass zuerst ein ermittelter Kontrollwert und ein berechneter Kontrollwert bestimmt werden. Anschließend kann die Abweichung zwischen dem ermittelten Kontrollwert und dem berechneten Kontrollwert ermittelt und überprüft werden, ob die ermittelte Abweichung in einem vorab definierten Abweichungsbereich liegt. Wenn die ermittelte Abweichung außerhalb des Abweichungsbereichs liegt, wird die Dosiermenge des Betriebsstoffs gegebenenfalls angepasst.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass mindestens ein weiterer ermittelter Kontrollwert während mindestens eines weiteren Messfensters ermittelt wird, dass mindestens ein weiterer berechneter Kontrollwert während des mindestens einen weiteren Messfensters berechnet wird, dass die Abweichung zwischen dem weiteren ermittelten Kontrollwert und dem weiteren berechneten Kontrollwert ermittelt wird, dass überprüft wird, ob die ermittelte Abweichung in dem oder einem vorab definierten Abweichungsbereich liegt, und dass die Dosiermenge des Betriebsstoffs angepasst wird, wenn die ermittelte Abweichung außerhalb des Abweichungsbereichs liegt.
Um die Auswirkung der Anpassung der Dosiermenge zu überprüfen, kann in einem weiteren Messefenster ein weiterer ermittelter Kontrollwert ermittelt und ein weiterer berechneter Kontrollwert berechnet werden.
Der weitere ermittelte Kontrollwert kann durch Ermitteln von an der Stelle im Verlauf der Abgasnachbehandlungsanlage während des weiteren Messefensters insgesamt gemessenen Masse der Abgaskomponente, insbesondere der durch einen NOx-Sensor aufgenommen Emissionen, bestimmt werden.
Der weitere berechnete Kontrollwert kann durch Berechnen von an der Stelle im Verlauf der Abgasnachbehandlungsanlage während des weiteren Messfensters insgesamt / 38
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AVL List GmbH auftretende Masse der Abgaskomponente, insbesondere der NOx-Emissionen, bestimmt werden.
Gegebenenfalls werden der weitere ermittelte und der weitere berechnete Kontrollwert des weiteren Messfensters an derselben Stelle im Verlauf der
Abgasnachbehandlungsanlage bestimmt, wie der ermittelte und der berechnete Kontrollwert des vorangegangenen Messfensters. Das heißt, gegebenenfalls dass die Kontrollwerte jedes Messfenster an derselben Stelle im Verlauf der Abgasnachbehandlungsanlage bestimmt werden.
Anschließend wird die Abweichung zwischen dem weiteren ermittelten Kontrollwert und dem weiteren berechneten Kontrollwert ermittelt und überprüft, ob die ermittelte Abweichung in dem oder einem vorab definierten Abweichungsbereich liegt.
Falls die ermittelte Abweichung außerhalb des Abweichungsbereichs liegt, wird die Dosiermenge angepasst. Falls die ermittelte Abweichung innerhalb des Abweichungsbereichs liegt, bleibt die Dosiermenge unverändert.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass jeder der ermittelten Kontrollwerte aus den Messwerten eines Sensors, insbesondere eines NOx-Sensors nach dem SCR-System, gebildet wird.
Das heißt, dass gegebenenfalls der ermittelte Kontrollwert oder die weiteren ermittelten Kontrollwerte auf Messwerten eines Sensors basiert oder basieren. Jeder der ermittelten Kontrollwerte kann beispielsweise durch Integration der mittels eines NOxSensors gemessenen Emissionen nach dem SCR-Katalysator während des jeweiligen Messfensters gebildet oder bestimmt werden. Mit anderen Worten basiert der ermittelte Kontrollwert auf Messwerten eines Sensors oder ist aus Messwerten gebildet.
Der Sensor ist bevorzugt als NOx-Sensor ausgebildet und nach dem SCR-System angeordnet. Da herkömmliche NOx-Sensoren in der Regel querempfindlich auf NH3Emissionen sind, werden NH3-Emissionen nach dem SCR-Katalysator mit herkömmlichen NOx-Sensoren fälschlicherweise als NOx-Emissionen detektiert. Durch die Querempfindlichkeit des NOx-Sensors kann ein NH3-Schlupf zu einem höheren NOx-Messwert des NOx-Sensors führen.
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Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die für das Verfahren maßgeblichen Reaktionen des SCR-Systems, insbesondere des SCR-Katalysators, zusätzlich zum realen Betrieb in einem kinetischen Modell berechnet werden, wobei das kinetische Modell insbesondere einer mathematischen Abbildung des physikalischen Modells des verwendeten SCR-Systems entspricht.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass jeder der berechneten Kontrollwerte mit einem Modell, insbesondere mit dem kinetischen Modell, berechnet wird, oder dass jeder der berechneten Kontrollwerte aus einem auf Prüfstandsdaten basierenden Kennfeld berechnet wird.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass durch das kinetische Modell die maßgeblichen Reaktionen mathematisch-physikalisch abgebildet werden. Die Reaktionen können somit auf physikalischen Gegebenheiten beruhen, wodurch Schätzungen und/oder Unsicherheiten verringert werden können und wodurch die Genauigkeit der modellierten Werte erhöht werden kann.
Beispielsweise kann mit dem kinetischen Modell auch die Oxidation des Reduktionsmittels, insbesondere die Oxidation von NH3, abgebildet werden. Bei herkömmlichen Verfahren und/oder herkömmlichen Modellen kann die Oxidation von Reduktionsmittel, falls diese berücksichtigt wird, meist nur abgeschätzt werden, was mit großen Unsicherheiten einhergeht bzw. sehr ungenau ist. Beispielsweise ist ein solches kinetisches Modell in „Hollauf, Bernd: Model-Based Closed-Loop Control of SCR Based DeNOx Systems. Master's thesis, University of Applied Science Technikum Kärnten, 2009.“ Offenbart.
Gegebenenfalls wird jeder berechnete Kontrollwert durch ein Modell, insbesondere durch ein kinetisches Modell, berechnet. Durch den Vergleich des ermittelten Kontrollwerts mit dem durch das kinetische Modell des SCR-Katalysators berechneten Kontrollwert kann die Abweichung ermittelt bzw. berechnet werden. Falls die ermittelte bzw. berechnete Abweichung außerhalb des Abweichungsbereichs liegt, wird die Dosiermenge verändert. Dadurch kann die Dosiermenge so eingestellt werden, dass ein Optimum zwischen NOx-Umsatz und Betriebsstoffverbrauch erreicht wird. Mit anderen Worten kann die Dosiermenge so eingestellt werden, dass der größtmögliche NOx-Umsatz bei kleinstmöglichem Verbrauch an Betriebsstoff erzielbar ist.
