DE102019205107A1

DE102019205107A1 - Verfahren zur Ermittlung eines Ammoniakmassenstroms

Info

Publication number: DE102019205107A1
Application number: DE102019205107.3A
Authority: DE
Inventors: Frank Schweizer; Andreas Fritsch; Stefanos Tzivanakis
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-04-10
Filing date: 2019-04-10
Publication date: 2020-10-15
Also published as: CN111810279A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung eines Ammoniakmassenstroms (dmNH3Ds1Sens) oder einer Ammoniakkonzentration (rNH3Ds1Sens) zwischen zwei hintereinander in einem Abgasstrang (10) angeordneten SCR-Katalysatoren (21, 22), wobei eine erste Dosiereinheit (31) stromaufwärts des ersten SCR-Katalysators (21) und eine zweite Dosiereinheit (32) zwischen den beiden SCR-Katalysatoren (21, 22) angeordnet ist. Die Ermittlung erfolgt aus einem Signal (SensDs1) eines zwischen den beiden SCR-Katalysatoren (21, 22) angeordneten NOx-Sensors (41), einem Signal (SensDs2) eines stromabwärts des zweiten SCR-Katalysators (22) angeordneten NOx-Sensors (42), einer Stickoxidemission (NOxUs) stromaufwärts des ersten SCR-Katalysators (21), einer Ammoniakeindosierung (NH3Dos1) mittels der ersten Dosiereinheit (31) und einer Ammoniakeindosierung (NH3Dos2) mittels der zweiten Dosiereinheit (32).

Description

Die vorliegend Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung eines Ammoniakmassenstroms zwischen zwei hintereinander in einem Abgasstrang angeordneten SCR-Katalysatoren. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Computerprogramm, das jeden Schritt des Verfahrens ausführt, sowie ein maschinenlesbares Speichermedium, welches das Computerprogramm speichert. Schließlich betrifft die Erfindung ein elektronisches Steuergerät, welches eingerichtet ist, um das Verfahren auszuführen.
Stand der Technik
Ein aussichtsreiches Verfahren für die Minderung von Stickoxiden in sauerstoffreichen Abgasen stellt die selektive katalytische Reduktion (Selective Catalytic Reduction; SCR) mittels Ammoniak bzw. ammoniakabspaltenden Reagenzien dar. Der Wirkungsgrad eines SCR-Katalysators hängt von dessen Temperatur, von der Raumgeschwindigkeit des Abgases und ganz entscheidend vom Füllstand des an seiner Oberfläche adsorbierten Ammoniaks ab. Indem zur Reduktion von Stickoxiden neben dem direkt zudosierten Ammoniak auch adsorbiertes Ammoniak zur Verfügung steht, erhöht sich der Wirkungsgrad des SCR-Katalysators gegenüber einem entleerten Katalysator. Das Speicherverhalten ist abhängig von der jeweiligen Betriebstemperatur des Katalysators. Je geringer die Temperatur ist, umso größer ist das Speichervermögen.
Hat ein SCR-Katalysator seinen Speicher vollständig gefüllt, so kann es bei Lastsprüngen eines Verbrennungsmotors, dessen Abgase mittels des SCR-Katalysators reduziert werden, selbst dann zu Ammoniakschlupf kommen, wenn kein Ammoniak bzw. keine ammoniakabspaltenden Reagenzien mehr in den Abgasstrang dosiert werden. Sollen möglichst hohe Stickoxidumsätze erzielt werden, so ist es allerdings unumgänglich, das SCR-System bei einem hohen Ammoniakfüllstand zu betreiben. Steigt dann aufgrund eines Lastsprungs des Verbrennungsmotors die Temperatur des vollständig befüllten SCR-Katalysators an, so sinkt dessen Ammoniakspeichervermögen, was zu Ammoniakschlupf führt.
Dieser Effekt ist dadurch besonders ausgeprägt, dass SCR-Katalysatoren nah am Verbrennungsmotor verbaut werden, damit der SCR-Katalysator nach einem Kaltstart des Verbrennungsmotors schnell seine Betriebstemperatur erreicht. Ein zweiter SCR-Katalysator stromabwärts des ersten SCR-Katalysators kann daher im Abgasstrang vorgesehen werden, um Ammoniak aus Ammoniakschlupf des ersten Katalysators zu absorbieren und anschließend umzusetzen.
