DE102008039687A1 - Exhaust gas stream after treatment method for diesel engine of motor vehicle, involves supplying reducing agent to exhaust gas stream depending on control parameter that characterizes composition of exhaust gas stream - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Nachbehandlung eines Abgasstroms eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs mittels einer selektiven katalytischen Reduktion.The The invention relates to a method for the aftertreatment of an exhaust gas stream an internal combustion engine of a motor vehicle by means of a selective catalytic Reduction.
Es
ist bekannt zur Nachbehandlung eines Abgasstroms, insbesondere zur
Entstickung, so genannte SCR-Katalysatoren (selektive katalytische Reduktion)
einzusetzen. Diese können beispielsweise für Dieselmotoren
oder beliebige andere Motoren mit einer überstöchiometrisch
arbeitenden Motorsteuerung, beispielsweise Motoren mit homogener Kompressionszündung
und/oder Magermotoren mit Fremdzündung eingesetzt werden.
Mittels des SCR-Katalysators können in dem Abgasstrom mitgeführte
Schadstoffe, beispielsweise NO, NO2 in Anwesenheit eines zusätzlich
zugebbaren Reduktionsmittels, beispielsweise NH3, in unschädliche
Komponenten umgesetzt werden. Zum Steuern und/oder Regeln einer
Umsetzungsrate der Schadstoffe kann eine Zugabemenge des Reduktionsmittels
gesteuert werden. Die
Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Nachbehandlung eines Abgasstroms eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeuges mittels einer selektiven katalytischen Reduktion zu ermöglichen, insbesondere eine verbesserte Regelung und/oder Steuerung einer Zugabe eines Reduktionsmittels in den Abgasstrom.task The invention is an improved after-treatment of an exhaust gas flow an internal combustion engine of a motor vehicle by means of a selective to allow catalytic reduction, in particular a improved control and / or control of addition of a reducing agent in the exhaust stream.
Die
Aufgabe ist mit einem Verfahren zur Nachbehandlung eines Abgasstroms
eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeuges mittels einer selektiven
katalytischen Reduktion gelöst. Das Verfahren weist ein
Verrechnen einer eine Anwesenheit von Schadstoffen in dem Abgasstrom
kennzeichnenden ersten Teilgröße (cNOx) und einer
eine Anwesenheit eines Reduktionsmittels in dem Abgasstrom kennzeichnenden
zweiten Teil Größe (cNH3) mittels einer Rechenvorschrift
und einem auf eine der Teilgrößen angewendeten
inversen Operator der Rechenvorschrift zum Ermitteln einer die Zusammensetzung des
Abgasstromes kennzeichnenden Leitgröße und ein
Zugeben des Reduktionsmittels in den Abgasstrom in Abhängigkeit
von der Leitgröße auf. Die Rechenvorschrift kann
beispielsweise eine Addition oder eine Multiplikation aufweisen.
Unter einem inversen Operator kann eine Rechenoperation verstanden
werden, die bezüglich der zugehörigen Rechenvorschrift
und angewendet bei identischen Operanden als Ergebnis das neutrale
Element der Rechenvorschrift liefert. Im Falle einer Addition liefern dann
die Rechenvorschrift und der inverse Operator in Form einer Multiplikation
einer der Operanden mit (–1) als Ergebnis das neutrale
Element Null und im Falle einer Multiplikation bei einer Kehrbruchbildung das
neutrale Element
Bei einer Ausführungsform des Verfahrens ist ein Ermitteln der Leitgröße mittels subtrahieren der zweiten Teilgröße von der ersten Teilgröße (cNOx-cNH3) vorgesehen. Vorteilhaft kann die Leitgröße als Eingangsgröße eines Reglers zur Zugabe des Reduktionsmittels dienen, wobei vorteilhaft sowohl Ammoniakdurchbrüche als auch Betriebszustände mit zu hohen NOx-Emissionen erfassbar sind.at An embodiment of the method is determining the guide by subtracting the second Partial size of the first part size (cNOx-cNH3) provided. Advantageously, the Leitgröße as Input value of a regulator for adding the reducing agent serve, wherein advantageously both ammonia breakthroughs also operating states with excessive NOx emissions can be detected are.
Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist ein Ermitteln der Leitgröße mittels Dividieren der ersten Teilgröße durch die zweite Teilgröße (cNOx/cNH3) vorgesehen. Eine so ermittelte Leitgröße kann ebenfall den Betriebszuständen des Verbrennungsmotors und damit einhergehenden Emissionen von Stickoxiden oder Ammoniak eindeutig zugeordnet werden und als Eingangsgröße des Reglers dienen.at Another embodiment of the method is determining the benchmark by dividing the first part size provided by the second part size (cNOx / cNH3). A so determined benchmark can just as the Operating conditions of the internal combustion engine and associated Emissions of nitrogen oxides or ammonia are clearly assigned and serve as input to the controller.
Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist ein Ermitteln der ersten Teilgröße als Addition einer ersten Stickoxidgröße (cNO) und einer zweiten Stickoxidgröße (cNO2) vorgesehen. Die erste Teilgröße kann als Summensignal der Stickoxidgrößen gebildet werden.at Another embodiment of the method is determining the first part size as addition of a first Nitrogen oxide (cNO) and a second nitrogen oxide size (cNO2) provided. The first part size can be as Sum signal of the nitrogen oxide sizes are formed.
Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist ein Ermitteln der Leitgröße mittels einer dem Abgasstrom zuordenbaren NH3/NOx-Verhältnissonde vorgesehen. Vorteilhaft können basische redoxchemische Eigenschaften von Ammoniak zur Detektion ausgenutzt werden. Vorteilhaft kann mittels nur einer Sonde ein Verhältnis zwischen der ersten und zweiten Teilgröße zum Ermitteln der Leitgröße gebildet werden.at Another embodiment of the method is determining the Leitgröße by means of a the exhaust gas flow assignable NH3 / NOx ratio probe provided. Can be advantageous basic redox chemical properties of ammonia for detection be exploited. Advantageously, by means of only one probe Ratio between the first and second part sizes be formed for determining the Leitgröße.
Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens sind ein Ermitteln der ersten Teilgröße mittels eines NOx-Sensors und/oder ein Ermitteln der zweiten Teilgröße mittels eines NH3-Sensors vorgesehen. Vorteilhaft können für die Teilgrößen separate Signale ermittelt werden, die mittels einer Recheneinheit zur Leitgröße verrechnet werden können.at Another embodiment of the method is a Determining the first part size by means of a NOx sensor and / or determining the second part size by means of a NH3 sensor provided. Can be advantageous for the partial quantities separate signals are determined, the means of a computing unit to the guide can be charged.
Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahren ist ein Verrechnen der ersten und der zweiten Teilgröße mittels eines mittels eines elektrochemischen Sensors ermittelbaren Summensig nals (cNO + cNO2 + CNH3) und eines Korrektursignals für die zweite Teilgröße (cNH3) vorgesehen. Vorteilhaft kann das Summensignal mittels eines üblichen Sensors zur quantitativen Erfassung der ersten und zweiten Teilgröße ermittelt werden. Das Summensignal kann mittels des Korrektursignals entsprechend korrigiert werden, sodass eine die Betriebszustände des Verbrennungsmotors eindeutig kennzeichnende Leitgröße ermittelbar ist.In a further embodiment of the Ver drive is a computation of the first and the second part of size by means of an ascertainable by means of an electrochemical sensor Summensig signal (cNO + cNO2 + CNH3) and a correction signal for the second part of the size (cNH3) provided. Advantageously, the sum signal can be determined by means of a conventional sensor for the quantitative detection of the first and second part sizes. The sum signal can be correspondingly corrected by means of the correction signal, so that an operating parameter of the internal combustion engine uniquely characterizing guide variable can be determined.
Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist ein Ermitteln der zweiten Teilgröße (cNH3) mittels einer katalytischen exothermen Oxidation von NH3 des im Abgasstrom enthaltenen Reduktionsmittels an einer katalytisch wirksamen Pt-Oberfläche und Ermitteln einer Reaktionswärme der exothermen Oxidation vorgesehen. Vorteilhaft kann zumindest ein kleiner Teil des Abgasstroms an der katalytisch wirksamen Pt-Oberfläche vorbeigeführt werden. Vorteilhaft reagiert NH3 in Verbindung mit Sauerstoff und in Anwesenheit von Platin bereits bei niedrigen Temperaturen, beispielsweise ab circa 200°C schnell und stark exotherm. Die dabei auftretende Reaktionswärme kann vorteilhaft ein Maß für eine Konzentration des in dem Abgasstrom mitgeführten NH3 sein.at Another embodiment of the method is determining the second part size (cNH3) by means of a catalytic exothermic oxidation of NH3 of the reducing agent contained in the exhaust stream on a catalytically active Pt surface and determining a reaction heat of the exothermic oxidation provided. Advantageously, at least a small part of the exhaust gas flow at the catalytically effective Pt surface passed become. Advantageously, NH3 reacts in conjunction with oxygen and in Presence of platinum already at low temperatures, for example from about 200 ° C fast and highly exothermic. The occurring Reaction heat can be advantageous a measure of a concentration of the entrained in the exhaust stream NH3 be.
Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist ein Berücksichtigen eines ersten Zeitverhaltens des NOx-Sensors und eines zweiten Zeitverhaltens des NH3-Sensors und/oder Berücksichtigen des ersten und zweiten Zeitverhaltens mittels messen der ersten Teilgröße mittels des NOx-Sensors stromaufwärts des die zweite Teilgröße messenden NH3-Sensors, oder umgekehrt vorgesehen. Vorteilhaft kann mittels der Berücksichtigung des Zeitverhaltens der Sensoren die Verrechnung zur Leitgröße möglichst wenig zeitverzerrt erfolgen. Eine Kompensation beziehungsweise Berücksichtigung des unterschiedlichen Zeitverhaltens der Sensoren kann beispielsweise mittels einer nachgeschalteten Recheneinheit, beispielsweise einer Motorsteuerung erfolgen. Vorteilhaft kann dies jedoch auch alternativ oder zusätzlich lediglich mittels einer passenden Positionierung der Sensoren im Abgasstrom erfolgen. Dazu können diese in einem gewissen Abstand zueinander in dem Abgasstrom angeordnet werden, so dass aufgrund der Strömungsgeschwindigkeit, also dem zwischen den Sensoren zurückgelegten Weg der mitgeführten Stoffe des Abgasstroms eine Zeitverzögerung beziehungsweise Laufzeit auftritt. Vorteilhaft kann der Abstand beziehungsweise die sich daraus ergebende Verzögerungszeit so gewählt werden, dass die unterschiedlichen Zeitverhalten der Sensoren bestmöglich kompensiert werden. Der Abstand zwischen den Sensoren kann so gewählt werden, dass bei einem Arbeitspunkt und/oder einer mittleren Geschwindigkeit des Abgasstroms eine optimale Kompensation des Zeitverhaltens der Sensoren möglich ist.at Another embodiment of the method is to be considered a first timing of the NOx sensor and a second timing the NH3 sensor and / or taking into account the first and second timing by measuring the first part size by means of the NOx sensor upstream of the second part size measuring NH3 sensor, or vice versa. Advantageously by considering the timing of the sensors the allocation to the reference size possible little time distorted done. A compensation or consideration the different timing of the sensors, for example by means of a downstream processing unit, for example one Motor control done. However, this can also be advantageous as an alternative or additionally only by means of a suitable positioning the sensors take place in the exhaust gas flow. These can do this arranged at a certain distance from each other in the exhaust stream be, so due to the flow velocity, So the path traveled between the sensors carried away Substances of the exhaust stream a time delay or Runtime occurs. Advantageously, the distance or the resulting delay time is chosen be that the different timing of the sensors best possible be compensated. The distance between the sensors can be selected be that at an operating point and / or a medium speed the exhaust stream optimal compensation of the timing of the Sensors is possible.
