Die Offenbarung betrifft ein Abgasnachbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor mit einem SCR-Katalysator und einem Reduktionsmittel-Injektor sowie ein Verfahren zur Ermittlung der Ursache einer Effizienzabweichung der Stickoxid-Reduktion im Abgasnachbehandlungssystem.The disclosure relates to an exhaust gas aftertreatment system for an internal combustion engine with an SCR catalytic converter and a reducing agent injector as well as a method for determining the cause of an efficiency deviation of the nitrogen oxide reduction in the exhaust gas aftertreatment system.
Aus GELBERT, G. et al. („NH3-Füllstandsregelung für SCR-Katalysatoren auf Basis echtzeitfähiger physikalischer Modelle“, MTZ 78 (02/2017), S.61-66) , REIF, K. et al. („Abgastechnik für Verbrennungsmotoren“, Wiesbaden, Springer, 2015, S.64-S.68, ISBN 978-3-658-09521-5) und DE 10 2005 050 709 A1 ist bekannt, Stickoxide im Abgas von Verbrennungsmotoren, insbesondere von Magermotoren, durch Beigabe eines Reduktionsmittels zu Stickstoff und anderen unbedenklichen Reaktionsprodukten zu reduzieren. Hierzu wird das Reduktionsmittel dem Abgas beigegeben und in einem SCR-Katalysator gespeichert. Der SCR-Katalysator ist ein Katalysator für selektive katalytische Reduktion, in dem sich das beigegebene Reduktionsmittel an einer katalytischen Oberfläche durch Adsorption anlagert und dort mit Stickoxiden im Abgas reagiert.Out GELBERT, G. et al. ("NH3 level control for SCR catalysts based on real-time physical models", MTZ 78 (02/2017), p.61-66) , REIF, K. et al. ("Exhaust technology for internal combustion engines", Wiesbaden, Springer, 2015, p.64-p.68, ISBN 978-3-658-09521-5) and DE 10 2005 050 709 A1 It is known to reduce nitrogen oxides in the exhaust gas of internal combustion engines, especially lean-burn engines, by adding a reducing agent to nitrogen and other harmless reaction products. For this purpose, the reducing agent is added to the exhaust gas and stored in an SCR catalytic converter. The SCR catalytic converter is a catalytic converter for selective catalytic reduction, in which the added reducing agent is deposited on a catalytic surface by adsorption and reacts there with nitrogen oxides in the exhaust gas.
Der Reduktionsmittel-Gehalt (eingespeicherte Menge) in dem SCR-Katalysator sollte in einem vorgegebenen Wertebereich liegen, damit die Reduktionsreaktion bei einer gewünschten Effizienz stattfindet. Wenn der Reduktionsmittel-Gehalt zu niedrig wird oder auf Null zurückgeht, können Sickoxide durch den SCR-Katalysator durchbrechen. Wenn der Reduktionsmittel-Gehalt zu hoch wird, kann das beigegebene und etwaig giftige Reduktionsmittel sich nicht mehr im SCR-Katalysator anlagern oder es desorbiert teilweise wieder. In beiden Fällen kann Reduktionsmittel aus dem SCR-Katalysator austreten und in die Außenatmosphäre gelangen oder es ist notwendig, zusätzliche Maßnahmen zur Beseitigung des überschüssigen Reduktionsmittels vorzusehen.The reducing agent content (stored amount) in the SCR catalytic converter should be in a predetermined range of values so that the reduction reaction takes place at a desired efficiency. If the reducing agent content is too low or goes back to zero, nitrogen oxides can break through the SCR catalytic converter. If the reducing agent content becomes too high, the added and possibly toxic reducing agent can no longer accumulate in the SCR catalytic converter or it partially desorbs again. In both cases, reducing agent can escape from the SCR catalytic converter and enter the outside atmosphere, or it is necessary to take additional measures to remove the excess reducing agent.
Die bisher bekannten Abgasnachbehandlungssysteme sind nicht optimal ausgebildet. Sie sind insbesondere anfällig gegen bestimmte Störungen, so dass die Effizienz der Stickoxid-Reduktion nicht über die gesamte Lebensdauer des Abgasnachbehandlungssystems und bei allen Betriebszuständen gewährleistet wird.The exhaust gas aftertreatment systems known to date are not optimally designed. They are particularly susceptible to certain malfunctions, so that the efficiency of the nitrogen oxide reduction is not guaranteed over the entire service life of the exhaust gas aftertreatment system and in all operating states.
Es ist eine erste Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, ein verbessertes Abgasnachbehandlungssystem aufzuzeigen. Eine zweite Aufgabe der Offenbarung ist, ein verbessertes Verfahren zur Ermittlung der Ursache einer Effizienzabweichung der Stickoxid-Reduktion aufzuzeigen. Die beanspruchte Erfindung löst zumindest einer dieser Aufgaben durch die Merkmale des Hauptanspruchs.It is a first object of the present disclosure to provide an improved exhaust aftertreatment system. A second object of the disclosure is to show an improved method for determining the cause of an efficiency deviation of the nitrogen oxide reduction. The claimed invention achieves at least one of these objects by the features of the main claim.
Die vorliegende Offenbarung umfasst mehrere Haupt-Aspekte, die für sich allein oder in beliebiger Kombination nutzbar sind.The present disclosure comprises several main aspects that can be used alone or in any combination.
Ein erster Hauptaspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft ein Abgasnachbehandlungssystem. Das Abgasnachbehandlungssystem ist für einen Verbrennungsmotor vorgesehen und kann insbesondere mit dem Abgas des Verbrennungsmotors gespeist werden. Es umfasst zumindest einen SCR-Katalysator mit einer Vorlauf-Passage und einer Nachlauf-Passage. In dem Abgasnachbehandlungssystem wird ein (momentaner) Vorlauf-Stickoxid-Gehalt in Strömungsrichtung des Abgases vor dem SCR-Katalysator, d.h. in der Vorlauf-Passage, sowie ein (momentaner) Nachlauf-Stickoxid-Gehalt in Strömungsrichtung nach dem SCR-Katalysator, d.h. in der Nachlauf-Passage bestimmt. Mit anderen Worten ist die Vorlauf-Passage in Strömungsrichtung des Abgases vor dem SCR-Katalysator angeordnet und die Nachlauf-Passage ist in Strömungsrichtung des Abgases hinter dem SCR-Katalysator angeordnet.A first major aspect of the present disclosure relates to an exhaust aftertreatment system. The exhaust gas aftertreatment system is provided for an internal combustion engine and can in particular be fed with the exhaust gas from the internal combustion engine. It comprises at least one SCR catalytic converter with a pre-flow passage and a post-flow passage. In the exhaust gas aftertreatment system, a (momentary) lead nitrogen oxide content in the flow direction of the exhaust gas upstream of the SCR catalytic converter, ie in the lead passage, and a (momentary) trailing nitrogen oxide content in the flow direction after the SCR catalytic converter, ie in determined by the trailing passage. In other words, the upstream passage is arranged upstream of the SCR catalytic converter in the flow direction of the exhaust gas and the downstream passage is arranged downstream of the SCR catalytic converter in the flow direction of the exhaust gas.
Stromaufwärts zu dem SCR-Katalysator ist ein Reduktionsmittel-Injektor angeordnet, der ein Reduktionsmittel bevorzugt in das Abgas beigibt bzw. einspritzt. Das Reduktionsmittel wird (zusammen mit dem Abgas) dem SCR-Katalysator zugeführt und in dem SCR-Katalysator gespeichert. Stickoxide im Abgas werden durch das gespeicherte Reduktionsmittel reduziert. Besonders bevorzugt ist ein Stickoxid-Sensor zur Erfassung des Vorlauf-Stickoxid-Gehalts stromaufwärts des SCR-Katalysators und weiterhin stromaufwärts des Reduktionsmittel-Injektors angeordnet.A reducing agent injector, which preferably adds or injects a reducing agent into the exhaust gas, is arranged upstream of the SCR catalytic converter. The reducing agent (together with the exhaust gas) is fed to the SCR catalytic converter and stored in the SCR catalytic converter. Nitrogen oxides in the exhaust gas are reduced by the stored reducing agent. A nitrogen oxide sensor for detecting the feed nitrogen oxide content is particularly preferably arranged upstream of the SCR catalytic converter and further upstream of the reducing agent injector.
Das Abgasnachbehandlungssystem umfasst eine Steuereinheit, die mit dem Reduktionsmittel-Injektor verbunden ist und die momentane Beigabemenge des Reduktionsmittels steuert. Die Steuereinheit hat eine besondere Ausbildung und ermöglicht die Durchführung eines Lernvorgangs, um eine erfasste Abweichung der IST-Effizienz der Stickoxid-Reduktion von einem Sollwert zu erfassen und mehrfache geeignete Korrekturen vorzunehmen, um mehrere Störeinflüsse gemeinsam zu kompensieren. Damit ist eine deutlich verbesserte Anpassung der Steuerung ermöglicht, die insbesondere die Nachteile von bisher bekannten, eindimensionalen Anpassungen überwindet.The exhaust gas aftertreatment system comprises a control unit which is connected to the reducing agent injector and controls the current addition amount of the reducing agent. The control unit has a special design and enables a learning process to be carried out in order to detect a detected deviation of the actual efficiency of the nitrogen oxide reduction from a target value and to make multiple suitable corrections in order to compensate for several interfering influences together. This enables a significantly improved adaptation of the control, which in particular overcomes the disadvantages of previously known, one-dimensional adaptations.
In dem Abgasnachbehandlungssystem gemäß der vorliegenden Offenbarung umfasst die Steuereinheit ein mehrgliedriges Simulationsmodell sowie eine Vorsteuerung. Die Steuereinheit ist zur Ausführung der nachfolgend beschriebenen Schritte ausgebildet.In the exhaust gas aftertreatment system according to the present disclosure, the control unit comprises a multi-element simulation model and a pilot control. The control unit is designed to carry out the steps described below.
Es wird ein Soll-Wert für die momentane Reduktionsmittel-Beigabemenge (Einspritzmenge) auf Basis eines Vorsteuerwertes und zusätzlich eines Speicherführungswertes festgelegt. Der Vorsteuerwert wird auf Basis des (momentanen) Vorlauf-Stickoxid-Gehalts bestimmt. Er repräsentiert diejenige Menge an Reduktionsmittel, die dem Abgas beizugeben ist, um die momentan erfasste Menge an Stickoxiden in dem Abgas zu reduzieren. Die Vorsteuerung arbeitet besonders schnell und kann in stationären Zuständen des Verbrennungsmotors bzw. des Abgasnachbehandlungssystems den wesentlichen Anteil der Steueraufgabe erfüllen, um die Effizienz der Sickoxid-Reduktion zu gewährleisten.A setpoint value for the current amount of reducing agent added (injection amount) is established on the basis of a pilot control value and, in addition, a storage control value. The pre-control value is determined on the basis of the (current) feed nitrogen oxide content. It represents the amount of reducing agent that is to be added to the exhaust gas in order to reduce the currently detected amount of nitrogen oxides in the exhaust gas. The pilot control works particularly quickly and can perform the essential part of the control task in steady-state conditions of the internal combustion engine or the exhaust gas aftertreatment system in order to ensure the efficiency of the nitrogen oxide reduction.
Der Speicherführungswert wird durch das mehrgliedrige Simulationsmodell in Abhängigkeit von einem geschätzten Reduktionsmittel-Gehalt in dem SCR-Katalysator so bestimmt, dass der geschätzte Reduktionsmittelgehalt einem Soll-Wert angenähert wird. Der Speicherführungswert gibt somit an, welche positive oder negative Menge an Reduktionsmittel gegenüber dem Vorsteuerwert beizugeben ist, um den Reduktionsmittel-Gehalt im SCR-Katalysator in einem solchen Wertebereich zu halten, dass die Stickoxid-Reduktion bei der erwünschten und bevorzugt maximalen Effizienz durchgeführt wird. Über den Speicherführungswert können somit Anpassungen vorgenommen werden, die die verschiedenen Störeinflüsse oder Unzulänglichkeiten der Vorsteuerung bei Zustandsänderungen im Abgasnachbehandlungssystem (transiente Systemzustände) kompensieren.The storage guide value is determined by the multi-element simulation model as a function of an estimated reducing agent content in the SCR catalytic converter in such a way that the estimated reducing agent content is approximated to a target value. The storage management value thus indicates which positive or negative amount of reducing agent is to be added compared to the pilot control value in order to keep the reducing agent content in the SCR catalytic converter in such a value range that the nitrogen oxide reduction is carried out with the desired and preferably maximum efficiency. Adjustments can thus be made via the storage management value, which compensate for the various disruptive influences or inadequacies of the precontrol in the event of changes in the exhaust gas aftertreatment system (transient system states).
So ist es beispielsweise möglich, durch das Lernverfahren einerseits festzustellen, ob eine (ermittelte) Effizienzabweichung der Stickoxid-Reduktion auf einem Reduktionsmittel-Überschuss oder einem Reduktionsmittel-Mangel beruht, um durch erhöhte oder verminderte Beigabe von Reduktionsmittel den Reduktionsmittel-Gehalt im SCR-Katalysator an einen Soll-Wert anzunähern. Mit anderen Worten kann festgestellt werden, dass der tatsächliche Reduktionsmittel-Gehalt im SCR-Katalysator von einem geschätzten Reduktionsmittel-Gehalt abweicht. Daraufhin kann der geschätzte Reduktionsmittel-Gehalt auf den Wert angepasst werden, der durch das Lernverfahren ermittelt wurde, d.h. einen Wert, der einen Reduktionsmittel-Überschuss oder einen Reduktionsmittel-Mangel repräsentiert. Der geschätzte Reduktionsmittel-Gehalt repräsentiert dann wieder den tatsächlichen Zustand im SCR-Katalysator. Entsprechend der Abweichung zwischen dem (aktualisierten) geschätzten Wert des Reduktionsmittel-Gehalts wird ein Speicherführungswert erzeugt, der eine erhöhte oder verminderte Beigabe von Reduktionsmittel anweist, sodass im Weiteren der geschätzte Reduktionsmittel-Gehalt dem Soll-Wert angenähert wird.For example, it is possible through the learning process on the one hand to determine whether a (determined) deviation in efficiency of the nitrogen oxide reduction is based on an excess of reducing agent or a shortage of reducing agent in order to increase or decrease the amount of reducing agent in the SCR catalytic converter to approach a target value. In other words, it can be determined that the actual reducing agent content in the SCR catalytic converter deviates from an estimated reducing agent content. The estimated reducing agent content can then be adjusted to the value which was determined by the learning method, i.e. a value which represents a reducing agent excess or a reducing agent shortage. The estimated reducing agent content then again represents the actual state in the SCR catalytic converter. According to the deviation between the (updated) estimated value of the reducing agent content, a storage guide value is generated which instructs an increased or decreased addition of reducing agent, so that the estimated reducing agent content is then approximated to the target value.