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Insbesondere wird durch die Anpassung der Dosiermenge das reale SCR-System an das mit dem kinetischen Modell modellierte SCR-System angepasst.
Gegebenenfalls wird jeder der berechneten Kontrollwerte aus einem auf Prüfstandsdaten basierenden Kennfeld berechnet. In einer bevorzugten Ausführungsform kann der berechnete Kontrollwert auch einem vorab durch Berechnung definierten Wert oder einem berechneten Wert eines Kennfeldes entsprechen. Dadurch kann die Einstellung der Dosiermenge, insbesondere ausschließlich, von den gemessenen NOx-Emissionen nach dem SCR-Katalysator und von den Prüfstandsdaten oder dem vorab definierten Wert abhängig sein. Die Einstellung der Dosiermenge kann dadurch unabhängig von dem, insbesondere kinetischen, Modell sein, wodurch die Einstellung der Dosiermenge von Ungenauigkeiten des Modells unbeeinflusst ist.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass der Normalbetriebsmodus einen stationären und/oder einen transienten oder instationären Betrieb der Verbrennungskraftmaschine und/oder der Abgasnachbehandlungsanlage umfasst.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass das Ermitteln der Abweichung zwischen dem ermittelten Kontrollwert und dem berechneten Kontrollwert nach folgender Vorschrift erfolgt:
Abweichung =
Kontrollwertermittelt
Kontrollwertberechnet wobei die Abweichung die ermittelte Abweichung ist, wobei der Kontrollwertermittelt der ermittelte Kontrollwert ist, und wobei der Kontrollwertberechnet der berechnete Kontrollwert ist.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass das Ermitteln der Abweichung durch Vergleichen des ermittelten Kontrollwerts mit dem berechneten Kontrollwert erfolgt, wobei die Dosiermenge des Betriebsstoffs unverändert beibehalten wird, wenn der ermittelte Kontrollwert kleiner als der berechneten Kontrollwert ist, und wobei die Dosiermenge des Betriebsstoffs angepasst wird, wenn der ermittelte Kontrollwert größer als der berechneten Kontrollwert ist.
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Der berechnete Kontrollwert kann eine bestmöglich erreichbare, insbesondere minimale, NOx-Masse während jedes Messfensters sein. Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass, wenn der ermittelte Kontrollwert diesen berechneten Kontrollwert unterschreitet, die Betriebsstoffmenge unverändert beibehalten bzw. keine Anpassung der Betriebsstoffmenge durchgeführt wird. In diesem Fall kann angenommen werden, dass das SCR-System, insbesondere der SCR-Katalysator, bestmöglich oder mit größtmöglicher Effizienz arbeitet. Mit anderen Worten befindet sich das SCR-System, insbesondere der SCR-Katalysator, in diesem Fall in einem ökonomischen, insbesondere optimalen, Betriebspunkt.
Falls der ermittelte Kontrollwert den berechneten Kontrollwert überschreitet, kann die Dosiermenge an Betriebsstoff angepasst werden.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass jedes Messfenster durch Errechnen der von der Verbrennungskraftmaschine umgesetzten Energiemenge definiert ist, wobei jedes Messfenster an einem Startpunkt beginnt und bei einer bestimmten errechneten Energiemenge an einem Endpunkt endet, oder dass jedes Messfenster durch eine Zeitdauer eines durchgehend stationären Betriebs der Verbrennungskraftmaschine definiert ist, wobei jedes Messfenster beginnt, wenn die Verbrennungskraftmaschine stationär betrieben wird, und endet, bevor die Verbrennungskraftmaschine instationär oder transient betrieben wird und/oder eine vorab definierte Zeitdauer erreicht wurde.
Alternativ oder zusätzlich kann auch vorgesehen sein, dass jedes Messfenster endet, wenn die Verbrennungskraftmaschine für eine vorab definierte Zeitdauer in einem stationären Betriebspunkt betrieben wurde.
Zu Beginn des Verfahrens kann die Messfensterlänge durch Festlegung einer von der Verbrennungskraftmaschine umgesetzten Energiemenge bestimmt werden. Das Messfenster beginnt an einem Startpunkt und endet nach Erreichen der vorab festgelegten umgesetzten Energiemenge an einem Endpunkt. Dazu wird gegebenenfalls die Motorleistung während der Messung, insbesondere während des Messfensters, integriert, solange die vorab festgelegte Energiemenge noch nicht erreicht ist. Somit kann die Motorleistung über die gesamte Messfensterlänge integriert werden. Sobald die vorab festgelegte Energiemenge erreicht ist, kann das Messfenster an einem Endpunkt enden. Die Messfensterlänge kann somit einer vorgegebenen / 38
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Energiemenge, insbesondere 0.5 kWh bis 100 kWh, insbesondere 1 kWh bis 80kWh, vorzugsweise 2 kWh bis 60 kWh, besonders bevorzugt etwa 2 kWh, entsprechen. Dadurch kann ein Messfenster während des stationären und/oder des instationären Betriebs der Verbrennungskraftmaschine aufgenommen werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform hängt die Messfensterlänge bzw. die Dauer eines Messfensters von der umgesetzten Energiemenge ab und ist insbesondere über die geleistete Arbeit der Verbrennungskraftmaschine definiert.
Gegebenenfalls kann vorgesehen sein, dass das Messfenster durch eine stationäre Betriebsweise der Verbrennungskraftmaschine definiert ist. Das heißt, dass gegebenenfalls während des stationären Betriebs der Verbrennungskraftmaschine der ermittelte und der berechnete Kontrollwert bestimmt werden. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Bestimmung der Kontrollwerte innerhalb des stationären Betriebs der Verbrennungskraftmaschine erfolgt. Dadurch kann ein Messfenster während des, insbesondere ausschließlich, stationären Betriebs der Verbrennungskraftmaschine aufgenommen werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform hängt die Messfensterlänge bzw. die Dauer eines Messfensters von den Betriebsbedingungen der Verbrennungskraftmaschine und einer vorab definierten Zeitdauer ab und ist insbesondere zeitbasiert.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die von der Verbrennungskraftmaschine umgesetzte Energiemenge aus einem Kennfeld über den Betriebspunkt der Verbrennungskraftmaschine bestimmt wird, dass die von der Verbrennungskraftmaschine umgesetzte Energiemenge mittels der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine, insbesondere der Motordrehzahl NEng, und der injizierten Kraftstoffmenge MfFulInj berechnet wird, mund/oder dass die Errechnung der von der Verbrennungskraftmaschine umgesetzten Energiemenge nach folgender Vorschrift erfolgt:
EEng
PwrEng
PwrEng = · π · NEng TqEng
60·1000 / 38
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AVL List GmbH wobei EEng die von der Verbrennungskraftmaschine umgesetzte Energiemenge während eines Messfensters ist, wobei PwrEng die Motorleistung ist, wobei NEng die
Motordrehzahl ist, und wobei TqEng das Motordrehmoment ist.
