DE102005054579A1

DE102005054579A1 - Verfahren zum Betreiben einer Abgasbehandlungvorrichtung und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Info

Publication number: DE102005054579A1
Application number: DE102005054579A
Authority: DE
Inventors: Andreas Fritsch
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2005-11-16
Filing date: 2005-11-16
Publication date: 2007-05-24
Also published as: US20070110635A1; JP5036281B2; US7861519B2; FR2893354B1; JP2007138929A; FR2893354A1

Abstract

Es werden ein Verfahren zum Betreiben einer Abgasbehandlungsvorrichtung, die eine katalytisch wirkende Fläche (15) zur exothermen Umsetzung eines Reagenzmittels enthält, und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens vorgeschlagen. Vorgesehen ist eine Messung eines ersten Maßes (te_K_mess, te_nK_mess) für die Reaktionstemperatur (te_K, te_nK) des Reagenzmittels im Bereich der katalytisch wirkenden Fläche (15) sowie eine Berechnung eines zweiten Maßes (te_K_mod) für die Reaktionstemperatur (te_K, te_nK) anhand eines Modells (31) der katalytisch unterstützten Reaktion. Aus einem Vergleich der beiden Maße (te_K_mess, te_nK_mess; te_K_mod) wird ein Maß (te_d, ms_Rea_cond, m_Rea_cond) für das im Bereich der katalytisch wirkenden Fläche (15) nicht umgesetzte Reagenzmittel ermittelt. Die erfindungsgemäße Vorgehensweise ermöglicht einerseits einen Schutz von Abgasbauteilen (15, 16) gegenüber einer Übertemperatur und andererseits eine energieeffiziente Beheizung von Abgasbauteilen (15, 16).

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Betreiben einer Abgasbehandlungsvorrichtung und von einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche.

In der DE 199 06 287 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben eines Partikelfilters einer Brennkraftmaschine beschrieben, das von Zeit zu Zeit regeneriert wird. Die Regeneration erfolgt in Abhängigkeit von einem Maß für den Beladungszustand des Partikelfilters. Ohne eine Konditionierung der Rußpartikel oxidieren die Partikel ab einer Temperatur von etwa 550 °C. Die erforderliche Zündtemperatur der Partikel kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass ein Reagenzmittel, beispielsweise unverbrannte Kohlenwasserstoffe, in den Abgasbereich der Brennkraftmaschine eingebracht wird, das an einer katalytischen Oberfläche exotherm reagiert und damit die Abgastemperatur erhöht.

In der DE 101 13 010 A1 ist ein Verfahren zur Diagnose eines in einem Abgasbereich einer Brennkraftmaschine angeordneten Abgasbehandlungssystems beschrieben, bei dem die Temperatur des Abgases vor und nach dem Abgasbehandlungssystem jeweils von einem Temperatursensor gemessen wird. Die Diagnose beruht auf einer erwarteten Erhöhung der Temperatur des Abgases, wenn das Abgas unverbrannte Kohlenwasserstoffe enthält, die auf einer katalytisch wirkenden Fläche exotherm reagieren. Ein fehlerfreies Abgasbehandlungssystem liegt vor, wenn eine erwartete Erhöhung der hinter dem Abgasbehandlungssystem gemessenen Temperatur aufgrund einer Erhöhung des Anteils an unverbrannten Kohlenwasserstoffen im Abgas der Brennkraftmaschine auftritt. Die Diagnose erfolgt zunächst nur, solange die Einbringung der unverbrannten Kohlenwasserstoffe vorgesehen ist. Weiterhin erfolgt die Diagnose nur, wenn sich die vor dem Abgasbehandlungssystem gemessene Temperatur während der Einbringung der unverbrannten Kohlenwasserstoffe innerhalb eines bestimmten Zeitraums nur unwesentlich ändert.

In der DE 44 26 020 A1 ist ein Verfahren beschrieben, bei dem die Funktionsfähigkeit eines in einem Abgasbereich einer Brennkraftmaschine angeordneten Katalysators überwacht wird. Die Überwachung wird anhand der Temperaturerhöhung durchgeführt, die durch die exotherme Umsetzung oxidierbarer Abgasbestandteile im Katalysator auftritt. Ermittelt werden zwei Temperaturen, wobei die erste Temperatur auf einer Messung der Temperatur stromabwärts nach dem Katalysator beruht und die zweite Temperatur mit Hilfe eines Modells berechnet wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein zuverlässiges Verfahren zum Betreiben einer Abgasbehandlungsvorrichtung und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anzugeben, die den Reagenzmittelverbrauch minimieren und insbesondere eine Überhitzung von Abgasbauteilen vermeiden.