In dem Abgasnachbehandlungssystem können verschiedene Störeinflüsse zeitweise oder dauerhaft auftreten, durch die die Effizienz der Stickoxid-Reduktion gemindert wird oder andere negative Ereignisse eintreten, wie beispielsweise eine Überfüllung des SCR-Katalysators (Reduktionsmittel-Überschuss) und ein dadurch bedingter Reduktionsmittel-Durchbruch oder eine Leerung des SCR-Katalysators (Reduktionsmittel-Mangel) und ein dadurch bedingter Stickoxid-Durchbruch. Durch das Lernverfahren können verschiedene Zustände erkannt werden und es kann eine Adaption im mehrgliedrigen Simulationsmodell vorgenommen werden, um die Störungen zu kompensieren. Diese Adaptionen erfolgen bevorzugt zusätzlich zu der vorbeschriebenen Annäherung des geschätzten Reduktionsmittel-Gehalts an den Soll-Wert. Wenn beispielsweise in mehreren Durchgängen des Lernverfahrens immer wieder festgestellt wird, dass ein Reduktionsmittel-Mangel vorliegt, kann dies darauf hindeuten, dass die tatsächliche Beigabemenge des Reduktionsmittel-Injektors bspw. durch Drift von der Steuervorgabe (Soll-Beigabemenge / Injektionskommando) abweicht, was durch eine Adaption des Simulationsmodells kompensiert werden kann.Various disruptive influences can occur temporarily or permanently in the exhaust gas aftertreatment system, which reduce the efficiency of the nitrogen oxide reduction or other negative events such as overfilling of the SCR catalytic converter (excess reducing agent) and the resulting breakthrough of the reducing agent or emptying of the SCR catalytic converter (reducing agent deficiency) and the resulting nitrogen oxide breakthrough. Different states can be recognized by the learning process and an adaptation can be made in the multi-part simulation model in order to compensate for the disturbances. These adaptations are preferably carried out in addition to the above-described approximation of the estimated reducing agent content to the target value. If, for example, it is repeatedly determined in several passes of the learning process that there is a shortage of reducing agent, this can indicate that the actual amount added by the reducing agent injector, for example due to drift, deviates from the control specification (target amount added / injection command), which is caused by an adaptation of the simulation model can be compensated.
Wird gleichzeitig festgestellt, dass trotz des Reduktionsmittel-Mangels nur eine geringe Effizienz-Abweichung vorliegt, kann dies auf einen Fehler bzw. eine Drift des Sensor-Signals hinweisen, das von einem Vorlauf-Stickoxidsensor ausgegeben wird.Mit anderen Worten kann aus dem Vergleich der Ergebnisse aus mehrerer Durchgängen des Lernverfahrens ermittelt werden, ob eine vorgenommene Kompensationshandlung (Anpassung im Simulationsmodell) ausreichend bzw. zielführend war. Wird eine unzureichende Verringerung der Effizienz-Abweichung oder gar eine Erhöhung der Effizienz-Abweichung festgestellt, kann eine andere Adaptionsstrategie gewählt werden.If it is determined at the same time that there is only a small efficiency deviation despite the lack of reducing agent, this can indicate an error or a drift in the sensor signal that is output by a feed nitrogen oxide sensor. In other words, the comparison of the Results from several rounds of the learning process are determined as to whether a compensatory action (adaptation in the simulation model) was sufficient or effective. If an insufficient reduction in the efficiency deviation or even an increase in the efficiency deviation is determined, another adaptation strategy can be selected.
Als Reduktionsmittel kann eine beliebige chemische Substanz eingesetzt werden, die dazu geeignet ist, Stickoxide in dem SCR-Katalysator zu reduzieren. Besonders bevorzugt kann es sich um eine wässrige Harnstofflösung (Urea-Lösung) handeln, die sich im Abgas zu Ammoniak zersetzt. Ammoniak (NH3) ist die eigentlich reduzierende Substanz und ein toxisches Gas, das gemäß den gesetzlichen Bestimmungen nur in bestimmten Konzentrationen in die Außenatmosphäre gelangen darf.Any chemical substance that is suitable for reducing nitrogen oxides in the SCR catalytic converter can be used as the reducing agent. It can particularly preferably be an aqueous urea solution (urea solution) which decomposes to ammonia in the exhaust gas. Ammonia (NH3) is the one actually reducing substance and a toxic gas, which according to the legal regulations may only get into the outside atmosphere in certain concentrations.
Wenn in dem Abgasnachbehandlungssystem ein Überschuss an Reduktionsmittel beigegeben wird, kann der Reduktionsmittel-Gehalt in dem SCR-Katalysator über einen vorgegebenen Soll-Wert hinaus und sogar über die momentane Speicherkapazität hinaus ansteigen, wobei der nicht mehr speicherbare Anteil des Reduktionsmittels oder ein nach und nach desorbierter Anteil des Reduktionsmittels durch den SCR-Katalysator hindurchtritt. Bei bisher bekannten Abgasnachbehandlungssystemen, bei denen es zu einem wesentlichen Reduktionsmittel-Durchbruch kommen kann, muss stromabwärts zu dem SCR-Katalysator eine weitere Filter- oder Katalyse-Einrichtung vorgesehen werden, um das überschüssige Reduktionsmittel aus dem Abgas zu entfernen Es kann sich dabei insbesondere um einen sogenannten Ammonia Slip Katalysator handeln.If an excess of reducing agent is added to the exhaust gas aftertreatment system, the reducing agent content in the SCR catalytic converter can rise above a specified target value and even above the current storage capacity, with the proportion of the reducing agent that can no longer be stored or gradually Desorbed portion of the reducing agent passes through the SCR catalytic converter. In exhaust gas aftertreatment systems known to date, in which there may be a significant breakthrough of the reducing agent, a further filter or catalytic device must be provided downstream of the SCR catalytic converter in order to remove the excess reducing agent from the exhaust gas act as a so-called ammonia slip catalyst.
Zu den Störeinflüssen, die zu einer unzureichenden oder überhöhten Beigabe von Reduktionsmittel führen können, gehören insbesondere die Folgenden:
- - Abweichung der Ist-Beigabemenge an Reduktionsmittel von der Soll-Beigabemenge, beispielsweise durch Alterung oder Verschleiß des Reduktionsmittel-Injektors oder unzureichende Versorgung des Reduktionsmittel-Injektors;
- - Abweichung der tatsächlich durch chemische Reaktion umgesetzten Menge an Reduktionsmittel in dem SCR-Katalysator von einer geschätzten umgesetzten Menge, beispielsweise aufgrund eines (noch nicht detektierten) Reduktionsmittel-Überschusses oder Reduktionsmittel-Mangels oder bei sich stark ändernden Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors (schwankende Abgastemperatur / schwankender Stickoxid-Gehalt / schwankende Abgas-Strömungsgeschwindigkeit usw.);
- - Desorption von Reduktionsmittel aus dem SCR-Katalysator ohne chemische Umsetzung, beispielsweise durch hohe Strömungsgeschwindigkeit des Abgases, zu niedrige oder zu hohe Abgastemperatur, etc.;
- - Abweichung der Ist-Konzentration des beizugebenden Reduktionsmittels von einer Soll-Konzentration;
- - Abweichung des Versorgungs-Drucks, mit dem Reduktionsmittel zu dem Reduktionsmittel-Injektor gespeist wird, von einem Soll-Druck;
- - Unzureichende Wirksamkeit von Maßnahmen zur Vor-Umsetzung des Reduktionsmittels, beispielsweise unzureichende Ozon-Beigabe zur erhöhten Umsetzung von Harnstoff in Ammoniak;
- - Fehlerhafte Bestimmung von Eingangs-Parametern der Steuerung, insbesondere durch Kreuz-Sensitivität oder Drift an Sensoren, zeitliche Verzögerungen in der Messwert- oder Simulationswerterfassung, etc;
- - Inhomogene Speicherung des Reduktionsmittels im SCR-Katalysator.
The disruptive influences that can lead to insufficient or excessive addition of reducing agent include the following in particular: - Deviation of the actual addition amount of reducing agent from the target addition amount, for example due to aging or wear of the reducing agent injector or insufficient supply of the reducing agent injector;
- - Deviation of the amount of reducing agent actually converted by chemical reaction in the SCR catalytic converter from an estimated converted amount, for example due to an (as yet undetected) reducing agent excess or reducing agent shortage or if the operating conditions of the internal combustion engine change significantly (fluctuating exhaust gas temperature / fluctuating Nitrogen oxide content / fluctuating exhaust gas flow rate, etc.);
- - Desorption of reducing agent from the SCR catalytic converter without chemical conversion, for example due to the high flow velocity of the exhaust gas, too low or too high an exhaust gas temperature, etc .;
- - Deviation of the actual concentration of the reducing agent to be added from a target concentration;
- Deviation of the supply pressure with which the reducing agent is fed to the reducing agent injector from a setpoint pressure;
- Insufficient effectiveness of measures for the pre-conversion of the reducing agent, for example insufficient addition of ozone to the increased conversion of urea into ammonia;
- - Incorrect determination of input parameters of the control, in particular due to cross-sensitivity or drift on sensors, time delays in the measurement or simulation value acquisition, etc;
- - Inhomogeneous storage of the reducing agent in the SCR catalytic converter.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung wird eine Ausbildung des mehrgliedrigen Simulationsmodells in Kombination mit einem Lernverfahren vorgeschlagen, die dazu geeignet sind, mehrere der vorgenannten negativen Einflüsse zu kompensieren.According to the present disclosure, a design of the multi-part simulation model in combination with a learning method is proposed, which is suitable for compensating for several of the aforementioned negative influences.
Das Simulationsmodell schätzt den momentanen Reduktionsmittel-Gehalt im SCR-Katalysator und berechnet bzw. schätzt die verschiedenen Einflüsse, die zu einer Erhöhung oder Verminderung des Reduktionsmittel-Gehalts im SCR-Katalysator führen. Dies sind insbesondere die Adsorption von Reduktionsmittel im SCR-Katalysator und die tatsächlich beigegebene Menge an Reduktionsmittel. Darüber hinaus können die Desorption von Reduktionsmittel (ohne chemische Reaktion) sowie die Umsetzung von Reduktionsmittel durch chemische Reaktion berechnet bzw. modelliert werden.The simulation model estimates the current reducing agent content in the SCR catalytic converter and calculates or estimates the various influences that lead to an increase or decrease in the reducing agent content in the SCR catalytic converter. These are in particular the adsorption of reducing agent in the SCR catalytic converter and the actually added amount of reducing agent. In addition, the desorption of reducing agents (without chemical reaction) and the conversion of reducing agents by chemical reaction can be calculated or modeled.
Das Simulationsmodell umfasst somit zumindest ein erstes Glied in Form eines Reduktionsmittel-Beigabemodells und ein zweites Glied in Form eines Reduktionsmittel-Speichermodells, auf deren Basis die Schätzung des Reduktionsmittel-Gehalts in dem SCR-Katalysator erfolgt.The simulation model thus comprises at least a first element in the form of a reducing agent addition model and a second element in the form of a reducing agent storage model, on the basis of which the reducing agent content in the SCR catalytic converter is estimated.
Auf Basis des Vorlauf-Stickoxid-Gehalts und des Nachlauf-Stickoxid-Gehalts wird eine tatsächliche Effizienz der Stickoxid-Reduktion ermittelt. In dem Lernvorgang wird bei Feststellung einer Effizienz-Abweichung zwischen der tatsächlichen Effizienz und einer Soll-Effizienz der Stickoxid-Reduktion eine Korrekturwert-Anpassung in zumindest zwei Gliedern des Simulationsmodells durchgeführt, also beispielsweise durch Änderung von Korrekturwerten in Bezug auf die Schätzung der Reduktionmittel-Beigabe sowie die Schätzung der Reduktionsmittel-Speicherung. Ein Korrekturwert kann bspw. ein Verstärkungs-Faktor oder ein Offset-Wert sein oder ein Ersatz-Wert sein, auf den ein Größe des Simulationsmodells zu ändern ist. Durch die Verteilung der Korrekturwert-Anpassung auf mehrere Parameter kann in angepasster Weise auf verschiedene Störeinflüsse reagiert werden, so dass die Effizienz der Stickoxid-Reduktion über die gesamte Lebensdauer des AbgasnachbehandlungsSystems bzw. seiner Bestandteile innerhalb der zulässigen Grenzen bleibt.An actual efficiency of the nitrogen oxide reduction is determined on the basis of the upstream nitrogen oxide content and the downstream nitrogen oxide content. In the learning process, when an efficiency discrepancy between the actual efficiency and a target efficiency of the nitrogen oxide reduction is determined, a correction value adjustment is carried out in at least two elements of the simulation model, for example by changing correction values in relation to the estimate of the addition of reducing agent as well as the estimation of the reducing agent storage. A correction value can be, for example, a gain factor or an offset value or a substitute value to which a variable of the simulation model is to be changed. By distributing the correction value adjustment to several parameters, it can be adjusted to different parameters Interfering influences are reacted so that the efficiency of the nitrogen oxide reduction remains within the permissible limits over the entire service life of the exhaust gas aftertreatment system or its components.