Die Leistung der Verbrennungskraftmaschine kann entweder berechnet werden oder über ein Kennfeld über den Betriebspunkt der Verbrennungskraftmaschine vorgegeben oder bestimmt werden.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Gültigkeit jedes aufgenommenen Messfensters unter Berücksichtigung mindestens eines Gültigkeitsparameters beurteilt wird.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass das Messfenster als gültig definiert wird, wenn der mindestens eine Gültigkeitsparameter für eine gewisse Dauer während des Messfensters innerhalb eines Gültigkeitsbereichs liegt, und/oder dass das Messfenster als ungültig definiert wird, wenn der mindestens eine Gültigkeitsparameter für eine gewisse Dauer während des Messfensters außerhalb eines Gültigkeitsbereichs liegt, und/oder dass das Messfenster als ungültig definiert wird, wenn eine vorbestimmte Anzahl an Gültigkeitsbereichsüberschreitungen, Gültigkeitsbereichsunterschreitungen und/oder Gültigkeitsbereichsverletzungen überschritten wird.
Um die Gültigkeit des Messfensters zu beurteilen, wird gegebenenfalls mindestens ein Gültigkeitsparameter herangezogen.
Gegebenenfalls können als Gültigkeitsparameter auch die gemittelte SCR-KatalysatorTemperatur, die gespeicherte Menge an Reduktionsmittel, insbesondere die gespeicherte Menge an NH3, im SCR-Katalysator und/oder im SCR-Modell, die NOxKonzentration vor dem SCR-System, insbesondere die NOx-Konzentration vor dem SCR-Katalysator, und/oder dergleichen herangezogen werden.
Als Gültigkeitsparameter können beispielsweise Parameter, wie zum Beispiel die Motordrehzahl, die eingebrachte Kraftstoffmenge, das Motordrehmoment, die berechnete Motorleistung oder dergleichen, herangezogen werden. Das Messfenster kann beispielsweise ungültig sein, wenn die berechnete Motorleistung transient, insbesondere stark transient, ist und dadurch der mindestens eine Gültigkeitsparameter nicht für die vorab festgelegte Dauer in dem definierten Gültigkeitsbereich liegt.
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Dadurch kann ein Messfenster auch als gültig definiert werden, wenn der mindestens eine Gültigkeitsparameter ein paar Mal außerhalb des Gültigkeitsbereichs liegt und/oder der mindestens eine Gültigkeitsparameter für eine gewisse Zeit außerhalb des Gültigkeitsbereichs liegt. Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass ein Messfenster als ungültig definiert wird, wenn eine Anzahl von vorabbestimmten Gültigkeitsbereichsverletzungen, Gültigkeitsbereichsüberschreitungen und/oder Gültigkeitsbereichsunterschreitungen überschritten wurde. Gegebenenfalls ist definiert, dass, falls ein Gültigkeitsparameter während eines Messfensters den Gültigkeitsbereich unter- bzw. überschreitet, eine Gültigkeitsbereichsverletzung vorliegt.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass, falls die ermittelte Abweichung des ersten Messfensters außerhalb des Abweichungsbereichs liegt, die Dosiermenge gegenüber der Dosiermenge im Normalbetriebsmodus erhöht wird, sodass in weiterer Folge eine angepasste Dosiermenge eindosiert wird.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Dosiermenge des Betriebsstoffs in einem ersten Schritt gegenüber der Dosiermenge im Normalbetriebsmodus erhöht wird, wenn die ermittelte Abweichung zwischen dem ermittelten Kontrollwert und dem, insbesondere mit dem kinetischen Modell, berechneten Kontrollwert des ersten Messfensters außerhalb des Abweichungsbereichs liegt.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass NOx-Schlupf detektiert wird, wenn die ermittelte Abweichung des weiteren Messfensters kleiner ist als die ermittelte Abweichung des vorangegangenen Messfensters und wenn im vorangegangenen Messfenster die Dosiermenge entweder gegenüber der Dosiermenge im Normalbetriebsmodus oder gegenüber der angepassten Dosiermenge erhöht worden ist, wobei, falls NOx-Schlupf detektiert wird, die Dosiermenge an Betriebsstoff erhöht wird, oder dass NH3-Schlupf detektiert wird, wenn die ermittelte Abweichung des weiteren Messfensters größer ist als die ermittelte Abweichung des vorangegangenen Messfensters und wenn im vorangegangenen Messfenster die Dosiermenge entweder gegenüber der Dosiermenge im Normalbetriebsmodus oder gegenüber der angepassten Dosiermenge erhöht worden ist, wobei, falls NH3-Schlupf detektiert wird, die Dosiermenge an Betriebsstoff verringert wird.
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Für den Fall, dass die Dosiermenge gegenüber der Dosiermenge im Normalbetriebsmodus oder gegenüber der angepassten Dosiermenge im vorangegangenen Messfenster bzw. im vorangegangenen Schritt erhöht wurde, kann NOx-Schlupf detektiert werden, falls die ermittelte bzw. berechnete Abweichung des weiteren Messfensters kleiner als die ermittelte bzw. berechnete Abweichung des vorangegangenen Messfensters ist. Insbesondere wird in diesem Fall die Dosiermenge erhöht, falls NOx-Schlupf detektiert wird.
