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Stand der Technik
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Die
Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Betreiben einer Abgasbehandlungsvorrichtung, die
zur katalytisch unterstützten Umsetzung wenigstens von
NOx ein Reagenzmittel benötigt, und von einer Vorrichtung
zur Durchführung des Verfahrens nach der Gattung der unabhängigen
Ansprüche.
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Gegenstand
der vorliegenden Erfindung sind auch ein Steuergerätprogramm
sowie ein Steuergerät-Programmprodukt.
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In
der
DE 199 03 439
A1 ist ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine
beschrieben, in deren Abgasbereich ein SCR-Katalysator (Selective-Catalytic-Reduction)
angeordnet ist, welcher die im Abgas der Brennkraftmaschine enthaltenen
Stickoxide mit einem Reagenzmittel zu Stickstoff reduziert. Die
Dosierung des Reagenzmittels oder einer Vorstufe des Reagenzmittels
erfolgt vorzugsweise in Abhängigkeit von Betriebsgrößen
der Brennkraftmaschine, wie beispielsweise der Drehzahl und der
eingespritzten Kraftstoffmenge, die zumindest als ein Maß für
die von der Brennkraftmaschine emittierten Stickoxide herangezogen
werden können. Weiterhin erfolgt die Dosierung vorzugsweise
in Abhängigkeit von Abgas-Kenngrößen,
wie beispielsweise der Abgastemperatur und/oder der Betriebstemperatur
des SCR-Katalysators. Als Reagenzmittel ist beispielsweise das Reduktionsmittel
Ammoniak vorgesehen, das aus einer Harnstoff-Wasser-Lösung
als Vorstufe des Reagenzmittels gewonnen werden kann. Die Dosierung
des Reagenzmittels muss sorgfältig festgelegt werden. Eine
zu geringe Dosierung hat zur Folge, dass Stickoxide nicht mehr vollständig reduziert
werden können. Eine zu hohe Dosierung führt zu
einem Reagenzmittelschlupf, der ei nerseits zu einem unnötig
hohen Reagenzmittelverbrauch und andererseits, in Abhängigkeit
von der Beschaffenheit des Reagenzmittels, zu einer unangenehmen Geruchsbelästigung
führen kann.
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In
der
DE 10 2004
031 624 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben eines zur Reinigung
des Abgases einer Brennkraftmaschine verwendeten SCR-Katalysators
beschrieben, bei dem eine Steuerung oder Regelung des Reagenzmittel-Füllstands
im SCR-Katalysator auf einen vorgegebenen Speichersollwert vorgesehen
ist. Die Festlegung des Speichersollwerts stellt einerseits sicher,
dass in instationären Zuständen der Brennkraftmaschine
eine ausreichende Reagenzmittelmenge zur möglichst vollständigen Beseitigung
der NOx-Rohemission der Brennkraftmaschine zur Verfügung
steht und dass andererseits ein Reagenzmittelschlupf weitgehend
vermieden wird. Der Reagenzmittel-Füllstand im SCR-Katalysator
wird anhand eines Katalysatormodells ermittelt, welches den in den
SCR-Katalysator einströmenden NOx-Massenstrom, den den
SCR-Katalysator verlassenden NOx-Massenstrom, die Katalysatortemperatur
sowie gegebenenfalls den Reagenzmittelschlupf berücksichtigt.
Der maximal mögliche Reagenzmittel-Füllstand des
SCR-Katalysators hängt insbesondere von der Betriebstemperatur
des Katalysators ab, welcher bei geringen Betriebstemperaturen am höchsten
ist und mit zunehmender Betriebstemperatur zu kleineren Werten abfällt.
Der Wirkungsgrad des SCR-Katalysators hängt von der katalytischen Aktivität
ab, die bei geringen Betriebstemperaturen geringer ist, mit steigender
Betriebstemperatur ein Maximum durchläuft und mit weiter
zunehmender Betriebstemperatur wieder absinkt.
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In
der
DE 10 2005
042 489 A1 (nicht vorveröffentlicht) ist ein Verfahren
zum Betreiben einer Brennkraftmaschine beschrieben, in deren Abgasbereich
ein SCR-Katalysator angeordnet ist, der mit einem Reagenzmittel
beaufschlagt wird, welches zur NOx-Konvertierung beiträgt.
