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DE102009060285A1 - Method for determining ammonia-loading condition of storage of ammonia storage system of selective catalytic reduction catalyst system in vehicle, involves detecting state variable that characterizes heating and/or cooling characteristics - Google Patents

Method for determining ammonia-loading condition of storage of ammonia storage system of selective catalytic reduction catalyst system in vehicle, involves detecting state variable that characterizes heating and/or cooling characteristics Download PDF

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DE102009060285A1
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temperature
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Application number
DE102009060285A
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German (de)
Inventor
Andreas Dr.-Ing. 38442 Herr
André Dr. 19258 Horn
Stefan Dipl.-Ing. 38550 Wendenburg
Martina Dr.-Ing. 38106 Gottschling
Arne Dipl.-Ing. 38531 Brömer
Stefan Dr. 38444 Resch
Ralf 38462 Krause
Harald Dipl.-Ing. 38442 Loeck
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Volkswagen AG
Original Assignee
Volkswagen AG
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein zur Bestimmung eines NH3-Beladungsstandes eines Speichers (34) eines Ammoniakspeichersystems (32) eines nach dem Prinzip der selektiven katalytischen Reduktion (SCR) arbeitenden Katalysatorsystems (28), wobei der Speicher (34) ein NH3-Speichermaterial enthält, das temperaturabhängig Ammoniak (NH3) reversibel zu binden vermag, und mit einer Heizeinrichtung (38) ausgestattet ist. Es ist vorgesehen, dass während eines Wärmeeintrags in den Speicher (34) und/oder Wärmeaustrags aus dem Speicher (34) wenigstens eine, ein Aufheizverhalten und/oder ein Abkühlverhalten des Speichers (34) charakterisierende Zustandsgröße des Speichers (34) erfasst wird und der NH3-Beladungsstand des Speichers (34) in Abhängigkeit von der wenigstens einen Zustandsgröße bestimmt wird.The invention relates to a system for determining an NH3 loading level of a store (34) of an ammonia storage system (32) of a catalyst system (28) operating on the principle of selective catalytic reduction (SCR), the store (34) containing an NH3 storage material which Depending on the temperature, ammonia (NH3) can bind reversibly and is equipped with a heating device (38). It is provided that at least one state variable of the memory (34) characterizing a heating behavior and / or a cooling behavior of the memory (34) is recorded during a heat input into the memory (34) and / or heat discharge from the memory (34) and the NH3 loading level of the memory (34) is determined as a function of the at least one state variable.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines NH3-Beladungsstandes eines Speichers eines Ammoniakspeichersystems, insbesondere eines Reduktionsmittelspeichers, eines nach dem Prinzip der selektiven katalytischen Reduktion (SCR) arbeitenden Katalysatorsystems. Die Erfindung betrifft ferner ein zur Ausführung des Verfahrens eingerichtetes SCR-Katalysatorsystem und ein entsprechendes Fahrzeug.The invention relates to a method for determining an NH 3 loading level of a storage of an ammonia storage system, in particular of a reducing agent storage, of a catalyst system operating on the principle of selective catalytic reduction (SCR). The invention further relates to an SCR catalyst system configured for carrying out the method and to a corresponding vehicle.

Verbrennungsmotoren, die zeitweise oder überwiegend mit einem mageren Luft-Kraftstoff-Gemisch betrieben werden, produzieren Stickoxide NOx (hauptsächlich NO2 und NO), die NOx-reduzierende Maßnahmen erforderlich machen. Eine motorische Maßnahme, um die NOx-Rohemission im Abgas zu reduzieren, stellt die Abgasrückführung dar, bei der ein Teil des Abgases des Verbrennungsmotors in die Verbrennungsluft rückgeführt wird, wodurch die Verbrennungstemperaturen gesenkt und somit die NOx-Entstehung reduziert wird. Die Abgasrückführung ist jedoch nicht immer ausreichend, um gesetzliche NOx-Grenzwerte einzuhalten, weswegen zusätzlich eine aktive Abgasnachbehandlung erforderlich ist, welche die NOx-Endemission senkt. Eine bekannte NOx-Abgasnachbehandlung sieht den Einsatz von NOx-Speicherkatalysatoren vor, die im mageren Betrieb (bei λ > 1) Stickoxide in Form von Nitraten speichern und in kurzen Intervallen mit einer fetten Abgasatmosphäre (λ < 1) die gespeicherten Stickoxide desorbieren und in Gegenwart der im fetten Abgas vorhandenen Reduktionsmittel zu Stickstoff N2 reduzieren.Internal combustion engines that are operated intermittently or predominantly with a lean air-fuel mixture produce nitrogen oxides NO x (mainly NO 2 and NO), which require NO x -reducing measures. A motor measure for reducing the NO x raw emission in the exhaust gas is the exhaust gas recirculation, in which part of the exhaust gas of the internal combustion engine is recirculated into the combustion air, whereby the combustion temperatures are lowered and thus the NO x formation is reduced. However, the exhaust gas recirculation is not always sufficient to comply with legal NO x limits, so in addition an active exhaust aftertreatment is required, which reduces the NO x -Edemission. A known NO x exhaust aftertreatment provides for the use of NO x storage catalysts that store nitrogen oxides in the form of nitrates during lean operation (at λ> 1) and desorb the stored nitrogen oxides at short intervals with a rich exhaust gas atmosphere (λ <1) and reduce to nitrogen N 2 in the presence of the reducing agent present in the rich exhaust gas.

Als weiterer Ansatz zur Konvertierung von Stickoxiden in Abgasen magerlauffähiger Verbrennungsmotoren ist der Einsatz von Katalysatorsystemen bekannt, die nach dem Prinzip der selektiven katalytischen Reduktion (SCR für selective catalytic reduction) arbeiten. Diese Systeme umfassen zumindest einen SCR-Katalysator, der in Gegenwart eines dem Abgas kontinuierlich zugeführten Reduktionsmittels, üblicherweise Ammoniak NH3, die Stickoxide des Abgases in Stickstoff und Wasser umwandelt. Dabei kann das Ammoniak aus einer wässrigen Ammoniaklösung dem Abgasstrom zudosiert werden oder aus einer Vorläuferverbindung, beispielsweise Harnstoff, im Wege der Thermolyse und Hydrolyse erhalten werden. Ein neuer vielversprechender Ansatz für die Ammoniakspeicherung im Fahrzeug stellen NH3-Speichermaterialien dar, die Ammoniak in Abhängigkeit von der Temperatur reversibel binden. Insbesondere sind in diesem Zusammenhang Metallamminspeicher bekannt, beispielsweise MgCl2, CaCl2 und SrCl2, die Ammoniak in Form einer Komplexverbindung speichern, um dann beispielsweise als MgCl2(NH3)x, CaCl2(NH3)x beziehungsweise SrCl2(NH3)x vorzuliegen. Aus diesen Verbindungen kann durch Zufuhr von Wärme das Ammoniak wieder freigesetzt werden. Vorteil der Metallamminspeicher ist, dass diese Verbindungen eine große Menge Ammoniak in sehr geringen Volumina speichern können. So bindet beispielsweise ein Mol SrCl2 acht Mol NH3. Zudem lassen diese Verbindungen eine gut kontrollierbare Freisetzung des Ammoniaks zu und sind sehr sicher.As another approach to the conversion of nitrogen oxides in exhaust gases mlauflauffähiger internal combustion engines, the use of catalyst systems is known which operate on the principle of selective catalytic reduction (SCR for selective catalytic reduction). These systems comprise at least one SCR catalyst which, in the presence of a reducing agent continuously fed to the exhaust gas, usually ammonia NH 3 , converts the nitrogen oxides of the exhaust gas into nitrogen and water. In this case, the ammonia can be added from an aqueous ammonia solution to the exhaust gas stream or be obtained from a precursor compound, for example urea, by way of thermolysis and hydrolysis. A promising new approach to ammonia storage in vehicles is NH 3 storage materials, which reversibly bind ammonia as a function of temperature. In particular, metal-ammonium stores are known in this connection, for example MgCl 2 , CaCl 2 and SrCl 2 , which store ammonia in the form of a complex compound in order then to contain, for example, MgCl 2 (NH 3 ) x , CaCl 2 (NH 3 ) x or SrCl 2 (NH 3 ) x to be present. From these compounds, by supplying heat, the ammonia can be released again. The advantage of metal-ammonium storage is that these compounds can store a large amount of ammonia in very small volumes. For example, one mole of SrCl 2 binds eight moles of NH 3 . In addition, these compounds allow a good controllable release of ammonia and are very safe.

Um eine schnellere Startbereitschaft zu erzielen, ist bekannt, neben einem oder zwei Hauptspeichern einen vergleichsweise kleinvolumig dimensionierten Startspeicher vorzusehen, der üblicherweise eine elektrische Heizeinrichtung aufweist. Der Hauptspeicher kann entweder mit einer elektrischen Heizeinrichtung oder mit einer mit Motorkühlwasser versorgten Heizeinrichtung beheizt werden. Der aufgrund seines geringen Volumens schnell aufgeheizte und betriebsbereite Startspeicher übernimmt in der Aufwärmehase die NH3-Versorgung des SCR-Katalysators. Seine Beheizung erfolgt solange, bis im Hauptspeicher der Betriebsdruck aufgebaut ist. Erst wenn auch der thermisch trägere Hauptspeicher seine Betriebstemperatur und seinen Betriebsdruck aufgebaut hat, wird die gesamte NH3-Versorgung von diesem übernommen. Der Startspeicher wird dann mit NH3 aus dem Hauptspeicher beladen und besitzt somit bei jedem Systemstart einen praktisch identischen NH3-Füllstand.In order to achieve a faster start-up readiness, it is known to provide, in addition to one or two main memories, a comparatively small-volume sized start memory, which usually has an electrical heating device. The main memory can be heated either with an electric heater or with a supplied with engine cooling water heater. In the warm-up phase, the startup tank, which is heated and ready for use due to its low volume, takes over the NH 3 supply of the SCR catalytic converter. Its heating takes place until the operating pressure is built up in the main memory. Only when the thermally inert main memory has built up its operating temperature and operating pressure, the entire NH 3 supply is taken from this. The starting memory is then loaded with NH 3 from the main memory and thus has at virtually every system start a virtually identical NH 3 level.

DE 10 2006 061 370 A1 beschreibt ein ähnliches System, bei dem der Hauptspeicher ein NH3-Speichermaterial mit relativ hohem NH3-Dampfdruck aufweist, insbesondere SrCl2, und ein kleinvolumiger Betriebspeicher vorgesehen ist, der ein NH3-Speichermaterial mit vergleichsweise geringerem NH3-Dampfdruck enthält, insbesondere MgCl2. Durch die unterschiedlichen Dampfdrücke wird der Stofftransport vom SrCl2-Speicher zum MgCl2-Speicher unterstützt, so dass die Auffüllung des letzteren beschleunigt wird. Bei diesem System erfolgt die NH3-Dosierung ausschließlich aus dem Betriebsspeicher, der seinerseits aus dem Hauptspeicher aufgefüllt wird. DE 10 2006 061 370 A1 describes a similar system in which the main memory has a NH 3 storage material with a relatively high NH 3 vapor pressure, in particular SrCl 2 , and a small-volume operating memory is provided which contains a NH 3 storage material with comparatively lower NH 3 vapor pressure, in particular MgCl 2 . Due to the different vapor pressures, the mass transfer from the SrCl 2 storage to the MgCl 2 storage is supported, so that the filling of the latter is accelerated. In this system, the NH 3 dosage is made exclusively from the operating memory, which in turn is filled from the main memory.

Aus EP 1 977 817 A1 ist ein dem vorstehend beschriebenen System entsprechende Ausführung bekannt, bei dem in Abhängigkeit von einem aktuellen Ammoniakbedarf eine erforderliche Heizleistung zur Beheizung des Hauptspeichers berechnet wird.Out EP 1 977 817 A1 an embodiment corresponding to the system described above is known in which, depending on a current ammonia requirement, a required heating power for heating the main storage is calculated.