Ein zweiter Haupt-Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der Ursache einer Effizienz-Abweichung in der Stickoxid-Reduktion.A second main aspect of the present disclosure relates to a method for determining the cause of an efficiency discrepancy in the nitrogen oxide reduction.
In der Praxis verwendete Stickoxid-Sensoren weisen eine Kreuz-Sensitivität für Stickoxide und nicht-reagiertes Reduktionsmittel bzw. für durch den SCR-Katalysator hindurchtretendes Reduktionsmittel auf. Mit anderen Worten zeigen sie einen positiven Messausschlag sowohl bei Kontaktierung mit Stickoxiden (NOx) als auch bspw. mit Ammoniak (NH3).Nitrogen oxide sensors used in practice have a cross-sensitivity for nitrogen oxides and unreacted reducing agent or for reducing agent passing through the SCR catalytic converter. In other words, they show a positive measurement deflection both when they come into contact with nitrogen oxides ( NOx ) as well as, for example, with ammonia (NH3).
Aus US 2003 / 0 046 928 A1 sind eine Beschreibung der Kreuz-Sensitivität eines Stickoxid-Sensors und ein Verfahren bekannt, durch das eine Unterscheidung zwischen einem Stickoxid-basierten Messwert und einem Reduktionsmittelbasierten Messwert in einem Abgasnachbehandlungssystem mit SCR-Katalysator und Reduktionsmittel-Injektor ermöglicht werden soll. Das Abgasnachbehandlungssystem wird dort bei einem aggressiven Beigabe-Schema betrieben. Als die nominale Einspritzmenge an Reduktionsmittel wird die stöchiometrische Gleichgewichtsmenge beigegeben und der SCR-Katalysator wird ständig bei einem maximalen Reduktionsmittel-Gehalt betrieben. Durch den SCR-Katalysator durchbrechendes Reduktionsmittel im Abgas muss also ggfs. durch separate Vorrichtungen entfernt werden.Out US 2003/0 046 928 A1 a description of the cross-sensitivity of a nitrogen oxide sensor and a method are known by which a distinction is to be made between a nitrogen oxide-based measured value and a reducing agent-based measured value in an exhaust gas aftertreatment system with SCR catalytic converter and reducing agent injector. The exhaust aftertreatment system is operated there with an aggressive addition scheme. The stoichiometric equilibrium amount is added as the nominal injection amount of reducing agent and the SCR catalytic converter is continuously operated at a maximum reducing agent content. Reducing agent in the exhaust gas that breaks through the SCR catalytic converter must therefore, if necessary, be removed by separate devices.
In einem stationären Zustand des Abgasnachbehandlungssystems gemäß US 2003 / 0 046 928 A1 wird nach einem vorgegebenen Schema ein überdosierter Reduktionsmittel-Puls (Injektionspuls mit Test-Einspritzmenge größer als nominale Einspritzmenge) beigegeben und es wird eine Reaktion des Stickoxid-Messwerts ausgewertet, der stromabwärts zu dem SCR-Katalysator erfasst wird. Wenn der Stickoxid-Messwert in Reaktion auf den überdosierten Injektionspuls ansteigt, wird darauf geschlossen, dass der Sensor auf Reduktionsmittel (Ammoniak / Urea) reagiert hat. Wenn hingegen der Stickoxid-Messwert in Reaktion auf den überdosierten Injektionspuls abfällt, wird darauf geschlossen, dass der Sensor auf Stickoxid (NOx) reagiert hat. Diese Form der Schlussfolgerung basiert auf einer vereinfachten Betrachtung der Vorgänge im SCR-Katalysator. Die Annahme kann wie folgt zusammengefasst werden: Wenn eine unzureichende Reduktionsmittelbeigabe vorliegt, würde das gesamte beigegebene Reduktionsmittel reagiert und Stickoxide würden durch den SCR hindurchbrechen, sodass nur Stickoxid zu dem Sensor gelangt. Wenn in einem solchen Fall ein überdosierter Reduktionsmittel-Puls beigegeben wird, sollte dies den vorherigen Mangel kompensieren, sodass weniger Stickoxid zum Sensor gelangt und der Messwert abfällt. Wenn andererseits eine überhöhte Reduktionsmittelbeigabe vorliegt, würde das gesamte Stickoxid reagiert, sodass nur unreagiertes Reduktionsmittel durch den SCR-Katalysator hindurchbricht und zu dem Sensor gelangt. Wenn dann ein überdosierter Reduktionsmittel-Puls beigegeben wird, sollte dies den Überschuss noch verstärken, sodass noch mehr Reduktionsmittel zu dem Sensor gelangt und der Messwert ansteigt.In a stationary state of the exhaust gas aftertreatment system according to US 2003/0 046 928 A1 an overdosed reducing agent pulse (injection pulse with test injection quantity greater than the nominal injection quantity) is added according to a predetermined scheme and a reaction of the nitrogen oxide measured value, which is recorded downstream of the SCR catalytic converter, is evaluated. If the nitric oxide reading increases in response to the overdosed injection pulse, it is concluded that the sensor has reacted to reducing agents (ammonia / urea). If, on the other hand, the nitric oxide reading drops in response to the overdosed injection pulse, it is concluded that the sensor has detected nitric oxide ( NOx ) responded. This form of conclusion is based on a simplified consideration of the processes in the SCR catalytic converter. The assumption can be summarized as follows: If there is an insufficient addition of reducing agent, all of the added reducing agent would react and nitrogen oxides would break through the SCR, so that only nitrogen oxide reaches the sensor. If an overdosed reducing agent pulse is added in such a case, this should compensate for the previous deficiency so that less nitrogen oxide reaches the sensor and the measured value drops. On the other hand, if there is an excessive addition of reducing agent, all of the nitrogen oxide would react, so that only unreacted reducing agent breaks through the SCR catalytic converter and reaches the sensor. If an overdosed reducing agent pulse is then added, this should increase the excess so that even more reducing agent reaches the sensor and the measured value rises.
Nach der Offenbarung in US 2003 / 0 046 928 A1 ist weiterhin vorgesehen, dass ein unterdosierter Reduktionsmittel-Puls (Injektionspuls mit Test-Einspritzmenge kleiner als nominale Einspritzmenge) beigegeben wird, wobei für jeden Puls festgestellt wird, ob der Stickoxid-Messwert stromabwärts zu dem SCR-Katalysator in Reaktion auf einen Puls ansteigt oder abfällt. Wenn die Pulsrichtung und die Änderungsrichtung des Sensorwerts dieselbe Richtung aufweisen, wird darauf geschlossen, dass der Sensor auf Reduktionsmittel (Ammoniak / Urea) reagiert. Sind die Pulsrichtung und die Änderungsrichtung des Sensorwerts einander entgegengesetzt, wird darauf geschlossen, dass der Sensor auf Stickoxid (NOx) reagiert hat. Für jeden Reduktionsmittel-Puls wird nach einer vorgegebenen Zeitregel genau eine Änderung des Sensorwerts infolge des Pulses erfasst. Tatsächlich sind die Vorgänge im SCR-Katalysator aber von sehr komplexer Art und die vereinfachte Annahme kann zu fehlerhaften Interpretationen führen.According to the revelation in US 2003/0 046 928 A1 it is also provided that an underdosed reducing agent pulse (injection pulse with a test injection quantity less than the nominal injection quantity) is added, with it being determined for each pulse whether the nitrogen oxide measured value downstream of the SCR catalytic converter rises or falls in response to a pulse . If the pulse direction and the direction of change of the sensor value have the same direction, it is concluded that the sensor reacts to reducing agents (ammonia / urea). If the pulse direction and the direction of change of the sensor value are opposite to each other, it is concluded that the sensor is on nitrogen oxide ( NOx ) responded. For each reducing agent pulse, exactly one change in the sensor value as a result of the pulse is recorded according to a predetermined time rule. In fact, however, the processes in the SCR catalytic converter are of a very complex nature and the simplified assumption can lead to incorrect interpretations.
Um ein verlässlicheres Ergebnis zu erhalten wird daher in US 2003 / 0 046 928 A1 vorgeschlagen, mehrere Pulse nacheinander auszuführen und die Ergebnisse der Pulse zu summieren bzw. zu integrieren. Dieses Verfahren hat jedoch Nachteile, aus denen es sich für Abgasnachbehandlungssysteme, die mit einem konservativen Beigabe-Schema betrieben werden, als unzuverlässig erwiesen hat bzw. zu unerwünschten Nebenwirkungen führt.In order to obtain a more reliable result, therefore, in US 2003/0 046 928 A1 suggested executing several pulses one after the other and adding or integrating the results of the pulses. However, this method has disadvantages which have made it unreliable or lead to undesirable side effects for exhaust gas aftertreatment systems that are operated with a conservative addition scheme.
Bei einem konservativen Beigabe-Schema wird die Einspeicherung von Reduktionsmittel im SCR-Katalysator nicht maximiert, sondern gemäß einem vorgegebenen Soll-Wert für den Reduktionsmittel-Gehalt geführt. Aus diesem Grund haben Speicher-Effekte im SCR-Katalysator einen erhöhten Einfluss auf die Änderung des Nachlauf-Stickoxid-Gehalts. Ein Reduktionsmittel-Überschuss im SCR-Katalysator kann nicht mehr einfach festgestellt werden. Ferner kann in einer Vorsteuerung als nominale Einspritzmenge ein Wert vorgesehen werden, der derjenigen Menge an Reduktionsmittel entspricht, die gemäß dem momentanen Vorlauf-Stickoxid-Gehalt vermutlich bei der Stickoxid-Reduktion reagiert wird - diese Menge wird nachfolgend als geschätzte Reaktionsmenge bezeichnet.In the case of a conservative addition scheme, the storage of reducing agent in the SCR catalytic converter is not maximized, but is managed in accordance with a predetermined target value for the reducing agent content. For this reason, storage effects in the SCR catalytic converter have an increased influence on the change in the post-flow nitrogen oxide content. An excess of reducing agent in the SCR catalytic converter can no longer simply be determined. Furthermore, a value can be used as the nominal injection quantity in a pilot control which corresponds to the amount of reducing agent that is presumably reacted in the nitrogen oxide reduction according to the current initial nitrogen oxide content - this amount is referred to below as the estimated reaction amount.
Es soll möglichst vermieden werden, dass unreagiertes Reduktionsmittel durch den SCR-Katalysator hindurchbricht, damit keine zusätzliche Reinigung des Abgases durch separate Vorrichtungen zu erfolgen braucht. Also ist es mit einem gewissen Risiko behaftet bzw. unerwünscht, eine größere Zahl von überdosierten Reduktionsmittel-Pulsen nacheinander auszuführen. Denn es könnte der Fall eintreten, dass erst durch die überdosierten Pulse ein Reduktionsmittel-Durchbruch erzeugt bzw. provoziert würde.It should be avoided as far as possible that unreacted reducing agent breaks through the SCR catalytic converter so that no additional cleaning of the exhaust gas has to be carried out by separate devices. It is therefore associated with a certain risk or undesirable to execute a larger number of overdosed reducing agent pulses one after the other. This is because the case could arise that a reducing agent breakthrough would only be generated or provoked by the overdosed pulses.
Die Stickoxid-Reduktion erfolgt (auch bei einem korrekt eingestellten Reduktionsmittel-Gehalt im SCR-Katalysator) nicht zu 100%, sondern bei einer momentanen Maximal-Effizienz. Mit anderen Worten hat die Stickoxid-Reduktion einen Wirkungsgrad kleiner 1. Wenn als nominale Einspritzmenge die stöchiometrische Gleichgewichtsmenge festgelegt wird, dann kann schon infolge des Wirkungsgrads ein gewisser Anteil des beigegebenen Reduktionsmittels nicht reagiert werden. Mit anderen Worten wird quasi ein schleichendes Überfüllen des SCR-Katalysators erzwungen. Wenn der SCR-Katalysator bereits bei einem maximalen Reduktionsmittel-Gehalt betrieben wird, kann der nicht-reagierte Anteil der stöchiometrischen Gleichgewichtsmenge nicht gespeichert werden und führt somit zu einem unerwünschten Reduktionsmittel-Durchbruch. Die Beigabe mehrerer überdosierter Reduktionsmittel-Pulse zu Test- oder Lernzwecken würde diesen Reduktionsmittel-Durchbruch noch verstärken. Es ist also wünschenswert, mit nur einem oder wenigen Test-Impulsen ein verlässliches Ergebnis zu erzielen. Dies wird durch das hier offenbarte Verfahren mittels einer Mehrfach-Antwortanalyse erreicht, die weiter unten erläutert wird.The nitrogen oxide reduction does not take place 100% (even with a correctly set reducing agent content in the SCR catalytic converter), but at a current maximum efficiency. In other words, the nitrogen oxide reduction has an efficiency of less than 1. If the stoichiometric equilibrium amount is specified as the nominal injection amount, then a certain proportion of the added reducing agent cannot react due to the efficiency. In other words, a gradual overfilling of the SCR catalytic converter is enforced. If the SCR catalytic converter is already being operated at a maximum reducing agent content, the unreacted portion of the stoichiometric equilibrium amount cannot be stored and thus leads to an undesired reducing agent breakthrough. The addition of several overdosed reducing agent pulses for testing or learning purposes would further strengthen this reducing agent breakthrough. It is therefore desirable to achieve a reliable result with just one or a few test pulses. This is achieved by the method disclosed here by means of a multiple response analysis, which is explained further below.
Die geschätzte Reaktionsmenge berücksichtigt den Wirkungsgrad des SCR-Katalysators und sieht bspw. als nominale Einspritzmenge das Produkt von stöchiometrischer Gleichgewichtsmenge und geschätzter Reduktions-Effizienz vor, also einen Wert, der geringer ist als bei einem aggressiven Beigabe-Schema. Mit anderen Worten wird bei dem konservativen Beigabe-Schema gemäß der vorliegenden Offenbarung durch die Vorsteuerung (nur maximal) so viel Reduktionsmittel beigegeben, wie nötig ist, um den durch eine Reduktions-Reaktion im SCR-Katalysator bedingten Abfall des Reduktionsmittel-Gehalts auszugleichen.The estimated reaction amount takes into account the efficiency of the SCR catalytic converter and provides, for example, as the nominal injection amount, the product of the stoichiometric equilibrium amount and the estimated reduction efficiency, i.e. a value that is lower than with an aggressive addition scheme. In other words, in the conservative addition scheme according to the present disclosure, the pilot control adds (only at most) as much reducing agent as is necessary to compensate for the decrease in the reducing agent content caused by a reduction reaction in the SCR catalytic converter.