Richtlinien zur Onboard-Diagnose (OBD) fordern, dass beide SCR-Katalysatoren überwacht werden müssen. Hierzu ist in der Regel stromabwärts beider SCR-Katalysatoren jeweils ein Stickoxidsensor vorhanden. In einigen SCR-Katalysatorsystem wird nur eine Dosiereinheit stromaufwärts des ersten SCR-Katalysators verbaut, um eine ammoniakabspaltende Reduktionsmittellösung in den Abgasstrang einzudosieren. Eine Ammoniakbefüllung des zweiten SCR-Katalysators erfolgt somit nur durch Ammoniakschlupf des ersten SCR-Katalysators. Die DE 10 2016 201 602 A1 schlägt ein Verfahren vor, um den Ammoniakmassenstrom zwischen den beiden SCR-katalysatoren zu berechnen. Allerdings existieren auch SCR-Katalysatorsysteme, die stromaufwärts jedes SCR-Katalysators jeweils eine Dosiereinheit aufweisen.
Offenbarung der Erfindung
Das Verfahren ermöglicht die Ermittlung eines Ammoniakmassenstroms oder einer Ammoniakkonzentration zwischen zwei hintereinander in einem Abgasstrang angeordneten SCR-Katalysatoren. Dabei ist eine erste Dosiereinheit stromaufwärts des ersten SCR-Katalysators und eine zweite Dosiereinheit zwischen den beiden SCR-Katalysatoren angeordnet. Die Ermittlung erfolgt aus einem Signal eines zwischen den beiden SCR-Katalysatoren angeordneten NOx-Sensors, einem Signal eines stromabwärts des zweiten SCR-Katalysators angeordneten NOx-Sensors, einer Stickoxidemission stromaufwärts des ersten SCR-Katalysators, einer Ammoniakeindosierung mittels der ersten Dosiereinheit und einer Ammoniakeindosierung mittels der zweiten Dosiereinheit. Die Stickoxidemission und die Ammoniakeindosierungen können dabei insbesondere als Massenströme oder als Konzentrationen bereitgestellt werden.
Der auf diese Weise ermittelte Ammoniakmassenstrom bzw. die Ammoniakkonzentration kann für eine Modellkorrektur des ersten SCR-Katalysators und/oder als Modelleingang für den zweiten SCR-Katalysator verwendet werden.
Insbesondere erfolgt bei der Ermittlung eine Berechnung, in der die Ammoniakeindosierung mittels der ersten Dosiereinheit durch eine Summe der beiden Ammoniakeindosierungen dividiert wird.
Wenn die Ammoniakeindosierung mittels der ersten Dosiereinheit Null beträgt, dann wird bei der Ermittlung das Signal des stromabwärts des zweiten SCR-Katalysators angeordneten NOx-Sensors vorzugsweise vernachlässigt. Dies ermöglicht eine Vereinfachung der Ermittlung.
Wenn die Ammoniakeindosierung mittels der zweiten Dosiereinheit Null beträgt, dann wird bei der Ermittlung die Stickoxidemission stromaufwärts des ersten SCR-Katalysators vorzugsweise vernachlässigt. Dies ermöglicht ebenfalls eine Vereinfachung der Ermittlung.
Wird ein SCR-Katalysatorsystem verwendet, in dem aus dem Abgasstrang an einer Abzweigstelle zwischen dem ersten SCR-Katalysator und der zweiten Dosiereinheit eine Abgasrückführungsleitung abzweigt, ist es bevorzugt, dass bei der Ermittlung weiterhin ein Abgasmassenstrom stromaufwärts der Abzweigstelle und ein Abgasmassenstrom stromabwärts der Abzweigstelle berücksichtigt wird. Hierdurch können Fehler in der Ermittlung durch eine Änderung des Abgasmassenstroms zwischen den beiden SCR-Katalysatoren vermieden werden, wenn ein Abgasrückführungsventil der Abgasrückführungsleitung zumindest teilweise geöffnet ist.
Das Computerprogramm ist eingerichtet, jeden Schritt des Verfahrens durchzuführen, insbesondere wenn es auf einem Rechengerät oder elektronischen Steuergerät abläuft. Es ermöglicht die Implementierung des Verfahrens auf einem herkömmlichen elektronischen Steuergerät, ohne hieran bauliche Veränderungen vornehmen zu müssen. Hierzu ist es auf einem maschinenlesbaren Speichermedium gespeichert. Durch Aufspielen des Computerprogramms auf ein herkömmliches elektronisches Steuergerät wird ein elektronisches Steuergerät erhalten, welches eingerichtet, um mittels des Verfahrens einen Ammoniakmassenstrom oder eine Ammoniakkonzentration zwischen zwei hintereinander in einem Abgasstrang angeordneten SCR-Katalysatoren zu ermitteln.