Für den Fall, dass die Dosiermenge gegenüber der Dosiermenge im Normalbetriebsmodus oder gegenüber der angepassten Dosiermenge im vorangegangenen Messfenster bzw. im vorangegangenen Schritt erhöht wurde, kann NH3-Schlupf detektiert werden, falls die ermittelte bzw. berechnete Abweichung des weiteren Messfensters größer als die ermittelte bzw. berechnete Abweichung des vorangegangenen Messfensters ist. Insbesondere wird in diesem Fall die Dosiermenge verringert, falls NH3-Schlupf detektiert wird.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass NOx-Schlupf detektiert wird, wenn die ermittelte Abweichung des weiteren Messfensters größer ist als die ermittelte Abweichung des vorangegangenen Messfensters und wenn im vorangegangenen Messfenster die Dosiermenge entweder gegenüber der Dosiermenge im Normalbetriebsmodus oder gegenüber der angepassten Dosiermenge verringert worden ist, wobei, falls NOxSchlupf detektiert wird, die Dosiermenge an Betriebsstoff erhöht wird, dass NH3-Schlupf detektiert wird, wenn die ermittelte Abweichung des weiteren Messfensters kleiner ist als die ermittelte Abweichung des vorangegangenen Messfensters und wenn im vorangegangenen Messfenster die Dosiermenge entweder gegenüber der Dosiermenge im Normalbetriebsmodus oder gegenüber der angepassten Dosiermenge verringert worden ist, wobei, falls NH3-Schlupf detektiert wird, die Dosiermenge an Betriebsstoff verringert wird.
Für den Fall, dass die Dosiermenge gegenüber der Dosiermenge im Normalbetriebsmodus oder gegenüber der angepassten Dosiermenge im vorangegangenen Messfenster bzw. im vorangegangenen Schritt verringert wurde, kann NOx-Schlupf detektiert werden, falls die ermittelte bzw. berechnete Abweichung des weiteren Messfensters größer als die ermittelte bzw. berechnete Abweichung des / 38
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AVL List GmbH vorangegangenen Messfensters ist. Insbesondere wird in diesem Fall die Dosiermenge erhöht, falls NOx-Schlupf detektiert wird.
Für den Fall, dass die Dosiermenge gegenüber der Dosiermenge im Normalbetriebsmodus oder gegenüber der angepassten Dosiermenge im vorangegangenen Messfenster bzw. im vorangegangenen Schritt verringert wurde, kann NH3-Schlupf detektiert werden, falls die ermittelte bzw. berechnete Abweichung des weiteren Messfensters kleiner als die ermittelte bzw. berechnete Abweichung des vorangegangenen Messfensters ist. Insbesondere wird in diesem Fall die Dosiermenge verringert, falls NH3-Schlupf detektiert wird.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass NOx-Schlupf detektiert wird, wenn der weitere ermittelte Kontrollwert des weiteren Messfensters kleiner ist als der ermittelte Kontrollwert des vorangegangenen Messfensters und wenn im vorangegangenen Messfenster die Dosiermenge entweder gegenüber der Dosiermenge im Normalbetriebsmodus oder gegenüber der angepassten Dosiermenge erhöht worden ist, wobei, falls NOx-Schlupf detektiert wird, die Dosiermenge an Betriebsstoff erhöht wird, oder dass NH3-Schlupf detektiert wird, wenn der weitere ermittelte Kontrollwert des weiteren Messfensters größer ist als der ermittelte Kontrollwert des vorangegangenen Messfensters und wenn im vorangegangenen Messfenster die Dosiermenge entweder gegenüber der Dosiermenge im Normalbetriebsmodus oder gegenüber der angepassten Dosiermenge erhöht worden ist, wobei, falls NH3-Schlupf detektiert wird, die Dosiermenge an Betriebsstoff verringert wird.
Durch den Vergleich des ermittelten Kontrollwerts des weiteren Messfensters mit dem ermittelten Kontrollwert des vorangegangenen Messfensters kann die Dosiermenge des Betriebsstoffs angepasst werden. Hierbei kann mit anderen Worten nur die mit dem NOx-Sensor gemessene NOx-Masse des weiteren Messfensters mit der mit dem NOxSensor gemessenen NOx-Masse des vorangegangenen Messfensters verglichen werden.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass NOx-Schlupf detektiert wird, wenn der weitere ermittelte Kontrollwert des weiteren Messfensters größer ist als der ermittelte Kontrollwert des vorangegangenen Messfensters und wenn im vorangegangenen Messfenster die Dosiermenge entweder gegenüber der Dosiermenge im / 38
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Normalbetriebsmodus oder gegenüber der angepassten Dosiermenge verringert worden ist, wobei, falls NOx-Schlupf detektiert wird, die Dosiermenge an Betriebsstoff erhöht wird, dass NH3-Schlupf detektiert wird, wenn der weitere ermittelte Kontrollwert des weiteren Messfensters kleiner ist als der ermittelte Kontrollwert des vorangegangenen Messfensters und wenn im vorangegangenen Messfenster die Dosiermenge entweder gegenüber der Dosiermenge im Normalbetriebsmodus oder gegenüber der angepassten Dosiermenge verringert worden ist, wobei, falls NH3Schlupf detektiert wird, die Dosiermenge an Betriebsstoff verringert wird.
Durch den Vergleich des ermittelten Kontrollwerts des weiteren Messfensters mit dem ermittelten Kontrollwert des vorangegangenen Messfensters kann die Dosiermenge des Betriebsstoffs angepasst werden. Hierbei kann mit anderen Worten nur die mit dem NOx-Sensor gemessene NOx-Masse des weiteren Messfensters mit der mit dem NOxSensor gemessenen NOx-Masse des vorangegangenen Messfensters verglichen werden.
Gegebenenfalls ist vorgesehen, dass die Dosiermenge um einen Adaptionsfaktor angepasst wird, wobei der Adaptionsfaktor ein vorab definierter Wert ist, oder wobei der Adaptionsfaktor von der ermittelten Abweichung abhängig ist.
Gegebenenfalls wird die Dosiermenge gegenüber der Dosiermenge im Normalbetriebsmodus oder gegenüber einer bereits angepassten Dosiermenge mit einem Adaptionsfaktor angepasst. Insbesondere kann zur Anpassung der Dosiermenge, die Dosiermenge im Normalbetriebsmodus oder eine bereits angepasste Dosiermenge mit dem Adaptionsfaktor multipliziert werden.
Es kann auch günstig sein, wenn der Adaptionsfaktor von dem Betriebspunkt der Verbrennungskraftmaschine abhängig ist.