Der wesentliche Vorteil des konservativen Beigabe-Schemas liegt also in der Vermeidung einer (schleichenden) Überfüllung des SCR-Katalysators und eines hierdurch erzeugten Reduktionsmittel-Durchbruchs. Weitere Vorteile sind die Vereinfachung des Abgasnachbehandlungssystems sowie ein reduzierter Reduktionsmittelverbrauch.The main advantage of the conservative addition scheme lies in the avoidance of a (creeping) overfilling of the SCR catalytic converter and the resultant breakthrough in the reducing agent. Further advantages are the simplification of the exhaust gas aftertreatment system and reduced consumption of reducing agent.
Es hat sich gezeigt, dass durch ein konservatives Beigabe-Schema einige Abweichungen im messbaren Verhalten des Abgasnachbehandlungssystems auftreten, die noch nicht vollständig aufgeklärt sind. Insbesondere wurde erkannt, dass das in US 2003 / 0 046 928 A1 beschriebene Verfahren zu erheblichen fehlerhaften Erkennungen führen kann, weil es Speichereffekte im SCR-Katalysator und die unterschiedliche Kinetik (Umsetzungsgeschwindigkeit) von Adsorptions-, Desorptions- und Reaktionsvorgängen bei unterschiedlichen Betriebsbedingungen des Abgasnachbehandlungssystems nicht berücksichtigt. Es gibt verschiedene Betriebsparameter, die auf die Kinetik der Adsorptions-, Desorptions- und Reaktionsvorgänge unterschiedliche und sogar gegenläufige Auswirkungen haben können. So wird bspw. durch fallende Temperaturen und sinkenden Volumenstrom die Adsorption von Reduktionsmittel im SCR-Katalysator verstärkt. Andererseits wird durch fallende Temperaturen aber auch die chemische Reaktion gehemmt.It has been shown that a conservative addition scheme causes some deviations in the measurable behavior of the exhaust gas aftertreatment system that have not yet been fully clarified. In particular, it was recognized that the US 2003/0 046 928 A1 described method can lead to significant erroneous detections because it does not take into account storage effects in the SCR catalytic converter and the different kinetics (conversion rate) of adsorption, desorption and reaction processes under different operating conditions of the exhaust gas aftertreatment system. There are various operating parameters that can have different and even opposite effects on the kinetics of the adsorption, desorption and reaction processes. For example, falling temperatures and a falling volume flow increase the adsorption of reducing agents in the SCR catalytic converter. On the other hand, falling temperatures also inhibit the chemical reaction.
Die Reaktion eines Sensors zur Erfassung des Nachlauf-Stickoxid-Gehalts auf einen Reduktionsmittel-Puls erfolgt bei einem konservativen Beigabe-Schema bei einer nicht vorhersagbaren Dynamik, sodass eine Unterscheidung zwischen einer positiven oder negativen Änderung des Nachlauf-Stickoxid-Gehalts nach Zeitregeln oder allein auf Basis einer Tiefpassfilterung zu Fehlinterpretationen führt.The reaction of a sensor for detecting the trailing nitrogen oxide content to a reducing agent pulse takes place with a conservative addition scheme with an unpredictable dynamic, so that a distinction between a positive or negative change in the trailing nitrogen oxide content according to time rules or alone occurs Low-pass filtering leads to misinterpretations.
Es wird vermutet, dass durch das konservative Beigabe-Schema die Adsorption und Desorption von Reduktionsmittel im SCR-Katalysator lokal unterschiedlich, d.h. räumlich inhomogen erfolgt. Einerseits scheinen im SCR-Katalysator in Strömungsrichtung des Abgases vorne gelegene Oberflächenbereiche schneller und direkter auf eine Änderung der Reduktionsmittel-Beigabe zu reagieren, als hinten gelegene Bereiche. Andererseits scheinen im Querschnitt des SCR-Katalysators je nach Strömungsgeschwindigkeit, Druck, Temperatur und Volumenstrom des Abgases manche Bereiche stärker und manche Bereiche schwächer an den Adsorptions-, Desorptions- und Reaktionsvorgängen beteiligt zu sein. Nach einem transienten Betrieb (Zustand mit sich ändernden Betriebsparametern) ist nicht vorhersagbar, wie stark eine inhomogene Speicherung von Reduktionsmittel im SCR-Katalysator ausgeprägt ist. Es scheint, dass es gleichzeitig in manchen Bereichen des SCR-Katalysators zu einem Reduktionsmittel-Überschuss (einem Überlaufen) und in anderen Bereichen zu einem Reduktionsmittel-Mangel (einem Leerlaufen) kommt, wobei sich beide Vorgänge überlagern.It is assumed that, due to the conservative addition scheme, the adsorption and desorption of reducing agent in the SCR catalytic converter takes place locally differently, ie spatially inhomogeneously. On the one hand, in the SCR catalytic converter, surface areas at the front in the flow direction of the exhaust gas appear to react more quickly and more directly to a change in the addition of reducing agent than areas at the rear. On the other hand, in the cross section of the SCR catalytic converter, depending on the flow velocity, pressure, temperature and volume flow of the exhaust gas, some areas appear to be more involved in the adsorption, desorption and reaction processes and some areas to a lesser extent. After a transient operation (state with changing operating parameters) it is not possible to predict the extent to which the inhomogeneous storage of reducing agent is pronounced in the SCR catalytic converter. It seems that it is at the same time in some areas of the SCR catalytic converter leads to an excess of reducing agent (overflow) and in other areas to a shortage of reducing agent (idling), with the two processes superimposing one another.
Durch das Verfahren gemäß dem zweiten Haupt-Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist es möglich, (unabhängig von einer zeitlichen Prädiktion) die Ursache für eine Effizienz-Abweichung der Stickoxid-Reduktion zu ermitteln. Das Verfahren wird bevorzugt in dem oben beschriebenen Abgasnachbehandlungssystem ausgeführt und umfasst die folgenden Schritte.The method according to the second main aspect of the present disclosure makes it possible (independently of a time prediction) to determine the cause of an efficiency discrepancy in the nitrogen oxide reduction. The method is preferably carried out in the exhaust gas aftertreatment system described above and comprises the following steps.
Ein momentaner Vorlauf-Stickoxid-Gehalt in der Vorlauf-Passage wird bestimmt. Die Bestimmung kann auf Basis einer Messung durch einen Vorlauf-Stickoxidsensor und/oder auf Basis einer modellbasierten Schätzung oder Berechnung des Vorlauf-Stickoxid-Gehalts erfolgen. Eine Messung des Vorlauf-Stickoxid-Gehalts wird wegen der oben erwähnten Kreuz-Sensitivität bevorzugt in Strömungsrichtung des Abgases vor dem Reduktionsmittel-Injektor durchgeführt, sodass der Vorlauf-Stickoxidsensor nicht mit dem beigegebenen Reduktionsmittel in Kontakt kommen kann. Weiterhin wird ein momentaner Nachlauf-Stickoxid-Gehalt in der Nachlauf-Passage durch einen Nachlauf-Stickoxidsensor bestimmt, der eine Kreuz-Sensitivität für Stickoxide (NOx) und das beigegebene Reduktionsmittel (Ammoniak / Urea) aufweist.A momentary feed nitrogen oxide content in the feed passage is determined. The determination can take place on the basis of a measurement by a feed nitrogen oxide sensor and / or on the basis of a model-based estimation or calculation of the feed nitrogen oxide content. Because of the above-mentioned cross-sensitivity, a measurement of the flow nitrogen oxide content is preferably carried out in the flow direction of the exhaust gas upstream of the reducing agent injector, so that the flow nitrogen oxide sensor cannot come into contact with the added reducing agent. Furthermore, a momentary wake nitrogen oxide content in the wake passage is determined by a wake nitrogen oxide sensor, which has a cross-sensitivity for nitrogen oxides ( NOx ) and the added reducing agent (ammonia / urea).
Wenn ein stationärer Zustand des Abgasnachbehandlungssystems festgestellt wird, veranlasst die Steuereinheit den Reduktionsmittel-Injektor, einen positiven oder negativen Injektionspuls auszuführen, d.h. einen Injektionspuls mit einer Test-Beigabemenge, die deutlich über oder unter einer Nominal-Beigabemenge liegt, die gemäß dem momentanen Vorlauf-Stickoxid-Gehalt bestimmt wird. Die Nominal-Beigabemenge kann dabei nach einem aggressiven oder bevorzugt nach einem konservativen Beigabe-Schema festgelegt werden.If a steady state of the exhaust gas aftertreatment system is determined, the control unit causes the reducing agent injector to execute a positive or negative injection pulse, ie an injection pulse with a test addition amount that is significantly above or below a nominal addition amount, which according to the current flow rate Nitric oxide content is determined. The nominal addition amount can be determined according to an aggressive or preferably according to a conservative addition scheme.
Das Mess-Signal des Nachlauf-Stickoxidsensors wird erfasst und in einem Zeitabschnitt nach dem Injektionspuls und vor einem etwaigen weiteren Injektionspuls mit mehreren separaten Teilantworten bewertet. Die Bewertung kann auf beliebige Weise erfolgen und wird weiter unten erläutert.The measurement signal of the tracking nitrogen oxide sensor is recorded and evaluated with several separate partial responses in a time segment after the injection pulse and before any further injection pulse. The evaluation can be done in any way and is explained below.
Eine Entscheidung über die Ursache der Effizienz-Abweichung wird auf Basis einer Gesamtbetrachtung der mehreren Teilantworten end etwaig erfasster Richtungsänderungen der Teilantworten getroffen.A decision about the cause of the efficiency discrepancy is made on the basis of an overall consideration of the multiple partial responses and any changes in direction of the partial responses that have been recorded.
Das offenbarte Verfahren hat verschiedene Vorteile. Durch die Bewertung des Mess-Signals mit Teilantworten kann die Analyse des Mess-Signals im Wesentlichen unabhängig von der Dynamik (Geschwindigkeit) der Reaktion erfolgen. Insbesondere kann das Zeitfenster für eine Interpretation der Antworten auf einen Puls im Wesentlichen unbestimmt sein. Somit ist dasselbe Messverfahren sowohl für schnelle, als auch für langsame Reaktionen anwendbar.The disclosed method has several advantages. By evaluating the measurement signal with partial responses, the analysis of the measurement signal can be carried out essentially independently of the dynamics (speed) of the reaction. In particular, the time window for an interpretation of the responses to a pulse can be essentially indefinite. The same measurement method can therefore be used for both fast and slow reactions.
Bevorzugt wird eine Effizienz der Stickoxid-Reduktion auf Basis des Vorlauf-Stickoxid-Gehalts und des Nachlauf-Stickoxid-Gehalts berechnet. Die berechnete Effizienz wird mit einer geschätzten Effizienz bzw. einem Soll-Wert für die Effizienz verglichen, um eine Abweichung festzustellen. Die Ausführung eines Injektionspulses kann von der Bedingung abhängig sein, dass die berechnete Effizienz um ein unzulässiges Maß von dem Soll-Wert abweicht, bzw. dass eine Mindest-Abweichung vorliegt. Alternativ kann ein Injektionspuls ohne eine vorhergehende Ermittlung einer Effizienz-Abweichung ausgeführt werden.An efficiency of the nitrogen oxide reduction is preferably calculated on the basis of the leading nitrogen oxide content and the trailing nitrogen oxide content. The calculated efficiency is compared with an estimated efficiency or a target value for the efficiency in order to determine a deviation. The execution of an injection pulse can depend on the condition that the calculated efficiency deviates from the target value by an impermissible amount, or that there is a minimum deviation. Alternatively, an injection pulse can be carried out without a previous determination of an efficiency deviation.
Besonders bevorzugt können die mehreren Teilantworten mit Entscheidungsmustern verglichen werden. Dabei kann es einfache Entscheidungsmuster geben, die eine schnelle Erst-Interpretation über die Ursache einer Effizienzänderung zulassen. Diese Entscheidungsmuster können für solche Fälle aussagekräftig sein, in denen Speichereffekte nicht oder nur in geringem Ausmaß zu tragen kommen und eine im Wesentlichen schnelle Dynamik vorliegt. Darüber hinaus können komplexere Entscheidungsmuster definiert sein, die zwischen frühen Teilantworten und gegenläufigen späteren Teilantworten differenzieren können.The multiple partial responses can particularly preferably be compared with decision patterns. There can be simple decision-making patterns that allow a quick initial interpretation of the cause of a change in efficiency. These decision patterns can be meaningful for those cases in which storage effects do not come into play, or only to a small extent, and where the dynamics are essentially rapid. In addition, more complex decision patterns can be defined, which can differentiate between early partial answers and opposing later partial answers.
Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den Zeichnungen angegeben.Further advantageous embodiments of the invention are specified in the subclaims, the following description and the drawings.
Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielhaft und schematisch dargestellt. Diese zeigen:
- 1: eine schematische Darstellung des Abgasnachbehandlungssystems gemäß der vorliegenden Offenbarung;
- 2: Ein erster Satz von Entscheidungsmustern zur Bestimmung der Ursache einer Effizienz-Abweichung der Stickoxid-Reduktion;
- 3: Vorgänge in einem SCR-Katalysator unter Soll-Bedingungen bei konservativer Beigabe von Reduktionsmittel;
- 4A u. 4B: Vorgänge in einem SCR-Katalysator unter Soll-Bedingungen auf einen positiven und einen negativen Injektionspuls;
- 5 u. 6: Mögliche Vorgänge in einem SCR-Katalysator bei Reduktionsmittel-Mangel auf einen negativen Injektionspuls;
- 7 u. 8: Mögliche Vorgänge in einem SCR-Katalysator bei Reduktionsmittel-Mangel auf einen positiven Injektionspuls;
- 9 u. 10: Mögliche Vorgänge in einem SCR-Katalysator bei Reduktionsmittel-Überschuss auf einen negativen Injektionspuls;
- 11 u. 12: Mögliche Vorgänge in einem SCR-Katalysator bei Reduktionsmittel-Mangel auf einen positiven Injektionspuls;
- 13: Mögliche Vorgänge in einem SCR-Katalysator auf eine positiven Injektionspuls, wenn der Reduktionsmittel-Gehalt unterhalb eines Soll-Werts liegt;
- 14: Ein zweiter Satz von Entscheidungsmustern zur Bestimmung der Ursache einer Effizienz-Abweichung der Stickoxid-Reduktion;
- 15: Beispielhafte Analyse des Mess-Signals des Nachlauf-Stickoxid-Sensors nach einem positiven Injektionspuls
- 16: Ein Beispiel für die Ausführung des Lernverfahrens gemäß der vorliegenden Offenbarung in mehreren Durchgängen.
The invention is shown schematically and by way of example in the drawings. These show: - 1 : a schematic representation of the exhaust aftertreatment system according to the present disclosure;
- 2 : A first set of decision patterns for determining the cause of an efficiency deviation of the nitrogen oxide reduction;
- 3 : Processes in an SCR catalytic converter under target conditions with conservative addition of reducing agent;
- 4A and . 4B: processes in an SCR catalytic converter under target conditions for a positive and a negative injection pulse;
- 5 u . 6: Possible processes in an SCR catalytic converter in the event of a shortage of reducing agent in response to a negative injection pulse;
- 7 u . 8: Possible processes in an SCR catalytic converter in the event of a shortage of reducing agent in response to a positive injection pulse;
- 9 u . 10: Possible processes in an SCR catalytic converter in the event of an excess of reducing agent on a negative injection pulse;
- 11 u . 12: Possible processes in an SCR catalytic converter in the event of a shortage of reducing agent in response to a positive injection pulse;
- 13th : Possible processes in an SCR catalytic converter in response to a positive injection pulse if the reducing agent content is below a target value;
- 14th : A second set of decision patterns for determining the cause of an efficiency deviation of the nitrogen oxide reduction;
- 15th : Exemplary analysis of the measurement signal of the tracking nitrogen oxide sensor after a positive injection pulse
- 16 : An example of the execution of the learning method according to the present disclosure in multiple passes.
Das Abgasnachbehandlungssystem (10) gemäß der vorliegenden Offenbarung ist in 1 skizziert. Im unteren Bereich ist ein Katalyse-Abschnitt (12) gezeigt, der mit einer Vorlauf-Passage (11) und einer Nachlauf-Passage (13) verbunden ist. Durch die Vorlauf-Passage (11) wird ein Abgas dem Katalyse-Abschnitt (12) zugeführt. Das Abgas enthält Stickoxide (NOx). Das aus dem Katalyse-Abschnitt (12) austretende und von Stickoxiden (NOx) weitgehend gereinigte Abgas wird über die Nachlauf-Passage (13) abgeführt.The exhaust aftertreatment system ( 10 ) according to the present disclosure is in 1 outlined. In the lower area there is a catalysis section ( 12th ) shown, which is preceded by a passage ( 11 ) and a follow-up passage ( 13th ) connected is. Through the forward passage ( 11 ) an exhaust gas is sent to the catalysis section ( 12th ) supplied. The exhaust gas contains nitrogen oxides ( NOx ). The one from the catalysis section ( 12th ) escaping and nitrogen oxides ( NOx ) largely cleaned exhaust gas is passed through the after-run passage ( 13th ) discharged.
In dem Katalyse-Abschnitt (12) ist zumindest ein SCR-Katalysator (16) angeordnet, der einen bekannten Aufbau haben kann. Mit dem SCR-Katalysator (16) kann ggf. ein Filter (17) verbunden sein, insbesondere ein Rußpartikelfilter. Alternativ oder zusätzlich kann ein separater Filter in dem Abgasnachbehandlungssystem (10) vorgesehen sein, insbesondere stromabwärts zu dem SCR-Katalysator (16).In the catalysis section ( 12th ) is at least one SCR catalytic converter ( 16 ) arranged, which may have a known structure. With the SCR catalytic converter ( 16 ) a filter ( 17th ) be connected, in particular a soot particle filter. Alternatively or additionally, a separate filter can be installed in the exhaust gas aftertreatment system ( 10 ) be provided, in particular downstream of the SCR catalytic converter ( 16 ).
In dem Beispiel von 1 ist stromaufwärts zu dem SCR-Katalysator (16) ein Diesel-Oxidations-Katalysator (14) als optionales Element vorgesehen. Ferner befindet sich stromaufwärts zu dem SCR-Katalysator (16) ein Reduktionsmittel-Injektor (15), der ebenfalls einen bekannten Aufbau haben kann. Der Reduktionsmittel-Injektor (15) ist in dem Beispiel von 1 in Strömungsrichtung des Abgases direkt vor dem SCR-Katalysator (16) angeordnet. Alternativ kann er an einer beliebigen anderen Stelle angeordnet sein, bspw. stromaufwärts zu einer Turbine oder/oder einem Abgasmischer (nicht dargestellt), durch die eine Durchmischung von Reduktionsmittel und Abgas verbessert wird.In the example of 1 is upstream of the SCR catalyst ( 16 ) a diesel oxidation catalyst ( 14th ) provided as an optional element. Furthermore, upstream of the SCR catalytic converter ( 16 ) a reducing agent injector ( 15th ), which can also have a known structure. The reducing agent injector ( 15th ) is in the example of 1 in the direction of flow of the exhaust gas directly in front of the SCR catalytic converter ( 16 ) arranged. Alternatively, it can be arranged at any other point, for example upstream of a turbine and / or an exhaust gas mixer (not shown), which improves the mixing of the reducing agent and exhaust gas.
Der Reduktionsmittel-Injektor (15) wird bevorzugt mit einem flüssigen Reduktionsmittel versorgt, das mit einem Förderdruck zugeführt ist. Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung wird aus Gründen der vereinfachten Darstellung nicht unterschieden, ob das Reduktionsmittel als Vorprodukt eingespritzt wird (Urea / Harnstoff), das sich erst in die reduzierende Substanz (Ammoniak) umwandelt, oder ob es sich um ein Fertig-Präparat handelt. Die Reduktionsmittel-Beigabemenge meint diejenige Menge des Vorprodukts oder der reduzierenden Substanz, die gemäß der zugrunde liegenden chemischen Reaktion erforderlich ist, um eine bestimmte Menge an Stickoxiden (NOx) zu reduzieren. Im Fall von Ammoniak können die folgenden chemischen Gleichungen zur Bestimmung einer erforderlichen Beigabemenge genutzt werden:
4 NO + 4 NH3 + O2 -> 4 N2 + 6 H2O,
2 NO2 + 4 NH3 + O2 -> 3 N2 + 6 H2O.
The reducing agent injector ( 15th ) is preferably supplied with a liquid reducing agent that is supplied with a delivery pressure. In the context of the present disclosure, for reasons of simplified representation, no distinction is made between whether the reducing agent is injected as a preliminary product (urea / urea), which is only converted into the reducing substance (ammonia), or whether it is a finished product. The amount of reducing agent added means the amount of the preliminary product or reducing substance that is required according to the underlying chemical reaction to generate a certain amount of nitrogen oxides ( NOx ) to reduce. In the case of ammonia, the following chemical equations can be used to determine the required amount to be added: 4 NO + 4 NH 3 + O 2 -> 4 N 2 + 6 H 2 O, 2 NO 2 + 4 NH 3 + O 2 -> 3 N 2 + 6 H 2 O.
Wenn bei der Ermittlung des Stickoxid-Gehalts (cPre, cPost) nicht zwischen den verschiedenen Oxid-Arten (NO, NO2, NO3...) unterschieden wird, kann die vereinfachte Summenformel genutzt werden:
NO + NO2 + 2 NH3 -> 2 N2 + 3 H2O.
If when determining the nitrogen oxide content ( cPre , cPost ) is not differentiated between the different oxide types (NO, NO2, NO3 ...), the simplified sum formula can be used: NO + NO 2 + 2 NH 3 -> 2 N 2 + 3 H 2 O.
Demzufolge bei vereinfachter Betrachtung kann von einem stöchiometrischen Verhältnis von 1 zu 1 zwischen Stickoxiden (NOx) und Ammoniak (NH3) ausgegangen werden. Das mutmaßliche Verhältnis von Stickstoff-Monoxid (NO), Stickstoff-Dioxid (NO2) und anderen Stickoxid-Verbindungen (NOx) kann ggfs. durch modellbasierte Rechnung oder auf Basis von Kennfeldern etc. in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Verbrennungsmotors ermittelt werden, um noch genauer die stöchiometrische Gleichgewichtsmenge zu bestimmen, d.h. welche Menge an Reduktionsmittel gemäß den chemischen Gleichungen zur Umwandlung der detektierten Menge an Stickoxiden vorzusehen ist. Bei Verwendung eines anderen Reduktionsmittels sind entsprechend andere Formeln zu verwenden.As a result, in a simplified view, a stoichiometric ratio of 1 to 1 between nitrogen oxides ( NOx ) and ammonia (NH3) can be assumed. The presumed ratio of nitrogen monoxide (NO), nitrogen dioxide (NO2) and other nitrogen oxide compounds ( NOx ) can possibly be determined by model-based calculation or on the basis of characteristic maps etc. depending on the operating state of the internal combustion engine in order to determine the stoichiometric equilibrium amount even more precisely, i.e. which amount of reducing agent is to be provided according to the chemical equations for converting the detected amount of nitrogen oxides . If another reducing agent is used, different formulas must be used accordingly.
Der Reduktionsmittel-Injektor (15) ist mit der Steuereinheit (20) des Abgasnachbehandlungssystems (10) verbunden und wird über einen Injektor-Treiber (24) mit Energie beaufschlagt. Der Injektor-Treiber (24) kann an beliebiger Stelle angeordnet sein, bspw. als Bestandteil der Steuereinheit (20) (siehe 1) oder als Bestandteil des Reduktionsmittel-Injektors (15).The reducing agent injector ( 15th ) is connected to the control unit ( 20th ) of the exhaust aftertreatment system ( 10 ) and is connected via an injector driver ( 24 ) charged with energy. The injector driver ( 24 ) can be arranged at any point, e.g. as part of the control unit ( 20th ) (please refer 1 ) or as part of the reducing agent injector ( 15th ).
Durch den Injektor-Treiber (24) wird gemäß einem Sollwert (Qi*) für die Reduktionsmittel-Beigabe ein Injektions-Kommando (CQ) erzeugt, mit dem der Reduktionsmittel-Injektor (15) beaufschlagt wird. Das Injektions-Kommando (CQ) kann insbesondere ein Aktivierungsstrom für einen elektrischen Aktuator des Reduktionsmittel-Injektors (15) sein.Through the injector driver ( 24 ) is calculated according to a setpoint ( Qi * ) an injection command for adding the reducing agent ( CQ ) with which the reducing agent injector ( 15th ) is applied. The injection command ( CQ ) in particular, an activation current for an electrical actuator of the reducing agent injector ( 15th ) being.
Die durch den Reduktionsmittel-Injektor (15) (tatsächlich) beigegebene Menge (Qi) an Reduktionsmittel wird dem SCR-Katalysator (16) zugeführt. In dem vergrößerten Ausschnitt von 1 sind einige Vorgänge skizziert, durch die der (tatsächliche) Reduktionsmittel-Gehalt (cRed) in dem SCR-Katalysator steigt oder fällt. Derjenige Anteil der beigegebenen Menge (Qi) an Reduktionsmittel, der an der katalytischen Wandung adsorbiert wird, ist mit (Qad) gekennzeichnet. Durch die (momentan) adsorbierte Menge (Qad) an Reduktionsmittel steigt der Reduktionsmittel-Gehalt bzw. die gespeicherte Menge an Reduktionsmittel (cRed).The through the reducing agent injector ( 15th ) (actually) added amount ( Qi ) of reducing agent is supplied to the SCR catalytic converter ( 16 ) supplied. In the enlarged section of 1 some processes are outlined by which the (actual) reducing agent content ( cRed ) rises or falls in the SCR catalytic converter. That part of the added amount ( Qi ) on reducing agent, which is adsorbed on the catalytic wall, is with ( Qad ) marked. Due to the (currently) adsorbed amount ( Qad ) of reducing agent, the reducing agent content or the stored amount of reducing agent increases ( cRed ).
Derjenige Anteil der gespeicherten Menge (cRed) des Reduktionsmittels, der durch chemische Reaktion mit Stickoxiden (NOx) umgesetzt wird, ist als Reaktionsmenge (Qr) gekennzeichnet. Die (momentan) reagierte Menge (Qr) an Reduktionsmittel senkt den Reduktionsmittel-Gehalt (cRed) im SCR-Katalysator. Es kann vereinfacht davon ausgegangen werden, dass ausschließlich an der katalytischen Wandung adsorbiertes Reduktionsmittel zu einer chemischen Umwandlung von Stickoxiden (NOx) beiträgt, d.h. es ist zunächst notwendig, dass ein Reduktionsmittel-Bestandteil an der Wandung adsorbiert wird, damit er nachfolgend an der Reduktions-Reaktion teilhaben kann. Eine direkte Umsetzung von Stickoxiden (NOx) durch das im Abgas vorhandene Reduktionsmittel tritt nicht oder bei vernachlässigbaren Umsetzungsraten auf.That part of the stored quantity ( cRed ) of the reducing agent, which is produced by chemical reaction with nitrogen oxides ( NOx ) is implemented, the reaction amount ( Qr ) marked. The (currently) reacted crowd ( Qr ) of reducing agent lowers the reducing agent content ( cRed ) in the SCR catalytic converter. In simplified terms, it can be assumed that only reducing agents adsorbed on the catalytic wall lead to a chemical conversion of nitrogen oxides ( NOx ) contributes, ie it is first necessary that a reducing agent component is adsorbed on the wall so that it can subsequently participate in the reduction reaction. A direct conversion of nitrogen oxides ( NOx ) due to the reducing agent present in the exhaust gas does not occur or occurs at negligible conversion rates.