Figurenliste
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

1 zeigt schematisch ein SCR-Katalysatorsystem mit zwei SCR-Katalysatoren, dessen Ammoniakmassenstrom oder Ammoniakkonzentration zwischen den beiden SCR-Katalysatoren mittels eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ermittelt werden kann.
2 zeigt schematisch ein anderes SCR-Katalysatorsystem mit zwei SCR-Katalysatoren, dessen Ammoniakmassenstrom oder Ammoniakkonzentration zwischen den beiden SCR-Katalysatoren mittels eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ermittelt werden kann.

Ausführungsbeispiele der Erfindung
Ein Verbrennungsmotor weist in seinem Abgasstrang 10 ein SCR-Katalysatorsystem auf, welches in 1 dargestellt ist. In dieses werden seine Stickoxidemissionen NOxUs eingeleitet. Es verfügt über einen ersten SCR-Katalysator 21 und einen zweiten SCR-Katalysator 22. Eine erste Dosiereinheit 31, mit welcher eine Harnstoffwasserlösung in den Abgasstrang 10 eingespritzt werden kann, aus der bei den hohen Temperaturen des Abgases Ammoniak NH3Dos1 freigesetzt wird ist stromaufwärts des ersten SCR-Katalysators 21 angeordnet. Eine zweite Dosiereinheit 32 ist stromaufwärts des zweiten SCR-Katalysators 22 angeordnet, um aus weiterer Harnstoffwasserlösung weiteres Ammoniak NH3Dos2 freizusetzen. Ein erster NOx-Sensor 41 ist stromaufwärts der zweiten Dosiereinheit 32 zwischen den SCR-Katalysatoren 21, 22 angeordnet. Ein zweiter NOx-Sensor 42 ist stromabwärts des zweiten SCR-Katalysators 22 angeordnet. Da der erste NOx-Sensor 41 querempfindlich auf Ammoniak reagiert, handelt es sich bei seinem Signal SensDs1 um ein Summensignal für Stickoxide NOxDs1_Sens und Ammoniak NH3Dslsens. Auch der zweite NOx-Sensor 42 reagiert querempfindlich auf Ammoniak. Allerdings kann davon ausgegangen werden, dass stromabwärts des zweiten SCR-Katalysators 22 kein Ammoniak auftritt, so dass er nur Stickoxide NOxDs2_Sens misst. Mittels Modellen können die Anteile von Stickoxiden NOxDs1_Mdl und Ammoniak NH3Ds1_Mdl im Abgas zwischen den SCR-Katalysatoren 21, 22 abgeschätzt werden.
Mit Hilfe des spezifischen Dosiermittelbedarfs facDosEff lässt sich bei SCR-Katalysatorsystemen jederzeit das Verhältnis aus dosierter Ammoniakmasse und umgesetzter Stickoxidmasse ermitteln und mit dem chemischen Verhältnis vergleichen. Daraus kann das dosierte Medium bezüglich seiner Stickoxidreduktionsfähigkeit beurteilt werden. Entweicht Ammoniak aus dem ersten SCR-Katalysator 21, so wird scheinbar das umgesetzte Stickoxid geringer, da das Sensorsignal SensDs1 stromabwärts des ersten SCR-Katalysators 21 zusätzlich zum Stickoxidanteil noch einen Ammoniakanteil enthält. In Betriebspunkten bei denen kein Ammoniakschlupf stattfindet, entspricht der spezifische Dosiermittelbedarf des ersten SCR-Katalysators 21 dem spezifischen Dosiermittelbedarf beider SCR-Katalysatoren. Der spezifische Dosiermittelbedarf nur über den ersten SCR-Katalysator 21 kann gemäß Formel 1 berechnet werden: $facDosEffCat 1 = \frac{m N H 3 D o s 1}{m N O x U s - m S e n s D s 1}$
Der erste NOx-Sensor 41 misst nicht nur Stickoxide sondern wegen seiner Querempfindlichkeit auch Ammoniak. Die Stickoxidkonzentration, die der erste NOx-Sensor 11 anzeigt ist somit teils auf Ammoniak zurückzuführen. In Konzentrationen (Prefix r) geschrieben gilt gemäß Formel 2: $r S e n s = r N O x_{S e n s} + r N H 3_{S e n s}$
Hier wird angenommen, dass die Querempfindlichkeit zu Ammoniak 1:1 als Stickoxide in ppm angezeigt wird. Ist die Querempfindlichkeit nicht 1:1 würde man theoretisch noch einen Koeffizienten vor rNH3 noch einsetzen, der diese abbildet.