Die stromabwärts nach dem Katalysator auftretende NOx-Konzentration
wird mit einem NOx-Sensor gemessen, der eine Querempfindlichkeit
gegenüber dem Reagenzmittel, beispielsweise Ammoniak, aufweist.
Die gemessene NOx-Konzentration wird mit einer berechneten NOx-Konzentration
verglichen. In Abhängigkeit von der Differenz wird in die
Dosierung des Reagenzmittels eingegriffen. Vorgesehen ist eine Plausibilisierung,
bei welcher die in einer vorgegebenen Zeitdauer dosierte Reagenzmittelmenge
und die im SCR-Katalysator umgesetzte Reagenzmittelmenge und/oder die
konvertierten NOx-Menge miteinander verglichen werden. Da aufgrund
der Querempfindlichkeit des NOx-Sensors gegenüber dem Reagenzmittel
bei einer festgestellten Differenz nicht ohne Weiteres entschieden
werden kann, ob eine Überdosierung oder Unterdosierung
des Reagenzmittels vorliegt, ist die Plausibilisierung vorgesehen,
welche eine Aussage über die vorgenommene Korrektur der
Dosierung ermöglicht.
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Eine ähnliche
Vorgehensweise ist aus der
DE 10 2006 041 676 A1 (nicht vorveröffentlicht)
bekannt geworden, bei der ebenfalls ein Vergleich der Differenz
zwischen einer berechneten und gemessenen NOx-Konzentration stromabwärts
nach einem SCR-Katalysator mit einem Differenz-Schwellenwert vorgesehen
ist. Bei einer Überschreitung eines Differenz-Schwellenwerts
wird eine Maßnahme zur Absenkung oder vollständigen
Unterbindung der Dosierung ergriffen. Anschließend wird
die Differenz auf ein Maß für einen Anstieg überprüft,
wobei dann, wenn die Differenz das Maß für den
Anstieg überschreitet, eine Maßnahme zur Erhöhung
der Dosierung ergriffen wird.
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In
der
DE 10 2005
042 490 A1 (nicht vorveröffentlicht) ist ebenfalls
ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine beschrieben,
in deren Abgasbereich wenigstens ein SCR-Katalysator angeordnet
ist, der mit einem Reagenzmittel beaufschlagt wird, welches zur
NOx-Konvertierung beiträgt. Vorgesehen ist eine Plausibilisierung
für die zwischen einem gemessenen Maß für
die NOx-Konzentration stromabwärts nach dem Katalysator
und einem berechneten Maß ermittelte Differenz. Vorausgesetzt wird,
dass der NOx-Sensor eine Querempfindlichkeit gegenüber
dem Reagenzmittel aufweist. Die ermittelten Differenzen werden jeweils
bewertet. In Abhängigkeit von den Bewertungsergebnissen
wird in die Festlegung des Reagenzmittelsignals eingegriffen. Mit
den beschriebenen Maßnahmen wird eine Langzeitadaption
des Reagenzmittelsignals erzielt.
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Eine ähnliche
Vorgehensweise ist aus der
DE 10 2005 042 487 A1 (nicht vorveröffentlicht)
bekannt geworden, bei welchem ebenfalls ein Maß für die
stromabwärts nach dem Katalysator auftretende NOx-Konzentration
berechnet und mit einem gegenüber dem Reagenzmittel querempfindlichen NOx-Sensor
gemessen wird. Ausgegangen wird von einer Regelung des Reagenzmittel-Füllstands
im SCR-Katalysator auf einen Sollwert. Eine Plausibilisierung des
Sensorsignals kann durch eine leichte Überdosierung des
Reagenzmittels erfolgen, bei welcher von einem maximal möglichen
Reagenzmittel-Füllstand im Katalysator ausgegangen wird.
In diesem Betriebszustand des Katalysators kann unterstellt werden,
dass der NOx-Sensor den Reagenzmittelschlupf erfasst. Durch einen
Eingriff in den Soll-Füllstand des Reagenzmittels im Katalysator
in Abhängigkeit von der ermittelten Differenz zwischen der
berechneten und der gemessenen NOx-Konzentration kann eine kurzfristige
Anpassung der Dosierung erreicht werden, die einer Kurzzeitadaption
entspricht.