Die Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Merkmale jeweils gelöst.

Offenbarung der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer Abgasbehandlungsvorrichtung, die eine katalytisch wirkenden Fläche zur exothermen Umsetzung von Reagenzmittel enthält, sieht eine Ermittlung zumindest eines Maßes für das nicht umgesetzte Reagenzmittel vor. Als Maß für das nicht umgesetzte Reagenzmittel kann beispielsweise der Reagenzmittelstrom und/oder die Reagenzmittelmenge und/oder die Reagenzmittelmasse ermittelt werden.

Die erfindungsgemäße Vorgehensweise ermöglicht einen Eingriff in die Bereitstellung des zur Oxidation vorgesehenen Reagenzmittels in Abhängigkeit vom Maß für das nicht umgesetzte Reagenzmittel.

Dadurch kann insbesondere eine unzulässig hohe Erwärmung eines Abgasbauteils einschließlich der katalytisch wirkenden Fläche vermieden werden. Hierzu reicht es bereits gemäß einer einfachen Realisierung aus, die Bereitstellung des zur exothermen Umsetzung, beispielsweise im Rahmen einer Oxidation, vorgesehenen Reagenzmittels in dem Maße zu verringern, wie das Maß für das nicht umgesetzte Reagenzmittel ansteigt.

Die Kenntnis des Maßes für das nicht umgesetzte Reagenzmittel kann weiterhin zur Optimierung der Erwärmung eines zu beheizenden Abgasbauteils herangezogen werden. Die Bereitstellung des Reagenzmittels kann in Kenntnis des Maßes für das nicht umgesetzte Reagenzmittel bis zu einem oberen Grenzwert gesteigert werden, bei dem noch keine Gefährdung eines Abgasbauteils auftritt. Dadurch kann das Abgasbauteil in kürzest möglicher Zeit und somit energieeffizient beheizt werden.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorgehensweise ergeben sich aus abhängigen Ansprüchen.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Reaktionstemperatur im Bereich der katalytisch wirkenden Fläche stromabwärts nach der katalytisch wirkenden Fläche gemessen wird. Die Anordnung eines Temperatursensors stromabwärts nach der katalytisch wirkenden Fläche ist im Allgemeinen einfacher möglich ist als unmittelbar im Bereich der katalytisch wirkenden Fläche. Mit dieser Maßnahme wird bei vermindertem Aufwand ein ausreichend genaues Maß für die Reaktionstemperatur erhalten.

Eine Ausgestaltung zur Erhöhung der Genauigkeit sieht vor, bei der Berechnung des zweiten Maßes für die Reaktionstemperatur anhand eines Modells der katalytisch unterstützten Reaktion die Abgastemperatur stromaufwärts vor der katalytisch wirkenden Fläche zu berücksichtigen.

Eine Ausgestaltung sieht vor, in Abhängigkeit vom Maß für das nicht umgesetzte Reagenzmittel in eine Bereitstellung des Reagenzmittels einzugreifen. Durch den Eingriff wird bei der Zumessung des Reagenzmittels das an der katalytisch wirkenden Fläche nicht umgesetzte Reagenzmittel berücksichtigt, sodass beispielsweise ein Schutz gegen eine unzulässig hohe Ansammlung von Reagenzmittel durch eine Verminderung der Bereitstellung oder vollständige Unterbindung eines Reagenzmittel-Dosiersignals gewährleistet werden kann.

Insbesondere kann vorgesehen sein, anhand des Maßes für das nicht umgesetzte Reagenzmittel eine Energie zu berechnen, die einer vollständigen Umsetzung des nicht umgesetzten Reagenzmittels entspricht.

Eine alternative oder zusätzliche Ausgestaltung sieht eine Berechnung einer Maximaltemperatur der Reaktionstemperatur anhand des Maßes für das nicht umgesetzte Reagenzmittel vor, die sich bei einer sprungartigen vollständigen Oxidation des Reagenzmittels ergeben würde.

Mit diesen Maßnahmen kann abgeschätzt werden, ob eine Gefährdungssituation für Abgasbauteile einschließlich der katalytisch wirkenden Fläche durch eine unzulässig hohe Temperatur auftreten würde. Falls eine Gefährdungssituation vorliegt, kann rechtzeitig in die Bereitstellung des Reagenzmittels zur Vermeidung der Gefährdungssituation eingegriffen werden.

Die Kenntnis des Maßes für das nicht umgesetzte Reagenzmittel, der ermittelten Energie oder der Maximaltemperatur kann nicht nur zur Realisierung eines Bauteileschutzes, sondern auch zu einer erhöhten Bereitstellung des Reagenzmittels herangezogen werden, um eine schnelle und/oder gleichmäßige exotherme Reaktion zu unterstützen, ohne dass die Gefahr einer Überhitzung eines Abgasbauteils besteht.