Die eindosierte Ammoniakmenge, die effektiv zur Stickoxidkonvertierung beiträgt, kann gemäß Formel 3 zu einer Stickoxidmenge umgerechnet werden, die sie theoretisch konvertiert: $m N H 3 D o s = m N O x_{c o n v e r t e d} \cdot f a c_{N}_{O x - N H 3}$
Hierbei ist fac_NOx-NH3 ein stöchiometrischer Faktor und mNOx_converted die konvertierte Stickoxidmenge. Letztere kann gemäß Formel 4 aus der in den SCR-Katalysator 21 einströmenden Stickoxidmenge mNOx_in und der daraus ausströmenden Stickoxidmenge mNOx_out definiert werden: $m N O x_{c o n v e r t e d} = m N O x_{i n} - m N O x_{o u t}$
Aus den Formeln 3 und 4 ergibt sich Formel 5, wobei mNOxDs1_Mdl die Stickoxidmasse am ersten Stickoxidsensor 41 ist, die mittels eines Modells zugänglich ist: $m N H 3 D o s = (m N O x_{i n} - m N O x_{o u t}) \cdot f a c_{N O x - N H 3} = (m N O x U s - m N O x D s 1_{M d l}) \cdot f a c_{N O x - N H 3}$
Formel 5 kann in Formel 6 auch über Massenströme anstatt Massen definiert werden: $d m N H 3 D o s 1 = (d m N O x U s - d m N O x D s 1_{M d l}) \cdot f a c_{N O x - N H 3}$
Die Massenströme können in Formel 7 und 8 in Konzentrationen umgewandelt werden, wobei dm EG der Abgasmassenstrom ist und fac_NH3-EG bzw. fac_NOx-EG jeweils die stöchiometrischen Verhältnisse von Ammoniak bzw. Stickoxiden zum Abgasmassenstrom: $r N H 3 D o s 1 \cdot d m E G \cdot f a c_{N H 3 - E G} = (r N O x U s - r N O x D s 1_{M d l}) \cdot d m E G \cdot f a c_{N O x - E G \cdot} f a c_{N O x - N H 3}$
$r N H 3 D o s 1 \cdot \frac{f a c_{N H - E G}}{f a c_{N O x - E G}} = (r N O x U s - r N O x D s 1_{M d l}) \cdot f a c_{N O x - N H 3}$
Da fac_NOx-NH3 gleich dem Quotienten aus fac_NH3-EG und fac_NOx-EG ist ergeben sich die Formeln 9 und 10: $r N H 3 D o s 1 = r N O x U s - r N O x D S 1_{M d l}$
$r N O x D S 1_{M d l} = r N O x U s - r N H 3 D o s 1$
Stellt man den spezifischen Dosiermittelbedarf über das Gesamtsystem auf erhält man Formel 11 für Massen bzw. Formel 12 für Massenströme. Dabei wird in Formel 12 berücksichtigt, dass man beim zweiten Stickoxidsensor 42 davon ausgehen kann, dass kein Ammoniak stromabwärts des zweiten SCR-Katalysators 22 gemessen wird und der zweite Stickoxidsensor 42 wirklich nur Stickoxide misst: $facDosEffGes = \frac{m N H 3 D o s 1 + m N H 3 D o s 2}{m N O x U s - m S e n s D s 2}$
$facDosEffGes = \frac{d m N H 3 D o s 1 + d m N H 3 D o s 2}{d m N O x U s - d m S e n s D s 2} = \frac{d m N H 3 D o s 1 + d m N H 3 D o s 2}{d m N O x U s - d m N O x D s 2_{S e n s}}$