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Die
derzeit verfügbaren NOx-Sensoren weisen hinsichtlich der
Messgenauigkeit Toleranzen auf, die mit Blick auf die immer schärfer
werdenden Abgasvorschriften das Messergebnis beeinflussen können.
Insbesondere muss davon ausgegangen werden, dass die NOx-Sensoren
eine Langzeitdrift aufweisen, die das Messergebnis beeinflusst.
Zusätzlich oder alternativ zur Drift eines NOx-Sensors
kann eine Drift einer Reagenzmittel-Einbringvorrichtung und/oder
eine Alterung eines Katalysators und/oder eine Veränderung
der NOx-Emissionen einer Brennkraftmaschine dazu führen,
dass eine vorgegebene Mindest-NOx-Konvertierungsrate der Abgasbehandlungsvorrichtung
nicht mehr eingehalten wird.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben
einer Abgasbehandlungsvorrichtung sowie eine Vorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens anzugeben, die über die gesamte Betriebsdauer
der Abgasbehandlungsvorrichtung eine vorgegebene Mindest-NOx-Konvertierung sicherstellen.
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Die
Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen
angegebenen Merkmale jeweils gelöst.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß ist
vorgesehen, ein Dosiersignal, welches die Dosierung eines Reagenzmittels
festlegt, in Abhängigkeit von einem Maß für
die Betriebsdauer der Abgasbehandlungsvorrichtung im Sinne einer
Erhöhung der Dosierung des Reagenzmittels bei fortschreitender
Betriebsdauer der Abgasbehandlungsvorrichtung mit einem Korrektursignal zu
beeinflussen.
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Die
erfindungsgemäß vorgesehene Maßnahme
stellt über die gesamte Betriebsdauer der Abgasbehandlungsvorrichtung
die geforderte Mindest-NOx-Konvertierung sicher.
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Eine
gegebenenfalls auftretende Drift, insbesondere Langzeitdrift des
NOx-Sensors und/oder einer Reagenzmittel-Einbringvorrichtung und/oder
eines Katalysators und/oder eine Veränderung der NOx-Emissionen
einer Brennkraftmaschine wird mit der erfindungsgemäß vorgesehenen
Maßnahme kompensiert. Das Korrektursignal wird auf einen Wertebereich
festgelegt, der einerseits eine stets ausreichende Dosierung des
Reagenzmittels sicherstellt und andererseits einen übermäßig
hohen Reagenzmittelschlupf aufgrund einer Überdosierung
vermeidet.
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Der
erfindungsgemäßen Vorgehensweise liegt die Erkenntnis
zugrunde, dass aufgrund von Toleranzen oder Driften einzelner Komponenten
der Abgasbehandlungsvorrichtung und/oder aufgrund von Veränderungen
der NOx-Emissionen einer Brennkraftmaschine selbst bei einem innerhalb
der spezifizierten Genauigkeit arbeiteten NOx-Sensor bereits eine
ungenügende NOx-Konvertierung in der Abgasbehandlungsvorrichtung
auftreten kann. Bei der Inbetriebnahme der Abgasbehandlungsvorrichtung
können die Toleranzen im Rahmen der Applikation berücksichtigt
werden. Beim späteren Betrieb der Abgasbehandlungsvorrichtung
ist ein derartiger Eingriff zur Kompensation von Driften nicht mehr ohne
Weiteres möglich. Die erfindungsgemäßen
Vorgehensweise sieht tendenziell eine leichte Überdosierung
des Reagenzmittels vor, um die Einhaltung der vorgegebenen Mindest-NOx-Konvertierungsrate stets
einhalten zu können. Eine unnötige Überdosierung
des Reagenzmittels muss jedoch nicht in Kauf genommen werden, da
der NOx-Sensor bei einer möglichen Überdosierung
des Reagenzmittels aufgrund einer Querempfindlichkeit gegenüber
dem Reagenzmittel ein Sensorsignal bereitstellt, mit welchem der Überdosierung
im Rahmen einer Regelung beziehungsweise einer Adaption entgegengewirkt werden
kann. Kurzzeitige Reagenzmittelschlupf-Peaks werden auch von einem
toleranzbehafteten NOx-Sensor registriert.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen
Vorgehensweise ergeben sich aus abhängigen Ansprüchen.