Die desorbierte Menge (Qde) an Reduktionsmittel gibt an, wie viel Reduktionsmittel ohne chemische Umsetzung wieder von der katalytischen Wandung abgelöst wird. Sie kann weiterhin angeben, welcher überschüssige Anteil der tatsächlich beigegebenen Menge (Qi) an Reduktionsmittel ohne chemische Umsetzung den SCR-Katalysator verlässt, bspw. wenn eine Überfüllung des SCR-Katalysators eintritt und für diesen Anteil keine Adsorption an der katalytischen Wandung möglich ist.The amount desorbed ( Qde ) of reducing agent indicates how much reducing agent is removed from the catalytic wall without chemical conversion. You can also state what excess portion of the actually added amount ( Qi ) of reducing agent leaves the SCR catalytic converter without chemical conversion, for example if the SCR catalytic converter is overfilled and no adsorption on the catalytic wall is possible for this proportion.
Die Steuerung der Reduktionsmittel-Beigabe erfolgt in einer solchen Weise, dass einerseits der Reduktionsmittel-Gehalt (cRed) im SCR-Katalysator so hoch gehalten wird, dass die erwünschte Effizienz der Stickoxid-Reduktion erreicht wird, und dass andererseits möglichst keine Überfüllung und kein Leer-Zustand des SCR-Katalysators (16) eintreten. Der Soll-Wert (cRed*) für den Reduktionsmittel-Gehalt im SCR-Katalysator (16) repräsentiert eine solche Menge an gespeichertem Reduktionsmittel, dass die vorerwähnten Ziele erreicht werden. Der Soll-Wert (cRed*) wird an den momentanen Betriebszustand des Abgasnachbehandlungssystems angepasst, um bspw. der sich ändernden Speicherfähigkeit bei steigenden und fallenden Temperaturen sowie bei steigenden oder fallenden Volumenströmen Rechnung zu tragen.The addition of reducing agent is controlled in such a way that, on the one hand, the reducing agent content ( cRed ) is kept so high in the SCR catalytic converter that the desired efficiency of nitrogen oxide reduction is achieved and that, on the other hand, the SCR catalytic converter is not overfilled or empty ( 16 ) enter. The target value ( cRed * ) for the reducing agent content in the SCR catalytic converter ( 16 ) represents such an amount of stored reducing agent that the aforementioned goals are achieved. The target value ( cRed * ) is adapted to the current operating state of the exhaust gas aftertreatment system, for example, to take account of the changing storage capacity with rising and falling temperatures and with rising or falling volume flows.
Der Soll-Wert für die Reduktionsmittel-Beigabemenge (Qi*) kann in beliebiger Weise definiert sein, bspw. als Injektionsrate (Beigabemenge pro Zeitintervall). Die Reduktionsmittel-Beigaben (Qi) können kontinuierlich oder intermittierend auftreten, bspw. bei einem konstanten oder veränderlichen Injektions-Takt, wobei für jede Injektion oder gruppenweise unterschiedliche Einzel-Injektionsmengen vorgegeben werden, um im Mittelwert über einen oder mehrere Takte die vorgegebene Injektionsrate bzw. den Soll-Wert (Qi*) zu erreichen. Bei einer erhöhten Vorgabe des Soll-Werts (Qi*) können Injektionen mit erhöhter Beigabemenge ausgeführt werden und umgekehrt. Alternativ können jeweils einheitliche Einzel-Injektionsmengen vorgegeben sein, wobei durch die Vorgabe einer Injektions-Frequenz die Beigabemenge pro Zeitintervall veränderbar ist, um eine Anpassung an den Soll-Wert (Qi*) zu erreichen. Wiederum alternativ sind Mischungen aus einer Änderung der Einzel-Injektionsmenge und einer Änderung der Injektions-Frequenz möglich. Nachfolgend wird vereinfachend davon ausgegangen, dass ein Soll-Wert (Qi*) (pro Zeitintervall) für die Reduktionsmittel-Beigabe verändert wird, der bspw. in Abhängigkeit von Zustandsparametern des Abgasnachbehandlungssystems (10) in konkrete Injektions-Kommandos (CQ) für Einzel-Injektionen umgesetzt wird.The target value for the amount of reducing agent added ( Qi * ) can be defined in any way, for example as an injection rate (amount added per time interval). The reducing agent additives ( Qi ) can occur continuously or intermittently, e.g. with a constant or variable injection rate, whereby different individual injection quantities are specified for each injection or in groups in order to achieve the specified injection rate or the target value ( Qi * ) to reach. With an increased specification of the target value ( Qi * ), injections can be carried out with an increased amount and vice versa. Alternatively, uniform individual injection quantities can be specified in each case, whereby the addition quantity per time interval can be changed by specifying an injection frequency an adjustment to the target value ( Qi * ) to reach. Again alternatively, mixtures of a change in the individual injection quantity and a change in the injection frequency are possible. In the following, for the sake of simplicity, it is assumed that a target value ( Qi * ) (per time interval) for the addition of reducing agent, which, for example, depends on the state parameters of the exhaust gas aftertreatment system ( 10 ) into concrete injection commands ( CQ ) is implemented for single injections.
Während die Reduktionsmittel-Beigabe (Qi) eher intermittierend erfolgt, findet die chemische Reaktion eher kontinuierlich statt. Die Speicherung des Reduktionsmittels führt zu einem Puffer-Effekt, der einen Ausgleich zwischen der intermittierenden Reduktionsmittel-Beigabe und der kontinuierlichen Reduktionsmittel-Umsetzung ermöglicht.While the reducing agent addition ( Qi ) occurs rather intermittently, the chemical reaction takes place rather continuously. The storage of the reducing agent leads to a buffer effect, which enables a balance between the intermittent addition of reducing agent and the continuous reducing agent conversion.
Der Sollwert (Qi*) für die Reduktionsmittel-Beigabe wird durch eine Sollwert-Berechnung (23) bereitgestellt und zumindest auf Basis des Vorsteuerwerts (Qpre) und des Speicherführungswerts (Qstr) für die Reduktionsmittel-Beigabe berechnet. Die zugrundeliegende Berechnung kann von beliebiger Art sein. In einer einfachen Ausführung können der momentane Vorsteuerwert (Qpre) und der momentane Speicherführungswert (Qstr) addiert werden. Der Speicherführungswert (Qstr) kann einen positiven oder negativen Wert haben oder Null betragen. Alternativ oder zusätzlich können komplexere Berechnungen zugrunde liegen, die beispielsweise eine zeitweise Unterbindung der Reduktionsmittel-Beigabe mit nachfolgender Kompensation ermöglichen, d.h. eine zeitliche Verschiebung von Beigabemengen zwischen (benachbarten) Zeitintervallen. Eine zeitweise Unterbindung von Reduktionsmittel-Beigaben kann bspw. in solchen Zeitintervallen nötig sein, in denen sich der Betriebszustand des Verbrennungsmotors oder des Abgasnachbehandlungssystems sehr stark ändert.The setpoint ( Qi * ) for the addition of reducing agent is determined by a target value calculation ( 23 ) provided and at least based on the input control value ( Qpre ) and the memory management value ( Qstr ) calculated for the addition of reducing agent. The underlying calculation can be of any type. In a simple version, the current pre-control value ( Qpre ) and the current memory management value ( Qstr ) can be added. The memory management value ( Qstr ) can be positive, negative, or zero. Alternatively or additionally, more complex calculations can be used which, for example, allow the addition of reducing agent to be temporarily prevented with subsequent compensation, that is to say a time shift of the amounts added between (adjacent) time intervals. It may be necessary to temporarily prevent the addition of reducing agents, for example, in those time intervals in which the operating state of the internal combustion engine or the exhaust gas aftertreatment system changes very significantly.
Der Vorsteuerwert (Qpre) wird von der Vorsteuerung (22), d.h. im offenen Regelkreis, bereitgestellt und auf Basis des momentanen Vorlauf-Stickoxid-Gehalts (cPre) bestimmt. Der Vorlauf-Stickoxid-Gehalt (cPre) kann auf beliebige Weise ermittelt werden. In dem Beispiel von 1 ist ein Vorlauf-Stickoxid-Sensor (40) in der Vorlauf-Passage (11) vorgesehen, der den Vorlauf-Stickoxid-Gehalt (cPre) direkt erfasst. Alternativ oder zusätzlich kann ein Vorlauf-Stickoxid-Gehalt (cPre) als geschätzter Wert von einer anderen Steuerungskomponente bereitgestellt sein, insbesondere von einer Motor-Steuerung mit einem Verbrennungs-Modell, die den momentanen Stickoxid-Ausstoß aus einer Brennkammer des Verbrennungsmotors ermittelt. Bevorzugt können sowohl ein Messwert als auch ein geschätzter oder berechneter Wert des Vorlauf-Stickoxid-Gehalts (cPre) vorliegen, wobei diese Werte untereinander auf Konsistenz geprüft und ggf. adaptiert werden können. Wiederum alternativ oder zusätzlich kann über den Vorlauf-Stickoxidsensor eine Gesamtmenge an Stickoxiden (NOx) ermittelt werden, und über eine Schätzung oder Berechnung können die enthaltenen Stickoxide-Arten (NO, NO2, NO3 etc.) ermittelt werden. Im Folgenden wird vereinfacht davon ausgegangen, dass der Vorlauf-Stickoxid-Gehalt (cPre) sensorisch erfasst wird. The pre-tax value ( Qpre ) is controlled by the feedforward ( 22nd ), i.e. in an open control loop, provided and based on the current nitrogen oxide content of the flow ( cPre ) definitely. The feed nitrogen oxide content ( cPre ) can be determined in any way. In the example of 1 is a feed nitrogen oxide sensor ( 40 ) in the forerunner passage ( 11 ) provided, which determines the feed nitrogen oxide content ( cPre ) recorded directly. Alternatively or additionally, a feed nitrogen oxide content ( cPre ) be provided as an estimated value by another control component, in particular by an engine controller with a combustion model, which determines the current nitrogen oxide emissions from a combustion chamber of the internal combustion engine. Both a measured value and an estimated or calculated value of the feed nitrogen oxide content ( cPre ) are available, whereby these values can be checked for consistency with one another and adapted if necessary. Again, alternatively or additionally, a total amount of nitrogen oxides ( NOx ) and the types of nitrogen oxides contained (NO, NO2, NO3 etc.) can be determined via an estimate or calculation. In the following, it is assumed, in simplified form, that the feed nitrogen oxide content ( cPre ) is detected by sensors.
Nachfolgend wird das mehrgliedrige Simulationsmodell (21) genauer erläutert. In den Zeichnungen sind geschätzte bzw. berechnete Werte, die eine tatsächliche Größe in der Steuerung repräsentieren, jeweils durch einen Strich und Soll-Werte durch einen Stern gekennzeichnet. (Qi) bezeichnet die tatsächliche Beigabemenge an Reduktionsmittel, die in der Regel nicht direkt ermittelbar ist, während (Qi*) den Soll-Wert und (Qi*) einen Schätz-Wert für die Beigabemenge angeben. (cRed) gibt den tatsächlichen Reduktionsmittel-Gehalt im SCR-Katalysator (16), der ebenfalls nicht direkt ermittelbar ist, während (cRed*) einen Soll-Wert und (cRed*) einen geschätzten Wert des Reduktionsmittel-Gehalts angeben, usw.The multi-part simulation model ( 21 ) explained in more detail. In the drawings, estimated or calculated values which represent an actual variable in the control are each marked by a line and target values by an asterisk. ( Qi ) denotes the actual amount of reducing agent added, which as a rule cannot be determined directly, while ( Qi * ) the target value and ( Qi * ) give an estimated value for the added amount. ( cRed ) gives the actual reducing agent content in the SCR catalytic converter ( 16 ), which cannot be determined directly either, while ( cRed * ) a target value and ( cRed * ) give an estimated value of the reducing agent content, etc.
Der Speicherführungswert (Qstr) wird bevorzugt als Abweichung des geschätzten Reduktionsmittels-Gehalts (cRed') von dem Sollwert (cRed*) berechnet. Der Sollwert (cRed*) kann auf beliebige Weise festgelegt sein. Gemäß einer einfachen Ausführung kann er als statischer Wert festgelegt sein und beispielsweise eine maximale Speicherkapazität des SCR-Katalysators (16) unter normalen Betriebsbedingungen angeben. Alternativ und bevorzugt kann der Sollwert (cRed*) dynamisch festgelegt sein, bspw. in Abhängigkeit von Zustandsparametern des Abgasnachbehandlungssystems (10) und/oder des Verbrennungsmotors. Die Festlegung kann insbesondere in Abhängigkeit von der Temperatur des SCR-Katalysators (16) und/oder der Temperatur des Abgases und/oder einem Alter des SCR-Katalysators (16) erfolgen. Weiterhin kann die Strömungsgeschwindigkeit bzw. der Volumenstrom des Abgases eine Anpassung des Soll-Werts (cRed*) bedingen.The memory management value ( Qstr ) is preferred as a deviation of the estimated reducing agent content ( cRed ' ) from the setpoint ( cRed * ) calculated. The setpoint ( cRed * ) can be specified in any way. According to a simple embodiment, it can be defined as a static value and, for example, a maximum storage capacity of the SCR catalytic converter ( 16 ) under normal operating conditions. Alternatively and preferably, the setpoint ( cRed * ) be set dynamically, e.g. depending on the state parameters of the exhaust gas aftertreatment system ( 10 ) and / or the internal combustion engine. The definition can in particular depending on the temperature of the SCR catalytic converter ( 16 ) and / or the temperature of the exhaust gas and / or an age of the SCR catalytic converter ( 16 ) respectively. Furthermore, the flow velocity or the volume flow of the exhaust gas can be used to adjust the setpoint value ( cRed * ) conditional.