Rechnet man hier die Massenströme wieder in Konzentrationen um, ergibt sich Formel 13: $\begin{matrix} facDosEffGes = \frac{r N H 3 D o s 1 \cdot d m E G \cdot f a c_{N H 3 - E G} + r N H 3 D o s 2 \cdot d m E G \cdot f a c_{N H 3 - E G}}{r N O x U s \cdot d m E G \cdot f a c_{N O x - E G} - r N O x D s 2_{S e n s} \cdot d m E G \cdot f a c_{N O x - E G}} \\ = \frac{f a c_{N H 3 - E G}}{f a c_{N O x - E G}} \frac{r N H 3 D o s 1 + r N H 3 D o s 2}{r N O x U s - r N O x D s 2_{S e n s}} \end{matrix}$
Soll der spezifische Dosiermittelbedarf für das Gesamtsystem nur mit der Bilanz des ersten SCR-Katalysators 21 berechnet werden, so kann dies gemäß Formel 14 als Massenströme oder gemäß Formel 15 als Konzentrationen definiert werden: $facDosEffGes = \frac{(d m N O x U s - d m N O x D s 1_{M d l}) \cdot f a c_{N O x - N H 3}}{d m N O x U s - d m N O x D s 1_{S e n s}}$
$\begin{array}{l} facDosEffGes = \frac{(r N O x U s \cdot d m E G \cdot f a c_{N O x - E G} - r N O x D s 1_{M d l} \cdot d m E G \cdot f a c_{N O x - E G})}{r N O x U s \cdot d m E G \cdot f a c_{N O x - E G} - r N O x D s 1_{S e n s} \cdot d m E G \cdot f a c_{N O x - E G}} \cdot f a c_{N O x - N H 3} \\ = f a c_{N O x - N H 3} \frac{r N O x U s - D s 1_{M d l}}{r N O x U s - r N O x D s 1_{S e n s}} \end{array}$
Aus den Formeln 13 und 15 ergibt sich Formel 16: $\begin{array}{l} \frac{f a c_{N H 3 - E G}}{f a c_{N O x - E G}} \frac{r N H 3 D o s 1 + r N H 3 D o s 2}{r N O x U s - r N O x D s 2_{S e n s}} = f a c_{N O x - N H 3} \frac{r N O x U s - r N O x D s 1_{M d l}}{r N O x U s - r N O x D s 1_{S e n s}} \\ \frac{r N H 3 D o s 1 + r N H 3 D o s 2}{r N O x U s - r N O D s 2_{S e n s}} = \frac{r N O U s - r N O x D s 1_{M d l}}{r N O x U s - r N O x D s 1_{S e n s}} \end{array}$
Aus den Formeln 10 und 16 ergibt sich Formel 17: $\begin{array}{l} \frac{r N H 3 D o s 1 + r N H 3 D o s 2}{r N O x U s - r N O x D s 2_{S e n s}} = \frac{r N O x U s - r N O x U s + r N H 3 D o s 1}{r N O x U s - r N O x D s 1_{S e n s}} \\ \begin{array}{l} \frac{r N O x U s - r N O x D s 1_{S e n s}}{r N O x U s - r N O x D s 2_{S e n s}} = \frac{r N H 3 D o s 1}{r N H 3 D o s 1 + r N H 3 D o s 2} \\ r N o x D s 1_{S e n s} = (1 - \frac{r N H 3 D o s 1}{r N H 3 D o s 1 + r N H 3 D o s 2}) \cdot r N o x U s + \frac{r N H 3 D o s 1}{r N H 3 D o s 1 + r N H 3 D o s 2} \cdot r N O x D s 2_{S e n s} \end{array} \end{array}$
Aus den Formeln 2 (für den ersten SCR-Katalysator 21) und 17 ergibt sich Formel 18, mittels derer die Ammoniakkonzentration rNH3D1_Sens zwischen den beiden SCR-Katalysatoren 21, 22 aus den Signalen SensDs1, SensDs2 der beiden NOx-Sensoren 41, 42, der Stickoxidemission NOxUs stromaufwärts des ersten SCR-Katalysators 21 und den beiden Ammoniakeindosierungen NH3Dos1, NH3Dos2 berechnet werden kann: $\begin{array}{l} r S e n s D s 1 = r N O x D s 1_{S e n s} + r N H 3 D s 1_{S e n s} \\ r N H 3 D s 1_{S e n s} = r S e n s D s 1 - r N O x D s 1_{S e n s} \\ = r S e n s D s 1 - (1 - \frac{r N H 3 D o s 1}{r N H 3 D o s 1 + r N H 3 D o s 2}) \cdot r N O x U s + \frac{r N H 3 D o s 1}{r N H 3 D o s 2} \cdot r N O x D s 2_{S e n s} \end{array}$