Als Reagenzmittel sind beispielsweise Kohlenwasserstoffe oder beispielsweise Kraftstoff vorgesehen. Das Reagenzmittel, insbesondere Kohlenwasserstoffe, kann beispielsweise durch eine unvollständige Verbrennung von Kraftstoff in der Brennkraftmaschine und/oder durch wenigstens eine Kraftstoff-Nacheinspritzung und/oder eine mehrteilige Kraftstoff-Einspritzung und/oder mit einer Reagenzmittel-Dosierung unmittelbar in den Abgasbereich stromaufwärts vor der katalytisch wirkenden Fläche eingebracht werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Betreiben einer Abgasbehandlungsvorrichtung betrifft zunächst ein Steuergerät, das zur Durchführung des Verfahrens hergerichtet ist. Das Steuergerät enthält vorzugsweise wenigstens einen elektrischen Speicher, in dem die Verfahrensschritte als Computerprogramm abgelegt sind.

Eine Ausgestaltung sieht vor, dass das Steuergerät ein Katalysator-Modell zur Berechnung des Maßes für das nicht umgesetzte Reagenzmittel enthält.

Eine Ausgestaltung sieht vor, einen Temperatursensor zur Erfassung des gemessenen ersten Maßes für die Reaktionstemperatur stromabwärts nach der katalytisch wirkenden Fläche anzuordnen.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorgehensweise ergeben sich aus weiteren abhängigen Ansprüchen und aus der folgenden Beschreibung.
Zeichnung
1 zeigt ein technisches Umfeld, in welchem ein erfindungsgemäßes Verfahren abläuft und
2 zeigt Temperaturverläufe in Abhängigkeit von der Zeit.
1 zeigt eine Brennkraftmaschine 10, in deren Ansaugbereich 11 eine Lufterfassung 12 und in deren Abgasbereich 13 eine Reagenzmittel-Dosierung 14, eine katalytisch wirkenden Fläche 15 sowie ein Partikelfilter 16 angeordnet sind. Im Abgasbereich 13 tritt ein Abgasstrom ms_abg auf.
Stromaufwärts vor der katalytisch wirkenden Fläche 15 sind ein erster Temperatursensor 17, an der katalytisch wirkenden Fläche 15 ein zweiter Temperatursensor 18 und stromabwärts nach der katalytisch wirkenden Fläche 15 ein dritter Temperatursensor 19 angeordnet.
Die Lufterfassung 12 stellt einem Steuergerät 20 ein Luftsignal ms_L und die Brennkraftmaschine 10 ein Drehsignal n zur Verfügung.
Der erste Temperatursensor 17 erfasst eine stromaufwärts vor der katalytisch wirkenden Fläche 15 auftretende Abgastemperatur te_vK und stellt dem Steuergerät 20 ein erstes Temperatur-Messsignal te_vK_mess als Maß für die stromaufwärts vor der katalytisch wirkenden Fläche 15 auftretende Abgastemperatur te_vK zur Verfügung.
Der zweite Temperatursensor 18 erfasst die Reaktionstemperatur te_K im Bereich der katalytisch wirkenden Fläche 15 und stellt dem Steuergerät 20 ein zweites Temperatur-Messsignal te_K_mess als Maß für die Reaktionstemperatur te_K im Bereich der katalytisch wirkenden Fläche 15 zur Verfügung.
Der dritte Temperatursensor 19 erfasst die Reaktionstemperatur te_nK stromabwärts nach der katalytisch wirkenden Fläche 15 und stellt dem Steuergerät 20 ein drittes Temperatur-Messsignal te_nK_mess als Maß für die Reaktionstemperatur te_nK stromabwärts nach der katalytisch wirkenden Fläche 15 zur Verfügung.
Das Steuergerät 20 stellt einer Kraftstoff-Zumessung 21 ein Kraftstoffsignal m_K zur Verfügung. Weiterhin stellt das Steuergerät 20 der Reagenzmittel-Dosierung 14 und der Kraftstoff-Zumessung 21 ein Reagenzmittelsignal S_Rea zur Verfügung.
Das Steuergerät 20 enthält eine Abgas-Kenngrößen-Ermittlung 30, der das Luftsignal ms_L, das Kraftstoffsignal m_K sowie ein Abgas-Rückführungssignal agr zur Verfügung gestellt werden und welche den Abgasstrom ms_abg sowie eine berechnete Abgastemperatur te_vK_mod stromaufwärts vor der katalytisch wirkenden Fläche 15 bereitstellt.
Das Steuergerät 20 enthält weiterhin ein Katalysator-Modell 31, dem der Abgasstrom ms_abg, ein Reagenzmittelstrom ms_Rea, die Abgastemperatur te_vK stromaufwärts vor der katalytisch wirkenden Fläche 15, die Umgebungstemperatur te_U und eine Konstante K zur Verfügung gestellt werden und welches eine berechnete Reaktionstemperatur te_K_mod des im Bereich der katalytisch wirkenden Fläche 15 umgesetzten Reagenzmittels bereitstellt.