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Eine
Ausgestaltung sieht vor, dass das Dosiersignal vorgesteuert und
geregelt wird. Die Vorsteuerung erfolgt beispielsweise anhand eines
berechneten Reagenzmittel-Füllstands in Katalysator. Der
Reagenzmittel-Füllstand wird zweckmäßigerweise
anhand eines Katalysatormodells ermittelt. Das Katalysatormodell
berücksichtigt vor zugsweise zumindest die Katalysator-Temperatur
sowie ein Maß für den NOx-Massenstrom.
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Gemäß einer
Ausgestaltung ist vorgesehen, dass auf die Differenz zwischen einem
Maß für die gemessene NOx-Konzentration und einem
NOx-Sollwert geregelt wird. Die ermittelte Differenz wird vorzugsweise
herangezogen, den berechneten Reagenzmittel-Füllstand im
Katalysator zu beeinflussen.
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Eine
Ausgestaltung sieht eine Kurzzeit-Adaption vor, welche in das Katalysatormodell
bei der Berechnung des Reagenzmittel-Füllstands im Katalysator
eingreift. Alternativ oder ergänzend ist vorzugsweise eine
Langzeit-Adaption vorgesehen, die vorzugsweise eine Stellgröße
korrigiert, aus welcher das Dosiersignal gewonnen wird.
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Eine
Ausgestaltung sieht vor, dass als Maß für die
Betriebsdauer des NOx-Sensors die gefahrenen Kilometer eines Kraftfahrzeugs
herangezogen werden, in welchem die Brennkraftmaschine als Antrieb
eingesetzt ist.
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Das
Korrektursignal wird vorzugsweise auf einen Wertebereich von 1,0
bis 1,2 festgelegt, so dass das Korrektursignal für eine
multiplikative Verknüpfung geeignet ist.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens betrifft zunächst ein Steuergerät,
das zur Durchführung des Verfahrens speziell hergerichtet
ist.
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Das
Steuergerät enthält vorzugsweise wenigstens einen
elektrischen Speicher, in welchem die Verfahrensschritte als Steuergerätprogramm
abgelegt sind.
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Das
erfindungsgemäße Steuergerätprogramm
sieht vor, dass alle Schritte des erfindungsgemäßen
Verfahrens ausgeführt werden, wenn es in einem Steuergerät
abläuft.
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Das
erfindungsgemäße Steuergerät-Programmprodukt
mit einem auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten
Programmcode führt das erfindungsgemäße
Verfahren aus, wenn das Programm in einem Steuergerät abläuft.
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Weitere
vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen
Vorgehensweise ergeben sich aus weiteren abhängigen Ansprüchen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert.
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Es
zeigen:
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1 ein
technisches Umfeld, in welchem ein erfindungsgemäßes
Verfahren abläuft und
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2 einen
Zusammenhang zwischen einem Dosiersignal und einer NOx-Konzentration stromabwärts
nach einem Katalysator beziehungsweise einen Zusammenhang zwischen
dem Dosiersignal und einem Reagenzmittelschlupf.
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1 zeigt
eine Brennkraftmaschine 10, in deren Abgasbereich 12 eine
Reagenzmittel-Einbringvorrichtung 14 sowie wenigstens ein
Katalysator 16 engeordnet sind. Im Abgasbereich 12 treten
eine NOx-Emission NOx_vK der Brennkraftmaschine 10 sowie
eine NOx-Konzentration NOx_nK nach dem Katalysator 16 auf.
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Stromabwärts
nach dem Katalysator 16 ist ein NOx-Sensor 18 vorgesehen,
der ein Maß für die NOx-Konzentration NOx_nK als
NOx-Istwert NOx_Mes einem Steuergerät 20 zur Verfügung
stellt. Die Reagenzmittel-Einbringvorrichtung 14, der Katalysator 16 sowie
der NOx-Sensor 18 bilden zusammen eine Abgasbehandlungsvorrichtung 14, 16, 18.
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Das
Steuergerät 20 stellt der Reagenzmittel-Dosierung 14 ein
Dosiersignal s_D zur Verfügung.