Wenn rNH3Dos1 = 0 gilt, weil nur mittels der zweiten Dosiereinheit 32 eine Ammoniakdosierung erfolgt, wird bei der Berechnung der Ammoniakkonzentration rNH3D1_Sens das Signal SensDs2 des stromabwärts des zweiten SCR-Katalysators 23 angeordneten NOx-Sensors 42 vernachlässigt, da Formel 18 zu Formel 19 vereinfacht wird: $r N H 3 D S 1_{S e n s} = r S e n s D s 1 - r N O x D S 1_{S e n s} = r S e n s D s 1 - r N O x U s$
Wenn rNH3Dos1 = 1 gilt, weil nur mittels der ersten Dosiereinheit 31 eine Ammoniakdosierung erfolgt, wird bei der Berechnung der Ammoniakkonzentration rNH3D1_Sens die Stickoxidkonzentration rNOxUs stromaufwärts des ersten SCR-Katalysators 21 vernachlässigt, da Formel 18 zu Formel 20 vereinfacht wird. Hierbei wird berücksichtigt, dass der stromabwärts des zweiten SCR-Katalysators 23 angeordneten NOx-Sensors 42 nur Stickoxide zeigt, so dass die Differenz zwischen den gemessenen Stickoxidkonzentrationen von der beiden Stickoxidsensoren 41, 42 die Ammoniakkonzentration rNH3Dslsens zwischen den beiden SCR-Katalysatoren 21, 22 ergibt. $\begin{array}{l} r N H 3 D S 1_{S e n s} = r S e n s D s 1 - r N O x D S 1_{S e n s} = r S e n s D s 1 - r N O x D S 2_{S e n s} \\ = r S e n s D s 1 - r S e n s D s_{2} \end{array}$
2 zeigt eine Abwandlung des SCR-Katalysatorsystems gemäß 1. An einer Abzweigstelle 11 zwischen dem ersten SCR-Katalysator 21 und der zweiten Dosiereinheit 32 zweigt eine Abgasrückführungsleitung 50 für eine Niederdruckabgasrückführung ab. Gemäß Formel 21 gibt eine Variable γ das Verhältnis zwischen dem Abgasmassenstrom dmEG1 stromaufwärts der Abzweigstelle und dem Abgasmassenstrom dmEG2 stromabwärts der Abzweigstelle 11 an: $γ = \frac{d m E G 2}{d m E G 1} \leq 1$
Der NOx-Massenstrom, der über die Abgasrückführungsleitung 50 wieder in das Luftsystem des Verbrennungsmotors eingespeist wird, kann wie gemäß Formel 22 berechnet werden: $\begin{array}{l} d m N O x D s 1_{L P - E G R} = d m N O x D s 1_{v o r L P - E G R} - d m N O x D s 1_{n a c h L P - E G R} \\ = r N O x D s 1 \cdot d m E g 1 \cdot f a c_{_{N O x - E G}} - r N O x D s 1 \cdot d m E G 2 \cdot f a c_{N O x - E G} \\ = r N O x D s 1 \cdot f a c_{N O x - E G} \cdot d m E G 1 \cdot (1 - γ) \end{array}$
Analog ergibt sich für den NH3-Massenstrom, der in die Abgasrückführungsleitung 50 einfließt die Formel 23: $d m N H 3 D s 1_{L P - E G R} = r N H 3 D s 1 \cdot f a c_{N H 3 - E G} \cdot d m E G 1 \cdot (1 - γ)$