Die Konstante K wird von einer Konstanten-Ermittlung 32 bereitgestellt, der wenigstens ein Wärmeübergangs-Koeffizient k·A, der Heizwert des Reagenzmittels HU, wenigstens eine Wärmekapazität c sowie wenigstens eine Masse M zur Verfügung gestellt werden.
Ein Summierer 33 ermittelt die Differenz te_d zwischen der berechneten Reaktionstemperatur te_K_mod und der gemessenen Reaktionstemperatur te_K_mess im Bereich der katalytisch wirkenden Fläche 15 und stellt die Temperaturdifferenz te_d einer Reagenzmittelstrom-Ermittlung 34 zur Verfügung, der weiterhin die Konstante K sowie der Abgasstrom ms_abg zur Verfügung gestellt werden und welche einen Reagenzmittelstrom ms_Rea_cond des auf der katalytisch wirkenden Fläche 15 nicht umgesetzten Reagenzmittels bereitstellt.
Ein Integrator 35 ermittelt aus dem Reagenzmittelstrom ms_Rea_cond des auf der katalytisch wirkenden Fläche 15 nicht umgesetzten Reagenzmittels die Masse oder Menge m_Rea_cond des im Bereich der katalytisch wirkenden Fläche 15 nicht umgesetzten Reagenzmittels und stellt die Masse/Menge m_Rea_cond einer Temperatur-Ermittlung 36 zur Verfügung, der weiterhin der Abgasstrom ms_abg, die Konstante K sowie die Reaktions temperatur te_K im Bereich der katalytisch wirkenden Fläche 15 zur Verfügung gestellt werden. Die Temperatur-Ermittlung 36 stellt eine Maximaltemperatur te_max bereit.
Die Maximaltemperatur te_max wird einem Vergleicher 37 zur Verfügung gestellt, der die Maximaltemperatur te_max mit einem oberen Temperatur-Schwellenwert te_Lim vergleicht und in Abhängigkeit vom Vergleichsergebnis ein Korrektursignal Korr einer Reagenzmittelsignal-Festlegung 38 zur Verfügung stellt, welche das Reagenzmittelsignal S_Rea bereitstellt.
Das Steuergerät 20 enthält weiterhin eine Energie-Ermittlung 39, welcher die Masse/Menge m_Rea_cond des im Bereich der katalytisch wirkenden Fläche 15 nicht umgesetzten Reagenzmittels sowie der Heizwert des Reagenzmittels HU zur Verfügung gestellt werden und welche eine Energie E_Rea bereitstellt, die einer vollständigen Umsetzung der Masse/Menge m_Rea_cond des nicht umgesetzten Reagenzmittels entspricht.
Die Energie E_Rea wird ebenfalls dem Vergleicher 37 zur Verfügung gestellt, der die Energie E_Rea mit einem oberen Energie-Schwellenwert E_Lim vergleicht und in Abhängigkeit vom Vergleichsergebnis das Korrektursignal Korr bereitstellt.
Das erfindungsgemäße Verfahren läuft folgendermaßen ab:
Das Steuergerät 20 ermittelt das Kraftstoffsignal m_K, welches der Kraftstoff-Zumessung 21 zur Verfügung gestellt wird, beispielsweise in Abhängigkeit vom Drehsignal n der Brennkraftmaschine 10 und/oder gegebenenfalls in Abhängigkeit von dem von der Lufterfassung 12 bereitgestellten Luftsignal ms_L und/oder gegebenenfalls in Abhängigkeit von der Stellung eines nicht näher gezeigten Fahrpedals, sofern die Brennkraftmaschine als Antrieb 10 in einem Kraftfahrzeug vorgesehen ist.
Die im Abgasbereich 13 angeordnete katalytisch wirkende Fläche 15 sowie das Partikelfilter 16 sind Bestandteile einer Abgasbehandlungsvorrichtung. Die katalytisch wirkende Fläche 15 kann in einem Katalysator, beispielsweise einem Oxidations-Katalysator und/oder einem Drei-Wege-Katalysator und/oder einem NOx-Speicherkatalysator enthalten sein. Weiterhin kann die katalytisch wirkende Fläche 15 im Partikelfilter 16 enthalten sein. Innerhalb des Partikelfilters 16 kann die katalytisch wirkende Fläche 15 als separater Katalysator oder als eine Beschichtung des Partikelfilters 16 vorgesehen sein.
Die katalytisch wirkende Fläche 15 sowie das Partikelfilter 16 sind Beispiele für Abgasbauteile, die in Abhängigkeit von der Betriebssituation eine erhöhte Betriebstemperatur benötigen können. Beispielsweise muss das Partikelfilter 16 von Zeit zu Zeit von den eingelagerten Partikeln regeneriert werden. Die Regeneration erfolgt durch einen Abbrand der Partikel, der ohne Konditionierung der Partikel bei Temperaturen oberhalb von etwa 550 C beginnt.