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Die
Brennkraftmaschine 10 emittiert einen Abgasstrom, der die
NOx-Emissionen NOx_vK enthält. Die NOx-Anteile im Abgas
sollen im Katalysator 16 zu weniger schädlichen
Abgaskomponenten konvertiert werden. Hierzu ist der Katalysator 16 vorzugsweise
als SCR-Katalysator ausgestaltet, der ein Reagenzmittel, beispielsweise
Ammoniak, zur Konvertierung benötigt.
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Das
Reagenzmittel oder eine Vorstufe des Reagenzmittels, beispielsweise
eine Harnstoff-Wasser-Lösung, wird über die Reagenzmittel-Einbringvorrichtung 14 vorzugsweise
unmittelbar in den Abgasbereich 12 stromaufwärts
vor den Katalysator 16 eingebracht. Die Dosiermenge wird
mit dem Dosiersignal s_D vom Steuergerät 20 in
Abhängigkeit von zumindest einem Maß für
die NOx-Emissionen der Brennkraftmaschine 10 NOx_vK festgelegt.
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Ein
solches Maß für die NOx-Emissionen NOx_vK wird
anstelle einer direkten Messung vorzugsweise anhand beispielsweise
wenigstens einer Betriebsgröße der Brennkraftmaschine 10,
beispielsweise der Drehzahl und/oder eines Kraftstoffsignals berechnet.
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Im
gezeigten Ausführungsbeispiel wird davon ausgegangen, dass
das Dosiersignal s_D im Rahmen einer Vorsteuerung festgelegt wird,
die in einer Regelung 30 enthalten ist. Weiterhin wird
davon ausgegangen, dass die Vorsteuerung beziehungsweise die Regelung
des Dosiersignals s_D auf der Grundlage des Reagenzmittel-Füllstands
im Katalysator 16 erfolgt, der auf einen Reagenzmittel-Füllstands-Sollwert
Fül_Sol festgelegt sein soll. Da der Reagenzmittel-Füllstands-Istwert
messtechnisch nicht ohne Weiteres zugänglich ist, soll
der Reagenzmittel-Füllstands-Istwert als berechneter Reagenzmittel-Füllstands-Istwert
Fül_Sim bereitgestellt werden.
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Die
Berechnung erfolgt anhand eines Katalysatormodells 32,
dem beispielsweise die die Temperatur des Katalysators 16,
die NOx-Emissionen NOx_vK sowie das Dosiersignal s_D zur Verfügung gestellt
werden. Das Katalysatormodell 32 sowie die Berechnung des
Reagenzmittel-Füllstands im Katalysator 16 können
dem eingangs genannten Stand der Technik im Detail entnommen werden.
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Die
Vorsteuerung in der Regelung 30 legt eine Stellgröße
s in Abhängigkeit von der Differenz zwischen dem Reagenzmittel-Füllstands-Sollwert Fül_Sol
und dem berechneten Reagenzmittel-Füllstands-Istwert Fül_Sim
fest. Die Stellgröße s wird nach dem Durchlaufen
einer Signalkorrektur 34 zum Dosiersignal s_D. Aufgrund
der effektiv nicht vorhandenen Rückmeldung eines gemessenen
Istwerts – dem Reagenzmittel- Füllstands-Istwert – wird
anstelle von einer Regelung auf den Reagenzmittel-Füllstands-Sollwert
Fül_Sol hier von einer Vorsteuerung ausgegangen.
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Der
Vorsteuerung ist eine Regelung überlagert, welche in der
Lage ist, bauteilbedingte Toleranzen und Driften zu kompensieren.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird davon ausgegangen,
dass die Regelung auf der Grundlage der stromabwärts nach dem
Katalysator 16 auftretenden NOx-Konzentration NOx_nK erfolgt,
die der NOx-Sensor 18 dem Steuergerät 20 als
NOx-Istwert NOx_Mes zur Verfügung stellt, wobei der NOx-Istwert
NOx_Mes zumindest ein Maß für die stromabwärts
nach dem Katalysator 16 auftretende NOx-Konzentration NOx_nK
widerspiegelt.
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Im
Ausführungsbeispiel wird davon ausgegangen, dass die Regelung
auf einer Änderung des Reagenzmittel-Füllstands
im Katalysator 16 beruht. Weiterhin wird davon ausgegangen,
dass die Regelung die Differenz d berücksichtigt, die zwischen
dem NOx-Istwert NOx_Mes und einem NOx-Sollwert NOx_Sol auftritt.