Die Aufgabe ist außerdem mit einem Kraftfahrzeug mit einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung mittels einer selektiven katalytischen Reduktion zum Reinigen eines Abgasstroms eines Verbrennungsmotors des Kraftfahrzeuges ausgelegt, konstruiert und/oder eingerichtet zum Durchführen eines vorab beschriebenen Verfahrens gelöst. Es ergeben sich die vorab beschriebenen Vorteile.The Task is also with a motor vehicle with a Exhaust gas aftertreatment device by means of a selective catalytic Reduction for cleaning an exhaust gas flow of an internal combustion engine of the motor vehicle designed, constructed and / or set up solved for performing a method described above. This results in the advantages described above.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezug auf die Zeichnung ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen:Further Advantages, features and details emerge from the following Description, in reference to the drawing, an embodiment is described in detail. Same, similar and / or functionally identical parts are provided with the same reference numerals. Show it:
Die
Abgasanlage
Zur
Ansteuerung der Dosiervorrichtung
Zur
Ermittlung der Leitgröße
Alternativ
und/oder zusätzlich ist es möglich dem Regler
Im
Unterschied dazu ist gemäß der
Es
ist zu erkennen, dass der Verlauf
Vorteilhaft
kann ein für eine möglichst vollständige
Umsetzung günstiges Verhältnis zwischen NO, NO2
sowie dem Reduktionsmittel
Vorteilhaft
können neben unerwünschten NH3-Durchbrüchen
auch Unterdosierungen oder zu hohe Dosierungen der in dem Abgasstrom
Vorteilhaft
kann eine Regelung beziehungsweise Ansteuerung des Verbrennungsmotors
Die
Ermittlung der Leitgröße
Alternativ
ist es denkbar, wie in
Vorteilhaft
ist im Vergleich zum Stand der Technik dadurch jederzeit eine eindeutige
Zuordnung des Sensor-Signals beziehungsweise des Verlaufs
Das
Regelsystem mit dem Regler
Die
separat erhaltenen Sensor-Signale, beispielsweise die erste Teilgröße
Ein
Einbau der Sensoren
Wie
in
Als
Funktionsprinzip für die NH3/NOx-Verhältnissonde
Alternativ ist es denkbar, thermisch stabile basische und/oder saure Oxide und/oder Zeolithe zur selektiven Chemiesorption von NH3 und NO/NO2 einzusetzen. Zur Detektion kommen Änderungen der Impedanz, die Elektrizitätseigenschaften und/oder einer Masse des beladenen Materials in Frage.Alternatively, it is conceivable, thermally stable use basic and / or acidic oxides and / or zeolites for the selective chemisorption of NH3 and NO / NO2. For detection, changes in the impedance, the electricity properties and / or a mass of the loaded material come into question.
Außerdem
ist es denkbar, insbesondere um ein noch selektiveres und empfindlicheres Übertragungsverhalten
der NH3/NOx-Verhältnissonde
Ferner
sind zur Ermittlung der Leitgröße
Ferner
ist es denkbar, die NH3/NOx-Verhältnissonde
Eine solche Korrekturfunktion kann unter Nutzung der sehr unterschiedlichen Säure-Baseeigenschaften von Ammoniak im Vergleich zu Stickoxiden erfolgen. Wie bereits ausgeführt, ist Ammoniak eine starke Brönstedt-Base mit einem PKB-Wert von 4,75 während die hö heren Stickoxide hingegen mäßig bis stark saure Eigenschaften aufweisen, wobei mittels eines im Sensor platzierten Festprotonenleiters ein hoher Ammoniakteil erfasst werden kann.Such a correction function can be done using the very different acid-base properties of ammonia compared to nitrogen oxides. As already stated, ammonia is a strong Brönstedt base with a PK B value of 4.75, while the higher nitrogen oxides have moderately to strongly acidic properties, whereby a high proportion of ammonia can be detected by means of a solid proton conductor placed in the sensor.