Derzeit existiert kein Konzept, um einen NH3-Füllstand eines Ammoniakspeichers für SCR-Katalysatorsysteme zu ermitteln. Die Kenntnis des Füllstandes ist jedoch zur Prognose der Reichweite eines Fahrzeugs wichtig. Auch besteht ein Interesse, frisch eingesetzte Speicherkartuschen hinsichtlich ihres korrekten Füllstandes zu kontrollieren.Currently, there is no concept to determine an NH 3 level of ammonia storage for SCR catalyst systems. However, the knowledge of the level is to predict the range of a Vehicle important. There is also an interest in controlling freshly used memory cartridges for their correct level.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem eine Ermittlung des NH3-Beladungszustandes (Füllstand) neuer und in Betrieb befindlicher Ammoniakspeicher mit guter Zuverlässigkeit und geringem Systemaufwand möglich ist. Es soll ferner ein zur Ausführung des Verfahrens geeignetes SCR-Katalysatorsystem und ein entsprechendes Fahrzeug bereitgestellt werden.The invention is based on the object to provide a method with which a determination of the NH 3 -Bleadungszustandes (level) of new and operating ammonia storage with good reliability and low overhead is possible. It is also intended to provide an SCR catalyst system suitable for carrying out the method and a corresponding vehicle.

Diese Aufgaben werden durch ein Verfahren, ein SCR-Katalysatorsystem und ein Fahrzeug mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.These objects are achieved by a method, an SCR catalyst system and a vehicle having the features of the independent claims.

Das erfindungsgemäße Verfahren bezieht sich auf die Bestimmung eines NH3-Beladungszustandes eines Speichers eines Ammoniakspeichersystems in einem nach dem Prinzip der selektiven katalytischen Reduktion (SCR) arbeitenden Katalysatorsystem. Der Speicher enthält ein NH3-Speichermaterial, das temperaturabhängig Ammoniak NH3 reversibel zu binden (absorbieren oder adsorbieren) vermag. Dabei ist der Speicher mit einer Heizeinrichtung ausgestattet, um diesen auf seine Betriebstemperatur beziehungsweise seinen Betriebsdruck zu bringen. Erfindungsgemäß wird während eines (aktiv durch die Heizeinrichtung bewirkten) Wärmeeintrags in den Speicher und/oder während eines (spontan nach Abschaltung der Beheizung erfolgenden) Wärmeaustrags aus dem Speicher wenigstens eine Zustandsgröße des Speichers erfasst, die ein Aufheizverhalten und beziehungsweise ein Abkühlverhalten des Speichers charakterisiert. In Abhängigkeit von der wenigstens einen Zustandsgröße wird der NH3-Beladungszustand des Speichers bestimmt. Dabei macht sich die Erfindung zunutze, dass das Aufheizverhalten und das Abkühlverhalten des Speichers von seiner Wärmekapazität abhängt, die ihrerseits von dem Beladungszustand des Speichers beziehungsweise des in diesem enthaltenen Speichermaterials abhängt. Beispielsweise weisen NH3-angereicherte Metallamminkomplexe eine sehr viel höhere spezifische Wärmekapazität auf, als ihre NH3-abgereicherte oder ihre NH3-freie Form. Dieses schlägt sich in einem veränderten Aufheizverhalten beziehungsweise Abkühlverhalten nieder, welches somit als Indikator für den Beladungszustand genutzt werden kann. Besonders vorteilhaft ist, dass das Verfahren die Bestimmung des absoluten Beladungszustandes erlaubt und nicht nur eine relative Beladungsänderung seit Systemstart. Auf diese Weise kann auch bei einer neu eingesetzten Speicherkartusche ihr tatsächlicher NH3-Beladungszustand mit hoher Genauigkeit bestimmt werden. Ein weiterer Vorteil des Verfahrens ist, dass keine konstruktiven Maßnahmen zu seiner Durchführung erforderlich sind.The method according to the invention relates to the determination of an NH 3 loading state of a storage tank of an ammonia storage system in a selective catalytic reduction (SCR) catalyst system. The storage tank contains an NH 3 storage material that can reversibly bind (absorb or adsorb) ammonia NH 3 depending on the temperature. The memory is equipped with a heater to bring this to its operating temperature or its operating pressure. According to the invention, at least one state variable of the memory, which characterizes a heating behavior and / or a cooling behavior of the memory, is detected from the memory during a heat input (actively effected by the heating device) into the memory and / or during a heat discharge (taking place spontaneously after switching off the heating). Depending on the at least one state variable, the NH 3 charge state of the memory is determined. The invention makes use of the fact that the heating behavior and the cooling behavior of the memory depends on its heat capacity, which in turn depends on the loading state of the memory or of the storage material contained therein. For example, NH 3 -enriched metal ammine complexes have a much higher specific heat capacity than their NH 3 -depleted or their NH 3 -free form. This is reflected in an altered heating behavior or cooling behavior, which can thus be used as an indicator of the loading condition. It is particularly advantageous that the method allows the determination of the absolute load state and not just a relative load change since system start. In this way, even with a newly inserted memory cartridge their actual NH 3 -Beladungszustand can be determined with high accuracy. Another advantage of the method is that no constructive measures are required to carry it out.

In bevorzugter Ausführung des Verfahrens wird die wenigstens eine, das Abkühlverhalten und/oder das Aufheizverhalten des Speichers charakterisierende Zustandsgröße während einer Betriebsphase beobachtet, in der dem Speicher kein Ammoniak entnommen wird. Auf diese Weise vereinfachen sich die Zusammenhänge zwischen dem NH3-Beladungszustand und der beobachteten Zustandsgröße. Insbesondere kommt hier eine Beheizungsphase des Speichers bei Systemstart oder eine Abkühlphase des Speichers nach Abstellen des Systems in Betracht.In a preferred embodiment of the method, the at least one, the cooling behavior and / or the heating behavior of the memory characterizing state variable is observed during an operating phase in which no ammonia is removed from the memory. In this way, the relationships between the NH 3 loading state and the observed state variable are simplified. In particular, here is a heating phase of the memory at system startup or a cooling phase of the memory after turning off the system into consideration.

In bevorzugter Ausführung des Verfahrens handelt es sich bei der wenigstens einen, das Aufheizverhalten beziehungsweise das Abkühlverhalten des Speichers charakterisierenden Zustandsgröße um eine temperaturbezogene Größe und/oder eine druckbezogene Größe. Da die üblichen Speichersysteme häufig bereits über entsprechende Temperatur- und/oder Drucksensoren verfügen oder ohne weiteres mit diesen nachgerüstet werden können, ist die Erfassung dieser Zustandsgrößen ohne wesentlichen konstruktiven Aufwand durchführbar. Vorzugsweise wird eine druckbezogene Größe erfasst, da der Speicherdruck mit sehr hoher Homogenität im Speicher vorliegt, während die Speichertemperatur örtlich und/oder zeitlich stärker fluktuiert.In a preferred embodiment of the method, the at least one state variable characterizing the heating behavior or the cooling behavior of the memory is a temperature-related variable and / or a pressure-related variable. Since the usual storage systems often already have appropriate temperature and / or pressure sensors or can be easily retrofitted with these, the detection of these state variables can be carried out without significant design effort. Preferably, a pressure-related variable is detected, since the storage pressure is present with very high homogeneity in the memory, while the storage temperature fluctuates more locally and / or temporally.

Insbesondere kann die wenigstens eine Zustandsgröße aus der Gruppe gewählt werden umfassend eine Temperaturänderung im Speicher; eine Druckänderung im Speicher; eine Zeitspanne und/oder kumulierte Heizleistung bis zur Erreichung einer vorbestimmten Temperatur im Speicher; eine Zeitspanne und/oder kumulierte Heizleistung bis zur Erreichung eines vorbestimmten Drucks im Speicher; eine nach einer vorbestimmten Zeit und/oder vorbestimmten kumulierten Heizleistung erreichte Temperatur im Speicher und/oder einen nach einer vorbestimmten Zeit und/oder vorbestimmten kumulierten Heizleistung erreichten Druck im Speicher.In particular, the at least one state variable can be selected from the group comprising a temperature change in the memory; a pressure change in the memory; a period of time and / or cumulative heating power until a predetermined temperature is reached in the memory; a period of time and / or cumulative heating power until a predetermined pressure is reached in the reservoir; a temperature reached in the memory after a predetermined time and / or predetermined cumulative heating power and / or a pressure reached in the memory after a predetermined time and / or predetermined cumulative heating power.

Gemäß einer besonderen Ausführung des Verfahrens wird in Abhängigkeit der wenigstens einen Zustandsgröße die Wärmekapazität des Speichers bestimmt und in Abhängigkeit von der Wärmekapazität der NH3-Beladungszustand des Speichers ermittelt. Wie bereits ausgeführt, stellt die Wärmekapazität des Speichers einen sehr genauen Indikator für seinen Beladungszustand dar.According to a particular embodiment of the method, the heat capacity of the memory is determined as a function of the at least one state variable and determined as a function of the heat capacity of the NH 3 -Beladungszustand the memory. As already stated, the heat capacity of the memory is a very accurate indicator of its loading condition.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt die Ermittlung des NH3-Beladungszustandes des Speichers rechnerisch unter Anwendung gespeicherter Rechenvorschriften und/oder Algorithmen. Derartige Rechenvorschriften lassen sich aus den bekannten Gesetzen der Thermodynamik ohne weiteres ableiten und stellen den Zusammenhang zwischen der beobachteten Zustandsgröße und dem NH3-Beladungszustand des Speichers mit guter Genauigkeit dar. According to an advantageous embodiment of the method, the determination of the NH 3 loading state of the memory takes place mathematically using stored calculation instructions and / or algorithms. Such computational rules can readily be deduced from the known laws of thermodynamics and represent the relationship between the observed state variable and the NH 3 loading state of the memory with good accuracy.

In alternativer Ausführung erfolgt die Ermittlung des Beladungszustandes des Speichers unter Anwendung gespeicherter Kennfelder (worunter vorliegend auch Kennlinien als Spezialfall verstanden werden). Derartige Kennfelder lassen sich empirisch in Versuchsreihen ermitteln, in denen die interessierende Zustandsgröße in Abhängigkeit von dem NH3-Beladungszustand ermittelt wird. Wird dann im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Zustandsgröße erfasst, kann aus dem entsprechenden Kennfeld ohne weiteres der zugehörige NH3-Beladungszustand des Speichers ausgelesen werden. Vorteil der Anwendung empirisch ermittelter Kennfelder ist, dass keine rechnerischen Näherungen angewendet werden müssen. Vielmehr kann der Zusammenhang exakt für genau das verwendete Ammoniakspeichersystem ermittelt werden.In an alternative embodiment, the determination of the loading state of the memory is carried out using stored maps (which in the present case also characteristic curves are understood as a special case). Such maps can be determined empirically in test series in which the state variable of interest is determined as a function of the NH 3 loading state. If a state variable is then detected within the scope of the method according to the invention, the associated NH 3 loading state of the memory can be readily read from the corresponding map. The advantage of using empirically determined maps is that no computational approximations have to be applied. Rather, the relationship can be determined exactly for exactly the ammonia storage system used.

Darüber hinaus ist denkbar, Kombinationen aus dem rechnerischen Ansatz unter Anwendung von Rechenvorschriften und dem empirischen Ansatz unter Anwendung von Kennfeldern einzusetzen. Beispielsweise kann die Wärmekapazität des Systems unter Anwendung einer geeigneten Rechenvorschrift berechnet werden und der NH3-Beladungszustand aus einem Kennfeld ausgelesen werden, der den Beladungszustand in Abhängigkeit von der Wärmekapazität darstellt.In addition, it is conceivable to use combinations of the computational approach using calculation rules and the empirical approach using maps. For example, the heat capacity of the system can be calculated using a suitable calculation rule and the NH 3 -loading state can be read out of a map representing the load state as a function of the heat capacity.

