DE102016207474A1

DE102016207474A1 - Verfahren zum Betreiben eines Abgasnachbehandlungssystems, Abgasnachbehandlungssystem und Brennkraftmaschine mit einem solchen Abgasnachbehandlungssystem

Info

Publication number: DE102016207474A1
Application number: DE102016207474.1A
Authority: DE
Inventors: Jens Niemeyer; Jens Engelhardt; Raphael-Daniel Leopold; Boban Maletic; Klaus Rusch; Guido Schäffner
Original assignee: MTU Friedrichshafen GmbH
Current assignee: Rolls Royce Solutions GmbH
Priority date: 2016-04-29
Filing date: 2016-04-29
Publication date: 2017-05-11

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Abgasnachbehandlungssystems (3), welches – einen Abgasstrang (7) mit – einem SCR-Katalysator (9), – einer Dosiereinrichtung (11) zum Einbringen von Reduktionsmittel in den Abgasstrang (7) stromaufwärts des SCR-Katalysators (9), und mit – einem Durchbrucherkennungsmittel (13) zur Erkennung eines Durchbruchs des SCR-Katalysators (9) aufweist, wobei – in Abhängigkeit von wenigstens einem eine HC-Beladung des SCR-Katalysators (9) repräsentierenden Parameter auf einen von dem Durchbrucherkennungsmittel (13) erkannten Durchbruch des SCR-Katalysators (9) hin a) in einer ersten Betriebsart (29) wenigstens eine Maßnahme in Reaktion auf die HC-Beladung des SCR-Katalysators (9), oder b) in einer zweiten Betriebsart (31) wenigstens eine Maßnahme zur Anpassung des Betriebs des Abgasstrangs (7) an eine Alterung des SCR-Katalysators (9) durchgeführt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Abgasnachbehandlungssystems, ein Abgasnachbehandlungssystem, und eine Brennkraftmaschine mit einem solchen Abgasnachbehandlungssystem.
Bei Brennkraftmaschinen, welche ein Abgasnachbehandlungssystem mit einem Katalysator zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden (SCR-Katalysator) aufweisen, ergibt sich das Problem, dass in Betriebszuständen, in denen vermehrt unverbrannte Kohlenwasserstoffe (HC) im Abgas auftreten, katalytisch wirksame, aktive Zentren des SCR-Katalysators mit Kohlenwasserstoffen belegt werden können. Eine mit dem SCR-Katalysator erreichbare Umsatzrate für die Reduktion von Stickoxiden ist dann deutlich herabgesetzt. Diese Herabsetzung der Umsatzrate ist allerdings reversibel, da die HC-Speicherfähigkeit des SCR-Katalysators mit steigender Temperatur abnimmt. Insbesondere bei Temperaturen ab 350° C werden die Kohlenwasserstoffe von dem Katalysatormaterial des SCR-Katalysators desorbiert, wobei dieser nach einiger Zeit zumindest annährend oder sogar vollständig seine ursprüngliche maximale Umsatzrate wieder erlangen kann. Hiervon abzugrenzen ist eine Alterung des SCR-Katalysators, wobei dessen maximale Umsatzrate durch Alterungseffekte mit der Zeit abnimmt. Dies ist allerdings nicht reversibel. Es ist daher wichtig für den Betrieb des Abgasnachbehandlungssystems, zwischen Alterungseffekten einerseits und einer HC-Beladung des SCR-Katalysator andererseits unterscheiden zu können, wobei insbesondere eine Dosierstrategie für ein Reduktionsmittel zur Umsetzung an dem SCR-Katalysator davon abhängen kann, ob die maximale Umsatzrate reversibel durch HC-Beladung oder irreversibel durch Alterung herabgesetzt ist. Bestehende Abgasnachbehandlungssysteme sind insbesondere in Hinblick auf diese Unterscheidung verbesserungsfähig.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben eines Abgasnachbehandlungssystems, ein Abgasnachbehandlungssystem und eine Brennkraftmaschine mit einem solchen Abgasnachbehandlungssystem zu schaffen, wobei die genannten Nachteile nicht auftreten.
Die Aufgabe wird gelöst, indem die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche geschaffen werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, in dem ein Verfahren zum Betreiben eines Abgasnachbehandlungssystems geschaffen wird, welches im Folgenden auch kurz als AGN-System bezeichnet wird, und welches einen Abgasstrang mit einem SCR-Katalysator sowie eine Dosiereinrichtung zum Einbringen von Reduktionsmittel in den Abgasstrang stromaufwärts des SCR-Katalysators aufweist. Das AGN-System weist außerdem ein Durchbrucherkennungsmittel zur Erkennung eines Durchbruchs des SCR-Katalysators auf. Es ist vorgesehen, dass in Abhängigkeit von wenigstens einem die HC-Beladung des SCR-Katalysators repräsentierenden Parameter auf einen von dem Durchbrucherkennungsmittel erkannten Durchbruch des SCR-Katalysators hin in einer ersten Betriebsart wenigstens eine Maßnahme in Reaktion auf die HC-Beladung des SCR-Katalysators durchgeführt wird. Weiterhin wird in Abhängigkeit von dem wenigstens einen die HC-Beladung des SCR-Katalysators repräsentierenden Parameter in einer zweiten Betriebsart wenigstens eine Maßnahme zur Anpassung des Betriebs des Abgasstrangs an eine Alterung des SCR-Katalysators durchgeführt. Das Verfahren weist Vorteile im Vergleich zum Stand der Technik auf. Insbesondere ist es auf der Grundlage einer Abschätzung der HC-Beladung mittels des wenigstens einen Parameters möglich, eine Unterscheidung zu treffen, wie auf einen durch das Durchbrucherkennungsmittel erkannten Durchbruch des SCR-Katalysators reagiert werden soll. Weist diese Abschätzung dabei auf eine bestimmte HC-Beladung des SCR-Katalysators hin, kann in der ersten Betriebsart wenigstens eine hierzu passende Maßnahme getroffen werden. Ist dagegen aufgrund der Abschätzung der HC-Beladung unwahrscheinlich, dass der Durchbruch auf die HC-Beladung zurückzuführen ist, kann in der zweiten Betriebsart wenigstens eine Maßnahme getroffen werden, um den Betrieb des Abgasstrangs an eine Alterung des SCR-Katalysators anzupassen. Das Verfahren ermöglicht somit nicht nur eine Unterscheidung zwischen einer HC-Beladung und einer Alterung des SCR-Katalysators, sondern darüber hinaus eine geeignete Reaktion auf diese Fälle. Insbesondere wird anhand des oder in Abhängigkeit von dem die HC-Beladung des SCR-Katalysators repräsentierenden Parameter die erste Betriebsart oder die zweite Betriebsart gewählt.
Erhöhte HC-Emissionen treten verstärkt bei einem Kaltstart und kalten Umgebungsbedingungen von Brennkraftmaschinen auf. Weitere Zustände, in denen erhöhte HC-Emissionen auftreten, sind beispielsweise lange Betriebszeiten unter Leerlaufbedingungen, beispielweise bei Schiffen, welche wenigstens eine Brennkraftmaschine während des Liegens im Hafen zur Stromerzeugung einsetzen. Solche erhöhten HC-Emissionen lassen sich grundsätzlich nicht vermeiden, insbesondere lassen sich die hiermit verbundenen Betriebszustände nicht vollständig vermeiden. Wegen der in solchen Betriebszuständen auftretenden, niedrigen Abgastemperaturen kommt es zu einer HC-Beladung des SCR-Katalysators, während die Kohlenwasserstoffe bei höheren Abgastemperaturen wieder von dem Katalysatormaterial des SCR-Katalysators desorbieren können.
Unter einem Abgasnachbehandlungssystem wird insbesondere ein System verstanden, welches zum einen eingerichtet ist zur Durchleitung von Abgas, insbesondere von einer Abgasquelle, insbesondere einer Brennkraftmaschine, zu einem Abgasauslass, insbesondere einem Auspuff, und zum anderen zur Nachbehandlung des Abgases, insbesondere zur Entfernung unerwünschter, gegebenenfalls toxischer oder umweltschädlicher Substanzen und/oder Partikel oder dergleichen aus dem Abgas.
Unter einem Abgasstrang wird insbesondere ein Leitungs- oder Rohrsystem zur Durchleitung des Abgases einschließlich von entlang dieses Leitungs- oder Rohrsystems vorgesehenen Abgasnachbehandlungseinrichtungen verstanden. Unter Abgasnachbehandlungseinrichtungen werden dabei insbesondere Einrichtungen verstanden, die geeignet sind, Abgas nachzubehandeln, insbesondere Katalysatoren, Partikelfilter, Dosiereinrichtungen und dergleichen.
Unter einer Dosiereinrichtung zum Einbringen von Reduktionsmittel in den Abgasstrang wird insbesondere eine Einrichtung verstanden, die geeignet und eingerichtet ist, um ein Reduktionsmittel in den Abgasstrang und insbesondere in die Abgasströmung einzubringen, insbesondere einzudüsen oder einzuspritzen. Die Dosiereinrichtung ist vorzugsweise eingerichtet für eine Steuerung der in den Abgasstrang eingebrachten Menge an Reduktionsmittel, insbesondere pro Zeiteinheit, mithin zur Dosierung des Reduktionsmittels. Eine Mengensteuerung kann dabei insbesondere pulsweitenmoduliert, aber auch auf andere geeignete Weise erfolgen. Die Dosiereinrichtung ist insbesondere ansteuerbar ausgebildet, bevorzugt zur Dosierung des Reduktionsmittels.
Unter einem Reduktionsmittel wird insbesondere ein Medium verstanden, welches geeignet ist, an dem Katalysatormaterial des SCR-Katalysators mit Stickoxiden derart zu reagieren, dass die Stickoxide reduziert, das Reduktionsmittel jedoch oxidiert wird. Der Begriff „Reduktionsmittel“ wird dabei im weiteren Sinne derart verstanden, dass hierunter auch ein Reduktionsmittelvorläuferprodukt zu verstehen ist, welches in den Abgasstrang eindosiert wird und erst in Kontakt mit dem heißen Abgas zu einem eigentlichen Reduktionsmittel reagiert oder zerfällt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens kann als Reduktionsmittel insbesondere eine Harnstoff-Wasser-Lösung in den Abgasstrang eingebracht werden, wobei diese Harnstoff-Wasser-Lösung in dem Abgasstrang zu Ammoniak und Wasser zerfällt, wobei das Ammoniak als eigentliches Reduktionsmittel im engeren Sinne an dem SCR-Katalysator wirkt. Es reagiert dort mit in dem Abgas enthaltenen Stickoxiden zu Stickstoff und Wasser.
Unter einem SCR-Katalysator wird insbesondere eine Einrichtung verstanden, die ein katalytisches Material – vorzugsweise auf einem Trägersubstrat – aufweist, welches eingerichtet und/oder geeignet ist zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden, insbesondere zur selektiven katalytischen Umsetzung von Stickoxiden mit einem Reduktionsmittel, insbesondere Ammoniak, zu einem reduzierten Produkt, insbesondere Stickstoff.
Unter einem Durchbruch des SCR-Katalysator wird ein Zustand desselben verstanden, bei welchem dem SCR-Katalysator zugeführtes Reduktionsmittel nicht vollständig umgesetzt, insbesondere oxidiert wird, wobei vielmehr nicht umgesetztes Reduktionsmittel aus dem SCR-Katalysator austritt. Ein solcher Durchbruch kann beispielsweise auftreten, wenn eine maximale Umsatzrate des SCR-Katalysators herabgesetzt ist, wobei die eindosierte Menge an Reduktionsmittel nicht auf diese reduzierte maximale Umsatzrate abgestimmt ist. Es ist möglich, dass dann mehr Reduktionsmittel in den Abgasstrang eindosiert wird, als an dem SCR-Katalysator umgesetzt werden kann. Aus dem SCR-Katalysator tritt demnach nicht-umgesetztes Reduktionsmittel aus, sodass sich der Katalysator im Durchbruch befindet. Die maximale Umsatzrate des SCR-Katalysators kann dabei beispielsweise durch eine HC-Beladung, aber auch durch eine Alterung herabgesetzt sein.
Unter einem Durchbrucherkennungsmittel wird insbesondere eine Einrichtung verstanden, die geeignet und eingerichtet ist, um einen Durchbruch des SCR-Katalysators zu erkennen. Das Durchbrucherkennungsmittel weist insbesondere einen stromabwärts des SCR-Katalysators angeordneten, geeigneten Sensor auf, der eingerichtet ist, um nicht-umgesetztes Reduktionsmittel im Abgas nachzuweisen. Es kann sich hierbei um einen Reduktionsmittelsensor, beispielsweise einen Ammoniaksensor handeln. Wird Ammoniak als Reduktionsmittel im engeren Sinne eingesetzt, kann es sich aber auch um einen Stickoxidsensor handeln, da Stickoxidsensoren typischerweise eine Querempfindlichkeit gegenüber Ammoniak aufweisen. Um genauer einen Durchbruch erkennen zu können, ist es möglich, dass sowohl stromaufwärts des SCR-Katalysators als auch stromabwärts des SCR-Katalysators jeweils ein geeigneter Sensor, insbesondere jeweils ein Stickoxid-Sensor, vorgesehen ist. Die Signale dieser Sensoren können dann – in für sich genommen bekannter Weise – verwendet werden, um einen Durchbruch zu erkennen. Das Durchbrucherkennungsmittel kann weiterhin eine Auswerte- oder Steuereinrichtung aufweisen oder Teil einer Steuereinrichtung sein, die eingerichtet ist, um anhand von wenigstens einem Sensorsignal einen Durchbruch zu erkennen.