Ein Katalysator weist ein Temperaturfenster auf, innerhalb dem die katalytisch unterstützten Reaktionen optimal ablaufen. Sofern es sich bei dem Katalysator um einen Speicher-Katalysator, beispielsweise einem NOx-Speicherkatalysator handelt, ist ebenfalls von Zeit zu Zeit eine Regeneration erforderlich. Insbesondere eine gegebenenfalls erforderliche Entschwefelung eines Speicherkatalysators wird derzeit bei erhöhten Temperaturen von beispielsweise oberhalb 600 °C durchgeführt.
Die erforderliche Temperatur wird durch die exotherme Reaktion, beispielsweise eine Oxidation, des in den Abgasbereich 13 eingebrachten Reagenzmittels auf der katalytisch wirkenden Fläche 15 bereitgestellt. Als Reagenzmittel sind beispielsweise Kohlenwasserstoffe vorgesehen. Das Reagenzmittel kann durch innermotorische Maßnahmen, wie beispielsweise einer Verschlechterung der Verbrennung und/oder durch wenigstens eine Kraftstoff-Nacheinspritzung und/oder eine mehrteilige Kraftstoff-Einspritzung bereitgestellt werden. In diesem Fall stellt die Reagenzmittelsignal-Festlegung 38 das Reagenzmittelsignal S_Rea unmittelbar der Kraftstoff-Zumessung 21 zur Verfügung. Das Reagenzmittelsignal S_Rea ist in der Praxis im Kraftstoffsignal m_K enthalten.
Alternativ kann das Reagenzmittel unmittelbar in den Abgasbereich 13 mit der Reagenzmittel-Einbringung 14 eingesprüht werden.
Das Reagenzmittelsignal S_Rea wird in Abhängigkeit vom aktuellen Bedarf an Reagenzmittel festgelegt, wobei das Reagenzmittel nicht nur zur Umsetzung im Bereich der katalytisch wirkenden Fläche 15 vorgesehen sein kann, sondern auch beispielsweise als Regenerations-Reagenzmittel benötigt werden kann.
Erfindungsgemäß ist die Ermittlung des Maßes te_d, ms_Rea_cond, m_Rea_cond für das im Bereich der katalytisch wirkenden Fläche 15 nicht umgesetzte Reagenzmittel vorgesehen. Als Maß te_d, ms_Rea_cond, m_Rea_cond ist im einfachsten Fall bereits die Temperaturdifferenz te_d geeignet. Als Maß kann weiterhin beispielsweise der nicht umgesetzte Reagenzmittelstrom ms_Rea_cond herangezogen werden. Vorzugsweise wird als Maß die Reagenzmittelmasse und/oder die Reagenzmittelmenge m_Rea_cond herangezogen, die mit dem Integrator 35 aus dem Reagenzmittelstrom ms_Rea_cond erhalten wird.
Das nicht umgesetzte Reagenzmittel kann sich insbesondere bei instationären Betriebszuständen der Brennkraftmaschine 10 ansammeln, die beispielsweise bei sprungförmigen Lastwechseln auftreten. Das nicht umgesetzte Reagenzmittel kann sich durch Kondensation an kühleren Abgasbauteilen im Abgasbereich 13 ansammeln, führt dadurch zu einer Verschlechterung der Abgaswerte und stellt insbesondere eine Gefahr für Abgasbauteile wie das Partikelfilter 16 oder die katalytisch wirkende Fläche 15 selbst dar, wenn das Reagenzmittel sprungartig bzw. in kürzest möglicher Zeit umgesetzt wird und infolgedessen eine hohe Temperaturspitze entsteht.
Das Maß te_d, ms_Rea_cond, m_Rea_cond des an der katalytisch wirkenden Fläche 15 nicht umgesetzten Reagenzmittels entspricht im einfachsten Fall unmittelbar der Temperaturdifferenz te_d zwischen der berechneten Reaktionstemperatur te_K_mod und dem zweiten Temperatur-Messsignal te_K_mess. Ein weiteres Maß te_d, ms_Rea_cond, m_Rea_cond kann anhand der Temperaturdifferenz te_d zwischen der berechneten Reaktionstemperatur te_K_mod und dem zweiten Temperatur-Messsignal te_K_mess ermittelt werden.
Wie bereits erwähnt, kann der zweite Temperatursensor 18 durch den dritten Temperatursensor 19 ersetzt werden, der stromabwärts nach der katalytisch wirkenden Fläche 15 angeordnet ist. Das vom dritten Temperatursensor 19 erfasste dritte Temperatur-Messsignal te_nK_mess stromabwärts nach der katalytisch wirkenden Fläche 15 kann wenigstens näherungsweise als Maß für die Reaktionstemperatur te_nK im Bereich der katalytisch wirkenden Fläche 15 herangezogen werden. Der dritte Temperatursensor 19 kann gegebenenfalls in einfacher Weise stromabwärts nach der katalytisch wirkenden Fläche 15 ange ordnet werden. Im Folgenden wird nur noch von der Reaktionstemperatur te_K, te_nK gesprochen.