Verschiedene
Festkörper mit Perowskit-Struktur weisen im Applikationstemperaturbereich von
Dieselabgasen eine gute Protonenleitfähigkeit auf, zum
Beispiel für die Ladungsträger H3O+ oder NH4+.
Ein Beispiel für besonders vorteilhaft bei Temperaturen
bis 650°C als „Feststoff-pH-Meter” einsetzbares
Material beziehungsweise Materialgruppe sind dotierte Li-Lanthan-Titanate
(zum Beispiel Sr-dotiertes LLT). Eine Auswahl von geeigneten Materialien mit
kubischer oder tetragonaler Perowskit-Struktur ist aber keinesfalls
auf das oben genannte Beispiel beschränkt. Ein Maß des
H+ Ionenstroms beziehungsweise der Impedanz bei bekannter Temperatur
und Spannung korreliert mit einer NH3-Konzetration, also der zweiten
Teilgröße
Alternativ
ist es denkbar, eine katalytische Oxidation von NH3 an einer Pt-Oberfläche,
beispielsweise der in
Ammoniak
wird schon bei niedrigen Temperaturen, beispielsweise ab 200°C,
an einer Pt-Oberfläche schnell und stark exotherm katalytisch
oxidiert. Eine solche Oxidation von Ammoniak stellt eine unerwünschte
Nebenreaktion beim SCR-Verfahren dar. Vorteilhaft kann der SCR-Katalysator
Bei
der Pt-katalysierten Oxidation von Ammoniak mit O2 treten folgende
Reaktionen auf:
4NH3 + 3O2 → 2N2 + 6H2O (Hauptreaktion
bis ca. 300°C), Reaktionswärme +1266 kJ
2NH3
+ 2O2 → 2 N2O + 3H2O (Hauptreaktion von 300 bis 400°C)
Reaktionswärme 550 kJ
4NH3 + 5O2 → 4NO +
6H2O (Hauptreaktion ab 400 Grad C) Reaktionswärme + 905
kJ.In the Pt-catalyzed oxidation of ammonia with O2, the following reactions occur:
4NH3 + 3O2 → 2N2 + 6H2O (main reaction up to about 300 ° C), heat of reaction +1266 kJ
2NH3 + 2O2 → 2N2O + 3H2O (main reaction from 300 to 400 ° C) reaction heat 550 kJ
4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O (main reaction from 400 degrees C) heat of reaction + 905 kJ.
Als
Nebenreaktion kann noch eine Oxidation mit NO berücksichtigt
werden, die wie folgt abläuft:
4NH3 + 6NO → 5N2
+ 6H2O + Reaktionswärme 1.808 kJ As a side reaction, an oxidation with NO, which proceeds as follows:
4NH3 + 6NO → 5N2 + 6H2O + heat of reaction 1.808 kJ
Vorteilhaft
können Diemerisierungs- oder Disproportionierungsreaktionen
und/oder weitergehende Oxidationen zu NO2 wegen ihrer im Wesentlichen
geringen Wärmetönung und/oder ihrer Gleichgewichtslage
unberücksichtigt bleiben. Eine Detektion eines NH3-Umsatzes
entsprechend der oben aufgeführten 4 Oxidationsreaktionen
an einer feinteiligen katalytisch hochaktiven Pt-Fläche,
also der katalytischen Oberfläche
Vorteilhaft
kann eine Messung der Reaktionswärme beziehungsweise Wärmetönung
der Oxidationsreaktion, wie in
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Applications Claiming Priority (1)
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