Die Erkennung eines Durchbruchs des SCR-Katalysators wird vorzugsweise durchgeführt, wie dies in der deutschen Patentschrift DE 10 2011 011 441 B3 beschreiben ist. In der gleichen Patentschrift ist auch eine Möglichkeit beschrieben, eine maximale Umsatzrate eines SCR-Katalysators zu bestimmen. Bei dem vorliegenden Verfahren wird bevorzugt die maximale Umsatzrate des SCR-Katalysators ebenfalls auf die Weise bestimmt, welche in der deutschen Patentschrift DE 10 2011 011 441 B3 beschrieben ist. Auf die in dieser Druckschrift niedergelegte Lehre wird hier ausdrücklich verwiesen.
Bevorzugt wird eine Abschätzung einer HC-Beladung des SCR-Katalysators anhand des wenigstens einen Parameters durchgeführt, worunter verstanden wird, dass die HC-Beladung entweder schätzweise, beispielsweise auf der Grundlage eines Modells oder einer Rechnung, oder aber implizit anhand wenigstens einer anderen Größe zumindest ungefähr bestimmt wird. Die HC-Beladung wird also bevorzugt insbesondere nicht direkt gemessen, sondern auf der Grundlage des wenigstens einen sie repräsentierenden Parameters abgeschätzt, wobei es nicht unbedingt erforderlich ist, die HC-Beladung selbst als eigene Größe abzuschätzen. Vielmehr ist auch eine implizite Abschätzung durch Ermittlung oder Schätzung einer anderen Größe möglich, welche mit der HC-Beladung korreliert. Insbesondere ist es möglich, dass der die HC-Beladung des SCR-Katalysators repräsentierende Parameter selbst als Abschätzung herangezogen wird.
Unter einem die HC-Beladung des SCR-Katalysators repräsentierenden Parameter wird eine physikalische Größe verstanden, die mit der HC-Beladung des SCR-Katalysators korreliert und somit geeignet ist, einen Hinweis auf die HC-Beladung des SCR-Katalysators zu geben. Dabei muss kein unmittelbarer Kausalzusammenhang zwischen der HC-Beladung einerseits und dem sich repräsentierenden Parameter andererseits bestehen. Es kann vielmehr ein Zusammenhang derart bestehen, dass bei Vorliegen eines bestimmten Werts oder eines bestimmten Wertebereichs des Parameters – insbesondere über eine bestimmte Zeit – auf eine bestimmte HC-Beladung des SCR-Katalysators geschlossen werden kann.
Im Rahmen des Verfahrens werden bevorzugt insbesondere mindestens zwei Parameterbereiche des Parameters unterschieden, wobei das Abgasnachbehandlungssystem in einem ersten Parameterbereich in der ersten Betriebsart und in einem zweiten Parameterbereich in der zweiten Betriebsart betrieben wird. Dabei ist dem ersten Parameterbereich bevorzugt eine größere HC-Beladung zugeordnet als dem zweiten Parameterbereich.
Die erste Betriebsart wird im Folgenden auch als Probierbetrieb bezeichnet. Ihr ist insbesondere ein Bereich der HC-Beladung zugeordnet, in welchem es sinnvoll ist, wenigstens eine Maßnahme in Reaktion auf die HC-Beladung zu ergreifen, insbesondere mit dem Ziel, nach Möglichkeit weitere Durchbrüche des SCR-Katalysators zu vermeiden und bevorzugt zugleich die HC-Beladung abzubauen. Der zweiten Betriebsart ist insbesondere eine HC-Beladung zugeordnet, welche so gering ist, dass ein erkannter Durchbruch mit großer Wahrscheinlichkeit nicht auf die HC-Beladung, sondern vielmehr auf eine Alterung des SCR-Katalysators zurückzuführen ist. Es ist dann sinnvoll, wenigstens eine Maßnahme zu treffen, um den Betrieb des Abgasstrangs an die Alterung des SCR-Katalysators anzupassen. Die zweite Betriebsart wird im Folgenden auch als Normalbetrieb bezeichnet.
In der ersten Betriebsart wird bevorzugt keine Maßnahme zur Anpassung des Betriebs des Abgasstrangs an eine Alterung des SCR-Katalysators getroffen; der Betrieb des Abgasstrangs wird also explizit nicht an eine Alterung des SCR-Katalysators angepasst. Dies ist deswegen sinnvoll, weil der erkannte Durchbruch mit hoher Wahrscheinlichkeit ausschließlich auf die HC-Beladung zurückzuführen ist, sodass keine Erkenntnisse über eine mögliche Alterung des SCR-Katalysators vorliegen. Eine Alterungsanpassung in dieser Betriebsart könnte daher zu einer Fehlanpassung führen.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass in Abhängigkeit von dem wenigstens einen die HC-Beladung des SCR-Katalysators repräsentierenden Parameter die Dosiereinrichtung entweder angesteuert wird, um Reduktionsmittel in den Abgasstrang einzubringen, oder aber nicht angesteuert wird. Es kann also in vorteilhafter Weise anhand des wenigstens einen Parameters entschieden werden, ob überhaupt Reduktionsmittel in den Abgasstrang eingebracht wird, oder ob vielmehr das Einbringen von Reduktionsmittel in den Abgasstrang unterlassen wird.
In den zuvor angesprochenen ersten und zweiten Betriebsarten wird bevorzugt Reduktionsmittel in den Abgasstrang eingebracht. Nur so kann es überhaupt zu einem Durchbruch des SCR-Katalysators kommen, auf den dann in den Betriebsarten jeweils in geeigneter Weise reagiert wird. Es ist bevorzugt eine dritte Betriebsart vorgesehen, in welcher kein Reduktionsmittel in den Abgasstrang eingebracht wird, mithin die Dosiereinrichtung nicht angesteuert wird. Dieser dritten Betriebsart ist insbesondere ein dritter Parameterbereich des Parameters zugeordnet, in welchem insbesondere eine so hohe HC-Beladung des SCR-Katalysators abgeschätzt wird, dass eine Eindosierung von Reduktionsmittel nicht sinnvoll erscheint, weil dieses zumindest zu ganz wesentlichem Anteil nicht umgesetzt werden könnte. In der ersten Betriebsart, die auch als Probierbetrieb bezeichnet wird, kann dagegen – insbesondere wiederholt – Reduktionsmittel in den Abgasstrang eingebracht werden, um zu testen, ob die HC-Beladung noch so groß ist, dass ein Durchbruch auftritt. So kann insbesondere beobachtet und festgestellt werden, ob und inwieweit die HC-Beladung gegebenenfalls bereits reduziert wurde. In der dritten Betriebsart, die auch als Normalbetrieb bezeichnet wird, wird dagegen auf der Grundlage einer konventionellen Mengensteuerung Reduktionsmittel in den Abgasstrang eingebracht, wobei ein gegebenenfalls erkannter Durchbruch auf eine Alterung des SCR-Katalysators zurückgeführt wird, woraufhin dann eine geeignete Maßnahme getroffen wird.
Vorzugsweise wird auch in dem Probierbetrieb, mithin der ersten Betriebsart, eine reguläre Dosierung auf der Grundlage einer konventionellen Mengensteuerung des Reduktionsmittels durchgeführt, wobei jedoch ein erkannter Durchbruch anders behandelt wird als in der zweiten Betriebsart, wobei nämlich aufgrund eines erkannten Durchbruchs auf eine immer noch oder wieder bestehende HC-Beladung des SCR-Katalysators geschlossen wird, woraufhin dann die wenigstens eine Maßnahme in Reaktion auf die HC-Beladung getroffen wird.
Die erste Betriebsart wird also insbesondere in einem mittleren Bereich der HC-Beladung verwendet. Die zweite Betriebsart wird in einem geringeren Bereich der HC-Beladung verwendet, wobei die HC-Beladung in diesem geringeren Bereich kleiner ist als in dem mittleren Bereich. Die dritte Betriebsart wird schließlich im Bereich einer höheren HC-Beladung verwendet, wobei die höhere HC-Beladung größer ist als die mittlere HC-Beladung.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass als der wenigstens eine die HC-Beladung des SCR-Katalysators repräsentierende Parameter eine berechnete Beladung des SCR-Katalysators mit Kohlenwasserstoffen verwendet wird. Dabei kann insbesondere ein HC-Beladungsrechner verwendet werden. Bevorzugt wird zur Berechnung der HC-Beladung ein Modell herangezogen, welches geeignet ist, einen aktuellen Beladungszustand des SCR-Katalysators mit Kohlenwasserstoffen zumindest näherungsweise zu berechnen. Hierbei kann beispielsweise ein Modell der Kohlenwasserstoff-Rohemissionen einer Brennkraftmaschine bei verschiedenen Randbedingungen des Betriebs, beispielsweise bei einem Kaltstart, einem Betrieb im Leerlauf, unter Teillast, unter Volllast, und dergleichen, zugrunde gelegt werden. Das Modell beschreibt bevorzugt einen zeitlichen Verlauf einer Adsorption, einer Desorption und eines HC-Umsatzes in dem SCR-Katalysator. Dabei kann es sich insbesondere um ein physikalisch motiviertes Modell handeln. Anhand des Modells kann insbesondere ein zeitlicher Verlauf der HC-Beladung berechnet werden. Es können verschiedene Schwellwerte für die HC-Beladung definiert werden, beispielsweise eine HC-Beladungsschwelle, ab der keinerlei Umsatz von Stickoxiden an dem SCR-Katalysator mehr möglich ist, eine HC-Beladungsschwelle, ab der nur ein reduzierter Umsatz möglich ist, und/oder gegebenenfalls eine HC-Beladungsschwelle, unterhalb der ein regulärer Betrieb des SCR-Katalysators mit ungeschmälertem oder kaum verringertem Umsatz möglich ist. Während ein solcher HC-Beladungsrechner eine hohe Genauigkeit aufweisen kann, erfordert er allerdings eine aufwändige Modellierung und Parametrierung verschiedener Effekte, um eine gewünschte Genauigkeit erreichen zu können.
Zusätzlich oder alternativ ist es möglich, dass als der wenigstens eine Parameter ein Ergebnis einer zeitlichen Auswertung eines Betriebszustands des Abgasstrangs verwendet wird. Dies ermöglicht eine vergleichsweise einfache Plausibilisierung der HC-Beladung des SCR-Katalysators durch eine zeitliche Bewertung des Betriebszustands des Abgasstrangs und/oder insbesondere eines Betriebszustands einer Brennkraftmaschine, welche den Abgasstrang aufweist. Dabei kann beispielsweise ein Betrieb bei niedriger Last und/oder niedrigen Abgastemperaturen zeitlich aufintegriert werden, wobei insbesondere eine Gewichtung verwendet werden kann. Beispielsweise kann hierbei berücksichtigt werden, dass umso länger bei höheren Lasten gefahren werden muss, um eine erfolgte HC-Beladung auszugleichen, je kälter der vorangegangene Betrieb war. Ein derart gebildeter Integralwert kann durch Betrieb bei höherer Last und/oder höherer Abgastemperatur auch herunterintegriert werden. Auch hierbei können Schwellenwerte für das derart gebildete Integral definiert werden, um die verschiedenen Betriebsarten auswählen zu können. Vorzugsweise werden Parameter für eine Gewichtungsfunktion für die Integration der Betriebszustände in Versuchen bestimmt. Dabei ergibt sich im Vergleich zu einem HC-Beladungsrechner ein deutlich geringerer Parametrierungsaufwand bei zugleich verringertem Rechenaufwand im Betrieb. Gleichzeitig ist aber gegebenenfalls – jedenfalls im Vergleich zu einem gut parametrierten Beladungsrechner – eine erreichbare Genauigkeit geringer.
Soweit hier und im Folgenden Betriebszustände des Abgasstrangs angesprochen sind, sind bevorzugt zugleich auch Betriebszustände einer den Abgasstrang aufweisenden Brennkraftmaschine mit gemeint. So können in der Regel hohe Abgastemperaturen und hohe Lasten – insbesondere bei hoher Drehzahl – der Brennkraftmaschine miteinander korreliert werden, sodass entsprechende Betriebszustände ebenfalls miteinander korreliert sind. Insbesondere kann der Begriff „Betriebszustand des Abgasstrangs“ demnach bevorzugt auch einen entsprechenden Betriebszustand der Brennkraftmaschine umfassen und einschließen.
Zusätzlich oder alternativ ist es möglich, dass als der wenigstens eine Parameter ein Ergebnis einer Auswertung eines Verlaufs von Maßnahmen zur Anpassung des Betriebs des Abgasstrangs an die Alterung des SCR-Katalysators verwendet wird. Eine einfache Methode der Alterungsanpassung ist dabei beispielsweise ein Ersetzen eines Wertes für eine maximale Umsatzrate des SCR-Katalysators durch einen neuen, geringeren Wert. Es kann beispielsweise dann, wenn ein Durchbruch erkannt wird, geprüft werden, welche maximale Umsatzrate bis zum Zeitpunkt der Erkennung erreicht wurde. Es kann dann weiter geprüft werden, welche maximale Umsatzrate dem gerade erkannten Durchbruch entsprechen würde. Bei großen Änderungen erkannter maximaler Umsatzraten im Vergleich zu gespeicherten, vorangegangen maximalen Umsatzraten kann die Ursache des Durchbruchs als HC-Beladung bewertet werden, sodass dann die erste Betriebsart ausgewählt werden kann. Dies entspricht der Erkenntnis, dass eine Alterung normalerweise nicht sprunghaft, sondern vielmehr annähernd kontinuierlich und vergleichsweise langsam erfolgt, während eine HC-Beladung typischerweise zu schnelleren Sprüngen in der maximalen Umsatzrate führen kann. Wird eine HC-Beladung als Ursache für den Durchbruch festgestellt, wird bevorzugt die ermittelte neue maximale Umsatzrate nicht gespeichert und somit keine Alterungsanpassung durchgeführt. Wird nämlich in der Folge die HC-Beladung abgebaut, kann im Betrieb zumindest annähernd die ursprüngliche maximale Umsatzrate des SCR-Katalysators wieder erreicht werden. Eine Alterungsanpassung würde also zu Fehlern führen und müsste als Fehlanpassung gewertet werden. Zusätzlich kann auch eine einfache Logik derart implementiert werden, dass nach einem Start einer Brennkraftmaschine, welche den Abgasstrang aufweist, zunächst von einer möglichen HC-Beladung ausgegangen wird, wobei erst dann, wenn im Betrieb der Brennkraftmaschine nach dem Start erstmals die maximale Umsatzrate des SCR-Katalysators erreicht wurde, ein erkannter Durchbruch als Alterung interpretiert und dann die zweite Betriebsart durchgeführt wird.