Entfallen kann gleichermaßen der erste Temperatursensor 17, der das erste Temperatur-Messsignal te_vK_mess als Maß für die Abgastemperatur te_vK stromaufwärts vor der katalytisch wirkenden Fläche 15 bereitstellt.
Die Abgastemperatur te_vK stromaufwärts vor der katalytisch wirkenden Fläche 15 kann alternativ mit der Abgas-Kenngrößen-Ermittlung 30 aus dem Luftsignal ms_L und dem Kraftstoffsignal m_K ermittelt und als berechnete Abgastemperatur te_vK_mod stromaufwärts vor der katalytisch wirkenden Fläche 15 erhalten werden. Gegebenenfalls kann bei der Ermittlung der berechneten Abgastemperatur te_vK_mod eine Abgasrückführrate agr berücksichtigt werden.
Die Abgas-Kenngrößen-Ermittlung 30 stellt weiterhin zumindest ein Maß für den Abgasstrom ms_abg zumindest aus dem Luftsignal ms_L bereit. Gegebenenfalls kann bei der Ermittlung des Abgasstroms ms_abg das Kraftstoffsignal m_K und/oder gegebenenfalls die Abgasrückführrate agr berücksichtigt werden. Der Abgasstrom ms_abg kann als Abgas-Volumenstrom, vorzugsweise aber als Abgas-Massenstrom ermittelt werden.
Zur Ermittlung der berechneten Reaktionstemperatur te_K_mod infolge der Umsetzung, beispielsweise im Rahmen einer Oxidationsreaktion, des Reagenzmittels im Bereich der katalytisch wirkenden Fläche 15 ist das Katalysator-Modell 31 vorgesehen, das die Reaktionstemperatur te_K_mod aus dem Abgasstrom ms_abg, dem Reagenzmittelstrom ms_Rea, gegebenenfalls der Abgastemperatur te_vK stromaufwärts vor der katalytisch wirkenden Fläche 15 und gegebenenfalls der Umgebungstemperatur te_U berechnet.
Zum Berechnen der Reaktionstemperatur te_K_mod ist weiterhin die Konstante K vorgesehen, welche die Konstanten-Ermittlung 32 bereitstellt. Bei der Konstanten K wird insbesondere der Heizwert HU des Reagenzmittels berücksichtigt. Weiterhin können wärmetechnische Größen wie beispielsweise zumindest ein Wärmeübergangs-Koeffizient k·A, wenigstens eine Wärmekapazität c, beispielsweise die Wärmekapazität c des Abgases und/oder die Wärmekapazität c eines Abgasbauteils, sowie wenigstens eine bei der Erwärmung beteiligte Masse M von Abgasbauteilen berücksichtigt werden.
Bereits auf der Grundlage des Maßes te_d, ms_Rea_cond, m_Rea_cond für das nicht umgesetzte Reagenzmittel kann in die Reagenzmittelsignal-Festlegung 38 mit dem Korrektursignal Korr eingegriffen werden, um eine unerwünscht hohe Ansammlung des Reagenzmittels im Abgasbereich 13 im Bereich der katalytisch wirkenden Fläche 15 oder stromabwärts nach der katalytisch wirkenden Fläche 15 zu vermeiden.
Die Alternative sieht vor, den Eingriff über die Energie E_Rea des angesammelten, nicht umgesetzten Reagenzmittels vorzunehmen. Die Energie E_Rea gibt diejenige Energie an, die einer vollständigen Umsetzung des angesammelten Reagenzmittels entspricht. Die Energie E_Rea wird von der Energie-Ermittlung 39 aus dem Maß m_Rea_cond für das nicht umgesetzte Reagenzmittel und dem Heizwert HU des Reagenzmittels ermittelt.
Das Reagenzmittelsignal S_Rea kann unmittelbar in Abhängigkeit von der ermittelten Energie E_Rea festgelegt werden. Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird alternativ das Korrektursignal Korr bereitgestellt, wenn der Vergleicher 37 feststellt, dass die Energie E_Rea den vorgegebenen oberen Energie-Schwellenwert E_Lim überschreitet. Sofern dies der Fall ist, kann das Reagenzmittelsignal S_Rea vermindert oder vollständig zurückgenommen werden.
Eine andere Alternative sieht einen Eingriff in das Reagenzmittelsignal S_Rea in Abhängigkeit von der Maximaltemperatur te_max vor, die sich bei einer sprungartigen, also in kürzest möglicher Zeit, vollständigen exothermen Umsetzung des angesammelten Reagenzmittels ergeben würde.