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Eine
Ausgestaltung sieht eine Kurzzeitadaption vor, welche in Abhängigkeit
beispielsweise von der Differenz d ein Kurzzeit-Adaptionssignal Adapt_K_ti
bereitstellt. Das Kurzzeit-Adaptionssignal Adapt_K_ti wird in einer
Kurzzeit-Adaptionssignal-Ermittlung 38 in Abhängigkeit
von der Differenz d ermittelt und als Kurzzeit-Adaptionssignal Adapt_K_ti
beispielsweise dem Katalysatormodell 32 zur Verfügung gestellt,
so dass durch Veränderung des berechneten Reagenzmittel-Füllstands-Istwerts
Fül_Sim kurzfristig in die Bereitstellung des Dosiersignals
s_D gegriffen werden kann. Damit kann kurzfristig sowohl auf eine
Unterdosierung als auch eine Überdosierung reagiert werden.
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Eine
weitere Ausgestaltung, die alternativ oder zusätzlich vorgesehen
sein kann, sieht eine Langzeitadaption vor, welche in Abhängigkeit
ebenfalls beispielsweise von der Differenz d ein Langzeit-Adaptionssignal
Adapt_L_ti bereitstellt. Das Langzeit-Adaptionssignal Adapt_L_ti
wird in einer Langzeit-Adaptionssignal-Ermittlung 40 in
Abhängigkeit von der Differenz d ermittelt und als Langzeit-Adaptionssignal
Adapt_L_ti beispielsweise in der Signalkorrektur 34 zum
Korrigieren der Stellgröße s herangezogen. Die
Signalkorrektur 34 stellt danach das Dosiersignal s_D bereit.
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Ausgegangen
wird davon, dass der NOx-Sensor 18 eine Querempfindlichkeit
gegenüber dem Reagenzmittel aufweist. Das bedeutet, dass
zunächst zwischen einer zu geringen Dosierung des Reagenzmittels
mit der Folge, dass die unerwünschte NOx-Konzentration
NOx_nK ansteigt, und einer zu hohen Reagenzmittel-Dosierung mit
der Folge, dass ein Reagenzmittelschlupf NH3 auftritt, nicht unterschieden
werden kann.
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In 2 ist
qualitativ der Zusammenhang einerseits zwischen dem Dosiersignal
s_D und der NOx-Konzentration NOx_nK und andererseits zwischen dem
Dosiersignal s_D und dem Reagenzmittelschlupf NH3 gezeigt. Der NOx-Istwert
NOx_Mes wird beim Übergang von einer zu geringen zu einer zu
hohen Dosierung ein Minimum durchlaufen.
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Die
Dosierung des Reagenzmittels wird mit dem Dosiersignal s_D vorzugsweise
derart vorgenommen, dass gleichzeitig eine möglichst minimale NOx-Konzentration
NOx_nK und ein möglichst minimaler Reagenzmittelschlupf
NH3 auftritt. In 2 ist ein Dosiersignal-Startwert
s_D_St eingetragen, der sich bei der Inbetriebnahme des NOx-Sensors 18 ergeben
soll, wenn der Reagenzmittel-Füllstand den Reagenzmittel-Füllstands-Sollwert
Fül_Sol aufweist und gleichzeitig der NOx-Istwert NOx_Mes
und der NOx-Sollwert NOx_Sol übereinstimmen.
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Im
Laufe des Betriebs der Brennkraftmaschine 10 beziehungsweise
der Abgasbehandlungsvorrichtung 14, 16, 18 kann
nicht ausgeschlossen werden, dass der NOx-Sensor 18 einer
Signaldrift unterliegt, welche zur Folge hat, dass der gemessene NOx-Istwert
NOx_Mes nicht mehr mit der tatsächlich vorliegenden NOx-Konzentration
NOx_nK übereinstimmt. Weiterhin muss mit einer Drift der
anderen Komponenten 14, 16 der Abgasbehandlungsvorrichtung 14, 16, 18 gerechnet
werden. Die Reagenzmittel-Einbringvorrichtung 14, die aus
zahlreichen mechanischen Komponenten zusammengesetzt ist, kann einer
Drift unterliegen, die dazu führt, dass die dosierte Reagenzmittelmenge
von der vom Dosiersignal s_D vorgegebenen Menge abweicht. Weiterhin unterliegt
der Katalysators 16 einer Alterung, die dazu führt,
dass beispielsweise mit zunehmenden Alter mehr Reagenzmittel benötigt
wird. Weiterhin muss damit gerechnet werden, dass die NOx-Emissionen
der Brennkraftmaschine 10 einer Langzeitdrift unterworfen
sind.