Wird ein Verlauf von Maßnahmen zur Anpassung des Betriebs des Abgasstrangs an eine Alterung des SCR-Katalysators ausgewertet, um den wenigstens einen Parameter zu erhalten, bedeutet dies eine vergleichsweise einfache Vorgehensweise, da Maßnahmen zur Alterungsanpassung bevorzugt ohnehin vorgesehen sind. Es bedarf also nur einer neuen, geeigneten Auswertung dieser Maßnahmen im Rahmen des Verfahrens. Andererseits ist diese Methode im Vergleich zu den vorher beschriebenen Methoden relativ ungenau.
Zusätzlich oder alternativ ist bevorzugt vorgesehen, dass als der wenigstens eine Parameter eine Zeitdauer für wenigstens einen bestimmten Betriebszustand oder Betriebszustandsbereich des Abgasstrangs verwendet wird. Wie bereits zuvor ausgeführt, kann auch ein Betriebszustand oder Betriebszustandsbereich einer Brennkraftmaschine zugrunde gelegt werden, welche den Abgasstrang aufweist. Dabei ist es beispielsweise möglich, nach einer bestimmten Zeitdauer, während der in dem Abgasstrang hohe Temperaturen vorgeherrscht haben, einen Durchbruch sicher einer Alterung des SCR-Katalysators zuzuordnen, weil nach dieser bestimmten Zeitdauer bei den entsprechenden Temperaturen eine etwa vorher bestehende HC-Beladung des SCR-Katalysators als mit hoher Wahrscheinlichkeit abgebaut zu betrachten ist. Vor dem Ablauf dieser vorbestimmten Zeitdauer kann dagegen beispielsweise von einer HC-Beladung des SCR-Katalysators ausgegangen werden, wenn ein Durchbruch erkannt wird. Diese Vorgehensweise ist ganz besonders einfach zu implementieren; sie birgt aber – insbesondere aufgrund ihrer äußerst mittelbaren Betrachtungsweise – wohl die geringste Sicherheit in Hinblick auf eine klare Zuordnung der Durchbrucherkennung zu einem bestimmten Effekt von allen bisher beschriebenen Methoden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass als die wenigstens eine Maßnahme in Reaktion auf die HC-Beladung für eine vorbestimmte Abschaltzeitdauer eine Einbringung von Reduktionsmittel in den Abgasstrang unterlassen wird. Dies trägt in der ersten Betriebsart, dem sogenannten Probierbetrieb, dem Gedanken Rechnung, dass ein erkannter Durchbruch offenbar auf eine noch oder wieder bestehende HC-Beladung des SCR-Katalysators zurückzuführen ist, bei der angesichts der herabgesetzten maximalen Umsatzrate eine weitere Dosierung von Reduktionsmittel in den Abgasstrang zumindest zunächst nicht sinnvoll ist. Andererseits wird in dieser Betriebsart davon ausgegangen, dass die HC-Beladung nicht zu hoch ist und in einer bestimmten Zeit – insbesondere abhängig von den momentanen Betriebsbedingungen des Abgasstrangs – abgebaut werden kann. Die Einbringung von Reduktionsmittel wird daher nicht komplett eingestellt, sondern nur für die vorbestimmte Abschaltzeitdauer, nach deren Ablauf wiederum eine Einbringung von Reduktionsmittel erfolgt, sodass festgesellt werden kann, ob weiterhin ein Durchbruch auftritt. Ist dies der Fall, kann die Einbringung von Reduktionsmittel wieder für die vorbestimmte Abschaltzeitdauer unterbrochen werden. Dies kann beispielsweise solange fortgesetzt werden, bis bei einem erneuten Einsetzen der Einbringung von Reduktionsmittel kein Durchbruch mehr erkannt wird. Der Betrieb kann dann beispielsweise in den Normalbetrieb, mithin in die zweite Betriebsart übergehen.
Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass als die wenigstens eine Maßnahme zur Anpassung des Betriebs des Abgasstrangs an eine Alterung des SCR-Katalysators ein Alterungskennfeld verändert wird, wobei das Alterungskennfeld zur Steuerung der Einbringung von Reduktionsmittel in den Abgasstrang, insbesondere zur Mengensteuerung, verwendet wird. Beispielsweise können in dem Alterungskennfeld maximale Umsatzraten für den SCR-Katalysator – beispielsweise in Abhängigkeit von wenigstens einem weiteren Parameter, insbesondere der Temperatur des SCR-Katalysators oder der Abgastemperatur im Bereich des SCR-Katalysators – hinterlegt sein. Die Werte für die maximale Umsatzrate in dem Alterungskennfeld können dann – insbesondere zu kleineren Werten – angepasst werden, wenn ein Durchbruch erkannt und einer Alterung des SCR-Katalysators zugeordnet wird. Dadurch kann die Mengensteuerung zur Einbringung von Reduktionsmittel nach und nach der Alterung des SCR-Katalysators und dessen alterungsbedingt reduziertem Umsatz angepasst werden. Das Alterungskennfeld wird also bevorzugt insbesondere zu einer reduzierten maximalen Umsatzrate hin verändert.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die vorbestimmte Abschaltzeitdauer – in der ersten Betriebsart – abhängig von einer Temperatur im Bereich des SCR-Katalysators gewählt wird. Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Desorption der Kohlenwasserstoffe von dem SCR-Katalysator umso schneller vonstatten geht, je höher die Temperatur in dessen Bereich ist. Demnach kann die vorbestimmte Abschaltzeitdauer bei einer höheren Temperatur kürzer gewählt werden, und wird bevorzugt bei einer geringeren Temperatur länger gewählt. Vorzugsweise wird die vorbestimmte Abschaltzeitdauer abhängig von einer momentanen Temperatur im Bereich des SCR-Katalysators gewählt. Als Temperatur im Bereich des SCR-Katalysators wird bevorzugt eine Temperatur des SCR-Katalysators selbst, die vorzugsweise an oder in dem SCR-Katalysator gemessen wird, oder eine Abgastemperatur stromaufwärts, insbesondere unmittelbar stromaufwärts des SCR-Katalysators, verwendet.
Die vorbestimmte Abschaltzeitdauer wird vorzugsweise aus einem Kennfeld oder einer Kennlinie ausgelesen, in welchem/welcher die Abschaltzeitdauer in Abhängigkeit von der Temperatur im Bereich des SCR-Katalysators hinterlegt ist.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass in der ersten Betriebsart eine Regenerationszeitdauer erfasst wird, während der zumindest ein für eine Regeneration des SCR-Katalysators geeigneter Betriebszustand des Abgasstrangs vorliegt. Die erste Betriebsart wird verlassen, und es wird bevorzugt in die zweite Betriebsart gewechselt, wenn die Regenerationszeitdauer einen vorbestimmten Maximalwert erreicht oder überschreitet. Die Erfassung der Regenerationszeitdauer wird insbesondere gestartet, wenn der Betrieb des Abgasnachbehandlungssystems in der ersten Betriebsart begonnen oder in die erste Betriebsart gewechselt wird. Ein für die Regenerationszeitdauer vorgesehener Zeitzähler wird dabei vorzugsweise auf Null gesetzt. Als Regenerationszeiten werden dann Zeiten erfasst, zu welchen ein Betriebszustand des Abgasstrangs vorliegt, der geeignet ist, die HC-Beladung des SCR-Katalysators abzubauen, diesen also zu regenerieren. Insbesondere werden dabei Zeiten erfasst, zu denen ein Drehmoment einer Brennkraftmaschine, welche das Abgasnachbehandlungssystem aufweist, in Abhängigkeit von einer Drehzahl der Brennkraftmaschine oberhalb einer ersten bestimmten Grenz-Kennlinie liegt. Es werden also insbesondere das momentane Drehmoment und die momentane Drehzahl der Brennkraftmaschine erfasst und geprüft, ob diese oberhalb der ersten bestimmten Grenz-Kennlinie in einem durch die Drehzahl einerseits und das Drehmoment andererseits aufgespannten Kennfeld liegen.
Zusätzlich oder alternativ können Zeiten als Regenerationszeiten erfasst werden, zu welchen eine Temperatur im Bereich des SCR-Katalysators, insbesondere eine Abgastemperatur stromaufwärts des SCR-Katalysators oder eine direkt an oder in dem SCR-Katalysator gemessene Temperatur, in Abhängigkeit von einem Abgasmassenstrom oberhalb einer zweiten bestimmten Grenz-Kennlinie liegt. Es werden in diesem Fall also bevorzugt zum einen die momentane Temperatur im Bereich des SCR-Katalysators einerseits und der momentane Abgasmassenstrom durch den SCR-Katalysator andererseits erfasst und geprüft, ob ein entsprechendes momentanes Wertepaar oberhalb der zweiten bestimmten Grenz-Kennlinie in einem durch die Temperatur im Bereich des SCR-Katalysators einerseits und den Abgasmassenstrom andererseits aufgespannten Kennfeld liegt.
Beide zuvor genannten Kriterien sind kennzeichnend für Betriebszustände, bei denen eine HC-Beladung in dem SCR-Katalysator abgebaut werden kann, insbesondere weil sie – mittelbar oder unmittelbar – Zustände beschreiben, in denen eine Temperatur im Bereich des SCR-Katalysators und insbesondere eine Temperatur des den SCR-Katalysator durchströmenden Abgasstroms hoch genug ist, um in dem SCR-Katalysator adsorbierte Kohlenwasserstoffe zu desorbieren.
Zeiten, zu denen Betriebszustände des Abgasstrangs vorliegen, die nicht für eine Regeneration des SCR-Katalysators geeignet sind, beispielsweise weil sie entweder mit Bezug auf die HC-Beladung neutral sind oder aber eher zu einem Aufbau einer HC-Beladung führen, werden dagegen bevorzugt nicht als Regenerationszeiten erfasst und zu der Regenerationszeitdauer addiert. Die Regenerationszeitdauer ist also ein Maß dafür, in welchem Umfang eine Regeneration des SCR-Katalysators, das heißt insbesondere eine Desorption von Kohlenwasserstoffen, stattgefunden hat.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens ist es möglich, dass als Regenerationszeitdauer nur ein zusammenhängendes Zeitintervall erfasst wird, in welchem für eine Regeneration des SCR-Katalysators geeignete Betriebszustände des Abgasstrangs vorliegen, wobei die Erfassung der Regenerationszeitdauer abgebrochen wird, sobald ein Betriebszustand eintritt, der nicht für die Regeneration des SCR-Katalysators geeignet ist. Die Erfassung der Regenerationszeitdauer kann dann neu gestartet werden, wenn wieder ein Betriebszustand vorliegt, welcher für die Regeneration des SCR-Katalysators geeignet ist, wobei vorzugsweise dann der bisher erfasste Wert der Regenerationszeitdauer zu Null gesetzt wird.
Erreicht oder überschreitet die Regenerationszeitdauer den vorbestimmten Maximalwert, kann davon ausgegangen werden, dass der SCR-Katalysator zumindest soweit regeneriert ist, dass ein Wechsel in die zweite Betriebsart, mithin in den Normalbetrieb, sinnvoll ist. Die erste Betriebsart wird dann daher bevorzugt beendet, und es wird in die zweite Betriebsart gewechselt.
Dieser hier vorgeschlagene Algorithmus mit der Erfassung der Regenerationszeitdauer in der ersten Betriebsart soll in vorteilhafter Weise bewirken, dass bei einem Betrieb des Abgasstrangs mit höheren Abgastemperaturen und/oder einer mit dem Abgasstrang verbundenen Brennkraftmaschine mit höheren Lasten nach einer vorbestimmten Maximaldauer auf jeden Fall wieder in den regulären Betrieb gewechselt wird. Es wird also effektiv vermieden, dass die erste Betriebsart ad infinitum fortgeführt wird. Liegen allerdings wieder Betriebszustände des Abgasstrangs vor, bei denen eine HC-Beladung aufgebaut wird, oder geht die Brennkraftmaschine wieder in einen sehr niedrigen Lastpunkt, kann auch wieder in die erste Betriebsart gewechselt werden, oder es kann bei Betriebszuständen, die eine sehr hohe Beladung des SCR-Katalysators mit Kohlenwasserstoffen nahelegen, auch die Dosierung des Reduktionsmittels wieder komplett abgeschaltet, mithin in die dritte Betriebsart gewechselt werden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein erster Beladungsgrad des SCR-Katalysators mit leichteren Kohlenwasserstoffen abgeschätzt wird, wobei ein zweiter Beladungsgrad des SCR-Katalysators mit schwereren Kohlenwasserstoffen abgeschätzt wird. Dabei beziehen sich die Begriffe „leichter“ und „schwerer“ insbesondere darauf, dass leichtere Kohlenwasserstoffe kürzerkettige Kohlenwasserstoffmoleküle aufweisen als schwerere Kohlenwasserstoffe, wobei die schwereren Kohlenwasserstoffe längerkettige Moleküle aufweisen als die leichteren Kohlenwasserstoffe. In analoger Weise können sich die Begriffe auch auf eine Molmasse oder eine Dichte der Kohlenwasserstoffe beziehen, wobei leichtere Kohlenwasserstoffe einen geringe Molmasse oder Dichte aufweisen als schwerere Kohlenwasserstoffe. Eine Grenze zwischen leichteren Kohlenwasserstoffen und schwereren Kohlenwasserstoffen mit Bezug auf die Kettenlänge, die Molmasse und/oder die Dichte kann dabei vorzugsweise je nach Zielrichtung des Verfahrens, konkreten Betriebsbedingen der Brennkraftmaschine und/oder des Abgasstrangs, sowie einem zum Betrieb der Brennkraftmaschine verwendeten Brennstoff geeignet gezogen werden.