Mit großem Vorteil kann die erfindungsgemäße Bestimmung des NH3-Beladungszustandes des Speichers zur Prognose einer voraussichtlichen Reichweite eines mit dem SCR-Katalysatorsystem ausgestatteten Fahrzeugs durchgeführt werden. Auf diese Weise kann an einen Fahrer und/oder an ein Onboard-Diagnosesystem (OBD-System) ein Signal ausgegeben werden, das zur Auswechslung des Speichers auffordert.With great advantage, the determination according to the invention of the NH 3 charging state of the memory can be carried out to forecast an anticipated range of a vehicle equipped with the SCR catalytic converter system. In this way, a signal can be output to a driver and / or to an onboard diagnostic system (OBD system) requesting the replacement of the memory.

Daneben kann das erfindungsgemäße Verfahren auch zur Füllstandskontrolle eines neu eingewechselten Speichers durchgeführt werden, insbesondere um zu überprüfen, ob dieser vorschriftsmäßig gefüllt ist. Auf diese Weise kann auch einer missbräuchlichen Manipulation begegnet werden, bei dem ein Fahrer durch Einsatz eines leeren Speichers das Diagnosesystem zu überwinden versucht. In diesem Zusammenhang kann vorgesehen sein, dass die Füllstandskontrolle einmalig nach Einwechselung des Speichers durchgeführt wird und eine erneute Kontrolle nicht vor Ablauf einer vorbestimmten Betriebsdauer oder vorbestimmten zurückgelegten Fahrstrecke ausgelöst werden kann.In addition, the method according to the invention can also be carried out for level control of a newly replaced storage, in particular in order to check whether it is filled in accordance with the regulations. In this way, an abusive manipulation can be encountered in which a driver tries to overcome the diagnostic system by using an empty memory. In this context, it may be provided that the level control is performed once after Einwechselung the memory and a re-control can not be triggered before the expiry of a predetermined operating time or predetermined distance covered route.

Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein SCR-Katalysatorsystem mit zumindest einen SCR-Katalysator und einem Ammoniakspeichersystem, das zumindest einen mit einer Heizeinrichtung ausgestatteten Ammoniakspeicher aufweist, der ein NH3-Speichermaterial, das temperaturabhängig Ammoniak reversibel zu binden vermag, enthält. Das SCR-Katalysatorsystem weist eine Steuereinrichtung auf, die eingerichtet ist, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen. Zu diesem Zweck kann die Steuereinrichtung insbesondere einen Steueralgorithmus zur Ausführung des Verfahrens in computerlesbarer Form umfassen sowie geeignete Rechenvorschriften und/oder Kennfelder, die ebenfalls in computerlesbarer Form abgespeichert sind.The invention further relates to an SCR catalyst system comprising at least one SCR catalyst and an ammonia storage system comprising at least one equipped with a heater ammonia storage, which contains a NH 3 storage material, which is capable of reversibly binding ammonia reversible. The SCR catalyst system has a control device that is set up to carry out the method according to the invention. For this purpose, the control device can in particular comprise a control algorithm for executing the method in computer-readable form as well as suitable computational rules and / or characteristic diagrams which are likewise stored in computer-readable form.

Das NH3-Speichermaterial des Speichers wird vorzugsweise aus der Gruppe der NH3-komplexierenden Metallsalze, insbesondere der Alkali- und Erdalkalimetallsalze und Übergangsmetallsalze gewählt, wobei diese Gruppe vorzugsweise MgCl2(NH3)x, CaCl2(NH3)x und SrCl2(NH3)x umfasst. Hauptvorteil dieser auch als Metallammine bezeichneten Gruppe ist ihre sehr hohe Ammoniakspeicherkapazität bei geringem Volumen und Gewicht. Es können jedoch ebenso NH3-adsorbierende Feststoffe, wie säureaktivierte Aktivkohle oder Zeolithe eingesetzt werden, die im Gegensatz zu den Metallamminen NH3 nicht chemisch absorbieren, sondern physikalisch adsorbieren. Entscheidend ist, dass die NH3-Bindung reversibel ist.The NH 3 storage material of the store is preferably selected from the group of NH 3 -complexing metal salts, in particular the alkali and alkaline earth metal salts and transition metal salts, this group preferably MgCl 2 (NH 3 ) x , CaCl 2 (NH 3 ) x and SrCl 2 (NH 3 ) x . The main advantage of this group, also referred to as metal amines, is their very high ammonia storage capacity with low volume and weight. However, it is also possible to use NH 3 -adsorbing solids, such as acid-activated activated carbon or zeolites, which, in contrast to the metal amines, do not chemically absorb NH 3 but physically adsorb it. It is crucial that the NH 3 bond is reversible.

Schließlich betrifft die Erfindung ein ein entsprechendes SCR-Katalysatorsystem umfassendes Fahrzeug.Finally, the invention relates to a vehicle comprising a corresponding SCR catalytic converter system.

Weitere vorteilhafte Ausführungen sind Gegenstand der übrigen Unteransprüche.Further advantageous embodiments are the subject of the remaining dependent claims.

Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail in embodiments with reference to the accompanying drawings. Show it:

1 eine schematische Darstellung einer Abgasanlage mit einem erfindungsgemäßen SCR-Katalysatorsystem nach einer ersten Ausgestaltung der Erfindung; 1 a schematic representation of an exhaust system with an inventive SCR catalyst system according to a first embodiment of the invention;

2 einen zeitlichen Verlauf des NH3-Dampfdrucks in einem Ammoniakspeicher bei kontinuierlicher Beheizung und bei unterschiedlichen NH3-Füllständen; 2 a time course of the NH 3 vapor pressure in an ammonia storage with continuous heating and at different NH 3 levels;

3 Temperatur-Druck-Gleichgewichtskurven für die erste und die zweite Zersetzungsstufe des NH3-Speichermaterials SrCl2(NH3)x; 3 Temperature-pressure equilibrium curves for the first and second decomposition stages of the NH 3 storage material SrCl 2 (NH 3 ) x ;

4 eine schematische Darstellung einer Abgasanlage mit einem erfindungsgemäßen SCR-Katalysatorsystem nach einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung; und 4 a schematic representation of an exhaust system with an inventive SCR catalyst system according to a second embodiment of the invention; and

5 eine schematische Darstellung einer Abgasanlage mit einem erfindungsgemäßen SCR-Katalysatorsystem nach einer dritten Ausgestaltung der Erfindung. 5 a schematic representation of an exhaust system with an inventive SCR catalyst system according to a third embodiment of the invention.

1 zeigt ein insgesamt mit 10 bezeichnetes Kraftfahrzeug, von dem hier lediglich ein Verbrennungsmotor 12 mit einer daran angeschlossenen Abgasanlage 14 dargestellt ist. Bei dem Verbrennungsmotor 12 handelt es sich um einen zumindest zeitweise oder permanent mager laufenden Motor, beispielsweise einen Dieselmotor. Er verfügt im dargestellten Beispiel über eine Einspritzanlage 16, die Kraftstoff direkt in Zylinder 18 des Motors einspritzt. Die Erfindung ist grundsätzlich jedoch auch für vorgemischbildende Verbrennungsmotoren geeignet. Die Verbrennungsluft wird dem Verbrennungsmotor 12 über einen Ansaugkanal 20 zugeführt und ist über eine Drosseleinrichtung 22 steuerbar. 1 shows a total of 10 designated motor vehicle, of which here only an internal combustion engine 12 with a connected exhaust system 14 is shown. In the internal combustion engine 12 it is an at least temporarily or permanently lean running engine, such as a diesel engine. He has in the example shown an injection system 16 that inject fuel directly into cylinders 18 injects the engine. However, the invention is basically also suitable for premix-forming internal combustion engines. The combustion air is the internal combustion engine 12 via a suction channel 20 supplied and is via a throttle device 22 controllable.

Ein Abgas des Verbrennungsmotors 12 wird in einen Abgaskanal 24 der Abgasanlage 14 eingeleitet, wo an einer motornahen Position ein erster Katalysator 26 angeordnet sein kann, beispielsweise ein Oxidations- oder 3-Wege-Katalysator.An exhaust gas of the internal combustion engine 12 gets into an exhaust duct 24 the exhaust system 14 initiated, where at a near-engine position, a first catalyst 26 may be arranged, for example, an oxidation or 3-way catalyst.

Die Abgasanlage 14 umfasst ferner ein nach dem Prinzip der selektiven katalytischen Reduktion arbeitendes SCR-Katalysatorsystem 28, das einen SCR-Katalysator 30, nämlich einen NOx-Reduktionskatalysator, und ein Ammoniakspeichersystem 32 aufweist. Das Ammoniakspeichersystem 32 umfasst zumindest einen Hauptspeicher 34 sowie einen im Vergleich zum Hauptspeicher kleinvolumigen Speicher 36, der als Startspeicher oder Betriebsspeicher ausgelegt sein kann. Die Speicher 34 und 36 umfassen jeweils ein nicht dargestelltes NH3-Speichermaterial, das in der Lage ist, in Abhängigkeit von der Temperatur Ammoniak NH3 reversibel chemisch oder physikalisch zu binden beziehungsweise zu desorbieren. Dies bedeutet, dass sich mit zunehmender Temperatur das thermodynamische Gleichgewicht von der gebundenen Form (der NH3-angereicherten Form) zu der desorbierten Form (der NH3-abgereicherten oder -freien Form) verschiebt, das heißt der NH3-Dampfdruck steigt mit zunehmender Temperatur.The exhaust system 14 further comprises an SCR catalyst system operating on the selective catalytic reduction principle 28 that is an SCR catalyst 30 Namely, a NO x reduction catalyst, and an ammonia storage system 32 having. The ammonia storage system 32 includes at least one main memory 34 and a small-volume memory compared to the main memory 36 which can be designed as a starting memory or operating memory. The stores 34 and 36 each include an unillustrated NH 3 storage material which is capable of reversibly chemically or physically binding or desorbing ammonia NH 3 as a function of the temperature. This means that with increasing temperature, the thermodynamic equilibrium shifts from the bound form (the NH 3 -enriched form) to the desorbed form (the NH 3 -depleted or -free form), that is, the NH 3 vapor pressure increases with increasing Temperature.

Der Zusammenhang zwischen dem Dampfdruck von Ammoniak pNH3 und der Temperatur T lässt sich durch die thermodynamische Gleichung 1 beschreiben, worin ΔHr die Reaktionsenthalpie der Desorption des verwendeten NH3-Speichermaterials, ΔSr die Reaktionsentropie der Desorption und Rm die universelle Gaskonstante (Rm = 8,314 J/mol·K) bedeuten.The relationship between the vapor pressure of ammonia p NH3 and the temperature T can be described by the thermodynamic equation 1, where ΔH r is the reaction enthalpy of desorption of the used NH 3 storage material, ΔS r the reaction entropy of desorption and R m the universal gas constant (R m = 8.314 J / mol · K).

Figure 00080001
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Um das Ammoniakspeichersystem 32 auf seinen erforderlichen Betriebsdruck zu bringen, sind die Speicher 34 und 36 jeweils mit einer Heizeinrichtung 38 beziehungsweise 40 ausgestattet. Dabei kann es sich jeweils um elektrische Heizeinrichtungen handeln, die im Stand der Technik an sich bekannt sind, und beispielsweise eine im jeweiligen Innenraum der Speicher 34, 36 angeordnete Heizspirale enthalten können. Alternativ kann der Hauptspeicher 34 auch mit einer mit einem flüssigen Medium betriebenen Heizeinrichtung ausgestattet sein, beispielsweise einer mit einem Kühlwasser des Verbrennungsmotors 12 betriebenen Heizeinrichtung.To the ammonia storage system 32 to bring to its required operating pressure, are the memories 34 and 36 each with a heater 38 respectively 40 fitted. These can each be electrical heaters, which are known per se in the prior art, and, for example, one in each interior of the memory 34 . 36 may contain arranged heating coil. Alternatively, the main memory 34 Also be equipped with a running with a liquid medium heating device, for example one with a cooling water of the internal combustion engine 12 operated heating device.