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Damit
die Einhaltung einer möglichst geringen NOx-Konzentration
NOx_nK während der gesamten Betriebsdauer der Abgasbehandlungsvorrichtung 14, 16, 18 sichergestellt
werden kann, ist vorgesehen, die Dosierung des Reagenzmittels mit zunehmender
Betriebsdauer der Abgasbehandlungsvorrichtung 14, 16, 18 zu
erhöhen. Die Betriebsdauer der Abgasbehandlungsvorrichtung 14, 16, 18 entspricht
im allgemeinen der Betriebsdauer des gesamten Systems, einschließlich
der Betriebsdauer der Brennkraftmaschine 10. Im folgenden
wird nur noch Bezug genommen auf die Betriebsdauer der Abgasbehandlungsvorrichtung 14, 16, 18.
Das Dosiersignal s_D wird in Abhängigkeit von einem Maß für
die Betriebsdauer der Abgasbehandlungsvorrichtung 14, 16, 18 im
Sinne einer Erhöhung der Dosierung des Reagenzmittels mit
einem Korrektursignal k_Sol beeinflusst.
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Das
Korrektursignal k_Sol stellt eine Korrektursignal-Ermittlung 42 in
Abhängigkeit von der Betriebsdauer der Abgasbehandlungsvorrichtung 14, 16, 18 bereit.
Bei der Inbetriebnahme der Abgasbehandlungsvorrichtung 14, 16, 18 wird
das Korrektursignal k_Sol vorzugsweise auf einen Korrektursignal-Startwert
K_St gleich 1 gesetzt. Hierbei wird sich der Dosiersignal-Startwert
s_D_St einstellen. Die Änderungen des Korrektursignals
k_Sol erfolgt beispielsweise in Abhängigkeit von den Betriebsstunden h
der Abgasbehandlungsvorrichtung 14, 16, 18.
Sofern die Brennkraftmaschine 10 zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs
vorgesehen ist, kann als Maß für die Betriebsdauer
der Abgasbehandlungsvorrichtung 14, 16, 18 neben
den Betriebsstunden der Brennkraftmaschine 10 insbesondere
auch die mit dem Kraftfahrzeug zurückgelegte Fahrstrecke
km herangezogen werden.
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Die
Berücksichtigung des Korrektursignals k_Sol erfolgt in
einer Sollwert-Korrektur 44, die den NOx-Sollwert NOx_Sol
mit dem Korrektursignal k_Sol verknüpft und einen korrigierten
Sollwert NOx_k_Sol bereitstellt. Die Verknüpfung erfolgt
vorzugsweise multiplikativ derart, dass zu Beginn der Betriebsdauer
der Abgasbehandlungsvorrichtung 14, 16, 18 keine
Korrektur und mit zunehmender Betriebsdauer der Abgasbehandlungsvorrichtung 14, 16, 18 eine
zunehmende Korrektur erfolgt, die tendenziell zu einer Erhöhung
der Dosierung des Reagenzmittels führt.
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Der
korrigierte NOx-Sollwert NOx_k_Sol wird einem Summierer 46 zur
Verfügung gestellt, welcher die Differenz zwischen dem
korrigierten NOx-Sollwert NOx_k_Sol und dem NOx-Istwert NOx_Mes
ermittelt und die Differenz d bereitstellt. Die Differenz d greift
in die Regelung 30 beziehungsweise in die Vorsteuerung
durch beispielsweise eine Erhöhung des Reagenzmittel-Füllstands-Sollwerts Fül_Sol
ein und beeinflusst die Stellgröße s. Eine Erhöhung
des korrigierten NOx-Sollwerts NOx_k_Sol führt zu einer
Erhöhung der Stellgröße s und somit zu einer
Erhöhung des Dosiersignals s_D. Die Erhöhung der
Dosierung des Reagenzmittels ist in 2 mit dem
Pfeil 50 symbolisiert eingetragen.