Für die Berechnung des spezifischen Dosiermittelbedarfs, werden nun gemäß Formel 24 die Verluste durch die Abgasrückführungsleitung 50 eingerechnet. Dies gilt für Ammoniak im Zähler und für Stickoxide im Nenner: $\begin{array}{l} facDosEffGes = \frac{d m N H 3 D o s 1 + d m N H 3 D o s 2 - d m N H 3 D s 1_{L P - E G R}}{d m N O x U s - d m N O x D s 2_{S e n s} - d m N O x D s 1_{L P - E G R}} \\ = \frac{r N H 3 D o s 1 \cdot d m E G 1 \cdot f a c_{N H 3 - E G} + r N H 3 D o s 2 \cdot d m E G 2 \cdot f a c_{N H 3 - E G} - (1 - γ) \cdot r N H 3 D s 1 \cdot d m E G 1 \cdot f a c_{N H 3 - E G}}{r N O x U s \cdot d m E G 1 \cdot f a c_{N O x - E G} - r N O x D s 2_{S e n s} \cdot d m E G 2 \cdot f a c_{N O x - E G} - (1 - γ) \cdot r N O x D s 1_{S e n s} \cdot d m E G 1 \cdot f a c_{N O x - E G}} \\ = \frac{f a c_{N H 3 - E G}}{f a c_{N O x - E G}} \cdot \frac{r N H 3 D o s 1 + γ \cdot r N H 3 D o s 2 - (1 - γ) \cdot r N H 3 D s 1}{r N O x U s - γ \cdot r N O x D s 2_{S e n s} - (1 - γ) \cdot r N O x D s 1_{S e n s}} \end{array}$
Aus den Formeln 15 und 24 ergibt sich Formel 25: $\frac{f a c_{N H 3 - E G}}{f a c_{N O x - E G}} \cdot \frac{r N H 3 D o s 1 + γ \cdot r N H 3 D o s 2 - (1 - γ) \cdot r N H 3 D s 1}{r N O x U s - γ \cdot r N O x D s 2_{S e n s} - (1 - γ) \cdot r N O x D s 1_{S e n s}} = f a c_{N O x - N H 3} \frac{r N O x U s - r N O x D s 1_{M d l}}{r N O x U s - r N O x D s 1_{S e n s}}$
$\begin{array}{l} \frac{r N O x U s - r N O x D s 1_{S e n s}}{r N o x U s - γ \cdot r N o x D s 2_{S e n s} + (γ - 1) \cdot r N O x D s 1_{S e n s}} = \frac{r N H 3 D o s 1}{r N H 3 D o s 1 + γ \cdot r N H 3 D o s 2 + (γ - 1) \cdot r N H 3 D s 1} \\ = ε \end{array}$
Die dort eingeführt Variable ε ermöglicht ein Umformen der Formel 25 zu Formel 26: $\begin{array}{l} r N O x D s 1_{S e n s} = \frac{1}{[1 + ε \cdot (γ - 1)]} [(1 - ε) \cdot r N O x U s + ε \cdot γ \cdot r N o x D s 2_{S e n s}] \\ ε = \frac{r N H 3 D o s 1}{r N H 3 D o s 1 + γ \cdot r N H 3 D o s 2 + (γ - 1) \cdot r N H 3 D s 1} \end{array}$
Aus den Formeln 2 (für den ersten SCR-Katalysator 21) und 17 ergibt sich Formel 27, mittels derer die Ammoniakkonzentration rNH3D1_Sens zwischen den beiden SCR-Katalysatoren 21, 22 aus den Signalen SensDs1, SensDs2 der beiden NOx-Sensoren 41, 42, der Stickoxidemission NOxUs stromaufwärts des ersten SCR-Katalysators 21 und den beiden Ammoniakeindosierungen NH3Dos1, NH3Dos2 berechnet werden kann: $\begin{array}{l} r S e n s D s 1 = r N O x D s 1_{S e n s} + r N H 3 D s 1_{S e n s} \\ r N H 3 D s 1_{S e n s} = r S e n s D s 1 - r N O x D s 1_{S e n s} \\ = r S e n s D s 1 - \frac{1}{[1 + ε \cdot (γ - 1)]} [(1 - ε) \cdot r N O x U s + ε \cdot γ \cdot r N o x D s 2_{S e n s}] \end{array}$
Wenn ein nicht dargestelltes Niederdruckabgasrückführungsventil der Abgasrückführungsleitung 50 geschlossen ist und deshalb γ = 1 gilt, dann ergibt sich aus Formel 27 wieder Formel 18.