Der Adaptionsfaktor kann von der ermittelten Abweichung oder dem Zahlenwert der ermittelten Abweichung abhängig sein. Mit anderen Worten kann der Adaptionsfaktor dem Zahlenwert der ermittelten Abweichung entsprechen, wobei der Adaptionsfaktor groß ist, wenn die ermittelte Abweichung groß ist, oder wobei der Adaptionsfaktor klein ist, wenn die ermittelte Abweichung klein ist. Um das Ziel, dass die ermittelte Abweichung in einem vorab definierten Abweichungsbereich liegt, schneller zu / 38
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AVL List GmbH erreichen, kann bei einer großen ermittelten Abweichung und ein entsprechend großer
Adaptionsfaktor gewählt werden.
Insbesondere betrifft die Erfindung, eine Verbrennungskraftmaschine umfassend eine Abgasnachbehandlungsanlage mit einem SCR-System, wobei die
Verbrennungskraftmaschine zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet und/oder geeignet ist.
Weitere erfindungsgemäße Merkmale ergeben sich gegebenenfalls aus den Ansprüchen, der Beschreibung der Ausführungsbeispiele und den Figuren.
Die Erfindung wird nun am Beispiel exemplarischer, nicht ausschließlicher und/oder nicht einschränkender Ausführungsbeispiele weiter erläutert.
Fig. 1 zeigt eine schematische grafische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine, welche zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet oder geeignet ist, und
Fig. 2 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm von zwei Varianten einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Wenn nicht anders angegeben, so entsprechen die Bezugszeichen folgenden Komponenten oder Verfahrensschritten:
Verbrennungskraftmaschine 1, SCR-Katalysator 2, Dosierungsvorrichtung 3, NOxSensor 4, Abgasnachbehandlungsanlage 5, Bestimmen eines ermittelten Kontrollwerts 6, Bestimmen eines berechneten Kontrollwerts 7, Ermitteln der Abweichung 8, Überprüfen, ob die ermittelte Abweichung in einem vorab definierten
Abweichungsbereichs liegt 9, Beibehalten der Dosiermenge 10, Anpassung der Dosiermenge in einem vorangegangen Messfenster bereits durchgeführt 11, Erhöhen der Dosiermenge 12, Entscheidungslogik 13, Verringern der Dosiermenge 14, Aufnehmen eines Messfensters 15, Ja 16, Nein 17, und Gültigkeitsüberprüfung 18.
Fig. 1 zeigt eine schematische grafische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine 1, welche zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet oder geeignet ist.
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Die Ausführungsform umfasst eine Verbrennungskraftmaschine 1 und eine
Abgasnachbehandlungsanlage 5. Die Abgasnachbehandlungsanlage 5 umfasst eine
Dosierungsvorrichtung 3, einen SCR-Katalysator 2 und einen NOx-Sensor 4.
Beispielweise kann die Abgasnachbehandlungsanlage 5 weitere Abgasnachbehandlungskomponenten, wie einen Dieseloxidationskatalysator DOC, einen NOx-Speicherkatalysator NSC, einen Dieselpartikelfilter DPF und/oder einen Ammoniakschlupfkatalysator ASC, umfassen.
Im Normalbetriebsmodus, der dem bestimmungsgemäßen Betrieb entspricht, wird ein Betriebsstoff vor dem SCR-Katalysator 2 eindosiert. Der Betriebsstoff enthält ein Reduktionsmittel oder ist in ein Reduktionsmittel umsetzbar. Das Reduktionsmittel, insbesondere der Ammoniak NH3, wird zumindest temporär in dem SCR-Katalysator 2 gespeichert.
Fig. 2 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm von Varianten einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Gemäß diesem Ablaufdiagramm wird zu Beginn des Verfahrens ein Messfenster aufgenommen. Das Messfenster kann in einer ersten Variante der ersten Ausführungsform durch den stationären Betrieb der Verbrennungskraftmaschine 1 oder in einer zweiten Variante der ersten Ausführungsform durch Errechnen der von der Verbrennungskraftmaschine 1 umgesetzten Energiemenge definiert sein.
Anschließend wird das Messfenster auf seine Gültigkeit überprüft. Gemäß dieser Ausführungsform wird das Messfenster als ungültig beurteilt, wenn ein Gültigkeitsparameter, wie beispielweise die gemittelte SCR-Katalysator-Temperatur, die gespeicherte Menge an Reduktionsmittel oder die NOx-Konzentration vor dem SCRKatalysator, für eine gewisse Dauer während des Messfensters außerhalb eines vorab definierten Gültigkeitsbereichs liegt.
Falls das Messfenster als gültig beurteilt wird, werden während des Messfensters ein ermittelter Kontrollwert und ein berechneter Kontrollwert bestimmt. Der ermittelten Kontrollwerts wird durch Ermitteln von an einer Stelle im Verlauf der Abgasnachbehandlungsanlage 5 während des Messfensters insgesamt gemessenen Masse einer Abgaskomponente, insbesondere der durch einen NOx-Sensor / 38
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AVL List GmbH aufgenommen Emissionen, bestimmt. Der berechneten Kontrollwerts wird durch
Berechnen von an der Stelle im Verlauf der Abgasnachbehandlungsanlage 5 während des Messfensters insgesamt auftretenden Masse der Abgaskomponente, insbesondere der NOx-Emissionen, bestimmt.
In einer ersten Variante der ersten Ausführungsform wird nach dem Bestimmen des berechneten Kontrollwerts 7 die Abweichung zwischen dem ermittelten und dem berechneten Kontrollwert ermittelt und überprüft, ob die ermittelte Abweichung innerhalb eines vorab definierten Abweichungsbereichs liegt.
Für die Ermittlung der Abweichung zwischen dem ermittelten Kontrollwert und dem berechneten Kontrollwert wird die Abweichung zwischen diesen beiden Kontrollwerte berechnet. Insbesondere erfolgt die Berechnung der Abweichung nach folgender Vorschrift:
Abweichung =
Kontrollwertermittelt
Kontrollwertberechnet wobei die Abweichung die berechnete Abweichung ist, wobei Kontrollwertermittelt der ermittelte Kontrollwert ist, und wobei Kontrollwertberechnet der berechnete Kontrollwert ist.
Falls die berechnete Abweichung innerhalb des Abweichungsbereichs liegt, wird die Dosiermenge des Betriebsstoffs unverändert beibehalten.
Falls die berechnete Abweichung außerhalb des Abweichungsbereichs liegt, wird die Dosiermenge des Betriebsstoffs verändert. Hierbei wird in einem nächsten Schritt des Verfahrens überprüft, ob eine Anpassung der Dosiermenge gegenüber der Dosiermenge im Normalbetriebsmodus in einem vorangegangen Messfenster bereits durchgeführt 11 worden ist oder nicht.