Bei dem NH3-Speichermaterial der Speicher 34, 36 handelt es sich vorzugsweise um ein NH3-komplexierendes Metallsalz, das auch als Metallammin bezeichnet wird. Beispielsweise kommen hier die Verbindungen MgCl2(NH3)x, CaCl2(NH3)x und SrCl2(NH3)x in Frage, welche das gebundene NH3 zum Teil stufenweise freisetzen. Beispielsweise setzt der Strontiumchloridamminkomplex, der pro Mol SrCl2 bis zu acht Mol NH3 speichern kann, sieben Mol NH3 bei Erreichen einer Temperatur von etwa 60–80°C und das achte Mol NH3 bei etwa 150°C frei. Haupt- und Startspeicher 34, 36 können das gleiche NH3-Speichermaterial oder unterschiedliche enthalten.In the NH 3 storage material of the memory 34 . 36 it is preferably an NH 3 -complexing metal salt, which is also referred to as metal ammine. For example, the compounds MgCl 2 (NH 3 ) x , CaCl 2 (NH 3 ) x and SrCl 2 (NH 3 ) x are suitable here, which release the bound NH 3 partly in stages. For example, the strontium chloride ammine complex, which can store up to eight moles of NH 3 per mole of SrCl 2, releases seven moles of NH 3 upon reaching a temperature of about 60-80 ° C and the eighth mole of NH 3 at about 150 ° C. Main and start memory 34 . 36 may contain the same NH 3 storage material or different.

Der Hauptspeicher 34 und der Speicher 36 stehen jeweils mit einer Gaszufuhrleitung 42 in Verbindung, die stromauf des SCR-Katalysators 30 in den Abgaskanal 24 mündet. Dabei ist an einer Verbindungsstelle des Leitungssystems ein schaltbares Ventil 44 angeordnet, das entweder den Hauptspeicher 34 oder den Speicher 36 mit der Gaszufuhrleitung 42 verbindet. Das Ventil 44 kann beispielsweise als ein 3/2-Wege-Ventil ausgestaltet sein. Daneben kann eine weitere Ventilstellung vorgesehen sein, welche die beiden Speicher 34 und 36 miteinander verbindet, aber von der Leitung 42 trennt. Stromab des Ventils 44 ist eine steuerbare Drosseleinrichtung 46 zur variablen Einstellung des NH3-Stroms angeordnet, das etwa als ein Drosselventil (Massflow-Regler) oder als steuerbares Gasdosierventil ausgestaltet sein kann. The main memory 34 and the memory 36 each with a gas supply line 42 in conjunction, upstream of the SCR catalyst 30 in the exhaust duct 24 empties. In this case, at a connection point of the conduit system, a switchable valve 44 arranged that either the main memory 34 or the memory 36 with the gas supply line 42 combines. The valve 44 can be configured for example as a 3/2-way valve. In addition, a further valve position may be provided, which the two memory 34 and 36 connects to each other, but from the line 42 separates. Downstream of the valve 44 is a controllable throttle device 46 arranged for variable adjustment of the NH 3 stream, which may be configured as a throttle valve (mass flow controller) or as a controllable Gasdosierventil about.

Im Hauptspeicher 34 ist zudem an einer oder an mehreren Positionen ein Temperatursensor 48 zur Erfassung einer Speichertemperatur TSpeicher angeordnet. Außerdem ist ein Drucksensor 50 an einer oder an mehreren Positionen des Hauptspeichers 34 vorgesehen, welcher den Speicherdruck pSpeicher misst. Für die Ausführung des Verfahrens müssen nicht zwingend beide Sensoren vorhanden sein, vielmehr kann auch nur ein Temperatur- oder ein Drucksensor installiert sein. Zusätzlich können entsprechende Sensoren auch im Leitungssystem 42 und/oder im Speicher 36 angeordnet sein (nicht dargestellt).In main memory 34 is also a temperature sensor at one or more positions 48 arranged to detect a storage temperature T memory . There is also a pressure sensor 50 at one or more positions of the main memory 34 provided, which measures the accumulator pressure p memory . For the execution of the method, it is not absolutely necessary for both sensors to be present; on the contrary, only one temperature sensor or one pressure sensor can be installed. In addition, corresponding sensors can also be used in the piping system 42 and / or in memory 36 be arranged (not shown).

Die Signale der Sensoren 48 und 50 finden Eingang in eine Steuereinrichtung 52 zur Steuerung des Betriebs des Ammoniakspeichersystems 32. Die Steuereinrichtung 52 steuert in Abhängigkeit dieser und anderer Signale die Heizleistungen der elektrischen Heizeinrichtungen 38 und 40, die Stellung des Schaltventils 44 sowie die Stellung der Drosseleinrichtung 46.The signals of the sensors 48 and 50 find entrance into a control device 52 for controlling the operation of the ammonia storage system 32 , The control device 52 controls in response to these and other signals, the heating power of the electric heaters 38 and 40 , the position of the switching valve 44 as well as the position of the throttle device 46 ,

Die Steuereinrichtung 52 ist im dargestellten Beispiel in ein Motorsteuergerät 54 integriert, kann jedoch auch als eigenständiges Gerät installiert sein. Das Motorsteuergerät 54 dient im Wesentlichen der Steuerung des Verbrennungsmotors 12 und steuert insbesondere in Abhängigkeit von einem Betriebspunkt die Öffnung der Drosseleinrichtung 22 sowie die Einspritzanlage 16. Zu diesem Zweck werden verschiedene Signal an das Motorsteuergerät 54 übermittelt, beispielsweise eine Motordrehzahl durch einen Drehzahlsensor, eine angeforderte Motorlast durch einen Pedalwertgeber, eine Motortemperatur durch einen Kühlwassertemperatursensor usw.. Darüber hinaus können verschiedene Gas- und Temperatursensoren im Abgaskanal 24 angeordnet sein, deren Signale ebenfalls Eingang in das Motorsteuergerät 54 oder die Steuereinrichtung 52 finden.The control device 52 is in the example shown in an engine control unit 54 integrated, but can also be installed as a stand-alone device. The engine control unit 54 essentially serves the control of the internal combustion engine 12 and controls, in particular depending on an operating point, the opening of the throttle device 22 as well as the injection system 16 , For this purpose, different signal to the engine control unit 54 For example, an engine speed through a speed sensor, a requested engine load by a pedal encoder, an engine temperature by a cooling water temperature sensor, etc. In addition, various gas and temperature sensors in the exhaust duct 24 be arranged, whose signals are also input to the engine control unit 54 or the controller 52 Find.

Das in 1 dargestellte Ammoniakspeichersystem 32 zeigt – bei Auslegung des kleinvolumigen Speichers 36 als Startspeicher – folgende Funktionsweise. Bei Inbetriebnahme des Systems nach einem Kaltstart liegt üblicherweise nicht der erforderliche Betriebsdruck vor, um eine ausreichende Ammoniakzufuhr stromauf des SCR-Katalysators 30 zu gewährleisten. Zu diesem Zweck erfolgt gleichzeitig eine Beheizung beider Speicher 34 und 36 jeweils über ihre Heizeinrichtung 38 beziehungsweise 40. Aufgrund seines geringen Volumens hat der Startspeicher 36 bereits nach kurzer Heizdauer seine erforderliche Temperatur und damit den Betriebsdruck erreicht. Sobald dies der Fall ist, wird das Ventil 44 in eine Stellung geschaltet, die nur den Startspeicher 36 mit der Gaszufuhrleitung 42 verbindet. In dieser Phase wird somit der gesamte Ammoniakbedarf des SCR-Katalysators 30 durch den Startspeicher 36 gespeist, wobei der NH3-Massenstrom über das Drosselventil 46 gesteuert wird. Der NH3-Bedarf des SCR-Katalysators 30 wird vorzugsweise betriebspunktabhängig ermittelt, so dass die Zufuhr über eine geeignete Ansteuerung des Ventils 46 bzw. Massflow-Reglers bedarfsgerecht erfolgt.This in 1 illustrated ammonia storage system 32 shows - when designing the small-volume memory 36 as boot memory - the following operation. When the system is put into operation after a cold start, the required operating pressure is usually not available in order to ensure sufficient ammonia supply upstream of the SCR catalytic converter 30 to ensure. At the same time, both stores are heated for this purpose 34 and 36 each via their heater 38 respectively 40 , Due to its low volume, the boot memory has 36 after a short heating time reached its required temperature and thus the operating pressure. Once this is the case, the valve becomes 44 switched to a position that only the start memory 36 with the gas supply line 42 combines. In this phase, therefore, the entire ammonia requirement of the SCR catalyst 30 through the boot memory 36 fed, the NH 3 mass flow through the throttle valve 46 is controlled. The NH 3 requirement of the SCR catalyst 30 is preferably determined operating point dependent, so that the supply via a suitable control of the valve 46 or Massflow controller takes place as needed.

Sobald auch der Hauptspeicher 34 seinen Betriebsdruck erreicht hat, erfolgt eine Umschaltung der Ammoniakversorgung über das Ventil 44, so dass der Hauptspeicher 34 mit der Gaszufuhrleitung 42 verbunden ist. Nun kann die gesamte Ammoniakversorgung aus dem Hauptspeicher 34 gedeckt werden. Zudem erfolgt eine Auffüllung des Startspeichers 36 mit Ammoniak, die ebenfalls aus dem Hauptspeicher 34 gedeckt wird. Dabei kann entweder die Verbindung zwischen Haupt- und Startspeicher 34, 36 unmittelbar nach der Versorgungsumstellung auf den Hauptspeicher 34 erfolgen oder zu einem späteren Zeitpunkt, etwa nach Abschalten des Systems.As soon as the main memory 34 has reached its operating pressure, there is a switchover of the ammonia supply via the valve 44 , so that the main memory 34 with the gas supply line 42 connected is. Now the entire ammonia supply can be removed from the main memory 34 be covered. In addition, a replenishment of the starting memory 36 with ammonia, also from the main storage 34 is covered. It can either the connection between the main and start memory 34 . 36 immediately after the supply change to the main memory 34 or at a later time, for example after the system has been switched off.

In alternativer Ausgestaltung ist der kleinvolumige Speicher 36 als Betriebsspeicher ausgelegt, der über den gesamten Betrieb die NH3-Versorgung des SCR-Katalysators 30 übernimmt und seinerseits kontinuierlich oder diskontinuierlich durch den Hauptspeicher 34 mit NH3 beladen wird. In diesem Fall können Hauptspeicher 34, Betriebsspeicher 36 und SCR-Katalysator 30 auch in Reihe geschaltet sein.In an alternative embodiment, the small-volume memory 36 designed as a working memory, the throughout the operation of the NH 3 supply of the SCR catalyst 30 takes over and in turn continuously or discontinuously through the main memory 34 is loaded with NH 3 . In this case, main memory 34 , Operating memory 36 and SCR catalyst 30 also be connected in series.

Nachfolgend wird die Bestimmung des NH3-Beladungszustandes eines der Speicher des SCR-Katalysatorsystems 28 beschrieben. Das erfindungsgemäße Verfahren kann prinzipiell für jeden der Speicher 34, 36 angewendet werden, ist jedoch für den Hauptspeicher 34 von besonderem Interesse, da der Start- oder Betriebsspeicher 36 ohnehin ständig aufgefüllt wird, weswegen sich die folgende Beschreibung lediglich auf den Hauptspeicher 34 bezieht.Hereinafter, the determination of the NH 3 loading state becomes one of the memories of the SCR catalyst system 28 described. The inventive method can in principle for each of the memory 34 . 36 however, is for main memory 34 Of particular interest, since the start or operating memory 36 anyway is constantly refilled, which is why the following description is only on the main memory 34 refers.