Zur Vereinfachung kann auch bei Verwendung von Niederdruckabgasrückführung anstatt Formel 27 die Formel 17 angewendet werden. Dazu müssen aber die Ammoniakeindosierungen NH3Dos1, NH3Dos2 - falls sie als Massenstrom zur Verfügung steht - noch durch die verschiedenen Abgasmassenströme korrigiert werden. Hierbei ergibt sich Formel 28: $r N O x D s 1_{S e n s} = (1 - \frac{\frac{d m N H 3 D o s 1}{d m E G 1 \cdot f a c_{N H 3 - E G}}}{\frac{d m N H 3 D o s 1}{d m E G 1 \cdot f a c_{N H 3 - E G}} + \frac{d m N H 3 D o s 2}{d m E g 2 \cdot f a c_{N H 3 - E G}}}) \cdot r N O x U s + (\frac{\frac{d m N H 3 D o s 1}{d m E G 1 \cdot f a c_{N H 3 - E G}}}{\frac{d m N H 3 D o s 1}{d m E G 1 \cdot f a c_{N H 3 - E G}} + \frac{d m N H 3 D o s 2}{d m E g 2 \cdot f a c_{N H 3 - E G}}}) \cdot r N O x D s 2_{S e n s}$
Aus Formel 28 und der Umrechnung von Konzentrationen zu Massenströme folgen die Formeln 29 und 30: $r N O x D s 1_{S e n s} = (\frac{d m N H 3 D o s 1}{d m N H 3 D o s 1 + \frac{d m E G 1}{d m E G 2} \cdot d m N H 3 D o s 2}) \cdot r N O x U s + (\frac{d m N H 3 D o s 1}{d m N H 3 D o s 1 + \frac{d m E G 1}{d m E G 2} \cdot d m N H 3 D o s 2}) \cdot r N O x D s 2_{S e n s}$
$r N O x D s 1_{S e n s} = (1 - \frac{\frac{d m E G 2}{d m E G 1} \cdot d m N H 3 D o s 1}{\frac{d m E G 2}{d m E G 1} \cdot d m N H 3 D o s 1 + d m N H 3 D o s 2}) \cdot r N O x U s + (\frac{\frac{d m E G 2}{d m E G 1} \cdot d m N H 3 D o s 1}{\frac{d m E G 2}{d m E G 1} \cdot d m N H 3 D o s 1 + d m N H 3 D o s 2}) \cdot r N O x D s 2_{S e n s}$
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102016201602 A1 [0005]

Claims

Verfahren zur Ermittlung eines Ammoniakmassenstroms (dmNH3Ds1_Sens) oder einer Ammoniakkonzentration (rNH3Ds1_Sens) zwischen zwei hintereinander in einem Abgasstrang (10) angeordneten SCR-Katalysatoren (21, 22), wobei eine erste Dosiereinheit (31) stromaufwärts des ersten SCR-Katalysators (21) und eine zweite Dosiereinheit (32) zwischen den beiden SCR-Katalysatoren (21, 22) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung aus einem Signal (SensDs1) eines zwischen den beiden SCR-Katalysatoren (21, 22) angeordneten NOx-Sensors (41), einem Signal (SensDs2) eines stromabwärts des zweiten SCR-Katalysators (22) angeordneten NOx-Sensors (42), einer Stickoxidemission (NOxUs) stromaufwärts des ersten SCR-Katalysators (21), einer Ammoniakeindosierung (NH3Dos1) mittels der ersten Dosiereinheit (31) und einer Ammoniakeindosierung (NH3Dos2) mittels der zweiten Dosiereinheit (32) erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ammoniakeindosierung (NH3Dos1) mittels der ersten Dosiereinheit (31) durch eine Summe der beiden Ammoniakeindosierungen (NH3Dos1, NH3Dos2) dividiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn die Ammoniakeindosierung (NH3Dos1) mittels der ersten Dosiereinheit (31) Null beträgt, bei der Ermittlung das Signal (SensDs2) des stromabwärts des zweiten SCR-Katalysators (23) angeordneten NOx-Sensors (42) vernachlässigt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass dann wenn die Ammoniakeindosierung (NH3Dos2) mittels der zweiten Dosiereinheit (32) Null beträgt, bei der Ermittlung die Stickoxidemission (NOxUs) stromaufwärts des ersten SCR-Katalysators (21) vernachlässigt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Abgasstrang (10) an einer Abzweigstelle (11) zwischen dem ersten SCR-Katalysator (21) und der zweiten Dosiereinheit (32) eine Abgasrückführungsleitung (50) abzweigt, wobei bei der Ermittlung weiterhin ein Abgasmassenstrom (dmEG1) stromaufwärts der Abzweigstelle (11) und ein Abgasmassenstrom (dmEG2) stromabwärts der Abzweigstelle (11) berücksichtigt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verhältnis der beiden Abgasmassenströme (dmEG1, dmEG2) gebildet wird.
Computerprogramm, welches eingerichtet ist, jeden Schritt des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 durchzuführen.
Maschinenlesbares Speichermedium, auf welchem ein Computerprogramm nach Anspruch 7 gespeichert ist.
Elektronisches Steuergerät, welches eingerichtet ist, um mittels eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6 einen Ammoniakmassenstrom (dmNH3Ds1_Sens) oder eine Ammoniakkonzentration (rNH3Ds1_Sens) zwischen zwei hintereinander in einem Abgasstrang (10) angeordneten SCR-Katalysatoren (21, 22) zu ermitteln.