Der erste Beladungsgrad und der zweite Beladungsgrad werden bevorzugt berechnet, insbesondere mittels eines HC-Beladungsrechners und/oder einem bevorzugt physikalisch motivierten Modell der HC-Beladung.
Der Abgasstrang wird vorzugsweise in der ersten Betriebsart betrieben, wenn sowohl der erste Beladungsgrad als auch der zweite Beladungsgrad kleiner sind als ein erster Beladungsgrenzwert, wobei zugleich wenigstens ein Beladungsgrad, ausgewählt aus dem ersten Beladungsgrad und dem zweiten Beladungsgrad, größer ist als ein zweiter Beladungsgrenzwert.
Der Abgasstrang wird bevorzugt in der zweiten Betriebsart betrieben, wenn sowohl der erste Beladungsgrad als auch der zweite Beladungsgrad kleiner sind als der zweite Beladungsgrenzwert.
Alternativ oder zusätzlich wird bevorzugt eine Einbringung von Reduktionsmittel in den Abgasstrang unterlassen, das heißt insbesondere die Dosiereinrichtung in der dritten Betriebsart nicht angesteuert, wenn wenigstens ein Beladungsgrad, ausgewählt aus dem ersten Beladungsgrad und dem zweiten Beladungsgrad, größer ist als der erste Beladungsgrenzwert.
Dabei ist der erste Beladungsgrenzwert größer als der zweite Beladungsgrenzwert.
Mit dieser Logik, und mittels geeigneter Wahl des ersten Beladungsgrenzwerts und des zweiten Beladungsgrenzwerts, wird Folgendes erreicht:
Ist zumindest einer der Beladungsgrade größer als der erste, größere Beladungsgrenzwert, wird davon ausgegangen, dass eine so hohe HC-Beladung vorliegt, dass eine Einbringung von Reduktionsmittel in den Abgasstrang nicht sinnvoll ist. Es würden dann lediglich sehr hohe Reduktionsmittel-Emissionen stromabwärts des SCR-Katalysators auftreten, weil aufgrund der HC-Beladung kein angemessener Stickoxidumsatz erreicht werden kann. Daher wird auf einer Einbringung von Reduktionsmittel in den Abgasstrang verzichtet, also die dritte Betriebsart gewählt.
Sind der erste Beladungsgrenzwert und der zweite Beladungsgrenzwert beide kleiner als der zweite, kleinere Beladungsgrenzwert, wird davon ausgegangen, dass nur eine sehr geringe HC-Beladung des SCR-Katalysators vorliegt, sodass ein regulärer Betrieb oder Normalbetrieb durchgeführt werden kann, mithin die zweite Betriebsart sinnvoll ist. Einem Auslösen der Durchbrucherkennung wird dann als Ursache eine Alterung des SCR-Katalysators zugeordnet, und es wird eine geeignete Maßnahme getroffen.
Ist dagegen zumindest einer der Beladungsgrenzwerte größer als der zweite, kleinere Beladungsgrenzwert, und sind zugleich beide Beladungsgrenzwerte kleiner als der erste, größere Beladungsgrenzwert, kann davon ausgegangen werden, dass zwar eine HC-Beladung des SCR-Katalysators vorliegt, wobei diese aber in einem Bereich liegt, der die Durchführung der ersten Betriebsart, mithin den Probierbetrieb, rechtfertigt. Es kann dann insbesondere eine reguläre Dosierung des Reduktionsmittels gestartet werden, wobei ein Auslösen der Durchbrucherkennung allerdings als Anzeichen für eine doch noch zu hohe HC-Beladung interpretiert wird. Als Folge wird dann eine entsprechend geeignete Maßnahme getroffen; insbesondere wird dann die Dosierung des Reduktionsmittels für die vorbestimmte Abschaltzeitdauer unterlassen. Nach Ablauf der Abschaltzeitdauer kann wieder Reduktionsmittel in den Abgasstrang dosiert werden, insbesondere um zu prüfen, ob die HC-Beladung noch immer zu hoch ist. Die Durchführung der ersten Betriebsart kann fortgesetzt werden, bis entweder kein Durchbruch mehr erkannt wird, wobei dann die reguläre Dosierung des Reduktionsmittels fortgesetzt wird, oder bis die erfasste Regenerationszeitdauer ihren vorbestimmten Maximalwert erreicht oder überschreitet, wobei insbesondere dann in die zweite Betriebsart gewechselt werden kann.
Es ist möglich, dass genau zwei Beladungsgrade verwendet werden. Alternativ ist es aber auch möglich, dass mehr als zwei Beladungsgrade herangezogen werden, wobei eine feinere Unterteilung der Kohlenwasserstoffe und der Beladung des SCR-Katalysators möglich ist. Die zuvor erläuterte Logik kann dann entsprechend erweitert werden, um die feinere Unterteilung der Beladungsgrade zu berücksichtigen.
Gemäß einer bevorzugten, einfacheren Ausführungsform des Verfahrens ist es auch möglich, statt einer Mehrzahl von Beladungsgraden, die verschiedenen Arten von Kohlenwasserstoffen zugeordnet sind, nur einen Gesamt-Beladungsgrad heranzuziehen und im Sinne der oben erläuterten Logik zu verwenden. In diesem Fall ist bevorzugt vorgesehen, dass ein Gesamt-Beladungsgrad des SCR-Katalysators mit Kohlenwasserstoffen abgeschätzt wird, wobei der Abgasstrang in der ersten Betriebsart betrieben wird, wenn der Gesamt-Beladungsgrad kleiner als ein erster Gesamt-Beladungsgrenzwert und zugleich größer als ein zweiter Gesamt-Beladungsgrenzwert ist. Der erste Gesamt-Beladungsgrenzwert ist dabei größer als der zweite Gesamt-Beladungsgrenzwert.
Alternativ oder zusätzlich wird der Abgasstrang in der zweiten Betriebsart betrieben, wenn der Gesamt-Beladungsgrad kleiner ist als der zweite Gesamt-Beladungsgrenzwert.
Alternativ oder zusätzlich wird die Dosiereinrichtung nicht angesteuert, wenn der Gesamt-Beladungsgrad größer ist als der erste Gesamt-Beladungsgrenzwert.
Unter einem Gesamt-Beladungsgrad wird dabei insbesondere ein gleichsam über alle Kohlenwasserstoffe integrierter Beladungsgrad des SCR-Katalysators verstanden, bei dem keine Unterscheidung zwischen verschiedenen Kettenlängen, Molmassen, Dichten oder dergleichen getroffen wird.
Wie bereits angedeutet entspricht dies der der zuvor bereits in Zusammenhang mit den ersten und zweiten Beladungsgraden erläuterten Logik, wonach – angewendet auf den hier zugrunde gelegten Gesamt-Beladungsgrad – von einer sehr hohen HC-Beladung ausgegangen werden kann, wenn der Gesamt-Beladungsgrad größer ist als der erste, größere Gesamt-Beladungsgrenzwert, sodass eine Dosierung von Reduktionsmittel in den Abgasstrang nicht sinnvoll ist. Ist dagegen der Gesamt-Beladungsgrad kleiner als der erste, größere Gesamt-Beladungsgrenzwert und zugleich größer als der zweite, kleinere Gesamt-Beladungsgrenzwert, liegt eine HC-Beladung vor, in welcher die erste Betriebsart und damit der Probierbetrieb sinnvoll ist. Es kann so geprüft werden, ob noch eine relevante HC-Beladung vorliegt, und diese kann gegebenenfalls abgebaut werden. Ist dagegen der Gesamt-Beladungsgrad kleiner als der zweite, kleinere Gesamt-Beladungsgrenzwert, kann von einer sehr niedrigen HC-Beladung ausgegangen werden, sodass ein Betrieb des Abgasstrangs in der zweiten Betriebsart und somit ein Normalbetrieb sinnvoll ist.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die zeitliche Auswertung des Betriebszustands des Abgasstrangs durchgeführt wird, in dem eine Temperatur im Bereich des SCR-Katalysators – das heißt insbesondere eine an- oder in dem SCR-Katalysator gemessene Temperatur oder eine bevorzugt unmittelbar stromaufwärts des SCR-Katalysators gemessene Abgastemperatur – zeitabhängig erfasst wird, wobei in Abhängigkeit von der erfassten Temperatur ein Wert für eine Abschaltdauer bestimmt wird. Es wird also insbesondere eine momentane Temperatur im Bereich des SCR-Katalysators erfasst und davon abhängig jeweils ein momentaner Wert für die Abschaltdauer bestimmt. Die derart bestimmten Werte für die Abschaltdauer werden zeitlich zu einer integralen Abschaltdauer aufintegriert, insbesondere aufsummiert. Auf diese Weise kann die integrale Abschaltdauer als Kennzahl oder Kennparameter für eine Bewertung des bisherigen Betriebs des Abgasstrangs verwendet werden, wobei sie, wie im Folgenden noch näher erläutert wird, eine Abschätzung der HC-Beladung des SCR-Katalysators erlaubt. Die momentanen Werte für die Abschaltdauer werden bevorzugt aus einer Kennlinie ausgelesen, in welcher Werte für die Abschaltdauer in Abhängigkeit von der Temperatur hinterlegt sind. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass niedrigeren Temperaturen höhere Werte für die Abschaltdauer zugeordnet sind, während höheren Temperaturen niedrigere Werte für die Abschaltdauer zugeordnet sind. Anhand der integralen Abschaltdauer kann also insbesondere bestimmt werden, wie lange und/oder in welchem Umfang hohe Temperaturen im Bereich des SCR-Katalysators geherrscht haben, die geeignet sind, eine HC-Beladung zu verhindern oder abzubauen. Dabei ist es insbesondere auch möglich, dass Temperaturen, die für einen Abbau der HC-Beladung des SCR-Katalysators geeignet sind, die insbesondere also geeignete Betriebszustände des Abgasstrangs zur Regeneration des SCR-Katalysators repräsentieren, negative Werte für die Abschaltdauer zugeordnet sind. Eine durch Aufsummieren positiver Werte der Abschaltdauer aufgebaute integrale Abschaltdauer kann dann bei für die Regeneration des SCR-Katalysators geeigneten Temperaturen abgebaut oder herunterintegriert werden. Dabei gilt aufgrund der mittels der Kennlinie vorgenommenen Gewichtung insbesondere, dass je kälter die bisher vorherrschenden Temperaturen des SCR-Katalysators waren, desto länger höhere Temperaturen erreicht werden müssen, um die erfolgte HC-Beladung abzubauen.
Die integrale Abschaltdauer wird vorzugsweise auf Null nach unten begrenzt. Dies ist sinnvoll, weil es ansonsten möglich wäre, bei einem längeren Betrieb des Abgasstrangs bei hohen Temperaturen eine von ihrem Betrag her derart große negative integrale Abschaltdauer zu erreichen, dass diese selbst dann nicht in den positiven Bereich gebracht werden könnte, wenn Bedingungen vorliegen, die eine sehr hohe HC-Beladung des SCR-Katalysators verursachen. In der Folge könnte also eine selbst sehr hohe HC-Beladung des SCR-Katalysators nicht mehr sicher erkannt werden. Daher werden bevorzugt zwar negative Werte für die momentane Abschaltdauer zugelassen, die integrale Abschaltdauer darf aber nicht kleiner werden als Null.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Abgasstrang in der ersten Betriebsart betrieben wird, wenn die integrale Abschaltdauer kleiner als ein erster Abschaltdauergrenzwert und zugleich größer als ein zweiter Abschaltdauergrenzwert ist.
Alternativ oder zusätzlich wird der Abgasstrang bevorzugt in der zweiten Betriebsart betrieben, wenn die integrale Abschaltdauer kleiner ist als der zweite Abschaltdauergrenzwert.
Alternativ oder zusätzlich wird eine Einbringung von Reduktionsmittel in den Abgasstrang unterlassen, mithin insbesondere die Dosiereinrichtung nicht angesteuert, wenn die integrale Abschaltdauer größer ist als der erste Abschaltdauergrenzwert.
Dabei ist der erste Abschaltdauergrenzwert größer als der zweite Abschaltdauergrenzwert.
Dies entspricht der zuvor bereits in Zusammenhang mit den Beladungsgraden erläuterten Logik, wonach – angewendet auf die hier zugrunde gelegte Abschaltdauer – von einer sehr hohen HC-Beladung ausgegangen werden kann, wenn die integrale Abschaltdauer größer ist als der erste, größere Abschaltdauergrenzwert, sodass eine Dosierung von Reduktionsmittel in den Abgasstrang nicht sinnvoll ist. Ist dagegen die integrale Abschaltdauer kleiner als der erste, größere Abschaltdauergrenzwert und zugleich größer als der zweite, kleinere Abschaltdauergrenzwert, liegt eine HC-Beladung vor, in welcher die erste Betriebsart und damit der Probierbetrieb sinnvoll ist. Es kann so geprüft werden, ob noch eine relevante HC-Beladung vorliegt, und diese kann gegebenenfalls abgebaut werden. Ist dagegen die integrale Abschaltdauer kleiner als der zweite, kleinere Abschaltdauergrenzwert, kann von einer sehr niedrigen HC-Beladung ausgegangen werden, sodass ein Betrieb des Abgasstrangs in der zweiten Betriebsart und somit ein Normalbetrieb sinnvoll ist.