Füllstandsüberwachung des NH3-SpeichersLevel monitoring of the NH 3 storage tank

Um einen Füllstand des Hauptspeichers 34 zu ermitteln, macht sich die vorliegende Erfindung den Umstand zunutze, dass sich die Wärmekapazität des Speichers 34 mit dem Beladungszustand des NH3-Speichermaterials ändert. Dieses ist in Tabelle 1 am Beispiel von SrCl2(NH3)x gezeigt, aus der ersichtlich wird, dass das gesättigte Salz (NH3-angereicherte Form) fast die zehnfache spezifische Wärmekapazität der NH3-freien Form aufweist. Tabelle 1: SrCl2(NH3)8 SrCl2 NH3 spez. Wärmekapazität [J/mol·K] 707,4 76 35,8 (bei 25°C) Molmasse [g/mol] 294,76 158,52 17,03 To a level of main memory 34 To determine, the present invention takes advantage of the fact that the heat capacity of the memory 34 changes with the loading state of the NH 3 storage material. This is shown in Table 1 using the example of SrCl 2 (NH 3 ) x , from which it can be seen that the saturated salt (NH 3 -enriched form) has almost ten times the specific heat capacity of the NH 3 -free form. Table 1: SrCl 2 (NH 3 ) 8 SrCl 2 NH 3 spec. Heat capacity [J / mol · K] 707.4 76 35.8 (at 25 ° C) Molecular weight [g / mol] 294.76 158.52 17.03

Es liegt somit eine Abhängigkeit der Wärmekapazität vom NH3-Beladungszustand des Speichers 34 vor. Die Wärmekapazität des Speichers 34, die sich aus der Wärmekapazität des NH3-Speichermaterials sowie sämtlicher konstruktiver Elemente (Speichermantel, Dämmstoffe, Heizeinrichtung und Sensoren) zusammensetzt, hat einen direkten Einfluss auf das Abkühl- und Aufheizverhalten des Speichers. Erfindungsgemäß wird daher während eines Wärmeeintrags in den Speicher 34 und/oder eines Wärmeaustrags aus demselben wenigstens eine Zustandsgröße des Speichers erfasst, die sein Aufheizverhalten und/oder sein Abkühlverhalten charakterisiert. In Abhängigkeit von der Zustandsgröße kann dann rechnerisch und/oder über Kennfelder der NH3-Beladungszustand ermittelt werden. Insbesondere kommen als Zustandsgrößen temperaturbezogene oder druckbezogene Größen infrage, die mit dem Temperatursensor 48 beziehungsweise dem Drucksensor 50 erfasst werden können.There is thus a dependence of the heat capacity on the NH 3 loading state of the storage 34 in front. The heat capacity of the store 34 , which is composed of the heat capacity of the NH 3 storage material as well as all constructive elements (storage jacket, insulation material, heating device and sensors), has a direct influence on the cooling and heating behavior of the storage tank. According to the invention, therefore, during a heat input into the memory 34 and / or a Wärmeaustrags from the same at least one state variable of the memory detected, which characterizes its heating behavior and / or its cooling behavior. Depending on the state variable, the NH 3 charge state can then be determined by calculation and / or via maps. In particular, as state variables temperature-related or pressure-related variables come into question, with the temperature sensor 48 or the pressure sensor 50 can be detected.

Insbesondere kann eine Temperaturänderung beziehungsweise ein Temperaturgradient im Speicher mit dem Temperatursensor 48 erfasst werden. Die Temperaturänderung lässt sich mit Gleichung 2 beschreiben, in welcher der erste Term des Klammerausdrucks die Temperaturänderung infolge einer mittels der Heizeinrichtung 38 zugeführten Wärmemenge berücksichtigt, der zweite Term den Wärmeaustausch mit der Umgebung und der dritte Term die Desorptions- beziehungsweise Absorptionswärme des NH3-Speichermaterials. In Gleichung 2 bedeutet TSpeicher die Temperatur des Speichers 34, CSpeicher(Füllstand) die füllstandsabhängige Wärmekapazität des Speichers, QZU die über die Heizeinrichtung 38 zugeführte Wärmemenge, α der Wärmeübergangskoeffizient zwischen einem Speichermantel und der Umgebung, A die Manteloberfläche des Speichers, TMantel die Temperatur des Speichermantels, TUmgebung die Umgebungstemperatur, nNH3 die NH3-Stoffmenge und ΔHr die Desorptions- beziehungsweise Absorptionsenthalpie des NH3-Speichermaterials.In particular, a temperature change or a temperature gradient in the memory with the temperature sensor 48 be recorded. The temperature change can be described by Equation 2, in which the first term of the parenthesized expression is the temperature change due to heating by means of the heater 38 taken into account the amount of heat supplied, the second term, the heat exchange with the environment and the third term, the desorption or absorption heat of the NH 3 storage material. In Equation 2, T memory means the temperature of the memory 34 , C memory (level) the level-dependent heat capacity of the store, Q ZU that via the heater 38 supplied heat quantity, α the heat transfer coefficient between a storage jacket and the environment, A the shell surface of the storage tank, T jacket the temperature of the storage jacket , T ambient the ambient temperature, n NH3 the NH 3 substance quantity and ΔH r the desorption or absorption enthalpy of the NH 3 - storage material.

Figure 00110001
Figure 00110001

Die Temperaturänderung des Speichers während seiner Beheizung oder während seiner Abkühlung und die Änderung der freien NH3-Stoffmenge in der Gasphase des zur Verfügung stehenden Poren- und Leitungsvolumen bewirken eine Druckänderung im Speicher 34. Dieser Zusammenhang kann beispielsweise durch Gleichung 3 beschrieben werden, in welcher ΔSr die Desorptions- beziehungsweise Absorptionsentropie des NH3-Speichermaterials, Rm die universelle Gaskonstante und Vfrei das freie Gasvolumen im Speicher 34, insbesondere in den Poren des Speichermaterials und in den Leitungen, bedeuten.The temperature change of the memory during its heating or during its cooling and the change in the free amount of NH 3 in the gas phase of the available pore and line volume cause a pressure change in the memory 34 , This relationship can be described, for example, by Equation 3, in which ΔS r is the desorption or absorption entropy of the NH 3 storage material, R m the universal gas constant and V free the free gas volume in the store 34 , in particular in the pores of the storage material and in the lines mean.

Figure 00120001
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Da gemäß Gleichung 3 über die Temperaturänderung dTSpeicher/dt die füllstandsabhängige Wärmekapazität gemäß Gleichung 2 in die Druckänderung einfließt, eignet sich letztere ebenfalls als Zustandgröße, die im Rahmen der vorliegenden Erfindung zur Beobachtung des Abkühl- und Aufheizverhaltens des Speichers und der Bestimmung seines Beladungszustandes herangezogen werden kann.Since according to equation 3 on the temperature change dT memory / dt the level-dependent heat capacity according to equation 2 is included in the pressure change, the latter is also suitable as a state variable used in the present invention for monitoring the cooling and heating behavior of the memory and the determination of its loading condition can be.

Die Gleichungen 2 und 3 zeigen beispielhaft Möglichkeiten für die Beschreibung der Abhängigkeiten der Temperaturänderung beziehungsweise Druckänderung im Speicher 34 während seines Aufheizens oder Abkühlens. Durch Erfassung der Temperatur- und/oder Druckänderung kann somit die Wärmekapazität des Speichers CSpeicher berechnet werden und aus dieser die Wärmekapazität des Speichermaterials, woraus auf seinen NH3-Beladungszustand geschlossen werden kann. Diese Gleichungen können in computerlesbarer Form in der Steuereinrichtung 52 abgespeichert sein und für die Ermittlung des NH3-Beladungszustandes verwendet werden. The equations 2 and 3 show examples of ways to describe the dependencies of the change in temperature or pressure change in the memory 34 during its heating or cooling. By detecting the temperature and / or pressure change thus the heat capacity of the memory storage C may be calculated and from this the heat capacity of the storage material, 3 -Beladungszustand can be closed resulting in its NH. These equations may be in computer readable form in the controller 52 be stored and used for the determination of the NH 3 -Beladungszustandes.

In einer vorteilhaften Ausführungsform wird diese Ermittlung während einer Aufheizphase und/oder einer Abkühlphase durchgeführt, das heißt in Betriebsphasen, in denen kein NH3 aus dem Speicher 34 entnommen wird, um dieses in den Abgaskanal 24 zu dosieren. Hierdurch vereinfachen sich die Zusammenhänge.In an advantageous embodiment, this determination is carried out during a heating phase and / or a cooling phase, that is, in operating phases in which no NH 3 from the memory 34 is removed to this in the exhaust duct 24 to dose. This simplifies the connections.

In einer alternativen Ausgestaltung werden die Zusammenhänge zwischen Wärmezu- und -abfluss und der Temperatur- beziehungsweise Druckänderung im Speicher 34 bei definierten NH3-Belandungszuständen empirisch ermittelt und in Kennfeldern abgespeichert, die in der Steuereinrichtung 52 in computerlesbarer Form hinterlegt werden.In an alternative embodiment, the relationships between heat inlet and outlet and the temperature or pressure change in the memory 34 determined empirically at defined NH 3 Belandungszuständen and stored in maps that in the control device 52 be deposited in computer-readable form.

2 zeigt beispielhaft den zeitlichen Verlauf des mit dem Drucksensor 50 erfassten NH3-Dampfdrucks im Falle eines 60%igen und 90%igen NH3-Füllstandes. Hier wurde die kontinuierliche Beheizung beendet, sobald der erwünschte Betriebsdruck (angedeutet durch den horizontalen Balken) erreicht war. Dies ist im Falle des praktisch vollen Speichers bei einer Aufheizzeit 1 der Fall und bei dem nur teilbeladenen Speicher erst bei der Aufheizzeit 2. Es wird somit ersichtlich, dass die notwendige Aufheizzeit bis zum Erreichen des Betriebsdrucks (oder eines anderen vorbestimmten Drucks) mit abnehmenden Füllstand des Speichers 34 stark ansteigt. 2 shows an example of the time course of the with the pressure sensor 50 detected NH 3 vapor pressure in the case of a 60% and 90% NH 3 level. Here, the continuous heating was stopped as soon as the desired operating pressure (indicated by the horizontal bar) was reached. This is in the case of practically full memory at a heating time 1 the case and the only partially loaded memory only during the heating time 2 , It will thus be seen that the necessary heat-up time to reach the operating pressure (or other predetermined pressure) with decreasing level of the memory 34 rises sharply.

2 verdeutlicht, dass im Rahmen der vorliegenden Erfindung statt der Temperatur- oder Druckänderung auch eine Aufheizzeit (oder eine kumulierte, durch die Heizeinrichtung 38 eingebrachte Heizleistung) gemessen werden kann, bis zu der ein vorbestimmter Druck im Speicher aufgebaut wird, und in Abhängigkeit der so erfassten Aufheizzeit der NH3-Beladungszustand des Speichers aus einem Kennfeld beziehungsweise einer Kennlinie ausgelesen werden kann. Ebenso kann eine Zeitspanne und/oder kumulierte Heizleistung bis zur Erreichung einer vorbestimmten Speichertemperatur erfasst und für die Ermittlung der Beladung herangezogen werden. 2 illustrates that in the context of the present invention, instead of the temperature or pressure change, a heating time (or a cumulative, by the heater 38 introduced heating power) can be measured, up to which a predetermined pressure is built up in the memory, and depending on the thus detected heating time of the NH 3 -Beladungszustand the memory can be read from a map or a characteristic. Likewise, a time span and / or cumulative heating power can be detected until reaching a predetermined storage temperature and used for determining the load.

Die Diagnose kann während einer Aufheizphase oder Abkühlphase des Speichers 34 durchgeführt werden. Die Durchführung während der Abkühlphase bietet den Vorteil, dass dem Speicher keine Wärme mehr zugeführt wird. Da der Abkühlvorgang ein relativ langsamer Prozess ist, folgt die sich im Speicher ausbildende Temperatur- und/oder Druckänderung sehr gut dem Absorptions- und Desorptionsgleichgewicht der Gleichung 1. Das Diagnoseverfahren während der Abkühlphase wird in einer entsprechenden Nachlaufstrategie in der Steuereinrichtung 52 appliziert. Die Betrachtung der Zustandsgrößen während der Aufheizphase hat dagegen den Vorteil, dass die Auswertung während des Fahrzeugbetriebs durchgeführt werden kann.The diagnosis may be during a heating or cooling phase of the memory 34 be performed. The implementation during the cooling phase has the advantage that the memory no heat is supplied. Since the cooling process is a relatively slow process, the temperature and / or pressure change in the memory very well follows the absorption and desorption equilibrium of Equation 1. The diagnostic process during the cooling phase becomes a corresponding tracking strategy in the controller 52 applied. On the other hand, the consideration of the state variables during the heating phase has the advantage that the evaluation can be carried out during vehicle operation.