Die Maximaltemperatur te_max wird von der Temperatur-Ermittlung 36 in Abhängigkeit vom Maß ms_Rea_cond, m_Rea_cond für das an der katalytisch wirkenden Fläche 15 nicht umgesetzte Reagenzmittel, vom Abgasstrom ms_abg, von der Konstanten K und gegebenenfalls in Abhängigkeit von der Abgastemperatur te_vK stromaufwärts vor der katalytisch wirkenden Fläche 15 ermittelt.
Die Maximaltemperatur te_max kann unmittelbar zur Beeinflussung der Reagenzmittelsignal-Festlegung 38 herangezogen werden. Im gezeigten Ausführungsbeispiel erfolgt alternativ ein Eingriff in die Reagenzmittel-Signalfestlegung mit dem Korrektursignal Korr nur dann, wenn die Maximaltemperatur te_max den vorgegebenen oberen Temperatur-Schwellenwert te_Lim überschreitet. Nach einer Überschreitung kann eine Verminderung oder vollständige Zurücknahme des Reagenzmittelsignals Korr vorgesehen sein.
Anstelle der Realisierung eines Schutzes von Abgasbauteilen gegenüber einer unzulässig hohen Temperatur, kann das ermittelte Maß ms_Rea_cond, m_Rea_cond für das nicht umgesetzte Reagenzmittel für eine gezielte Erhöhung des Reagenzmittelsignals s_Rea vorgesehen sein, um beispielsweise eine rasche Temperaturerhöhung des zu beheizenden Abgasbauteils zu ermöglichen. Ein Sicherheitsabschlag bei der Festlegung des Reagenzmittelsignal S_Rea kann in Kenntnis des Maßes ms_Rea_cond, m_Rea_cond für das nicht umgesetzte Reagenzmittel entfallen.
Die mit der erfindungsgemäßen Vorgehensweise erzielbaren Vorteile werden anhand der in 2 gezeigten Temperaturverläufe te in Abhängigkeit von der Zeit ti deutlich. In 2 ist zunächst die Reaktionstemperatur te_K im Bereich der katalytisch wirkenden Fläche 15 wiedergegeben, die der zweite Temperatursensor 18 und/oder insbesondere der dritte Temperatursensor 19 erfasst und als zweites Temperatur-Messsignal te_K_mess bzw. drittes Temperatur-Messsignal te_nK_mess dem Steuergerät 20 zur Verfügung stellt.
Eingetragen ist weiterhin die berechnete Reaktionstemperatur te_K_mod. Im Laufe der Zeit ti, die beispielsweise in Sekunden angegeben ist, liegen unterschiedliche Betriebszustände der Brennkraftmaschine 10 vor.
Ab der 200. Sekunde liegt die berechnete Reaktionstemperatur te_K_mod oberhalb der gemessenen Reaktionstemperatur te_K. Die Maximaltemperatur te_max steigt ab der 230. Sekunde steil an und erreicht bei der 300. Sekunde etwa 900 °C. Die Maximaltemperatur te_max steigt bis zur 380. Sekunde bis über 1100 °C an. Im Anschluss daran kommt es zu einer exothermen Reaktion des angesammelten Reagenzmittels. Die gemessene Reaktionstemperatur te_K steigt ab der 440. Sekunde stark an, während die Maximaltemperatur te_max wieder fällt. Die gemessene Reaktionstemperatur te_K steigt im gezeigten Ausführungsbeispiel zu diesem Zeitpunkt auf 750 °C an.
Da es sich um ein Temperatur-Messsignal te_K_mess, te_nK_mess handelt, kann davon ausgegangen werden, dass die tatsächliche Reaktionstemperatur im Bereich der katalytisch wirkenden Fläche 15 höher liegt und beispielsweise 950 °C beträgt. Die theoretisch berechnete Spitzentemperatur der Maximaltemperatur te_max von über 1100 °C tritt in der Praxis nicht auf, da die Umsetzung des angesammelten Reagenzmittels nicht unendlich schnell stattfinden kann. Die gemessene Reaktionstemperatur te_K_mess, te_nK_mess, die bei der 440. Sekunde auf 750 °C steigt, kann aber die katalytisch wirkende Fläche 15 oder andere Abgasbauteile schädigen.
Mit der erfindungsgemäßen Vorgehensweise kann dieser Betriebszustand zuverlässig verhindert werden. Falls die Beeinflussung des Reagenzmittelsignals S_Rea aufgrund der Maximaltemperatur te_max gemäß einem Ausführungsbeispiel vorgesehen ist, kann mit Blick auf 2 der obere Temperatur-Schwellenwert te_Lim für die Maximaltemperatur te_max bei beispielsweise 900 °C festgelegt werden. Wenn das Reagenzmittelsignal S_Rea ab der 300. Sekunde vermindert oder vollständig zurückgenommen worden wäre, dann hätte die Übertemperatur ab der 440. Sekunde vermieden werden können.