Es ist möglich, dass die integrale Abschaltdauer zugleich auch als die vorbestimmte Abschaltzeitdauer in der ersten Betriebsart verwendet wird, für welche eine Einbringung von Reduktionsmittel in den Abgasstrang unterlassen wird, wenn ein Durchbruch erkannt wird. Es ist aber auch möglich, dass die integrale Abschaltdauer lediglich als Maß für die HC-Beladung des SCR-Katalysators herangezogen wird, wobei die vorbestimmte Abschaltzeitdauer für die erste Betriebsart von der integralen Abschaltdauer verschieden und insbesondere unabhängig von dieser gewählt wird.
Gemäß einer einfacheren Ausführungsform des Verfahrens ist es möglich, die HC-Beladung des SCR-Katalysators durch einfache zeitliche Bewertung des Betriebszustands oder der Betriebszustände des Abgasstrangs abzuschätzen oder zu plausibilisieren, wobei auf eine Gewichtung verzichtet wird. Dabei kann beispielsweise ein Betrieb des Abgasstrangs bei niedrigen Abgastemperaturen – insbesondere unterhalb eines bestimmten Abgastemperatur-Grenzwerts – zeitlich aufintegriert werden, wobei dies als Maß für die HC-Beladung verwendet werden kann. Ein entsprechendes Integral kann auch bei Betrieb des Abgasstrangs mit höheren Abgastemperaturen herunterintegriert werden.
Zusätzlich oder alternativ ist es möglich, nur Betriebszeiten bei höheren Temperaturen oberhalb einer vorbestimmten Abgas-Grenztemperatur aufzuintegrieren und das Integral oder die Summe insbesondere mit einer hierfür bestimmten Maximaldauer zu vergleichen, wobei ein erkannter Durchbruch nach dieser vorbestimmten Maximaldauer einer Alterung des SCR-Katalysators zugeordnet werden und der Abgasstrang in der zweiten Betriebsart betrieben wird, wobei vor Ablauf dieser vorbestimmten Maximaldauer von einer möglichen HC-Beladung ausgegangen wird, und der Abgasstrang insbesondere in der ersten Betriebsart betrieben wird.
Die hier beschriebenen, verschiedenen Grenz- und/oder Schwellwerte sind bevorzugt parametrierbar, wobei sie besonders bevorzugt noch im Betrieb des Abgasnachbehandlungssystems, und zwar entweder im laufenden Betrieb oder gegebenenfalls bei einer Wartung oder Inspektion, eingestellt werden können. Auf diese Weise ist das Verfahren mit hoher Flexibilität durchführbar.
Die Aufgabe wird auch gelöst, indem ein Abgasnachbehandlungssystem geschaffen wird, welches einen Abgasstrang mit einem SCR-Katalysator, eine Dosiereinrichtung zum Einbringen von Reduktionsmittel in den Abgasstrang stromaufwärts des SCR-Katalysators und ein Durchbrucherkennungsmittel zum Erkennen eines Durchbruchs des SCR-Katalysators aufweist. Das AGN-System weist bevorzugt ein Abschätzmittel zur Abschätzung einer HC-Beladung des SCR-Katalysators anhand von wenigstens einem die HC-Beladung des SCR-Katalysators repräsentierenden Parameter auf. Das Abgasnachbehandlungssystem ist dabei eingerichtet, um in Abhängigkeit von dem wenigstens einen Parameter, insbesondere in Abhängigkeit von der Abschätzung der HC-Beladung des SCR-Katalysators durch das Abschätzmittel, auf einen von dem Durchbrucherkennungsmittel erkannten Durchbruch des SCR-Katalysators hin in einer ersten Betriebsart wenigstens eine Maßnahme in Reaktion auf die HC-Beladung des SCR-Katalysators durchzuführen, oder in einer zweiten Betriebsart wenigstens eine Maßnahme zur Anpassung des Betriebs des Abgasstrangs an eine Alterung des SCR-Katalysators durchzuführen. Das System ist bevorzugt eingerichtet zur Durchführung von einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen des Verfahrens. In Zusammenhang mit dem Abgasnachbehandlungssystem ergeben sich insbesondere die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Verfahren erläutert wurden.
Bevorzugt weist das Abgasnachbehandlungssystem eine Steuereinrichtung auf, die vorzugsweise das Abschätzmittel aufweist. Bevorzugt ist die Steuereinrichtung mit der Dosiereinrichtung wirkverbunden und eingerichtet ist zur Ansteuerung der Dosiereinrichtung in Abhängigkeit von dem wenigstens einen die HC-Beladung des SCR-Katalysators repräsentierenden Parameter. Die Steuereinrichtung kann insbesondere das Steuergerät einer Brennkraftmaschine sein, welcher das Abgasnachbehandlungssystem zugeordnet ist, oder die Steuereinrichtung kann Teil des Steuergeräts der Brennkraftmaschine sein oder mit dem Steuergerät der Brennkraftmaschine zusammenwirken. Es ist aber auch möglich, dass die Steuereinrichtung als selbstständige, von dem Steuergerät der Brennkraftmaschine unabhängige Steuereinrichtung des Abgasnachbehandlungssystems vorgesehen ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Abgasnachbehandlungssystem frei ist von einem Oxidationskatalysator stromaufwärts des SCR-Katalysators in dem Abgasstrang, und/oder dass das Abgasnachbehandlungssystem frei ist von einem Sperrkatalysator stromabwärts des SCR-Katalysators in dem Abgasstrang. Unter einem Sperrkatalysator wird insbesondere ein Katalysator verstanden, der eingerichtet ist zur Oxidation von nicht umgesetztem Reduktionsmittel, um Reduktionsmittelemissionen in die Umwelt zu reduzieren oder zu verhindern. Insbesondere kann der Sperrkatalysator eingerichtet sein, um Ammoniak zu Stickoxiden zu oxidieren. Ein solcher Sperrkatalysator wird auch als Anti-Slip-Catalyst (ASC) bezeichnet.
Besonders bevorzugt weist also das Abgasnachbehandlungssystem keinen stromaufwärts des SCR-Katalysator angeordneten Oxidationskatalysator und keinen stromabwärts des SCR-Katalysator angeordneten Sperrkatalysator auf. Insbesondere bei einem solchen Abgasnachbehandlungssystem verwirklichen sich die hier beschriebenen Vorteile des Verfahrens und des Abgasnachbehandlungssystems, da ein Betrieb eines derart ausgestalteten Abgasnachbehandlungssystems in Hinblick auf eine HC-Beladung des SCR-Katalysators und einen Reduktionsmitteldurchbruch sehr kritisch ist. Ein stromaufwärts des SCR-Katalysators vorgesehener Oxidationskatalysator verringert nämlich in bestimmten Temperaturbereichen gewöhnlich den Eintrag von Kohlenwasserstoff-Emissionen in den SCR-Katalysator, da Kohlenwasserstoffmoleküle in dem Oxidationskatalysator umgesetzt werden. Ein Sperrkatalysator mindert die Auswirkungen einer HC-Beladung, indem bei einem Durchbruch Reduktionsmittelemissionen, die aus dem SCR-Katalysator austreten, in dem Sperrkatalysator zumindest zu einem gewissen Anteil in andere Stoffe, insbesondere Stickoxide und Stickstoff, umgesetzt werden.
Es ist aber auch möglich, dass das Abgasnachbehandlungssystem einen Oxidationskatalysator stromaufwärts des SCR-Katalysators und/oder einen Sperrkatalysator stromabwärts des SCR-Katalysators aufweist. Auch dann ist die Durchführung des Verfahrens und die zuvor beschriebene Ausgestaltung des Abgasnachbehandlungssystems sinnvoll und vorteilhaft.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der SCR-Katalysator Eisenzeolith aufweist oder aus Eisenzeolith gefertigt ist. Es ist auch möglich, dass der SCR-Katalysator Vanadium aufweist oder aus Vanadium oder auf Vanadium-Basis gefertigt ist. In diesem Fall verwirklichen sich in besonderer Weise die Vorteile des Verfahrens und des Abgasnachbehandlungssystems, weil speziell solche SCR-Katalysatoren eine starke Neigung zur HC-Adsorption zeigen und über eine hohe HC-Speicherfähigkeit verfügen.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Abgasnachbehandlungssystem einen schaltbaren Abgas-Umgehungspfad um den SCR-Katalysator aufweist. Dabei kann insbesondere betriebspunktabhängig zumindest ein Teil des Abgasstroms an dem SCR-Katalysator entlang des Abgasumgehungspfads vorbei geleitet werden. Insbesondere im Niederlastbetrieb kann Abgas um den SCR-Katalysator herum und damit nicht durch diesen geleitet werden, um den Aufbau einer HC-Beladung in dem SCR-Katalysator nach Möglichkeit zu vermeiden. Hierzu sind bevorzugt entsprechende Aktoren, insbesondere Abgasklappen, sowie zusätzliche Leitungsabschnitte erforderlich. Solche Abgasklappen sind allerdings üblicherweise nicht vollständig dicht. Es können daher Abgas-Leckströme in den SCR-Katalysator gelangen, sodass gleichwohl eine HC-Beladung aufgebaut werden kann. Hierauf kann dann im Rahmen des Verfahrens und mit dem hier vorgeschlagenen Abgasnachbehandlungssystem geeignet reagiert werden.
Die Aufgabe wird schließlich auch gelöst, indem eine Brennkraftmaschine geschaffen wird, welche ein Abgasnachbehandlungssystem nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele aufweist. Dabei verwirklichen sich in Zusammenhang mit der Brennkraftmaschine insbesondere die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Verfahren und dem Abgasnachbehandlungssystem erläutert wurden.
Die Brennkraftmaschine ist vorzugsweise als Hubkolbenmotor ausgebildet. Es ist möglich, dass die Brennkraftmaschine zum Antrieb eines Personenkraftwagens, eines Lastkraftwagens oder eines Nutzfahrzeugs eingerichtet ist. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel dient die Brennkraftmaschine dem Antrieb insbesondere schwerer Land- oder Wasserfahrzeuge, beispielsweise von Minenfahrzeugen, Zügen, wobei die Brennkraftmaschine in einer Lokomotive oder einem Triebwagen eingesetzt wird, oder von Schiffen. Auch ein Einsatz der Brennkraftmaschine zum Antrieb eines der Verteidigung dienenden Fahrzeugs, beispielsweise eines Panzers, ist möglich. Ein Ausführungsbeispiel der Brennkraftmaschine wird vorzugsweise auch stationär, beispielsweise zur stationären Energieversorgung im Notstrombetrieb, Dauerlastbetrieb oder Spitzenlastbetrieb eingesetzt, wobei die Brennkraftmaschine in diesem Fall vorzugsweise einen Generator antreibt. Auch eine stationäre Anwendung der Brennkraftmaschine zum Antrieb von Hilfsaggregaten, beispielsweise von Feuerlöschpumpen auf Bohrinseln, ist möglich. Weiterhin ist eine Anwendung der Brennkraftmaschine im Bereich der Förderung fossiler Roh- und insbesondere Brennstoffe, beispielswiese Öl und/oder Gas, möglich. Auch eine Verwendung der Brennkraftmaschine im industriellen Bereich oder im Konstruktionsbereich, beispielsweise in einer Konstruktions- oder Baumaschine, zum Beispiel in einem Kran oder einem Bagger, ist möglich. Die Brennkraftmaschine ist vorzugsweise als Dieselmotor, als Benzinmotor, als Gasmotor zum Betrieb mit Erdgas, Biogas, Sondergas oder einem anderen geeigneten Gas, ausgebildet. Insbesondere wenn die Brennkraftmaschine als Gasmotor ausgebildet ist, ist sie für den Einsatz in einem Blockheizkraftwerk zur stationären Energieerzeugung geeignet.
Die Beschreibung des Verfahrens einerseits sowie das Abgasnachbehandlungssystems und der Brennkraftmaschine andererseits sind komplementär zueinander zu verstehen. Merkmale des Abgasnachbehandlungssystems und der Brennkraftmaschine, die explizit oder implizit in Zusammenhang mit dem Verfahren erläutert wurden, sind bevorzugt einzeln oder miteinander kombiniert Merkmale eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Brennkraftmaschine oder des Abgasnachbehandlungssystems. Verfahrensschritte, die explizit oder implizit in Zusammenhang mit dem Abgasnachbehandlungssystems oder der Brennkraftmaschine beschrieben wurden, sind bevorzugt einzeln oder miteinander kombiniert Schritte einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens. Dieses zeichnet sich bevorzugt durch wenigstens einen Verfahrensschritt aus, welcher durch wenigstens ein Merkmal eines erfindungsgemäßen oder bevorzugten Ausführungsbeispiels des Abgasnachbehandlungssystems oder der Brennkraftmaschine bedingt ist. Die Brennkraftmaschine und/oder das Abgasnachbehandlungssystem zeichnet/zeichnen sich bevorzugt durch wenigstens ein Merkmal aus, welches durch wenigstens einen Verfahrensschritt einer erfindungsgemäßen oder bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens bedingt ist.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Brennkraftmaschine mit einem Abgasnachbehandlungssystem;
2 eine schematische Übersichtsdarstellung einer Ausführungsform des Verfahrens;
3 eine schematische Detaildarstellung einer Ausführungsform des Verfahrens;
4 eine schematische Detaildarstellung einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens, und
5 eine Detaildarstellung einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Brennkraftmaschine 1 mit einem Abgasnachbehandlungssystem 3, wobei hier ein Motorblock 5 der Brennkraftmaschine 1 mit einem Abgasstrang 7 des Abgasnachbehandlungssystems 3 derart verbunden ist, dass Abgas der Brennkraftmaschine 1 aus dem Motorblock 5 entlang des Abgasstrangs 7, insbesondere in Richtung eines Pfeils P, geführt werden kann. Der Abgasstrang 7 weist einen SCR-Katalysator 9 auf, der eingerichtet ist zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden. Stromaufwärts des SCR-Katalysators 9 ist in dem Abgasstrang 7 eine Dosiereinrichtung 11 angeordnet, die eingerichtet ist, um Reduktionsmittel, worunter auch ein Reduktionsmittelvorläuferprodukt, insbesondere eine Harnstoff-Wasserlösung, verstanden wird, in den Abgasstrang 7 einzubringen.