Um die Diagnose zu verbessern, können in vordefinierten Zeitintervallen weitere Diagnosezeitpunkte definiert werden, an denen der aktuelle Speicherdruck und/oder die aktuelle Speichertemperatur abgefragt wird. Auch diese Zustandsgrößen können mit geeigneten, in der Steuereinrichtung 52 hinterlegten Kennlinien und Kennfeldern abgeglichen werden und hieraus der Füllstand bestimmt werden.To improve the diagnosis, further diagnosis times can be defined at predefined time intervals at which the current storage pressure and / or the current storage temperature is queried. These state variables can also be used with suitable, in the control device 52 stored characteristic curves and maps are adjusted and from this the level can be determined.

Auswertung des Übergangs zwischen zwei ZersetzungsstufenEvaluation of the transition between two decomposition stages

Die Freisetzung der in einem Metallamminsalz gespeicherten NH3-Menge erfolgt in mehreren Zersetzungsstufen. Das SrCl2(NH3)x-System beispielsweise weist zwei Zersetzungsstufen auf, wobei bei der ersten Zersetzungsstufe 7 mol NH3 pro mol SrCl2 und in der zweiten Zersetzungsstufe 1 mol NH3 pro mol SrCl2 freigesetzt werden. Bei der zweiten Zersetzungsstufe liegt die erforderliche Betriebstemperatur und Desorptionsenthalpie (Heizleistung) höher als bei der ersten Zersetzungsstufe. Aus energetischen Gründen ist es daher sinnvoll, den Speicher 34 nicht vollständig zu entleeren, sondern nur die erste Zersetzungsstufe für die NH3-Versorgung des Katalysatorsystems 30 zu nutzen. So können bei dem Strontiumchlorid-Speichermaterial die 12,5% der in der zweiten Zersetzungsstufe freisetzbaren NH3-Menge als Reserve im Speicher vorgehalten werden, um die Systemfunktion zu gewährleisten.The release of the NH 3 amount stored in a metal ammine salt takes place in several decomposition stages. For example, the SrCl 2 (NH 3 ) x system has two decomposition stages, with 7 mol of NH 3 released per mole of SrCl 2 in the first decomposition stage and 1 mol of NH 3 per mol of SrCl 2 in the second decomposition stage. In the second decomposition stage, the required operating temperature and desorption enthalpy (heating power) are higher than in the first decomposition stage. For energy reasons, it makes sense, therefore, the memory 34 not completely empty, but only the first decomposition stage for the NH 3 supply of the catalyst system 30 to use. Thus, in the strontium chloride storage material, the 12.5% of the releasable in the second stage decomposition NH 3 amount can be kept in reserve as a reserve to ensure system functionality.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann daher mit Vorteil derjenige NH3-Füllstand bestimmt werden, der den Übergang von der ersten zur zweiten Zersetzungsstufe des verwendeten NH3-Speichermaterials kennzeichnet. In the context of the present invention, therefore, it is possible with advantage to determine that NH 3 filling level which characterizes the transition from the first to the second decomposition stage of the NH 3 storage material used.

3 zeigt am Beispiel für das Strontiumchloridsalz die Temperatur-Druck-Gleichgewichtskurven für das Speichermaterial in seiner ersten Zersetzungsstufe (SrC12(NH3)x mit x = 2 bis 8) und für seine zweite Zersetzungsstufe (SrCl2(NH3)). Um festzustellen, in welcher Zersetzungsstufe das Speichermaterial vorliegt, können nun die beiden Zustandsgrößen Speichertemperatur und Speicherdruck gemessen werden. Durch ein Abgleich mit einem abgespeicherten Druck-Temperatur-Kennfeld kann die Zersetzungsstufe ermittelt werden. 3 shows the example of the strontium chloride salt temperature-pressure equilibrium curves for the memory material in its first decomposition stage (SrC1 2 (NH 3 ) x with x = 2 to 8) and for its second decomposition stage (SrCl 2 (NH 3 )). In order to determine in which decomposition stage the storage material is present, the two state variables storage temperature and storage pressure can now be measured. By matching with a stored pressure-temperature map, the decomposition level can be determined.

Dieses Verfahren wird noch genauer, wenn zur Bestimmung der Zersetzungsstufe zwei oder mehr „Stützpunkte” erfasst werden. Beispielsweise kann in einem ersten Schritt vor dem Systemstart überprüft werden, welcher Druck in dem Speicher bei der gegebenen Temperatur vorliegt. Anhand der in der Steuereinrichtung 52 hinterlegten Gleichgewichtskurven kann differenziert werden, ob der Punkt auf der Kurve für die erste oder die zweite Zersetzungsstufe liegt. Sodann wird durch Beheizung des Systems ein bestimmter Solldruck eingeregelt, der vorzugsweise im Bereich von 1,5 bis 3,5 bar liegt. Dieser Betriebsdruck ist in 3 anhand des horizontalen Balkens verdeutlicht. Wird nun die bei dem vorbestimmten Druck vorliegende Temperatur erfasst, kann wiederum anhand der abgespeicherten Kennlinien ermittelt werden, welcher Zersetzungsstufe der Punkt entspricht.This method becomes even more accurate when two or more "bases" are detected to determine the decomposition level. For example, in a first step before starting the system, it can be checked which pressure is present in the memory at the given temperature. Based on the in the control device 52 deposited equilibrium curves can be differentiated, whether the point lies on the curve for the first or the second decomposition stage. Then, by heating the system, a certain desired pressure is adjusted, which is preferably in the range of 1.5 to 3.5 bar. This operating pressure is in 3 illustrated by the horizontal bar. If the temperature present at the predetermined pressure is now detected, it can again be determined on the basis of the stored characteristic curves which decomposition level corresponds to the point.

Da der Abkühlvorgang relativ langsam verläuft, folgt das System auch hier wieder sehr gut der Gleichgewichtskurve gemäß Gleichung 1, so dass das reale Messsystem gut mit dem Modell korreliert.Since the cooling process is relatively slow, the system follows very well the equilibrium curve according to equation 1, so that the real measuring system correlates well with the model.

Sobald der Übergang auf die zweite Zersetzungsstufe diagnostiziert wird, wird durch die Steuereinrichtung 52 ein Kartuschenwechselsignal an den Fahrer und/oder an ein OBD-System ausgegeben. Da zu diesem Zeitpunkt noch eine Reserve von 12,5% der maximal speicherbaren NH3-Menge vorliegt, kann auf dieser Basis eine Strecke bestimmt werden, die voraussichtlich bis zum nächsten Speicherwechsel mit dem Fahrzeug noch zurückgelegt werden kann. Auch diese Angabe kann dem Fahrer angezeigt werden.Once the transition to the second stage of decomposition is diagnosed, the controller will 52 a cartridge change signal is output to the driver and / or to an OBD system. Since there is still a reserve of 12.5% of the maximum storable NH 3 amount at this point in time, it is possible on this basis to determine a route which can presumably still be covered by the vehicle until the next memory change. This information can also be displayed to the driver.

Füllstandskontrolle nach SpeicherwechselLevel control after memory change

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich auch, um Plausibilitätsprüfungen durchzuführen, mit denen sichergestellt werden kann, dass bei einem Speicherwechsel nicht manipuliert werden kann. Beispielsweise muss verhindert werden, dass, nachdem ein Fahrer zum Speicherwechsel aufgefordert wurde, der entleerte Speicher aus seiner Halterung entfernt und derselbe Speicher sofort wieder eingesetzt wird, um einem OBD-System einen Speicherwechsel vorzutäuschen und das System wieder zu initialisieren.The method according to the invention is also suitable for carrying out plausibility checks which can be used to ensure that it is not possible to manipulate a memory change. For example, it must be prevented that, after a driver has been asked to change memory, the empty memory from its holder removed and the same memory is immediately reinstated to simulate an OBD system memory change and re-initialize the system.

In diesem Zusammenhang wird bei dem ersten Systemstart nach Einsetzen eines Speichers wiederum während eines Wärmeeintrags in diesen und/oder eines Wärmeaustrags aus diesem wenigstens eine das Aufheizverhalten und/oder das Abkühlverhalten des Speichers charakterisierende Zustandsgröße erfasst. Die erfasste Zustandsgröße wird dann im Rahmen einer Plausibilitätsprüfung mit geeigneten Kriterien überprüft, die sicherstellen, dass die Zustandsgröße mit einem NH3-Beladungszustand des Speichers korreliert, der einer zumindest annähernd vollen Kartusche entspricht. Beispielsweise kann hier die Zeitspanne und/oder die kumulierte Heizleistung erfasst werden, bis ein vorbestimmter Druck im Speicher, insbesondere sein üblicher Betriebsdruck, erreicht ist. Mit Verweis auf 2 kann somit die erfasste Aufheizzeit bis zum Erreichen des Betriebsdrucks mit der Aufheizzeit 1, die für einen Speicher ermittelt wurde, dessen NH3-Beladungszustand zumindest 90% beträgt, abgeglichen werden. Dabei kann ein Toleranzbereich Δt für die Aufheizzeit vorgegeben werden. Liegt die erfasste Aufheizzeit innerhalb des Toleranzbereichs Δt, so stellt das System einen ordnungsgemäß gefüllten Speicher fest und gibt ihn frei. Liegt die erfasste Aufheizzeit hingegen unterhalb des Toleranzbereichs, so wird der Fahrer weiterhin aufgefordert, den Speicher zu wechseln. Bei Unterschreitung eines vorbestimmten unteren kritischen Wertes für die Aufheizzeit oder eines anderen Kriteriums, kann sogar der Fahrzeugbetrieb gesperrt werden.In this context, during the first system start, after the onset of a memory, during a heat input into this and / or a heat discharge, this state variable is again detected from this at least one characterizing the heating behavior and / or the cooling behavior of the memory. The detected state variable is then checked as part of a plausibility check with suitable criteria, which ensure that the state variable correlates with a NH 3 -loading state of the memory, which corresponds to an at least approximately full cartridge. For example, here the time span and / or the cumulative heating power can be detected until a predetermined pressure in the memory, in particular its usual operating pressure, is reached. With reference to 2 Thus, the detected heating time can be adjusted to reach the operating pressure with the heating time 1, which was determined for a memory, the NH 3 -Beladungszustand is at least 90%. In this case, a tolerance range .DELTA.t can be specified for the heating time. If the detected heating time is within the tolerance range Δt, the system determines a properly filled memory and releases it. On the other hand, if the detected heating time is below the tolerance range, the driver is still requested to change the memory. Falling below a predetermined lower critical value for the heating time or another criterion, even the vehicle operation can be disabled.

Alternativ zur erfassten Aufheizdauer oder kumulierten Aufheizleistung kann auch überprüft werden, ob ein Druckgradient und/oder der Verlauf des Drucks in einem vorgegebenen Toleranzbereich liegen.As an alternative to the recorded heating duration or cumulative heating power, it is also possible to check whether a pressure gradient and / or the course of the pressure lie within a predetermined tolerance range.

Um das Einsetzen eines neuen Speichers in die Kartuschenhalterung feststellen zu können, kann in der Kartuschenhalterung ein geeigneter Mechanismus, beispielsweise ein Tastschalter oder ein optischer Signalgeber, integriert sein, der beim Einsetzen der Kartusche ausgelöst wird. Um Systemmanipulationen noch sicherer zu begegnen, kann in dem Steuerungsalgorithmus der Steuereinheit 52 ein Zähler (Timer) integriert sein, der nach einem Speicherwechsel zurückgesetzt wird und zu laufen beginnt. Wenn nach einem Speicherwechsel die vorstehend beschriebene Plausibilitätsprüfung einmal durchgeführt wurde, muss eine vorbestimmte Betriebsdauer und/oder eine vorbestimmte zurückzulegende Fahrstrecke erreicht werden, bevor die Füllstandskontrolle nach einem Speicherwechsel erneut ausgelöst werden darf.In order to detect the insertion of a new memory in the cartridge holder, in the cartridge holder, a suitable mechanism, such as a push button switch or an optical signal transmitter, be integrated, which is triggered when inserting the cartridge. In order to handle system manipulations even more securely, in the control algorithm of the control unit 52 a counter (timer) integrated which is reset after a memory change and starts to run. If, after a memory change, the above-described plausibility check has been carried out once, a predetermined operating time and / or a predetermined distance traveled must be reached before the level control may be triggered again after a memory change.