Dabei kann der Soll-Wert (cRed*) für den Reduktionsmittel-Gehalt gemäß einem vorbestimmten Beigabe-Schema festgelegt werden.The target value ( cRed * ) for the reducing agent content according to a predetermined addition scheme.
Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung werden zumindest ein aggressives und ein konservatives Beigabe-Schema unterschieden, wobei die Festlegung des Soll-Werts (cRed*) für den Reduktionsmittel-Gehalt bevorzugt nach dem konservativen Beigabe-Schema erfolgt.In the context of the present disclosure, a distinction is made between at least one aggressive and one conservative addition scheme, whereby the specification of the target value ( cRed * ) for the reducing agent content is preferably carried out according to the conservative addition scheme.
Ein konservatives Beigabe-Schema sieht vor, dass der Soll-Wert (cRed*) für den Reduktionsmittel-Gehalt im SCR-Katalysator (16) um ein erhebliches Maß geringer ist als die (momentane) maximale Speicherkapazität des SCR-Katalysators (16) für Reduktionsmittel. Ein konservatives Beigabe-Schema sieht beispielsweise den Sollwert (cRed*) in einem Bereich von 30% bis 80% der (momentanen) maximalen Speicherkapazität vor. Hierdurch wird einer unerwünschten Überfüllung des SCR-Katalysators (16) und einem dadurch bedingten Reduktionsmittel-Durchbruch vorgebeugt.A conservative addition scheme provides that the target value ( cRed * ) for the reducing agent content in the SCR catalytic converter ( 16 ) is significantly lower than the (current) maximum storage capacity of the SCR catalytic converter ( 16 ) for reducing agents. A conservative addition scheme, for example, sees the target value ( cRed * ) in a range of 30% to 80% of the (current) maximum storage capacity. This prevents undesired overfilling of the SCR catalytic converter ( 16 ) and prevented a reducing agent breakthrough caused by it.
Bei einem aggressiven Beigabe-Schema würde der Soll-Wert (cRed*) in einem Bereich von größer 80% oder größer 90% der (momentanen) maximalen Speicherkapazität festgelegt, was ebenfalls möglich ist, aber ggfs. erfordert, dass stromabwärts zu dem SCR-Katalysator ein Ammonia slip Katalysator (nicht dargestellt) oder ein anderes Element zur Entfernung eines überschüssigen Reduktionsmittels im austretenden Abgas vorgesehen wird.In the case of an aggressive addition scheme, the target value ( cRed * ) set in a range of greater than 80% or greater than 90% of the (current) maximum storage capacity, which is also possible, but may require that an ammonia slip catalyst (not shown) or another element for downstream of the SCR catalyst Removal of an excess reducing agent is provided in the exiting exhaust gas.
Die vorgenannten Wertebereiche sind rein exemplarisch angegeben und können sich in Abhängigkeit von der Größe und Wirksamkeit des SCR-Katalysators (16) ändern.The aforementioned value ranges are given purely by way of example and can vary depending on the size and effectiveness of the SCR catalytic converter ( 16 ) to change.
In dem mehrgliedrigen Simulationsmodell (21) gemäß 1 sind verschiedene Glieder enthalten, die in Abhängigkeit von den Zustandsparametern des Abgasnachbehandlungssystems (10) und insbesondere des SCR-Katalysators (16) schätzen bzw. berechnen, durch welche Einflüsse der momentane Reduktionsmittel-Gehalt (cRed) steigt oder fällt. Die Anzahl und Ausbildung der Glieder kann in Abhängigkeit von der Ausbildung des Abgasnachbehandlungssystems (10) und insbesondere des Katalyse-Abschnitts (12) abgewandelt sein.In the multi-part simulation model ( 21 ) according to 1 contains various elements that depend on the state parameters of the exhaust gas aftertreatment system ( 10 ) and especially the SCR catalytic converter ( 16 ) estimate or calculate by which influences the current reducing agent content ( cRed ) rises or falls. The number and design of the links can depend on the design of the exhaust gas aftertreatment system ( 10 ) and especially the catalysis section ( 12th ) be modified.
In dem Beispiel von 1 umfasst das mehrgliedrige Simulationsmodell (21) ein erstes Glied (31) in Form eines Reduktionsmittel-Beigabemodells. Dieses ermittelt in Abhängigkeit von einer Betätigung (Qi*/CQ) des Reduktionsmittel-Injektors (15) eine geschätzte Menge (Qi') an beigegebenem Reduktionsmittel. Mit anderen Worten berechnet das Reduktionsmittel-Beigabemodell (31) einen Schätzwert (Qi') für die tatsächlich beigegebene Menge (Qi) an Reduktionsmittel. Die Betätigung des Reduktionsmittel-Injektors (15) kann durch eine beliebige Systemgröße gekennzeichnet sein, bevorzugt durch den Soll-Wert (Qi*) für die Reduktionsmittel-Beigabe oder durch das Injektions-Kommando (CQ).In the example of 1 includes the multi-part simulation model ( 21 ) a first link ( 31 ) in the form of a reducing agent addition model. This determines depending on an actuation ( Qi * / CQ ) of the reducing agent injector ( 15th ) an estimated amount ( Qi ' ) of added reducing agent. In other words, the reducing agent addition model calculates ( 31 ) an estimate ( Qi ' ) for the actually added amount ( Qi ) of reducing agent. The actuation of the reducing agent injector ( 15th ) can be characterized by any system variable, preferably by the target value ( Qi * ) for adding reducing agent or by the injection command ( CQ ).
Die geschätzte Menge (Qi') des beigegebenen Reduktionsmittels kann weiterhin von folgenden Parametern abhängen:
- - Konzentration der reduzierenden Substanz oder eines Vorprodukts im Speise-Fluid des Reduktionsmittel-Injektors;
- - Speise-Druck des Reduktionsmittel-Injektors;
The estimated amount ( Qi ' ) of the added reducing agent can also depend on the following parameters: - - Concentration of the reducing substance or a precursor in the feed fluid of the reducing agent injector;
- - Feed pressure of the reducing agent injector;
15 zeigt beispielhaft den Verlauf der maximalen Speicherkapazität (cMax), des Soll-Werts (cRed*) sowie des geschätzten Werts (cRed') für den Reduktionsmittel-Gehalt im Vergleich zum tatsächlichen Reduktionsmittel-Gehalt (cRed). Der tatsächliche Reduktionsmittel-Gehalt (cRed) ist nicht direkt messbar und somit der Steuerung nicht bekannt. Im abgebildeten Zeitbereich treten drei stationäre Zustände (S1, S2, S3) auf, zwischen denen jeweils instationäre bzw. transiente Zustände liegen. In jedem der drei stationären Zustände (S1, S2, S3) liegt ein anderer Betriebszustand des Abgasnachbehandlungssystems (10) vor, sodass unterschiedliche maximale Speicherkapazitäten (cMax) vorliegen. Dementsprechend ist für jeden der stationären Zustände (S1, S2, S3) ein anderer Soll-Wert (cRed*) für den Reduktionsmittel-Gehalt festgelegt. 15th shows an example of the course of the maximum storage capacity (cMax), the target value ( cRed * ) as well as the estimated value ( cRed ' ) for the reducing agent content compared to the actual reducing agent content ( cRed ). The actual reducing agent content ( cRed ) cannot be measured directly and is therefore not known to the control. In the time range shown, there are three stationary states ( S1 , S2 , S3 ), between which there are unsteady or transient states. In each of the three stationary states ( S1 , S2 , S3 ) there is a different operating state of the exhaust gas aftertreatment system ( 10 ) so that there are different maximum storage capacities (cMax). Accordingly, for each of the stationary states ( S1 , S2 , S3 ) another target value ( cRed * ) for the reducing agent content.
Im ersten stationären Zustand erfolgen die Reduktionsmittel-Beigabe und die Speicherführung korrekt. Der geschätzte Wert (cRed') des Reduktionsmittel-Gehalts entspricht dem tatsächlichen Reduktionsmittel-Gehalt (cRed) und es liegt keine unzulässige Abweichung zwischen dem geschätzten Reduktionsmittel-Gehalt (cRed') und dem Soll-Wert (cRed*) vor. Dementsprechend ist zu erwarten, dass die Stickoxid-Reduktion bei der korrekten Effizienz erfolgt.In the first steady state, the addition of reducing agent and storage management take place correctly. The estimated value ( cRed ' ) the reducing agent content corresponds to the actual reducing agent content ( cRed ) and there is no impermissible deviation between the estimated reducing agent content ( cRed ') and the target value ( cRed * ) in front. Accordingly, it is to be expected that the nitrogen oxide reduction occurs with the correct efficiency.
Im zweiten stationären Zustand (S2) liegt ein anderer Betriebszustand des Abgasnachbehandlungssystems (10) vor, weshalb eine höhere Speicherkapazität (cMax) des SCR-Katalysators (16) und ein entsprechend höherer Soll-Wert (cRed*) für den Reduktionsmittel-Gehalt vorliegen. Die Reduktionsmittel-Beigabe und die Speicherführung erfolgen ebenfalls korrekt.In the second steady state ( S2 ) there is a different operating state of the exhaust gas aftertreatment system ( 10 ), which is why a higher storage capacity (cMax) of the SCR catalytic converter ( 16 ) and a correspondingly higher target value ( cRed * ) are available for the reducing agent content. The addition of reducing agent and storage management are also carried out correctly.
Beim Übergang zum dritten stationären Zustand, d.h. in dem transienten Übergang, tritt eine Abweichung zwischen dem geschätzten Reduktionsmittel-Gehalt (cRed') und dem tatsächlichen Reduktionsmittel-Gehalt (cRed) auf. Der geschätzte Reduktionsmittel-Gehalt (cRed) liegt fälschlicher Weise auf dem Niveau des Soll-Werts (cRed*). Tatsächlich liegt aber ein Reduktionsmittel-Überschuss vor, der gemäß den Messwerten des Nachlauf-Stickoxid-Gehalts (cPost) zu einer Verminderung der Effizienz der Stickoxid-Reduktion führt. Es findet also ein Reduktionsmittel-Durchbruch statt.During the transition to the third steady state, i.e. in the transient transition, there is a discrepancy between the estimated reducing agent content ( cRed ' ) and the actual reducing agent content ( cRed ) on. The estimated reducing agent content ( cRed ) is wrongly at the level of the target value ( cRed * ). In fact, however, there is an excess of reducing agent which, according to the measured values of the post-flow nitrogen oxide content ( cPost ) leads to a reduction in the efficiency of nitrogen oxide reduction. So there is a breakthrough in reducing agent.
Bei einer ersten Durchführung des unten Lernvorgangs wird der Reduktionsmittel-Überschuss erkannt. Als Grund für die Entstehung des Reduktionsmittel-Überschusses kommen verschiedene Phänomene in Betracht. Einerseits könnte der Reduktionsmittel-Injektor (15) eine tatsächliche Menge (Qi) an Reduktionsmittel beigegebenen haben, die größer war als die Soll-Menge (Qi*). Andererseits könnte im SCR-Katalysator tatsächlich mehr Reduktionsmittel adsorbiert oder weniger Reduktionsmittel reagiert worden sein, als im Simulationsmodell geschätzt wurde. D.h. die geschätzte Adsorptionsmenge (Qad) könnte im Zeitraum vor dem Lernvorgang kleiner gewesen sein als die tatsächliche Adsorptionsmenge (Qad') und die geschätzte Reaktionsmenge (Qr') könnte kleiner gewesen sein als die tatsächliche Reaktionsmenge (Qr).When the learning process below is carried out for the first time, the excess reducing agent is recognized. Various phenomena can be considered as the reason for the occurrence of the excess reducing agent. On the one hand, the reducing agent injector ( 15th ) an actual amount ( Qi ) added reducing agent that was greater than the target amount ( Qi * ). On the other hand, more reducing agent could actually have been adsorbed in the SCR catalytic converter or less reducing agent reacted than was estimated in the simulation model. Ie the estimated amount of adsorption ( Qad ) could have been smaller than the actual amount of adsorption ( Qad ' ) and the estimated response amount ( Qr ' ) could have been smaller than the actual response amount ( Qr ).
Als Gegenmaßnahme wird einerseits der geschätzte Reduktionsmittel-Gehalt (cRed') auf den Wert (cMax) angepasst. Darüber hinaus können weitere Korrekturwertanpassungen in dem Simulationsmodell ausgeführt werden, die unten stehend erläutert werden.As a countermeasure, the estimated reducing agent content ( cRed ' ) adjusted to the value (cMax). In addition, further correction value adjustments can be carried out in the simulation model, which are explained below.
Wenn der geschätzte Reduktionsmittel-Gehalt (cRed') auf den Wert (cMax) adaptiert wird, wird die unzulässige Abweichung gegenüber dem Soll-Wert (cRed*) für den Reduktionsmittel-Gehalt von der Steuerung erfasst. Dementsprechend wird ein negativer Speicherführungswert (Qstr) erzeugt, der zu geringeren Soll-Injektionsmengen (Qi*) führt und damit bewirkt, dass der geschätzte Reduktionsmittel-Gehalt (cRed') wieder dem Soll-Wert (cRed*) angenähert wird.If the estimated reducing agent content ( cRed ' ) is adapted to the value (cMax), the impermissible deviation from the target value ( cRed * ) recorded by the control for the reducing agent content. Accordingly, a negative memory management value ( Qstr ), which leads to lower target injection quantities ( Qi * ) and thus causes the estimated reducing agent content ( cRed ' ) back to the target value ( cRed * ) is approximated.