Das AGN-System 3 weist ein Durchbrucherkennungsmittel 13 auf, welches eingerichtet ist, um einen Durchbruch des SCR-Katalysators 9, das heißt insbesondere eine Emission von nicht umgesetztem Reduktionsmittel aus dem SCR-Katalysator 9, zu erkennen. Das Durchbrucherkennungsmittel 13 weist vorzugsweise eine Steuereinrichtung 15, die als Steuergerät für die Brennkraftmaschine 1 ausgebildet und zur Ansteuerung des Motorblocks 5 mit diesem wirkverbunden sein kann, sowie zumindest ein erstes Abgassensorelement 17 auf, welches als Reduktionsmittelsensor zur Messung einer Reduktionsmittelkonzentration im Abgas, bevorzugt aber insbesondere als Stickoxidsensor ausgebildet sein kann. Auch mittels eines Stickoxidsensors kann nämlich die Reduktionsmittelkonzentration im Abgas gemessen werden, wenn Ammoniak als Reduktionsmittel in dem SCR-Katalysator 9 verwendet wird, weil Stickoxidsensoren eine Querempfindlichkeit zu Ammoniak aufweisen. Die Steuereinrichtung 15 ist mit dem ersten Abgassensorelement 17 wirkverbunden. Das erste Abgassensorelement 17 ist stromabwärts des SCR-Katalysators 9 in dem Abgasstrang 7 angeordnet.
Bevorzugt ist außerdem ein zweites Abgassensorelement 19 entlang des Abgasstrangs 7 stromaufwärts des SCR-Katalysators angeordnet, wobei das zweite Abgassensorelement 19 als Reduktionsmittelsensor oder als Stickoxidsensor ausgebildet sein kann. Das zweite Abgassensorelement 19 ist ebenfalls mit der Steuereinrichtung 15 wirkverbunden. Eine Durchbrucherkennung kann insbesondere durch Auswerten von Messsignalen des ersten Abgassensorelements 17, bevorzugt aber durch Auswerten von Messsignalen sowohl des zweiten Abgassensorelements 19 als auch des ersten Abgassensorelements 17 durchgeführt werden. Die Steuereinrichtung 15 ist außerdem mit der Dosiereinrichtung 11 zu deren Ansteuerung und insbesondere zu einer Mengensteuerung der Dosierung des Reduktionsmittels wirkverbunden, wobei auch die in der Steuereinrichtung 15 vorliegende Ansteuerinformation für die Dosiereinrichtung 11 zur Erkennung eines Durchbruchs des SCR-Katalysators 9 herangezogen werden kann.
Das Abgasnachbehandlungssystem 3 weist bevorzugt ein Abschätzmittel 21 zur Abschätzung einer HC-Beladung des SCR-Katalysators 9 anhand von wenigstens einem die HC-Beladung des SCR-Katalysators 9 repräsentierenden Parameter auf. Dabei ist das Abschätzmittel 21 hier in die Steuereinrichtung 15 integriert, wobei es insbesondere als Hardwaremodul Teil der Steuereinrichtung 15 sein kann, oder wobei es als Software-basiertes Abschätzmittel, insbesondere als Softwaremodul, in die Steuereinrichtung 15 implementiert sein kann.
Unmittelbar stromaufwärts des SCR-Katalysators 9 ist noch ein Temperatursensor 23 zur Messung einer Abgastemperatur in dem Abgasstrang 7 angeordnet, der ebenfalls mit der Steuereinrichtung 15 wirkverbunden ist, sodass die Abgastemperatur unmittelbar stromaufwärts des SCR-Katalysators 9 – insbesondere als Temperatur im Bereich des SCR-Katalysators 9 – durch die Steuereinrichtung 15 erfassbar ist.
Das Abgasnachbehandlungssystem 3 ist eingerichtet, um auf einen von dem Durchbrucherkennungsmittel 13 erkannten Durchbruch des SCR-Katalysators 9 hin in Abhängigkeit von dem wenigstens einen die HC-Beladung des SCR-Katalysators 9 repräsentierenden Parameter in einer ersten Betriebsart wenigstens eine Maßnahme in Reaktion auf die HC-Beladung des SCR-Katalysators 9 ober aber in einer zweiten Betriebsart wenigstens eine Maßnahme zur Anpassung des Betriebs des Abgasstrangs 7 an eine Alterung des SCR-Katalysators 9 durchzuführen.
Die Steuereinrichtung 15 ist mit der Dosiereinrichtung 11 insbesondere wirkverbunden und eingerichtet zur Ansteuerung derselben in Abhängigkeit von dem wenigstens einen, die HC-Beladung des SCR-Katalysators 9 repräsentierenden Parameter.
Das hier dargestellte Ausführungsbeispiel des Abgasnachbehandlungssystems 3 ist insbesondere frei von einem Oxidationskatalysator stromaufwärts des SCR-Katalysators 9, es weist also keinen Oxidationskatalysator stromaufwärts des SCR-Katalysators 9 auf. Das Abgasnachbehandlungssystem 3 ist außerdem frei von einem Sperrkatalysator stromabwärts des SCR-Katalysators 9, es weist also insbesondere keinen Sperrkatalysator stromabwärts des SCR-Katalysators 9 auf.
Der SCR-Katalysator 9 weist bevorzugt Eisenzeolith oder Vanadium auf, oder er ist aus Eisenzeolith oder Vanadium hergestellt.
Nur schematisch angedeutet ist hier, dass das Abgasnachbehandlungssystem 3 bevorzugt einen Abgas-Umgehungspfad 25 um den SCR-Katalysator 9 aufweist, wobei der Abgasumgehungspfad 25 derart schaltbar ausgebildet ist, dass betriebspunktabhängig, insbesondere abhängig von einem Lastpunkt der Brennkraftmaschine 1, Abgas um den SCR-Katalysator 9 herum geleitet werden kann. Dabei ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass in niedrigen Lastpunkten und/oder bei geringen Abgastemperaturen ein möglichst hoher Anteil des Abgasstroms, vorzugsweise der vollständige Abgasstrom, entlang des schaltbaren Abgasumgehungspfads 25 geleitet wird, um den SCR-Katalysator 9 nach Möglichkeit frei von unverbrannten Kohlenwasserstoffen im Abgas zu halten. Da eine vollständige Umströmung des SCR-Katalysators 9 jedoch prinzipiell nicht gewährleistet werden kann, ist es gleichwohl sinnvoll, das hier vorgeschlagene Verfahren auch in Zusammenhang mit einem Abgasnachbehandlungssystem 3 durchzuführen, welches einen solchen Abgasumgehungspfad 25 aufweist.
Es ist aber sehr wohl auch ein Ausführungsbeispiel des Abgasnachbehandlungssystems 3 möglich, bei welchem kein Abgas-Umgehungspfad 25 vorgesehen ist.
2 zeigt eine erste schematische Übersichtsdarstellung über eine Funktionsweise einer ersten Ausführungsform des Verfahrens zum Betreiben des Abgasnachbehandlungssystems 3, insbesondere des Abgasnachbehandlungssystems 3 gemäß 1. Schematisch ist hier das Durchbrucherkennungsmittel 13 dargestellt, sowie ein Entscheidungsmittel 27, welches entscheidet, in welcher Weise auf einen erkannten Durchbruch des SCR-Katalysators 9 reagiert werden soll. Das Entscheidungsmittel 27 kann insbesondere Teil des Abschätzmittels 21 sein oder mit diesem Zusammenwirken. Dabei kann das Entscheidungsmittel 27 das Abgasnachbehandlungssystem 3 insbesondere Umschalten zwischen der hier schematisch angedeuteten ersten Betriebsart 29 und der ebenfalls angedeuteten zweiten Betriebsart 31, wobei in der ersten Betriebsart 29 wenigstens eine Maßnahme in Reaktion auf eine erkannte HC-Beladung des SCR-Katalysators 9 durchgeführt wird, wobei in der zweiten Betriebsart 31 wenigstens eine Maßnahme zur Anpassung des Betriebs des Abgasstrangs 7 an eine Alterung des SCR-Katalysators 9 durchgeführt wird. Die Entscheidung zwischen der ersten Betriebsart 29 und der zweiten Betriebsart 31 ist insbesondere auch eine Entscheidung, ob der erkannte Durchbruch einer erhöhten HC-Beladung des SCR-Katalysators 9 oder aber einer Alterung des SCR-Katalysators 9 zugeordnet wird. In der ersten Betriebsart wird in Reaktion auf einen erkannten Durchbruch eine Einbringung von Reduktionsmittel in den Abgasstrang 7 bevorzugt für eine vorbestimmte Abschaltzeitdauer unterlassen. In der zweiten Betriebsart 31 wird in Reaktion auf einen erkannten Durchbruch bevorzugt ein Alterungskennfeld verändert, insbesondere zu einer reduzierten maximalen Umsatzrate hin, wobei das Alterungskennfeld zur Steuerung der Einbringung von Reduktionsmittel in den Abgasstrang 7 verwendet wird, insbesondere zur Mengensteuerung.
Eine dritte Betriebsart, in welcher kein Reduktionsmittel in den Abgasstrang 7 eingebracht wird, ist in 2 deswegen nicht dargestellt, weil in diesem Fall kein Durchbruch an dem SCR-Katalysator 9 erkannt werden kann, sodass dieser Fall für die schematische Darstellung gemäß 2 nicht relevant ist.
Das Entscheidungsmittel 27 trifft die Entscheidung zwischen der ersten Betriebsart 29 und der zweiten Betriebsart 31 insbesondere in Abhängigkeit von wenigstens einem die HC-Beladung des SCR-Katalysators 9 repräsentierenden Parameter. Dieser Parameter kann insbesondere eine berechnete Beladung des SCR-Katalysators 9 mit Kohlenwasserstoffen sein; insoweit ist hier schematisch ein HC-Beladungsrechner 33 angedeutet, dessen Ergebnis in die Entscheidung des Entscheidungsmittels 27 einfließen kann. Der Parameter kann zusätzlich oder alternativ auch ein Ergebnis einer zeitlichen Auswertung eines Betriebszustands des Abgasstrangs 7 sein, wobei insoweit schematisch hier ein erstes Auswertemittel 35 dargestellt ist, welches eingerichtet ist, um eine Betriebshistorie des Abgasstrangs 7 auszuwerten und dem Entscheidungsmittel 27 ein entsprechendes Ergebnis zur Entscheidung zur Verfügung zu stellen.
Der Parameter kann zusätzlich oder alternativ auch ein Ergebnis einer Auswertung eines Verlaufs von Maßnahmen zur Anpassung des Betriebs des Abgasstrangs 7 an eine Alterung des SCR-Katalysators sein; insoweit ist hier schematisch ein zweites Auswertemittel 37 dargestellt, welches eingerichtet ist, einen entsprechenden Verlauf von Maßnahmen auszuwerten, wobei das zweite Auswertemittel 37 insbesondere eingerichtet ist, um Änderungen des Alterungskennfelds auszuwerten. Das zweite Auswertemittel 37 ist dabei eingerichtet, um dem Entscheidungsmittel 27 ein Ergebnis seiner Auswertung zur Entscheidungsfindung zur Verfügung zu stellen.
Schließlich ist alternativ oder zusätzlich möglich, dass der Parameter eine Zeitdauer für wenigstens einen bestimmten Betriebszustand oder Betriebszustandsbereich des Abgasstrangs 7 ist. Insoweit ist hier ein Steuermittel 39 dargestellt, welches eingerichtet ist zur Erfassung einer solchen Zeitdauer und zur Übermittlung entsprechender Informationen an das Entscheidungsmittel 27 oder zur Steuerung des Entscheidungsmittels 27 in Abhängigkeit von dieser Zeitdauer.
In der ersten Betriebsart 29 und in der zweiten Betriebsart 31 wird Reduktionsmittel in den Abgasstrang 7 eingebracht, die Dosiereinrichtung 11 wird also zur Einbringung von Reduktionsmittel angesteuert. Es ist aber möglich, dass in Abhängigkeit von dem wenigstens einen Parameter ein Einbringen von Reduktionsmittel in den Abgasstrang 7 unterlassen wird, wobei die Dosiereinrichtung 11 dann insbesondere – in der dritten Betriebsart – nicht angesteuert wird, was im Folgenden noch näher erläutert wird.
3 zeigt eine schematische Darstellung eines Details einer Ausführungsform des Verfahrens. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. Dabei ist hier wiederum das Durchbrucherkennungsmittel 13 dargestellt, sowie ein die erste Betriebsart 29 symbolisierender Pfeil, wobei das Ergebnis des Durchbrucherkennungsmittels 13, nämlich ob im positiven Fall ein Durchbruch erkannt oder im negativen Fall kein Durchbruch erkannt wurde, sowie die Antwort auf die Frage, ob – im positiven Fall – die erste Betriebsart momentan vorliegt, oder ob diese – im negativen Fall – nicht vorliegt, hier in einem ersten Verundungsglied 41 im Sinne einer logischen UND-Verknüpfung miteinander verknüpft werden. Liegt sowohl die erste Betriebsart 29 vor und wurde zugleich ein Durchbruch erkannt, wird in einem ersten Schritt S1 die Einbringung von Reduktionsmittel in den Abgasstrang 7 für die vorbestimmte Abschaltzeitdauer t_D unterlassen. In einem in 3 dargestellten ersten Diagramm D1 ist dargestellt, dass die vorbestimmte Abschaltzeitdauer t_D bevorzugt ausgelesen wird aus einer ersten Kennlinie K1, welche Werte für die vorbestimmte Abschaltzeitdauer t_D in Abhängigkeit von der Temperatur T im Bereich des SCR-Katalysators 9 umfasst. Die Temperatur T wird dabei bevorzugt mit dem in 1 dargestellten Temperatursensor 23 oder alternativ direkt an oder in dem SCR-Katalysator 9 gemessen.