Falls noch keine Anpassung der Dosiermenge des Betriebsstoffs erfolgt ist, wird die Dosiermenge gegenüber der Dosiermenge im Normalbetriebsmodus in einem ersten Schritt erhöht. Dadurch wird in weiterer Folge eine angepasste Dosiermenge in die Abgasnachbehandlungsanlage 5, insbesondere vor dem SCR-Katalysator 2, eingebracht.
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Falls eine Anpassung der Dosiermenge des Betriebsstoffs bereits in einem vorangegangenen Messfenster erfolgt ist, wird in einem nächsten Schritt des
Verfahrens die Dosiermenge basierend auf einer Entscheidungslogik 13 erhöht oder verringert.
Die Dosiermenge wird gemäß der Entscheidungslogik 13 erhöht und NOx-Schlupf detektiert, falls die berechnete Abweichung des weiteren Messfensters kleiner als die berechnete Abweichung des vorangegangenen Messfensters ist und die Dosiermenge im vorangegangenen Messfenster gegenüber der Dosiermenge im Normalbetriebsmodus oder gegenüber einer bereits angepassten Dosiermenge erhöht worden ist.
Die Dosiermenge wird gemäß der Entscheidungslogik 13 verringert und NH3-Schlupf detektiert, falls die berechnete Abweichung des weiteren Messfensters größer als die berechnete Abweichung des vorangegangenen Messfensters ist und die Dosiermenge im vorangegangenen Messfenster gegenüber der Dosiermenge im Normalbetriebsmodus oder gegenüber einer bereits angepassten Dosiermenge erhöht worden ist.
Die Dosiermenge wird gemäß der Entscheidungslogik 13 erhöht und NOx-Schlupf detektiert, falls die berechnete Abweichung des weiteren Messfensters größer als die berechnete Abweichung des vorangegangenen Messfensters ist und die Dosiermenge im vorangegangenen Messfenster gegenüber der Dosiermenge im Normalbetriebsmodus oder gegenüber einer bereits angepassten Dosiermenge verringert worden ist.
In einer zweiten Variante der ersten Ausführungsform wird nach dem Bestimmen des berechneten Kontrollwerts 7 die Abweichung zwischen dem ermittelten und dem berechneten Kontrollwert ermittelt und überprüft, ob die ermittelte Abweichung innerhalb eines vorab definierten Abweichungsbereichs liegt.
Für die Ermittlung der Abweichung zwischen dem ermittelten Kontrollwert und dem berechneten Kontrollwert werden der ermittelte Kontrollwert und der berechnete Kontrollwert miteinander verglichen. Gemäß dieser Variante wird die Dosiermenge des Betriebsstoffs unverändert beibehalten, wenn der ermittelte Kontrollwert kleiner als der / 38
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AVL List GmbH berechneten Kontrollwert ist und dadurch die ermittelte Abweichung innerhalb eines vorab definierten Abweichungsbereichs liegt. Andernfalls wird die Dosiermenge des
Betriebsstoffs angepasst, wenn der ermittelte Kontrollwert größer als der berechnete
Kontrollwert ist und dadurch die ermittelte Abweichung außerhalb eines vorab definierten Abweichungsbereichs liegt.
Hierbei wird in einem nächsten Schritt des Verfahrens überprüft, ob eine Anpassung der Dosiermenge gegenüber der Dosiermenge im Normalbetriebsmodus in einem vorangegangenen Messfenster bereits durchgeführt 11 worden ist oder nicht.
Falls noch keine Anpassung der Dosiermenge des Betriebsstoffs erfolgt ist, wird die Dosiermenge gegenüber der Dosiermenge im Normalbetriebsmodus in einem ersten Schritt erhöht. Dadurch wird in weiterer Folge eine angepasste Dosiermenge in die Abgasnachbehandlungsanlage 5, insbesondere vor dem SCR-Katalysator 2, eingebracht.
Falls eine Anpassung der Dosiermenge des Betriebsstoffs bereits in einem vorangegangenen Messfenster durchgeführt worden ist 11, wird in einem nächsten Schritt des Verfahrens die Dosiermenge basierend auf einer Entscheidungslogik 13 erhöht oder verringert.
Die Dosiermenge wird gemäß der Entscheidungslogik 13 erhöht und NOx-Schlupf detektiert, falls der weitere ermittelte Kontrollwert des weiteren Messfensters kleiner ist als der ermittelte Kontrollwert des vorangegangenen Messfensters und die Dosiermenge im vorangegangenen Messfenster gegenüber der Dosiermenge im Normalbetriebsmodus oder gegenüber einer bereits angepassten Dosiermenge erhöht worden ist.
Die Dosiermenge wird gemäß der Entscheidungslogik 13 verringert und NH3-Schlupf detektiert, falls der weitere ermittelte Kontrollwert des weiteren Messfensters größer ist als der ermittelte Kontrollwert des vorangegangenen Messfensters und die Dosiermenge im vorangegangenen Messfenster gegenüber der Dosiermenge im Normalbetriebsmodus oder gegenüber einer bereits angepassten Dosiermenge erhöht worden ist.
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Die Dosiermenge wird gemäß der Entscheidungslogik 13 erhöht und NOx-Schlupf detektiert, falls der weitere ermittelte Kontrollwert des weiteren Messfensters größer ist als der ermittelte Kontrollwert des vorangegangenen Messfensters und die Dosiermenge im vorangegangenen Messfenster gegenüber der Dosiermenge im Normalbetriebsmodus oder gegenüber einer bereits angepassten Dosiermenge verringert worden ist.
Die Dosiermenge wird gemäß der Entscheidungslogik 13 erhöht und NH3-Schlupf detektiert, falls der weitere ermittelte Kontrollwert des weiteren Messfensters kleiner ist als der ermittelte Kontrollwert des vorangegangenen Messfensters und die Dosiermenge im vorangegangenen Messfenster gegenüber der Dosiermenge im Normalbetriebsmodus oder gegenüber einer bereits angepassten Dosiermenge verringert worden ist.
Bei beiden Varianten der ersten Ausführungsform ist es vorgesehen, das Verfahren zu wiederholen, nachdem die Dosiermenge beibehalten, erhöht oder verringert worden ist. Dazu wird bei erneutem Durchlauf des Verfahrens ein weiteres Messfenster aufgenommen und ein weiterer ermittelter Kontrollwert und ein weiterer berechneter Kontrollwert bestimmt und die weiteren Verfahrensschritte analog zu dem vorangegangenen Ablauf durchgeführt.