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Abgasbehandlungsvorrichtung, die eine katalytisch wirkende Fläche (15) zur exothermen Umsetzung eines Reagenzmittels enthält, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Maß (te_K_mess, te_nK_mess) für die Reaktionstemperatur (te_K, te_nK) der katalytisch unterstützten Reaktion gemessen wird, dass ein zweites Maß (te_K_mod) für die Reaktionstemperatur (te_K, te_nK) anhand eines Modells (31) berechnet wird und dass aus einem Vergleich der beiden Maße (te_K_mess, te_nK_mess; te_K_mod) ein Maß (te_d, ms_Rea_cond, m_Rea_cond) für das im Bereich der katalytisch wirkenden Fläche (15) nicht umgesetzte Reagenzmittel ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Maß (te_nK_mess) für die Reaktionstemperatur (te_K, te_nK) stromabwärts nach der katalytisch wirkenden Fläche (15) gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Berechnung des zweiten Maßes (te_K_mod) für die Reaktionstemperatur (te_K, te_nK) die Abgastemperatur (te_vK) stromaufwärts vor der katalytisch wirkenden Fläche (15) berücksichtigt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Maß (te_d, ms_Rea_cond, m_Rea_cond) für das im Bereich der katalytisch wirkenden Fläche (15) nicht umgesetzte Reagenzmittel eine Energie (E_Rea), berechnet wird, die einer vollständigen Umsetzung des Reagenzmittels entspricht.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem Maß (te_d, ms_Rea_cond, m_Rea_cond) für das im Bereich der katalytisch wirkenden Fläche (15) nicht umgesetzte Reagenzmittel eine Maximaltemperatur (te_max) der Reaktionstemperatur (te_K, te_nK) berechnet wird, die sich bei einer vollständigen Umsetzung des Reagenzmittels ergibt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass in eine Reagenzmittelsignal-Festlegung (38) in Abhängigkeit vom Maß (te_d, ms_Rea_cond, m_Rea_cond) und/oder von der Energie (E_Rea) und/oder von der Maximaltemperatur (te_max) eingegriffen wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein oberer Temperatur-Schwellenwert (te_Lim) für die Maximaltemperatur (te_max) vorgegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Reagenzmittel durch eine unvollständige Verbrennung von Kraftstoff in der Brennkraftmaschine (10) und/oder durch wenigstens eine Kraftstoff-Nacheinspritzung und/oder mehrteilige Kraftstoff-Einspritzung und/oder mit einer Reagenzmittel-Dosierung (14) unmittelbar in den Abgasbereich (13) stromaufwärts vor der katalytisch wirkenden Fläche (15) eingebracht wird.
Vorrichtung zum Betreiben einer Abgasbehandlungsvorrichtung, die eine katalytisch wirkende Fläche (15) zur exothermen Umsetzung von Reagenzmittel enthält, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche hergerichtetes Steuergerät (20) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (20) ein Katalysator-Modell (31) zur Berechnung des Maßes (te_d, ms_Rea_cond, m_Rea_cond) für das an der katalytisch wirkenden Fläche (15) nicht umgesetzte Reagenzmittel enthält.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein Temperatursensor (19) zur Erfassung des ersten Maßes (te_nK_mess) für die Reaktionstemperatur (te_K, te_nK) im Bereich der katalytisch wirkenden Fläche (15) stromabwärts nach der katalytisch wirkenden Fläche (15) angeordnet ist.