Nach Ablauf der vorbestimmten Abschaltzeitdauer t_D wird vorzugsweise die reguläre Dosierung des Reduktionsmittels in den Abgasstrang 7 wieder gestartet, wobei – solange die erste Betriebsart 29 vorliegt – auf einen erneut erkannten Durchbruch wiederum die Dosierung für die vorbestimmte Abschaltzeitdauer t_D unterlassen wird.
4 zeigt eine weitere Detaildarstellung einer Ausführungsform des Verfahrens. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. Dabei ist hier dargestellt, dass der HC-Beladungsrechner 33 einen ersten Beladungsgrad 45 für die Beladung des SCR-Katalysators 9 mit leichteren Kohlenwasserstoffen und einen zweiten Beladungsgrad 47 für eine Beladung des SCR-Katalysators mit schwereren Kohlenwasserstoffen berechnet, wobei hier leichtere Kohlenwasserstoffe insbesondere eine kürzere mittlere Kettenlänge aufweisen als schwerere Kohlenwasserstoffe. Alternativ oder zusätzlich können sich die Begriffe „leichter“ und „schwerer“ auch auf eine Molmasse und/oder eine Dichte der Kohlenwasserstoffe beziehen. Der erste Beladungsgrad 45 und der zweite Beladungsgrad 47 werden in einem Vergleichsschritt 49 jeweils mit einem ersten Beladungsgrenzwert 51 sowie mit einem zweiten Beladungsgrenzwert 53 verglichen. Der erste Beladungsgrenzwert 51 ist dabei größer als der zweite Beladungsgrenzwert 53. Die Ergebnisse des Vergleichs mit dem ersten Beladungsgrenzwert 51 gehen in ein zweites Verundungsglied 55 ein, wobei die Ergebnisse des Vergleichs mit dem zweiten Beladungsgrenzwert 53 in ein erstes Veroderungsglied 57 eingehen.
Die Ergebnisse des zweiten Verundungsglieds 55 und des ersten Veroderungsglieds 57 gehen wiederum in ein drittes Verundungsglied 59 ein, in welches zusätzlich noch eine Dosierfreigabe 61 für das Reduktionsmittel eingeht. Diese Dosierfreigabe 61 hat den Wahrheitswert „wahr“, wenn der Abgasstrang 7 und/oder die Brennkraftmaschine 1 in einem Betriebszustand betrieben werden, der generell eine Dosierung von Reduktionsmittel erlaubt. Dies spricht insbesondere eine Abgastemperatur an, die über einem bestimmten Abgasschwellwert liegen muss, damit grundsätzlich die Dosierung des Reduktionsmittels freigegeben werden kann. Nur dann, wenn die Dosierfreigabe 61 den Wahrheitswert „wahr“ aufweist, kann überhaupt Reduktionsmittel eindosiert werden, eine Eindosierung von Reduktionsmittel kann aber aufgrund weiterer Umstände unterlassen werden. Das Ergebnis des dritten Verundungsglieds 59 geht in ein viertes Verundungsglied 63 ein, in welches außerdem noch eine Regenerationszeitdauerauswertung 65 eingeht, deren Wahrheitswert „wahr“ ist, solange ein vorbestimmter Maximalwert für eine Regenerationszeitdauer noch nicht erreicht ist, was im Folgenden noch näher erläutert wird.
Zunächst sollen aber die Regenerationszeitdauerauswertung 65 und das vierte Verundungsglied 63 außer Betracht bleiben, um die grundsätzliche Funktionsweise der restlichen Logik zu erläutern. Es wird also im Folgenden zunächst eine Darstellung dieser Funktionsweise gegeben, die der vereinfachten Darstellung wegen davon ausgeht, dass das vierte Verundungsglied 63 und die Regenerationszeitdauerauswertung 65 nicht vorhanden wären: Dabei zeigt sich, dass das Ergebnis des zweiten Verundungsglieds 55 dann „wahr“ ist, wenn sowohl der erste Beladungsgrad 45 als auch der zweite Beladungsgrad 47 kleiner sind als der erste Beladungsgrenzwert 51. In jedem anderen Fall ist das Ergebnis des zweiten Verundungsglieds 55 „falsch“. Das Ergebnis des ersten Veroderungsglieds 57 ist dann „wahr“, wenn zumindest ein Beladungsgrad, ausgewählt aus dem ersten Beladungsgrad 45 und dem zweiten Beladungsgrad 47, größer ist als der zweite Beladungsgrenzwert 53, oder wenn beide Beladungsgrade 45, 47 größer sind als der zweite Beladungsgrenzwert 53. Sind dagegen beide Beladungsgrade 45, 47 kleiner als der zweite Beladungsgrenzwert 53, ist das Ergebnis des ersten Veroderungsglieds 57 „falsch“.
In Kombination mit dem dritten Verundungsglied 59 und unter der Maßgabe, dass die Dosierfreigabe 61 positiv ist, ergibt sich dann folgende Logik: Die erste Betriebsart 29 wird gewählt, wenn zum einen der erste Beladungsgrad 45 und der zweite Beladungsgrad 47 beide kleiner sind als der erste Beladungsgrenzwert 51, wobei zugleich wenigstens ein Beladungsgrad, ausgewählt aus dem ersten Beladungsgrad 45 und dem zweiten Beladungsgrad 47, größer ist als der zweite Beladungsgrenzwert 53.
Nicht explizit dargestellt ist in 4, dass bevorzugt in die zweite Betriebsart 31 geschaltet wird, wenn der erste Beladungsgrad 45 und der zweite Beladungsgrad 47 beide kleiner sind als der zweite Beladungsgrenzwert 53. In diesem Fall wird nämlich davon ausgegangen, dass die HC-Beladung des SCR-Katalysators 9 entweder nicht vorliegt oder jedenfalls so gering ist, dass der Abgasstrang 7 im Normalbetrieb betrieben werden kann, wobei ein erkannter Durchbruch einer Alterung des SCR-Katalysators 9 zugeordnet werden kann.
Ebenfalls nicht explizit dargestellt ist in 4, dass bevorzugt in die dritte Betriebsart geschaltet wird, also auf ein Einbringen von Reduktionsmittel in den Abgasstrang 7 vollständig verzichtet oder die Dosiereinrichtung 11 nicht angesteuert wird, wenn wenigstens einer der Beladungsgrade 45, 47 größer ist als der erste Beladungsgrenzwert 51. In diesem Fall wird davon ausgegangen, dass die HC-Beladung des SCR-Katalysators 9 so hoch ist, dass eine Dosierung von Reduktionsmittel nicht sinnvoll ist.
Die Beladungsgrenzwerte 51, 53 sind bevorzugt parametrierbar. Sie werden insbesondere so gewählt, dass die zuvor erläuterter Logik sinnvoll durchführbar ist, wobei insbesondere der erste Beladungsgrenzwert 51 eine HC-Beladung des SCR-Katalysators 9 abbildet, bei der oder oberhalb derer keine Dosierung von Reduktionsmittel mehr sinnvoll ist, wobei der zweite Beladungsgrenzwert 53 eine Beladungsschwelle für den SCR-Katalysator 9 abbildet, unterhalb derer ein Normalbetrieb und eine Zuordnung eines Durchbruchs zu einer Alterung des SCR-Katalysators 9 sinnvoll ist.
Im Folgenden wird nun näher auf die Bedeutung des vierten Verundungsglieds 63 sowie der Regenerationszeitdauerauswertung 65 eingegangen: Wird oder ist die erste Betriebsart 29 ausgewählt, wird nämlich bevorzugt eine Regenerationszeitdauer erfasst, während derer ein für eine Regeneration des SCR-Katalysators 9 geeigneter Betriebszustand des Abgasstrangs 7 vorliegt. Hierzu wird dann, wenn das Ergebnis des dritten Verundungsglieds 59 „wahr“ wird, eine Auswertung 67 des Betriebszustands des Abgasstrangs 7 und/oder der Brennkraftmaschine 1 gestartet, wobei insbesondere ein Lastpunkt der Brennkraftmaschine 1 ausgewertet werden kann. Es ist aber auch möglich, dass hier die insbesondere von dem Temperatursensor 23 gemessene Temperatur T ausgewertet wird. Auch eine Kombination dieser Auswertungsarten ist möglich. Jedenfalls wird in der Auswertung 67 geprüft, ob der momentane Betriebszustand für die Regeneration des SCR-Katalysators 9 geeignet ist, ob also Bedingungen vorliegen, aufgrund derer Kohlenwasserstoffe von dem SCR-Katalysator 9 desorbiert werden. Zugleich mit dem Beginn der Auswertung 67 wird auch in einem zweiten Schritt S2 ein Zeitzähler auf Null gesetzt, sodass eine Zeiterfassung für die Regenerationszeitdauer neu beginnt. In einem dritten Schritt S3 werden jeweils die Zeiten erfasst, in welchen für eine Regeneration des SCR-Katalysators 9 geeignete Betriebszustände des Abgasstrangs 7 vorliegen, wobei diese Zeiten zu einer Regenerationszeitdauer zusammengefasst werden. Die Regenerationszeitdauer wird mit einem vorbestimmten Maximalwert verglichen, und als Regenerationszeitdauerauswertung 65 wird zurückgegeben, ob die Regenerationszeitdauer den vorbestimmten Maximalwert noch nicht erreicht oder überschritten hat. Der Wahrheitswert der Regenerationszeitdauerauswertung 65 ist „wahr“, solange der vorbestimmte Maximalwert noch nicht erreicht oder überschritten ist, er ist „falsch“ sobald der vorbestimmte Maximalwert erreicht oder überschritten ist.
Dies führt in Zusammenhang mit dem vierten Verundungsglied 63 letztlich dazu, dass die erste Betriebsart 29 ausgeführt wird, solange die Regenerationszeitdauer den vorbestimmten Maximalwert noch nicht erreicht oder überschritten hat, wobei die erste Betriebsart 29 verlassen wird, wenn die Regenerationszeitdauer den vorbestimmten Maximalwert erreicht oder überschreitet. Vorzugsweise wird in diesem zuletzt genannten Fall dann in die zweite Betriebsart 31 gewechselt.
In einem Zweiten Diagramm D2 und in einem dritten Diagramm D3 sind Kriterien für die Auswertung 67 dargestellt. Gemäß dem zweiten Diagramm D2 sind geeignete Betriebszustände der Brennkraftmaschine 1 und damit zugleich des Abgasstrangs 7 insbesondere solche, bei denen ein Wertepaar, umfassend das Drehmoment M der Brennkraftmaschine 1 und deren Drehzahl n, oberhalb einer zweiten Kennlinie K2, die insbesondere eine erste bestimmte Grenz-Kennlinie darstellt, liegt. Geeignete Betriebszustände der Brennkraftmaschine 1 und/oder des Abgasstrangs 7 sind gemäß dem dritten Diagramm D3 auch solche, bei welchen ein Wertepaar, umfassend die Temperatur T im Bereich des SCR-Katalysators 9, insbesondere die mittels des Temperatursensors 23 gemessene Temperatur, und einen Abgasmassenstrom dm im Bereich des SCR-Katalysators 9, oberhalb einer dritten Kennlinie K3, die insbesondere eine zweite bestimmte Grenz-Kennlinie darstellt, liegt. Bevorzugt werden beide hier genannten Bedingungen ausgewertet, wobei eine Zeit als Beitrag zur Regenerationszeitdauer erfasst wird, wenn zu dieser Zeit wenigstens eine der genannten Bedingungen erfüllt ist.
5 zeigt eine weitere Detaildarstellung einer Ausführungsform des Verfahrens. Gleiche und funktionsgleiche Elemente sind mit gleichen Bezugszeichen versehen, sodass insofern auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen wird. Dabei ist hier das erste Auswertemittel 35 dargestellt, welches eingerichtet ist zur zeitlichen Auswertung eines Betriebszustands des Abgasstrangs 7. In das erste Auswertemittel 35 geht die Temperatur T im Bereich des SCR-Katalysators 9, die bevorzugt von dem Temperatursensor 23 gemessen wird, ein. Dem ersten Auswertemittel 35 liegt insbesondere eine Kennlinie oder Gewichtungskurve 69 zugrunde, welche Werte für eine Abschaltdauer t_A in Abhängigkeit von der erfassten Temperatur T umfasst. Durch das erste Auswertemittel 35 wird nun die Temperatur T zeitabhängig erfasst, wobei anhand der Gewichtungskurve 69 der erfassten Temperatur T zu jedem Zeitpunkt ein Wert für die Abschaltdauer t_A zugeordnet wird, wobei die derart bestimmten Werte für die Abschaltdauer t_A zeitlich zu einer integralen Abschaltdauer 71 aufintegriert werden. Dabei sind niedrigeren Messwerten der Temperatur T höhere Werte der Abschaltdauer t_A zugeordnet als höheren Messwerten der Temperatur T. Insbesondere ist es möglich, dass hohen Werten der Temperatur T, insbesondere Werten oberhalb von 350 °C, negative Werte für die Abschaltdauer t_A zugeordnet sind. Dem liegt der Gedanke zugrunde, dass eine HC-Beladung des SCR-Katalysators 9 verstärkt stattfindet, wenn die Abgastemperatur T niedrig ist, wobei die HC-Beladung abgebaut werden kann, wenn eine höhere Abgastemperatur T vorliegt. Die Abschaltdauer t_A kann also insbesondere bei einem Betrieb mit hoher Temperatur T auch herunterintegriert werden.