Dadurch ist es möglich, die Dosiermenge an Betriebsstoff bestmöglich einzustellen.
Durch diese beispielhafte Konfiguration können die erfindungsgemäßen Effekte erzielt werden.
Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die dargestellten Ausführungsformen, sondern umfasst jegliches Verfahren und jegliche Verbrennungskraftmaschine 1 gemäß den nachfolgenden Patentansprüchen.

Claims (19)

  1. Patentansprüche
    1. Verfahren zur Effizienzverbesserung eines SCR-Systems einer Abgasnachbehandlungsanlage (5) einer Verbrennungskraftmaschine (1), insbesondere unter Berücksichtigung der Querempfindlichkeit eines NOx-Sensors auf NH3,
    - wobei vor dem SCR-Katalysator (2) des SCR-Systems, in einem Normalbetriebsmodus, der dem bestimmungsgemäßen Betrieb entspricht, ein Betriebsstoff eindosiert wird,
    - wobei der Betriebsstoff ein Reduktionsmittel enthält oder in ein Reduktionsmittel umsetzbar ist,
    - wobei das Reduktionsmittel zumindest temporär in einem SCR-Katalysator (2) des SCR-Systems gespeichert wird, umfassend folgende Schritte:
    - Betreiben der Verbrennungskraftmaschine (1) in dem Normalbetriebsmodus,
    - Bestimmen eines ermittelten Kontrollwerts (6) durch Ermitteln von an einer Stelle im Verlauf der Abgasnachbehandlungsanlage (5) während eines ersten Messfensters insgesamt gemessenen Masse einer Abgaskomponente, insbesondere der durch einen NOx-Sensor (4) aufgenommenen Emission,
    - Bestimmen eines berechneten Kontrollwerts (7) durch Berechnen von an der Stelle im Verlauf der Abgasnachbehandlungsanlage (5) während des ersten Messfensters insgesamt auftretenden Masse der Abgaskomponente, insbesondere der NOx-Emissionen,
    - Ermitteln der Abweichung (8) zwischen dem ermittelten Kontrollwert und dem berechneten Kontrollwert,
    - Überprüfen, ob die ermittelte Abweichung in einem vorab definierten Abweichungsbereich liegt,
    - Anpassen der Dosiermenge des Betriebsstoffs, wenn die ermittelte Abweichung außerhalb des Abweichungsbereichs liegt.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
    - dass mindestens ein weiterer ermittelter Kontrollwert während mindestens eines weiteren Messfensters ermittelt wird,
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    - dass mindestens ein weiterer berechneter Kontrollwert während des mindestens einen weiteren Messfensters berechnet wird,
    - dass die Abweichung zwischen dem weiteren ermittelten Kontrollwert und dem weiteren berechneten Kontrollwert ermittelt wird,
    - dass überprüft wird, ob die ermittelte Abweichung in dem oder einem vorab definierten Abweichungsbereich liegt,
    - und dass die Dosiermenge des Betriebsstoffs angepasst wird, wenn die ermittelte Abweichung außerhalb des Abweichungsbereichs liegt.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jeder der ermittelten Kontrollwerte aus den Messwerten eines Sensors, insbesondere eines NOx-Sensors (4) nach dem SCR-System, gebildet wird.
  4. 4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die für das Verfahren maßgeblichen Reaktionen des SCRSystems, insbesondere des SCR-Katalysators (2), zusätzlich zum realen Betrieb in einem kinetischen Modell berechnet werden, wobei das kinetische Modell insbesondere einer mathematischen Abbildung des physikalischen Modells des verwendeten SCR-Systems entspricht.
  5. 5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
    - dass jeder der berechneten Kontrollwerte mit einem Modell, insbesondere mit dem kinetischen Modell, berechnet wird,
    - oder dass jeder der berechneten Kontrollwerte aus einem auf Prüfstandsdaten basierenden Kennfeld berechnet wird.
  6. 6. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Normalbetriebsmodus einen stationären und/oder einen transienten oder instationären Betrieb der Verbrennungskraftmaschine (1) und/oder der Abgasnachbehandlungsanlage (5) umfasst.
  7. 7. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
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    - dass das Ermitteln der Abweichung (8) zwischen dem ermittelten Kontrollwert und dem berechneten Kontrollwert nach folgender Vorschrift erfolgt:
    Abweichung =
    Kontrollwertermittelt
    Kontrollwertberechnet
    - wobei die Abweichung die ermittelte Abweichung ist,
    - wobei Kontrollwertermittelt der ermittelte Kontrollwert ist,
    - und wobei Kontrollwertberechnet der berechnete Kontrollwert ist.
  8. 8. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
    - dass das Ermitteln der Abweichung (8) durch Vergleichen des ermittelten Kontrollwerts mit dem berechneten Kontrollwert erfolgt,
    - wobei die Dosiermenge des Betriebsstoffs unverändert beibehalten wird, wenn der ermittelte Kontrollwert kleiner als der berechnete Kontrollwert ist,
    - und wobei die Dosiermenge des Betriebsstoffs angepasst wird, wenn der ermittelte Kontrollwert größer als der berechnete Kontrollwert ist.
  9. 9. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
    - dass jedes Messfenster durch Errechnen der von der Verbrennungskraftmaschine (1) umgesetzten Energiemenge definiert ist, wobei jedes Messfenster an einem Startpunkt beginnt und bei einer bestimmten errechneten Energiemenge an einem Endpunkt endet,
    - oder dass jedes Messfenster durch eine Zeitdauer eines durchgehend stationären Betriebs der Verbrennungskraftmaschine (1) definiert ist, wobei jedes Messfenster beginnt, wenn die Verbrennungskraftmaschine (1) stationär betrieben wird, und endet, bevor die Verbrennungskraftmaschine (1) instationär oder transient betrieben wird und/oder eine vorab definierte Zeitdauer erreicht wurde.