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Die
Beeinflussung des Dosiersignals s_D im Sinne einer Erhöhung
der Dosierung mit zunehmender Betriebsdauer der Abgasbehandlungsvorrichtung 14, 16, 18 stellt
zunächst sicher, dass bei einer Drift des NOx-Sensors 18,
bei welcher der gemessene NOx-Istwert NOx_Mes geringer als die tatsächliche NOx-Konzentration
NOx_nK ist, dennoch stets eine ausreichende Dosierung des Reagenzmittels
erfolgt, um eine vorgegebene Mindest-NOx-Konvertierungsrate einhalten
zu können. Falls eine Drift des NOx-Sensors 18 aufgetreten
ist, bei welcher der gemessene NOx-Istwert NOx_Mes höher
als die tatsächliche NOx-Konzentration NOx_nK ist, muss
mit zunehmender Betriebsdauer der Abgasbehandlungsvorrichtung 14, 16, 18 dennoch
kein erhöhter Reagenzmittelschlupf NH3 in Kauf genommen
werden, da aufgrund der Querempfindlichkeit des NOx-Sensors 18 gegenüber
dem Reagenzmittel eine Überdosierung ausgeregelt werden
kann.
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Die
erfindungsgemäß vorgesehene Maßnahme
ermöglicht jedoch auch das Einhalten einer vorgegebenen
Mindest-NOx-Konvertierungsrate, wenn zwar der NOx-Sensor 18 innerhalb
des zulässigen Toleranzbereichs arbeitet, jedoch eine Drift
innerhalb der verbleibenden Komponenten 14, 16 der Abgasbehandlungsvorrichtung 14, 16, 18 und/oder eine
Veränderung der von der Brennkraftmaschine 10 emittierten
NOx-Emissionen auftritt. Auch in diesem Fall wäre ohne
die erfindungsgemäß vorgesehene Maßnahme
selbst bei einem ordnungsgemäß arbeitenden NOx-Sensor 18 nicht
ausgeschlossen, dass die vorgegebene Mindest-NOx-Konvertierungsrate
nicht eingehalten wird.
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Insgesamt
wird mit der erfindungsgemäß vorgesehene Maßnahme – einer
tendenziell mit der Betriebsdauer der Abgasbehandlungsvorrichtung 14, 16, 18 zunehmenden Überdosierung
des Reagenzmittels – eine Schwäche des gesamten
Systems hinsichtlich einer Unterdosierung des Reagenzmittels kompensiert
ohne dass aufgrund der Robustheit des gesamten Systems hinsichtlich
einer Überdosierung des Reagenzmittels eine unnötige Überdosierung hingenommen
werden muss, denn selbst ein toleranzbehafteter NOx-Sensor 18 registriert
kurzzeitige Reagenzmitteldurchbruch-Peaks aufgrund seiner Querempfindlichkeit
gegenüber den Reagenzmittel.
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Der
Wertebereich, in welchem das Korrektursignal k_Sol liegen soll,
kann anhand einer Abschätzung der erwarteten Driften festgelegt
werden. Der Wertebereich liegt beispielsweise zwischen 1 und 1,2.
Der Wert 1 entspricht dem Wert bei der Inbetriebnahme des der Abgasbehandlungsvorrichtung 14, 16, 18 und
der Wert 1,2 dem Wert der höchsten erwarteten Betriebsdauer
der Abgasbehandlungsvorrichtung 14, 16, 18.
Dabei wird davon ausgegangen, dass der Wert 1 den NOx-Sollwert NOx_Sol
nicht beeinflusst und der Wert 1,2 den NOx-Sollwert NOx_Sol auf
den korrigierten NOx-Sollwert NOx_k_Sol erhöht, wodurch
die Dosierung des Reagenzmittels mit steigender Betriebsdauer h,
km der Abgasbehandlungsvorrichtung 14, 16, 18 beziehungsweise
der Betriebsdauer des gesamten Systems einschließlich der
Brennkraftmaschine 10 zunimmt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 19903439
A1 [0003]
- - DE 102004031624 A1 [0004]
- - DE 102005042489 A1 [0005]
- - DE 102006041676 A1 [0006]
- - DE 10205042490 A1 [0007]
- - DE 102005042487 A1 [0008]