Die integrale Abschaltdauer 71 wird allerdings mittels eines Begrenzers 73 nach unten auf Null begrenzt, um zu vermeiden, dass sich ein sehr stark negativer Wert für die integrale Abschaltdauer 71 aufbaut, wobei dann kaum noch eine tatsächlich existierende HC-Beladung des SCR-Katalysators 9 erfassbar wäre. Die derart begrenzte integrale Abschaltdauer 75 wird in einem zweiten Vergleichsschritt 77 sowohl mit einem ersten Abschaltdauergrenzwert 79 als auch mit einem zweiten Abschaltdauergrenzwert 81 verglichen, wobei der erste Abschaltdauergrenzwert 79 größer ist als der zweite Abschaltdauergrenzwert 81. Ist dabei die begrenzte integrale Abschaltdauer 75 kleiner als der erste Abschaltdauergrenzwert 79 und – was hier nicht explizit dargestellt ist – größer als der zweite Abschaltdauergrenzwert 81, wird in die erste Betriebsart 29 geschaltet. Ist dagegen die begrenzte integrale Abschaltdauer 75 kleiner als der zweite Abgasdauer-Grenzwert 81 wird – zunächst der einfacheren Darstellung wegen unter Außerachtlassung eines zweiten Veroderungsglieds 83 – in die zweite Betriebsart 31 geschaltet. Nicht explizit dargestellt ist dabei, dass bevorzugt in die dritte Betriebsart geschaltet wird, wenn die begrenzte integrale Abschaltdauer 75 größer ist als der erste Abschaltdauergrenzwert 79. Den Abschaltdauergrenzwerten 79, 81 kommt also die Bedeutung zu, welche in Zusammenhang mit der Ausführungsform gemäß 4 für die Beladungsgrenzwerte 51, 53 erläutert wurde. Demnach entspricht der erste Abschaltdauergrenzwert 79 bevorzugt auch einem Grenzwert, der eine so hohe Beladung des SCR-Katalysators 9 mit Kohlenwasserstoffen abbildet, dass eine Dosierung von Reduktionsmittel nicht mehr sinnvoll ist, wobei der zweite Abschaltdauergrenzwert 81 einer Beladung des SCR-Katalysators 9 mit Kohlenwasserstoffen entspricht, die so gering ist, dass jedenfalls unterhalb dieses zweiten Abschaltdauergrenzwerts 81 ein Normalbetrieb durchgeführt werden kann, wobei ein erkannter Durchbruch einer Alterung des SCR-Katalysators 9 zugeordnet werden kann. Die Abschaltdauergrenzwerte 79, 81 sind bevorzugt parametrierbar.
Bevorzugt ist auch bei dieser Ausführungsform des Verfahrens eine Möglichkeit vorgesehen, die erste Betriebsart 29 zu verlassen, wenn die Regenerationszeitdauer einen vorbestimmten Maximalwert erreicht oder überschritten hat, wobei dies hier bei dieser Ausführungsform positiv als eine Möglichkeit zum Wechsel in die zweite Betriebsart 31 dargestellt ist. Hierzu ist insbesondere das bereits angedeutete, zweite Veroderungsglied 83 vorgesehen.
Insbesondere wird hier die Temperatur T in einem dritten Vergleichsschritt 85 mit einer Grenztemperatur 87, die beispielsweise bei 350 °C liegen kann, verglichen, wobei dann, wenn die gemessene Temperatur T die Grenztemperatur 87 überschreitet, die Auswertung 67 gestartet wird, wobei hier die in Zusammenhang mit 4 erläuterten Schritte der Auswertung 67 sowie der zweite Schritt S2 und der dritte Schritt S3 gemeinsam dargestellt sind. Es wird also nun auch hier eine Regenerationszeitdauer erfasst, während derer ein für eine Regeneration des SCR-Katalysators 9 geeigneter Betriebszustand des Abgasstrangs 7 und/oder der Brennkraftmaschine 1 vorliegt, wobei – wie in Zusammenhang mit 4 erläutert – hieraus die Regenerationszeitdauerauswertung 65 resultiert. Diese wird allerdings hier in einem Verneinungsglied 89 verneint oder invertiert, und der entsprechende Wert wird dann dem zweiten Veroderungsglied 83 zugeführt. Gemäß dieser Logik wird nun also in die zweite Betriebsart 31 gewechselt, wenn entweder die begrenzte integrale Abschaltdauer 75 kleiner wird als der zweite Abschaltdauergrenzwert 81, oder wenn der vorbestimmte Maximalwert für die Regenerationszeitdauer erreicht oder überschritten ist. Dies führt – genau wie in Zusammenhang mit 4 erläutert, nur in etwas anderer Umsetzung – dazu, dass die erste Betriebsart 29 dann verlassen und insbesondere in die zweite Betriebsart 31 gewechselt wird, wenn der vorbestimmte Maximalwert für die Regenrationszeitdauer erreicht oder überschritten wurde.
Für die Auswertung 67 können wiederum – wie in Zusammenhang mit 4 erläutert – die Diagramme D2 und D3 herangezogen werden.
Insgesamt zeigt sich, dass mit dem hier vorgeschlagenen Verfahren und dem Abgasnachbehandlungssystem 3 im Betrieb eines SCR-Katalysators 9 auf dessen Kohlenwasserstoffbeladung richtig reagiert und somit Reduktionsmittelemissionen vermieden werden können.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011011441 B3 [0015, 0015]

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Abgasnachbehandlungssystems (3), welches – einen Abgasstrang (7) mit – einem SCR-Katalysator (9), – einer Dosiereinrichtung (11) zum Einbringen von Reduktionsmittel in den Abgasstrang (7) stromaufwärts des SCR-Katalysators (9), und mit – einem Durchbrucherkennungsmittel (13) zur Erkennung eines Durchbruchs des SCR-Katalysators (9) aufweist, wobei – in Abhängigkeit von wenigstens einem eine HC-Beladung des SCR-Katalysators (9) repräsentierenden Parameter auf einen von dem Durchbrucherkennungsmittel (13) erkannten Durchbruch des SCR-Katalysators (9) hin a) in einer ersten Betriebsart (29) wenigstens eine Maßnahme in Reaktion auf die HC-Beladung des SCR-Katalysators (9), oder b) in einer zweiten Betriebsart (31) wenigstens eine Maßnahme zur Anpassung des Betriebs des Abgasstrangs (7) an eine Alterung des SCR-Katalysators (9) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von dem wenigstens einen die HC-Beladung des SCR-Katalysators (9) repräsentierenden Parameter die Dosiereinrichtung (11) a) angesteuert wird, um Reduktionsmittel in den Abgasstrang (7) einzubringen, oder b) nicht angesteuert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als der wenigstens eine die HC-Beladung des SCR-Katalysators (9) repräsentierende Parameter a) eine berechnete Beladung des SCR-Katalysators (9) mit Kohlenwasserstoffen; b) ein Ergebnis einer zeitlichen Auswertung eines Betriebszustands des Abgasstrangs (7); c) ein Ergebnis einer Auswertung eines Verlaufs von Maßnahmen zur Anpassung des Betriebs des Abgasstrangs (7) an eine Alterung des SCR-Katalysators (9), und/oder d) eine Zeitdauer für wenigstens einen bestimmten Betriebszustand des Abgasstrangs (7) verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass a) als die wenigstens eine Maßnahme in Reaktion auf die HC-Beladung des SCR-Katalysators (9) für eine vorbestimmte Abschaltzeitdauer (t_D) eine Einbringung von Reduktionsmittel in den Abgasstrang (7) unterlassen wird, und/oder dass b) als die wenigstens eine Maßnahme zur Anpassung des Betriebs des Abgasstrangs (7) an eine Alterung des SCR-Katalysators (9) ein Alterungskennfeld verändert wird, welches zur Steuerung der Einbringung von Reduktionsmittel in den Abgasstrang verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmte Abschaltzeitdauer (t_D) abhängig von einer Temperatur (T) im Bereich des SCR-Katalysators (9) gewählt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Betriebsart (29) eine Regenerationszeitdauer erfasst wird, während der ein für eine Regeneration des SCR-Katalysators (9) geeigneter Betriebszustand des Abgasstrangs (7) vorliegt, wobei die erste Betriebsart (29) verlassen wird, wenn die Regenerationszeitdauer einen vorbestimmten Maximalwert erreicht oder überschreitet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Beladungsgrad (45) des SCR-Katalysators (9) mit leichteren Kohlenwasserstoffen abgeschätzt wird, wobei ein zweiter Beladungsgrad (47) des SCR-Katalysators (9) mit schwereren Kohlenwasserstoffen abgeschätzt wird, wobei a) der Abgasstrang (7) in der ersten Betriebsart (29) betrieben wird, wenn sowohl der erste Beladungsgrad (45) als auch der zweite Beladungsgrad (47) kleiner sind als ein erster Beladungsgrenzwert (51), und zugleich wenigstens ein Beladungsgrad, ausgewählt aus dem ersten Beladungsgrad (45) und dem zweiten Beladungsgrad (47), größer ist als ein zweiter Beladungsgrenzwert (53), und/oder wobei b) der Abgasstrang (7) in der zweiten Betriebsart betrieben wird, wenn der erste Beladungsgrad (45) und der zweite Beladungsgrad (47) kleiner sind als der zweite Beladungsgrenzwert (53), und/oder wobei c) die Dosiereinrichtung (11) nicht angesteuert wird, wenn wenigstens ein Beladungsgrad, ausgewählt aus dem ersten Beladungsgrad (45) und dem zweiten Beladungsgrad (47), größer ist als der erste Beladungsgrenzwert (51), wobei der erste Beladungsgrenzwert (51) größer ist als der zweite Beladungsgrenzwert (53).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gesamt-Beladungsgrad des SCR-Katalysators (9) mit Kohlenwasserstoffen abgeschätzt wird, wobei a) der Abgasstrang (7) in der ersten Betriebsart (29) betrieben wird, wenn der Gesamt-Beladungsgrad kleiner als ein erster Gesamt-Beladungsgrenzwert und zugleich größer als ein zweiter Gesamt-Beladungsgrenzwert ist, und/oder wobei b) der Abgasstrang (7) in der zweiten Betriebsart betrieben wird, wenn der Gesamt-Beladungsgrad kleiner ist als der zweite Gesamt-Beladungsgrenzwert, und/oder wobei c) die Dosiereinrichtung (11) nicht angesteuert wird, wenn der Gesamt-Beladungsgrad größer ist als der erste Gesamt-Beladungsgrenzwert, wobei der erste Gesamt-Beladungsgrenzwert größer ist als der zweite Gesamt-Beladungsgrenzwert.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zeitliche Auswertung des Betriebszustands des Abgasstrangs (7) durchgeführt wird, indem – eine Temperatur (T) im Bereich des SCR-Katalysators (9) zeitabhängig erfasst wird, wobei – in Abhängigkeit von der erfassten Temperatur (T) ein Wert für eine Abschaltdauer (t_A) bestimmt wird, wobei – die bestimmten Werte für die Abschaltdauer (t_A) zeitlich zu einer integralen Abschaltdauer (71) aufintegriert werden, wobei – die integrale Abschaltdauer (71) vorzugweise auf Null nach unten begrenzt wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass a) der Abgasstrang (7) in der ersten Betriebsart (29) betrieben wird, wenn die integrale Abschaltdauer (71) zugleich kleiner als ein erster Abschaltdauergrenzwert (79) und größer als ein zweiter Abschaltdauergrenzwert (81) ist, und/oder wobei b) der Abgasstrang (7) in der zweiten Betriebsart (31) betrieben wird, wenn die integrale Abschaltdauer (71) kleiner ist als der zweite Abschaltdauergrenzwert (81) und/oder wobei c) die Dosiereinrichtung (11) nicht angesteuert wird, wenn die integrale Abschaltdauer (71) größer ist als der erste Abschaltdauergrenzwert (79), wobei der erste Abschaltdauergrenzwert (79) größer ist als der zweite Abschaltdauergrenzwert (81).
Abgasnachbehandlungssystem (3), mit – einem Abgasstrang (7), mit – einem SCR-Katalysator (9), – einer Dosiereinrichtung (11) zum Einbringen von Reduktionsmittel in den Abgasstrang (7) stromaufwärts des SCR-Katalysators (9), und mit – einem Durchbrucherkennungsmittel (13) zur Erkennung eines Durchbruchs des SCR-Katalysators (9), wobei – das Abgasnachbehandlungssystem (3) eingerichtet ist, um in Abhängigkeit von wenigstens einem die HC-Beladung des SCR-Katalystors (9) repräsentierenden Parameter auf einen von dem Durchbrucherkennungsmittel (13) erkannten Durchbruch des SCR-Katalysators (9) hin a) in einer ersten Betriebsart (29) wenigstens eine Maßnahme in Reaktion auf die HC-Beladung des SCR-Katalysators (9), oder b) in einer zweiten Betriebsart (31) wenigstens eine Maßnahme zur Anpassung des Betriebs des Abgasstrangs (7) an eine Alterung des SCR-Katalysators (9) durchzuführen, wobei das Abgasnachbehandlungssystem (3) bevorzugt eingerichtet ist zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10.
Abgasnachbehandlungssystem (3) nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung (15), welche mit der Dosiereinrichtung (11) wirkverbunden und eingerichtet ist zur Ansteuerung der Dosiereinrichtung (11) in Abhängigkeit von dem wenigstens einen die HC-Beladung des SCR-Katalysators (9) repräsentierenden Parameter.
Abgasnachbehandlungssystem (3) nach einem der Ansprüche 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Abgasnachbehandlungssystem (3) frei ist von a) einem Oxidationskatalysator stromaufwärts des SCR-Katalysators (9), und/oder von b) einem Sperrkatalysator stromabwärts des SCR-Katalysators (9).
Abgasnachbehandlungssystem (3) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, gekennzeichnet durch einen schaltbaren Abgas-Umgehungspfad (25) um den SCR-Katalysator (9).
Brennkraftmaschine (1), mit einem Abgasnachbehandlungssystem (3) nach einem der Ansprüche 11 bis 14.