Voraussetzung sollte allerdings sein, dass die initiale Füllstandskontrolle tatsächlich auch abgeschlossen werden konnte, was bei einem Kurzstreckenbetrieb nicht immer sichergestellt werden kann. Sollte daher die initiale Füllstandskontrolle nach einem Speicherwechsel beispielsweise aufgrund einer zu kurzen Betriebsdauer nicht abgeschlossen werden können, kann vorgesehen sein, die Plausibilitätsprüfung so oft durchzuführen, bis sie abgeschlossen werden kann.However, the prerequisite should be that the initial level control could actually be completed, which can not always be ensured in the case of short-haul operations. If, therefore, the initial fill level control can not be completed after a memory change, for example due to a too short operating time, it may be provided to carry out the plausibility check so often that it can be completed.

Zusätzlich können noch Plausibilitätsprüfungen mit Hilfe von NOx-Sensoren und/oder NH3-Sensoren durchgeführt werden.In addition, plausibility checks can be carried out with the help of NO x sensors and / or NH 3 sensors.

Verplombung des SpeichersSealing the memory

Um weiter sicherzustellen, dass nur ordnungsgemäß befüllte Speicher verwendet werden, werden gemäß einer Ausführung der Erfindung die Speicherkartuschen nach ihrer Wieder- oder Erstbefüllung werksseitig verplombt. Zu diesem Zweck kann an der Speicherkartusche und/oder an der fahrzeugseitigen Kartuschenhalterung eine geeignete mechanisch betätigbare Vorrichtung vorhanden sein. Beim Einsetzen des Speichers in seine Halterung wird durch die Plombe an der Kartusche der Mechanismus an der Kartuschenhalterung betätigt. Dieser Vorgang sollte nur einmal möglich sein, um zu verhindern, dass bei einem Kartuschenwechsel eine nicht ordnungsgemäß gefüllte Kartusche eingesetzt werden kann.To further ensure that only properly filled memory is used, according to an embodiment of the invention, the memory cartridges are sealed at the factory after their re-filling or initial filling. For this purpose, a suitable mechanically actuable device may be present on the storage cartridge and / or on the vehicle-mounted cartridge holder. When inserting the memory in its holder is actuated by the seal on the cartridge, the mechanism on the cartridge holder. This procedure should only be possible once to prevent a cartridge that is not filled properly from changing cartridges.

Bei dem Verplombungsmechanismus an der Speicherkartusche kann es sich beispielsweise um einen federbelasteten Bolzen handeln, der beim Einsetzen der Kartusche eine definierte Kraft auf den Auslösemechanismus an der fahrzeugseitigen Kartuschenhalterung ausübt. Wenn dieser Bolzen einmal betätigt, insbesondere reingedrückt wurde, wird er arretiert. Diese Arretierung sollte nur mit Spezialwerkzeugen durch die für die Wiederbefüllung verantwortlichen Unternehmen gelöst werden können.The sealing mechanism on the storage cartridge may be, for example, a spring-loaded bolt that exerts a defined force on the triggering mechanism on the vehicle-mounted cartridge holder when the cartridge is inserted. Once this pin has been pressed, in particular pushed in, it is locked. This lock should only be able to be handled by special tools by the companies responsible for refilling.

Speicherchip auf der SpeicherkartuscheMemory chip on the memory cartridge

Als weitere Maßnahme, um bei einem Speicherwechsel zu gewährleisten, dass die leere Kartusche durch eine volle Kartusche ersetzt wird, ist nach einer weiteren Ausführung an der Kartusche ein Speicherchip angebracht, der der Steuereinrichtung 52 meldet, dass eine neue volle Speicherkartusche eingesetzt wurde. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform können auf dem Chip zusätzliche Daten gespeichert werden, beispielsweise die gespeicherte NH3-Menge, eine unter Einhaltung einer Reserve entnehmbare NH3-Menge und/oder andere Daten. Weitere Angaben können beispielsweise Angaben zum Speichermaterial, insbesondere eine Druck-Temperatur-Kennlinie, Kennlinien zur Füllstandserfassung, Angaben zur Desorptionsenthalpie und/oder -entropie etc. umfassen.As a further measure to ensure that the empty cartridge is replaced by a full cartridge during a memory change, a memory chip is attached to a further embodiment of the cartridge, the control device 52 reports that a new full memory cartridge has been inserted. In a further advantageous embodiment, additional data can be stored on the chip, for example the amount of NH 3 stored, a quantity of NH 3 which can be withdrawn while maintaining a reserve, and / or other data. Further details can include, for example, information on the storage material, in particular a pressure-temperature characteristic curve, characteristic curves for level detection, information on desorption enthalpy and / or entropy, etc.

Sobald die Speicherkartusche entleert ist beziehungsweise eine untere Füllstandsgrenze erreicht hat, wird dies auf dem Speicherchip registriert. Der Speicherchip wird dann nach einer Wiederbefüllung werksseitig zurückgesetzt.Once the memory cartridge is empty or has reached a lower level limit, this is registered on the memory chip. The memory chip is then reset by default after refilling.

Dichtigkeitsprüfungleak test

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überprüfung der Dichtigkeit des Ammoniakspeichersystems 32 des SCR-Katalysatorsystems 28, insbesondere des Leitungssystems 42, das insbesondere sämtliche Leitungen zwischen den verschiedenen Speichern 34, 36 und dem Abgaskanal 24 umfasst.A further aspect of the invention relates to a method and a device for checking the tightness of the ammonia storage system 32 of the SCR catalyst system 28 , in particular the line system 42 in particular all lines between the different memories 34 . 36 and the exhaust duct 24 includes.

Eine erste Ausführung ist in 4 dargestellt, in welcher ein SCR-Katalysatorsystem 28 entsprechend 1 gezeigt ist, wobei gleiche Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind. Einige Elemente, beispielsweise die Steuereinrichtung 52, sind aus Gründen der Übersichtlichkeit in den 4 und 5 nicht dargestellt. Zusätzlich zu dem Drosselventil 46 umfasst das Gaszufuhrleitungssystem 42 gemäß 4 weitere Absperrorgane 56, 58, insbesondere Ventile oder Magnetventile, durch welche die Speicher 34, 36 von dem Leitungssystem 42 getrennt werden können. Mit 60 ist zudem ein Rückschlagventil bezeichnet. Um nun zu überprüfen, ob das Leitungssystem 42 eine ausreichende Dichtigkeit aufweist, wird ein vorbestimmter Überdruck in dem Leitungssystem 42 bei geschlossen Absperrorganen 46, 56, 58 aufgebaut. Die Trennung der Speicher 34 und 36 von dem Leitungssystem 42 ist erforderlich, damit keine Druckänderung durch einen eventuellen NH3-Desorptions- oder Adsorptionsvorgang erfolgen kann. Sodann wird mittels eines im Gaszufuhrleitungssystem 42 installierten Drucksensors 62 überprüft, ob der Druck für eine vorbestimmte Zeitdauer gehalten werden kann. Ist dies der Fall, so wird mittels der Steuereinrichtung 52 das System als in Ordnung gekennzeichnet. Wird hingegen ein Druckabfall beobachtet, der eine vorbestimmte Toleranz überschreitet, wird eine Leckage erkannt und gemeldet und das System deaktiviert. Zusätzlich können noch Sicherheitsventile in das System integriert werden, die im Falle einer Leckage geschlossen werden, um einen Ammoniakaustritt in die Umgebung zu verhindern. Sodann wird durch die Steuereinrichtung 52 ein Signal an den Fahrer ausgegeben, das diesen auffordert, eine Werkstatt aufzusuchen.A first version is in 4 in which an SCR catalyst system 28 corresponding 1 is shown, wherein like components are designated by the same reference numerals. Some elements, such as the controller 52 , for the sake of clarity in the 4 and 5 not shown. In addition to the throttle valve 46 includes the gas supply pipe system 42 according to 4 further shut-off devices 56 . 58 , in particular valves or solenoid valves, through which the memory 34 . 36 from the pipe system 42 can be separated. With 60 is also called a check valve. In order to check now if the line system 42 has a sufficient tightness, is a predetermined overpressure in the conduit system 42 with closed shut-off devices 46 . 56 . 58 built up. The separation the memory 34 and 36 from the pipe system 42 is necessary so that no pressure change can take place through a possible NH 3 desorption or adsorption process. Then by means of a gas supply line system 42 installed pressure sensor 62 checks whether the pressure can be maintained for a predetermined period of time. If this is the case, then by means of the control device 52 the system marked as in order. On the other hand, if a pressure drop exceeding a predetermined tolerance is observed, a leak is detected and reported and the system deactivated. In addition, safety valves can be integrated into the system, which are closed in the event of a leak to prevent ammonia leakage into the environment. Then by the control device 52 a signal is issued to the driver requesting that he visit a workshop.

In einer alternativen Ausführung eines Systems zur Dichtigkeitsprüfung des Gaszufuhrleitungssystems 42, welche in 5 dargestellt ist, sind die zu überprüfenden Abschnitte des Leitungssystems 42 mit einer doppelten Außenwand 64 ausgestaltet.In an alternative embodiment of a system for leak testing the gas supply pipe system 42 , what a 5 are shown, are the sections of the line system to be checked 42 with a double outer wall 64 designed.

In einer Ausgestaltung liegt zwischen beiden Leitungswandungen ein Gas, beispielsweise Luft, bei einem vorbestimmten Druck vor, der mit dem Drucksensor 62 erfasst wird. Der zwischen den beiden Wandungen befindliche Zwischenraum sollte hermetisch von der Umgebung abgeschlossen sein, insbesondere nicht mit dem Abgaskanal 24 und den Speichern 34, 36 kommunizieren. Wird innerhalb eines vorbestimmten Zeitintervalls eine Druckänderung festgestellt, die einem vorbestimmten Grenzwert überschreitet, wird das Vorliegen einer Leckage durch die Steuereinrichtung 52 festgestellt. Damit auch ein Loch im äußeren Mantel des doppelwandigen Rohres 64 detektiert werden kann, wird in den Zwischenraum ein von dem Umgebungsdruck abweichender Druck, also ein Unter- oder ein Überdruck angelegt.In one embodiment, a gas, for example air, is present between the two conduit walls at a predetermined pressure which is connected to the pressure sensor 62 is detected. The gap between the two walls should be hermetically sealed from the environment, especially not with the exhaust duct 24 and the stores 34 . 36 communicate. If, within a predetermined time interval, a pressure change which exceeds a predetermined limit value is detected, the presence of a leak by the control device is detected 52 detected. So that a hole in the outer jacket of the double-walled pipe 64 can be detected, a pressure deviating from the ambient pressure, ie a negative pressure or an overpressure is applied in the intermediate space.

Im Falle der doppelwandigen Ausführung der Rohrleitungen gemäß 5 können weitere Varianten zur Dichtigkeitsprüfung vorgesehen sein, die auf der direkten oder indirekten Detektion von eindringendem Ammoniak in den Zwischenraum basieren. Insbesondere kann in dem Zwischenraum ein stark NH3-adsorbierendes Material angeordnet sein, das NH3-endotherm, insbesondere aber exotherm adsorbiert. Eine Temperaturänderung, die mit einem Temperatursensor 66 in dem Zwischenraum detektiert wird und die nicht mit einer Änderung der Umgebungstemperatur korreliert, führt zu der Feststellung einer Leckage.In case of double-walled piping according to 5 For example, further variants for leak testing can be provided which are based on the direct or indirect detection of penetrating ammonia into the intermediate space. In particular, a strongly NH 3 -adsorbierendes material can be arranged in the gap, which adsorbs NH 3 -endothermally, but especially exothermic. A temperature change with a temperature sensor 66 is detected in the gap and does not correlate with a change in ambient temperature leads to the detection of leakage.