  10. 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet,
    - dass die von der Verbrennungskraftmaschine (1) umgesetzte Energiemenge aus einem Kennfeld über den Betriebspunkt der Verbrennungskraftmaschine bestimmt wird,
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    - dass die von der Verbrennungskraftmaschine (1) umgesetzte Energiemenge mittels der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine (1), insbesondere der Motordrehzahl NEng, und der injizierten Kraftstoffmenge MfFulInj berechnet wird,
    - und/oder dass die Errechnung der von der Verbrennungskraftmaschine (1) umgesetzten Energiemenge nach folgender Vorschrift erfolgt:
    PwrEng
    EEng
    - wobei EEng die von der Verbrennungskraftmaschine (1) umgesetzte Energiemenge während eines Messfensters ist,
    - wobei PwrEng die Motorleistung ist,
    - wobei NEng die Motordrehzahl ist,
    - und wobei TqEng das Motordrehmoment ist.
  11. 11. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gültigkeit jedes aufgenommenen Messfensters unter Berücksichtigung mindestens eines Gültigkeitsparameters beurteilt wird.
  12. 12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
    - dass das Messfenster als gültig definiert wird, wenn der mindestens eine Gültigkeitsparameter für eine gewisse Dauer während des Messfensters innerhalb eines Gültigkeitsbereichs liegt,
    - und/oder dass das Messfenster als ungültig definiert wird, wenn der mindestens eine Gültigkeitsparameter für eine gewisse Dauer während des Messfensters außerhalb eines Gültigkeitsbereichs liegt,
    - und/oder dass das Messfenster als ungültig definiert wird, wenn eine vorbestimmte Anzahl an Gültigkeitsbereichsüberschreitungen, Gültigkeitsbereichsunterschreitungen und/oder Gültigkeitsbereichsverletzungen überschritten wird.
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  13. 13. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
    - dass, falls die ermittelte Abweichung des ersten Messfensters außerhalb des Abweichungsbereichs liegt, die Dosiermenge gegenüber der Dosiermenge im Normalbetriebsmodus erhöht wird, sodass in weiterer Folge eine angepasste Dosiermenge eindosiert wird.
  14. 14. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
    - dass NOx-Schlupf detektiert wird, wenn die ermittelte Abweichung des weiteren Messfensters kleiner ist als die ermittelte Abweichung des vorangegangenen Messfensters und wenn im vorangegangenen Messfenster die Dosiermenge entweder gegenüber der Dosiermenge im Normalbetriebsmodus oder gegenüber der angepassten Dosiermenge erhöht worden ist,
    - wobei, falls NOx-Schlupf detektiert wird, die Dosiermenge an Betriebsstoff erhöht wird,
    - oder dass NH3-Schlupf detektiert wird, wenn die ermittelte Abweichung des weiteren Messfensters größer ist als die ermittelte Abweichung des vorangegangenen Messfensters und wenn im vorangegangenen Messfenster die Dosiermenge entweder gegenüber der Dosiermenge im Normalbetriebsmodus oder gegenüber der angepassten Dosiermenge erhöht worden ist,
    - wobei, falls NH3-Schlupf detektiert wird, die Dosiermenge an Betriebsstoff verringert wird.
  15. 15. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
    - dass NOx-Schlupf detektiert wird, wenn die ermittelte Abweichung des weiteren Messfensters größer ist als die ermittelte Abweichung des vorangegangenen Messfensters und wenn im vorangegangenen Messfenster die Dosiermenge entweder gegenüber der Dosiermenge im Normalbetriebsmodus oder gegenüber der angepassten Dosiermenge verringert worden ist,
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    - wobei, falls NOx-Schlupf detektiert wird, die Dosiermenge an Betriebsstoff erhöht wird,
    - dass NH3-Schlupf detektiert wird, wenn die ermittelte Abweichung des weiteren Messfensters kleiner ist als die ermittelte Abweichung des vorangegangenen Messfensters und wenn im vorangegangenen Messfenster die Dosiermenge entweder gegenüber der Dosiermenge im Normalbetriebsmodus oder gegenüber der angepassten Dosiermenge verringert worden ist,
    - wobei, falls NH3-Schlupf detektiert wird, die Dosiermenge an Betriebsstoff verringert wird.
  16. 16. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
    - dass NOx-Schlupf detektiert wird, wenn der weitere ermittelte Kontrollwert des weiteren Messfensters kleiner ist als der ermittelte Kontrollwert des vorangegangenen Messfensters und wenn im vorangegangenen Messfenster die Dosiermenge entweder gegenüber der Dosiermenge im Normalbetriebsmodus oder gegenüber der angepassten Dosiermenge erhöht worden ist,
    - wobei, falls NOx-Schlupf detektiert wird, die Dosiermenge an Betriebsstoff erhöht wird,
    - oder dass NH3-Schlupf detektiert wird, wenn der weitere ermittelte Kontrollwert des weiteren Messfensters größer ist als der ermittelte Kontrollwert des vorangegangenen Messfensters und wenn im vorangegangenen Messfenster die Dosiermenge entweder gegenüber der Dosiermenge im Normalbetriebsmodus oder gegenüber der angepassten Dosiermenge erhöht worden ist,
    - wobei, falls NH3-Schlupf detektiert wird, die Dosiermenge an Betriebsstoff verringert wird.
  17. 17. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
    - dass NOx-Schlupf detektiert wird,
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    AVL List GmbH wenn der weitere ermittelte Kontrollwert des weiteren Messfensters größer ist als der ermittelte Kontrollwert des vorangegangenen Messfensters und wenn im vorangegangenen Messfenster die Dosiermenge entweder gegenüber der Dosiermenge im Normalbetriebsmodus oder gegenüber der angepassten Dosiermenge verringert worden ist,
    - wobei, falls NOx-Schlupf detektiert wird, die Dosiermenge an Betriebsstoff erhöht wird,
    - dass NH3-Schlupf detektiert wird, wenn der weitere ermittelte Kontrollwert des weiteren Messfensters kleiner ist als der ermittelte Kontrollwert des vorangegangenen Messfensters und wenn im vorangegangenen Messfenster die Dosiermenge entweder gegenüber der Dosiermenge im Normalbetriebsmodus oder gegenüber der angepassten Dosiermenge verringert worden ist,
    - wobei, falls NH3-Schlupf detektiert wird, die Dosiermenge an Betriebsstoff verringert wird.
  18. 18. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
    - dass die Dosiermenge um einen Adaptionsfaktor angepasst wird,
    - wobei der Adaptionsfaktor ein vorab definierter Wert ist,
    - oder wobei der Adaptionsfaktor von der ermittelten Abweichung abhängig ist.
  19. 19. Verbrennungskraftmaschine (1), umfassend eine Abgasnachbehandlungsanlage (5) mit einem SCR-System, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungskraftmaschine (1) zur Ausführung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 18 eingerichtet ist.
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