Alternativ kann ebenfalls ein stark NH3-adsorbierendes Material in dem Zwischenraum des doppelwandigen Leitungssystems 64 angeordnet sein, das zu einer pH-Wertänderung infolge der Adsorption führt. Diese pH-Wertänderung kann mittels eines pH-Sensors (in 5 nicht dargestellt) erfasst werden.Alternatively, also a strong NH 3 adsorbing material in the space of the double-walled conduit system 64 be arranged, which leads to a pH change due to the adsorption. This pH change can be monitored by means of a pH sensor (in 5 not shown).

In weiterer alternativer Ausführung kann ein NH3-Sensor 68 in den Zwischenraum des doppelwandigen Leitungssystems 64 angeordnet sein, der eine direkte Messung der NH3-Konzentration im Zwischenraum vornimmt.In a further alternative embodiment, an NH 3 sensor 68 in the intermediate space of the double-walled pipe system 64 be arranged, which makes a direct measurement of the NH 3 concentration in the intermediate space.

Funktionsüberprüfung der DosiereinrichtungFunction check of the dosing device

Um die beispielsweise als Drosselventil ausgestaltete Dosiereinrichtung 46 funktionell zu überprüfen, wird vorgeschlagen, in einem ersten Schritt bei geschlossener Dosiereinrichtung 46 einen Druckaufbau im Leitungssystem durchzuführen. Sobald nach einem Systemstart ein geeigneter Druckaufbau registriert wird, zeigt dies, dass gasförmiges NH3 für die Dosierung im System vorhanden ist und dass eine Dichtigkeit des Ventils 46 vorliegt. Zudem kann während des Systembetriebs überprüft werden, ob ein vorbestimmter Druck im Leitungssystem 42 vorliegt.To the example designed as a throttle valve metering 46 Functionally check is proposed, in a first step with closed dosing 46 to perform a pressure build-up in the pipe system. As soon as a suitable pressure build-up is registered after a system start, this indicates that gaseous NH 3 is present for the metering in the system and that a tightness of the valve 46 is present. In addition, it can be checked during system operation whether a predetermined pressure in the piping system 42 is present.

Zusätzlich kann die Systemfunktion mithilfe einer Durchflussmessung der als Massflow-Regler ausgestalteten Dosiereinrichtung überwacht werden. Zusätzlich oder alternativ kann der NOx-Umsatz am SCR-Katalysator 30 über NOx-Sensoren überwacht werden, die im Abgaskanal 24 stromauf und/oder stromab des Katalysators 30 installiert sind.In addition, the system function can be monitored by means of a flow measurement of the metering device designed as massflow regulator. Additionally or alternatively, the NO x conversion at the SCR catalyst 30 monitored via NO x sensors in the exhaust duct 24 upstream and / or downstream of the catalyst 30 are installed.

Alternativ kann über die Detektion von NH3 stromauf des SCR-Katalysators 30 mittels eines dort installierten NH3-Sensors oder mittels einer NH3-Querempfindlichkeit des NOx-Sensors die korrekte Dosierfunktion der Dosiereinrichtung 46 überwacht werden.Alternatively, via the detection of NH 3 upstream of the SCR catalyst 30 by means of a NH 3 sensor installed there or by means of an NH 3 cross sensitivity of the NO x sensor, the correct metering function of the metering device 46 be monitored.

Bezugszeichenliste LIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
Fahrzeugvehicle
1212
Verbrennungsmotorinternal combustion engine
1414
Abgasanlageexhaust system
1616
Einspritzanlageinjection
1818
Zylindercylinder
2020
Ansaugkanalintake port
2222
Drosseleinrichtungthrottling device
2424
Abgaskanalexhaust duct
2626
erster Katalysatorfirst catalyst
2828
SCR-KatalysatorsystemSCR-catalyst system
3030
SCR-KatalysatorSCR catalyst
3232
AmmoniakspeichersystemAmmonia storage system
3434
Hauptspeichermain memory
3636
Speicher (Startspeicher/Betriebsspeicher)Memory (start memory / operating memory)
3838
Heizeinrichtungheater
4040
Heizeinrichtungheater
4242
GaszufuhrleitungGas supply line
4444
VentilValve
4646
Dosiereinrichtung (Drosselventil/Massflow-Regler)Dosing device (throttle valve / massflow controller)
4848
Temperatursensortemperature sensor
5050
Drucksensorpressure sensor
5252
Steuereinrichtungcontrol device
5454
MotorsteuergerätEngine control unit
5656
VentilValve
5858
VentilValve
6060
Rückschlagventilcheck valve
6262
Drucksensorpressure sensor
6464
Doppelte AußenwandDouble outer wall
6666
Temperatursensortemperature sensor
6868
NH3-SensorNH 3 sensor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102006061370 A1 [0005] DE 102006061370 A1 [0005]
  • EP 1977817 A1 [0006] EP 1977817 A1 [0006]

Claims (13)

Verfahren zur Bestimmung eines NH3-Beladungsstandes eines Speichers (34) eines Ammoniakspeichersystems (32) eines nach dem Prinzip der selektiven katalytischen Reduktion (SCR) arbeitenden Katalysatorsystems (28), wobei der Speicher (34) ein NH3-Speichermaterial enthält, das temperaturabhängig Ammoniak (NH3) reversibel zu binden vermag, und mit einer Heizeinrichtung (38) ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, dass während eines Wärmeeintrags in den Speicher (34) und/oder Wärmeaustrags aus dem Speicher (34) wenigstens eine, ein Aufheizverhalten und/oder ein Abkühlverhalten des Speichers (34) charakterisierende Zustandsgröße des Speichers (34) erfasst wird und der NH3-Beladungsstand des Speichers (34) in Abhängigkeit von der wenigstens einen Zustandsgröße bestimmt wird.Method for determining an NH 3 charge level of a memory ( 34 ) of an ammonia storage system ( 32 ) of a catalytic system operating on the principle of selective catalytic reduction (SCR) ( 28 ), whereby the memory ( 34 ) contains an NH 3 storage material which is capable of reversibly binding ammonia (NH 3 ) as a function of temperature, and with a heating device ( 38 ), characterized in that during a heat input into the memory ( 34 ) and / or heat discharges from the memory ( 34 ) at least one, a heating behavior and / or a cooling behavior of the memory ( 34 ) characterizing state quantity of the memory ( 34 ) and the NH 3 level of the store ( 34 ) is determined as a function of the at least one state variable. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine, das Abkühlverhalten und/oder das Aufheizverhalten des Speichers (34) charakterisierende Zustandsgröße während einer Betriebsphase beobachtet wird, in der dem Speicher (34) kein Ammoniak entnommen wird, insbesondere während einer Beheizung des Speichers (36) bei Systemstart oder bei Abkühlung des Speichers (34) nach Abstellen des Systems.A method according to claim 1, characterized in that the at least one, the cooling behavior and / or the heating behavior of the memory ( 34 ) characterizing state variable is observed during an operating phase in which the memory ( 34 ) no ammonia is removed, in particular during heating of the memory ( 36 ) at system start or when the memory cools down ( 34 ) after switching off the system. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Zustandsgröße eine temperaturbezogene und/oder druckbezogene Größe ist, insbesondere eine druckbezogene Größe.Method according to claim 1 or 2, characterized in that the at least one state variable is a temperature-related and / or pressure-related variable, in particular a pressure-related variable. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Zustandsgröße eine Temperaturänderung im Speicher (34); eine Druckänderung im Speicher (34); eine Zeitspanne und/oder kumulierte Heizleistung bis zur Erreichung einer vorbestimmten Temperatur im Speicher (34); eine Zeitspanne und/oder kumulierte Heizleistung bis zur Erreichung eines vorbestimmten Drucks im Speicher (34); eine nach einer vorbestimmten Zeit und/oder vorbestimmten kumulierten Heizleistung erreichte Temperatur im Speicher (34) und/oder einen nach einer vorbestimmten Zeit und/oder vorbestimmten kumulierten Heizleistung erreichten Druck im Speicher (34) umfasst.A method according to claim 3, characterized in that the at least one state variable a temperature change in the memory ( 34 ); a pressure change in the memory ( 34 ); a time period and / or cumulative heating power until a predetermined temperature in the memory has been reached ( 34 ); a period of time and / or cumulative heating power until a predetermined pressure is reached in the memory ( 34 ); a temperature reached after a predetermined time and / or predetermined cumulative heating power in the memory ( 34 ) and / or a pressure reached after a predetermined time and / or predetermined cumulative heating power in the memory ( 34 ). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit der wenigstens einen Zustandsgröße eine Wärmekapazität des Speichers (34) bestimmt wird und in Abhängigkeit der Wärmekapazität des Speichers (34) der NH3-Beladungsstand des Speichers (34) ermittelt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that depending on the at least one state variable, a heat capacity of the memory ( 34 ) and depending on the heat capacity of the memory ( 34 ) the NH 3 charge level of the memory ( 34 ) is determined. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung des NH3-Beladungsstandes des Speichers (34) rechnerisch unter Anwendung gespeicherter Rechenvorschriften erfolgt.Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the determination of the NH 3 -loading level of the memory ( 34 ) is done arithmetically using stored computational rules. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung des NH3-Beladungsstandes des Speichers (34) unter Anwendung gespeicherter Kennfelder erfolgt.Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the determination of the NH 3 -loading level of the memory ( 34 ) using stored maps. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung des NH3-Beladungsstandes zur Prognose einer Reichweite eines mit dem SCR-Katalysatorsystem (28) ausgestatteten Fahrzeugs (10) durchgeführt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the determination of the NH 3 loading level for predicting a range of a with the SCR catalyst system ( 28 ) equipped vehicle ( 10 ) is carried out. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmung des NH3-Beladungsstandes zur Füllstandskontrolle eines neu eingewechselten Speichers (34) durchgeführt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the determination of the NH 3 -loading level for level control of a newly loaded memory ( 34 ) is carried out. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllstandskontrolle einmalig nach Einwechselung des Speichers (34) durchgeführt wird und eine erneute Kontrolle nicht vor Ablauf einer vorbestimmten Betriebsdauer oder einer vorbestimmten zurückgelegten Fahrstrecke ausgelöst wird.A method according to claim 9, characterized in that the level control once after Einwechselung the memory ( 34 ) is carried out and a renewed check is not triggered before expiry of a predetermined operating time or a predetermined distance traveled. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das NH3-Speichermaterial des Speichers (34) aus der Gruppe der NH3-komplexierenden Metallsalze, insbesondere der Alkali- und Erdalkalimetallsalze, vorzugsweise umfassend MgCl2(NH3)x, CaCl2(NH3)x und SrCl2(NH3)x; und NH3-adsorbierenden Feststoffen, insbesondere Aktivkohle und Zeolithen, gewählt ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the NH 3 storage material of the memory ( 34 ) from the group of NH 3 -complexing metal salts, in particular the alkali and alkaline earth metal salts, preferably comprising MgCl 2 (NH 3 ) x , CaCl 2 (NH 3 ) x and SrCl 2 (NH 3 ) x ; and NH 3 adsorbing solids, especially activated carbon and zeolites. SCR-Katalysatorsystem (28) mit zumindest einem SCR-Katalysator (30) und einem Ammoniakspeichersystem (32) das zumindest einen mit einer Heizeinrichtung (38) ausgestatteten Speicher (34) umfasst, der ein NH3-Speichermaterial enthält, das temperaturabhängig Ammoniak (NH3) reversibel zu binden vermag, gekennzeichnet, durch eine Steuereinrichtung (52), die eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 auszuführen.SCR catalyst system ( 28 ) with at least one SCR catalyst ( 30 ) and an ammonia storage system ( 32 ) the at least one with a heating device ( 38 ) equipped memory ( 34 ) which contains an NH 3 storage material which is capable of reversibly binding ammonia (NH 3 ) as a function of temperature, characterized by a control device ( 52 ) configured to carry out a method according to any one of claims 1 to 11. Fahrzeug (10) mit einem SCR-Katalysatorsystem (28) nach Anspruch 12. Vehicle ( 10 ) with an SCR catalyst system ( 28 ) according to claim 12.
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