In dem Beispiel von 16 geht das Simulationsmodell nach der ersten Durchführung (L1) des Lernvorgangs davon aus, dass der geschätzte Reduktionsmittel-Gehalt (cRed') auf dem Soll-Wert (cRed*) bleibt. Tatsächlich tritt in dem gezeigten Beispiel aber erneut eine Abweichung auf, die zu einem Reduktionsmittel-Überschuss führt, d.h. der tatsächliche Reduktionsmittel-Gehalt (cRed) ist erneut über dem Soll-Wert (cRed*) und driftet gegen den Wert von (cMas). Der Grund hierfür könnte sein, dass die tatsächliche Beigabemenge (Qi) größer ist als der Soll-Wert (Qi*), was einerseits auf einen Mess-Fehler des Vorlauf-Stickoxid-Sensors (40) oder auf einen Fehler des Injektors (15) zurückführbar sein könnte.In the example of 16 after the first implementation (L1) of the learning process, the simulation model assumes that the estimated reducing agent content ( cRed ' ) on the target value ( cRed * ) remain. In fact, in the example shown, a deviation occurs again that leads to an excess of reducing agent, i.e. the actual reducing agent content ( cRed ) is again above the target value ( cRed * ) and drifts towards the value of (cMas). The reason for this could be that the actual amount added ( Qi ) is greater than the target value ( Qi * ), which, on the one hand, is due to a measurement error in the feed nitrogen oxide sensor ( 40 ) or an error in the injector ( 15th ) could be traceable.
Bei einer weiteren Durchführung (L2) des Lernvorgangs kann der erneute Reduktionsmittel-Überschuss erkannt werden, wobei der geschätzte Reduktionsmittel-Gehalt (cRed') wieder auf einen geeigneten Wert geändert wird, und es können weitere Adaptionen in dem Simulationsmodell vorgenommen werden, um die erfasste Drift des Reduktionsmittel-Gehalts (cRed) zu kompensieren. Geeignete Maßnahmen werden unten erläutert.If the learning process is carried out further (L2), the renewed excess reducing agent can be recognized, whereby the estimated reducing agent content ( cRed ' ) is changed again to a suitable value, and further adaptations can be made in the simulation model in order to reduce the recorded drift of the reducing agent content ( cRed ) to compensate. Appropriate measures are explained below.
An oder in dem Reduktionsmittel-Beigabemodell (31) kann ein beliebiger Korrekturwert (W1) vorgesehen sein, der bei der Durchführung eines Lernvorgangs anpassbar ist. Im Beispiel von 1 ist vereinfachend angenommen, dass der Korrekturwert W1 ein multiplikativer Faktor ist, der den geschätzten Wert (Qi') der Beigabemenge gegenüber einer Basis-Berechnung erhöht oder verringert. Alternativ oder zusätzlich können andere Korrekturwerte vorgesehen sein, die bspw. eine oder mehr konkrete Anpassungen in Bezug auf die o.g. Einflussparameter vorsehen.On or in the reducing agent addition model ( 31 ) any correction value ( W1 ) can be provided, which can be adapted when a learning process is carried out. In the example of 1 for the sake of simplicity it is assumed that the correction value W1 is a multiplicative factor that gives the estimated value ( Qi ' ) the added amount increased or decreased compared to a basic calculation. As an alternative or in addition, other correction values can be provided which, for example, provide one or more specific adaptations with regard to the above-mentioned influencing parameters.
Das zweite Glied (32) des Simulationsmodells (21) ist ein Reduktionsmittel-Speichermodell (32). Dieses schätzt in Abhängigkeit von Zustandsparametern des Abgasnachbehandlungssystems (10), welche Menge (Qad') an Reduktionsmittel momentan in dem SCR-Katalysator (16) durch Adsorption gespeichert wird. Die geschätzte Menge (Qad') kann von folgenden Zustandsparametern abhängen:
- - Momentaner (geschätzter) Reduktionsmittel-Gehalt (cRed') im SCR-Katalysator (16) - entspricht Besetzungs- bzw. Füllungsgrad der Katalysatorwandung;
- - Momentane (geschätzte) Beigabemenge (Qi') an Reduktionsmittel - bezogen vom Reduktionsmittel-Beigabemodell (31);
- - Temperatur des SCR-Katalysators (16);
- - Temperatur des zugeführten Abgases;
- - Konzentration der reduzierenden Substanz im zugeführten Abgas;
- - Durchmischungsgrad von Reduktionsmittel und Abgas stromaufwärts zu SCR-Katalysator, beispielsweise abhängig von Anordnung des Reduktionsmittel-Injektors und Betrieb oder Last einer zwischen dem Reduktionsmittel-Injektor (15) und dem SCR-Katalysator (16) etwaig angeordneten Turbine;
- - Strömungsgeschwindigkeit bzw. Volumenstrom des Abgases, bspw. bezogen von einem Strömungssensor (nicht dargestellt) oder von einer Motorsteuerung.
The second link ( 32 ) of the simulation model ( 21 ) is a reducing agent storage model ( 32 ). This estimates depending on the condition parameters of the exhaust gas aftertreatment system ( 10 ), whitch amount ( Qad ' ) of reducing agent currently in the SCR catalytic converter ( 16 ) is stored by adsorption. The estimated amount ( Qad ' ) can depend on the following status parameters: - - Current (estimated) reducing agent content ( cRed ' ) in the SCR catalytic converter ( 16 ) - corresponds to the degree of occupation or filling of the catalyst wall;
- - Current (estimated) amount added ( Qi ' ) of reducing agent - based on the reducing agent addition model ( 31 );
- - temperature of the SCR catalytic converter ( 16 );
- - temperature of the supplied exhaust gas;
- - Concentration of the reducing substance in the supplied exhaust gas;
- - Degree of mixing of reducing agent and exhaust gas upstream of the SCR catalytic converter, for example depending on the arrangement of the reducing agent injector and the operation or load of one between the reducing agent injector ( 15th ) and the SCR catalytic converter ( 16 ) possibly arranged turbine;
- - Flow velocity or volume flow of the exhaust gas, for example obtained from a flow sensor (not shown) or from an engine control.
Im Beispiel von 1 ist vereinfachend angenommen, dass ein Korrekturwert (W2) an oder in dem Reduktionsmittel-Speichermodell (32) ein multiplikativer Faktor ist, der den Wert (Qad') gegenüber einer Basis-Berechnung erhöht oder verringert. Alternativ oder zusätzlich können andere Korrekturwerte vorgesehen sein, die bspw. eine oder mehr konkrete Anpassungen in Bezug auf die o.g. Einflussparameter vorsehen.In the example of 1 it is assumed for the sake of simplicity that a correction value ( W2 ) on or in the reducing agent storage model ( 32 ) is a multiplicative factor that gives the value ( Qad ' ) increased or decreased compared to a basic calculation. As an alternative or in addition, other correction values can be provided which, for example, provide one or more specific adaptations with regard to the above-mentioned influencing parameters.
Das in 1 separat dargestellt Summationsglied (25), das den geschätzten Reduktionsmittel-Gehalt (cRed') berechnet, kann ebenfalls Bestandteil des Reduktionsmittel-Speichermodells (32) sein. Dementsprechend kann der Korrekturwert (W2) - alternativ oder zusätzlich zu den o.g. Möglichkeiten - ein multiplikativer Faktor, ein Offsetwert oder ein Ersatzwert für den geschätzten Reduktionsmittel-Gehalt (cRed') sein. Besonders bevorzugt handelt es sich um einen Offsetwert.This in 1 summation element shown separately ( 25th ), which shows the estimated reducing agent content ( cRed ' ) can also be part of the reducing agent storage model ( 32 ) being. Correspondingly, the correction value ( W2 ) - as an alternative or in addition to the above options - a multiplicative factor, an offset value or a substitute value for the estimated reducing agent content ( cRed ' ) being. It is particularly preferably an offset value.
Das dritte Glied (33) des Simulationsmodells (21) ist in dem Beispiel von 1 ein Reaktions-Modell (33), das in Abhängigkeit von Zustandsparametern des Abgasnachbehandlungssystems (10) schätzt, welcher Anteil (Qr') des im SCR-Katalysator gespeicherten Reduktionsmittels durch chemische Reaktion entnommen bzw. umgewandelt wird. Die geschätzte Menge (Qr') des durch Reaktion umgewandelten Reduktionsmittels kann von folgenden Zustandsparametern abhängen:
- - Momentaner (geschätzter) Reduktionsmittel-Gehalt (cRed') im SCR-Katalysator (16) - entspricht Besetzungs- bzw. Füllungsgrad der Katalysatorwandung;
- - Temperatur des SCR-Katalysators (16);
- - Temperatur des zugeführten Abgases;
- - Konzentration der Stickoxide (NOx) im zugeführten Abgas;
- - Strömungsgeschwindigkeit des Abgases.
The third link ( 33 ) of the simulation model ( 21 ) is in the example of 1 a reaction model ( 33 ), which depends on the state parameters of the exhaust gas aftertreatment system ( 10 ) estimates what proportion ( Qr ' ) of the reducing agent stored in the SCR catalytic converter is removed or converted by chemical reaction. The estimated amount ( Qr ' ) of the reducing agent converted by reaction can depend on the following state parameters: - - Current (estimated) reducing agent content ( cRed ' ) in the SCR catalytic converter ( 16 ) - corresponds to the degree of occupation or filling of the catalyst wall;
- - temperature of the SCR catalytic converter ( 16 );
- - temperature of the supplied exhaust gas;
- - concentration of nitrogen oxides ( NOx ) in the supplied exhaust gas;
- - flow velocity of the exhaust gas.
Im Beispiel von 1 ist vereinfachend angenommen, dass ein Korrekturwert (W3) an oder in dem Reaktions-Modell (33) ein multiplikativer Faktor ist, der den geschätzten Wert (Qr') gegenüber einer Basis-Berechnung erhöht oder verringert. Alternativ oder zusätzlich können andere Korrekturwerte vorgesehen sein, die bspw. eine oder mehr konkrete Anpassungen in Bezug auf die o.g. Einflussparameter vorsehen. Insbesondere kann ein Korrekturwert (W3) ein multiplikativer Faktor und/oder ein Offset-Wert sein, der den Vorlauf-Stickoxid-Gehalt (cPre) gegenüber dem Messwert des Vorlauf-Stickoxidsensors (40) erhöht oder verringert. Eine Korrekturwertanpassung in Bezug auf den Messwert des Vorlauf-Sickoxidsensors (40) kann gleichzeitig eine Auswirkung auf die Vorsteuerung (22) und damit den Vorsteuerwert (Qpre) für die Reduktionsmittel-Beigabe haben. Somit kann eine Korrekturwertanpassung zusätzlich zu den Änderungen im mehrgliedrigen Simulationsmodell (21) einen Korrekturwert (W3) für die oder in der Vorsteuerung (22) ändern.In the example of 1 it is assumed for the sake of simplicity that a correction value ( W3 ) on or in the reaction model ( 33 ) is a multiplicative factor that gives the estimated value ( Qr ' ) increased or decreased compared to a basic calculation. As an alternative or in addition, other correction values can be provided which, for example, provide one or more specific adaptations with regard to the above-mentioned influencing parameters. In particular, a correction value ( W3 ) be a multiplicative factor and / or an offset value that determines the feed nitrogen oxide content ( cPre ) compared to the measured value of the feed nitrogen oxide sensor ( 40 ) increased or decreased. A correction value adjustment in relation to the measured value of the inlet nitrogen oxide sensor ( 40 ) can also have an effect on the feedforward control ( 22nd ) and thus the pre-tax value ( Qpre ) for adding reducing agents. This means that a correction value adjustment can be made in addition to the changes in the multi-part simulation model ( 21 ) a correction value ( W3 ) for or in the feedforward control ( 22nd ) to change.
Das vierte Glied in dem Simulationsmodell (21) ist ein Desorptionsmodell (34), das in Abhängigkeit von Zustandsparametern des Abgasnachbehandlungssystems (10) berechnet, welcher Anteil (Qde') des im SCR-Katalysator gespeicherten Reduktionsmittels ohne chemische Umsetzung desorbiert wird. Die geschätzte Menge (Qde') des desorbierten Reduktionsmittels kann weiterhin einen Anteil der geschätzten beigegebenen Menge (Qi') umfassen, der nicht im SCR-Katalysator adsorbiert werden kann. Die geschätzte Menge (Qde') kann von folgenden Zustandsparametern abhängen:
- - Momentaner (geschätzter) Reduktionsmittel-Gehalt (cRed') im SCR-Katalysator (16) - entspricht Besetzungs- bzw. Füllungsgrad der Katalysatorwandung;
- - Momentane (geschätzte) Beigabemenge (Qi') an Reduktionsmittel - bezogen vom Reduktionsmittel-Beigabemodell (31);
- - Temperatur des SCR-Katalysators (16);
- - Temperatur des zugeführten Abgases;
- - Strömungsgeschwindigkeit des Abgases.
The fourth link in the simulation model ( 21 ) is a desorption model ( 34 ), which depends on the state parameters of the exhaust gas aftertreatment system ( 10 ) calculates which proportion ( Qde ' ) the reducing agent stored in the SCR catalytic converter is desorbed without chemical conversion. The estimated amount ( Qde ' ) of the desorbed reducing agent can also be a proportion of the estimated added amount ( Qi ' ) that cannot be adsorbed in the SCR catalytic converter. The estimated amount ( Qde ' ) can depend on the following status parameters: - - Current (estimated) reducing agent content ( cRed ') in the SCR catalytic converter ( 16 ) - corresponds to the degree of occupation or filling of the catalyst wall;
- - Current (estimated) amount added ( Qi ' ) of reducing agent - based on the reducing agent addition model ( 31 );
- - temperature of the SCR catalytic converter ( 16 );
- - temperature of the supplied exhaust gas;
- - flow velocity of the exhaust gas.
Im Beispiel von 1 ist vereinfachend angenommen, dass ein Korrekturwert (W4) an oder in dem DesorptionsModell (33) ein multiplikativer Faktor ist, der den Wert (Qde') gegenüber einer Basis-Berechnung erhöht oder verringert. Alternativ oder zusätzlich können andere Korrekturwerte vorgesehen sein, die bspw. eine oder mehrere konkrete Anpassungen in Bezug auf die o.g. Einflussparameter vorsehen.In the example of 1 it is assumed for the sake of simplicity that a correction value ( W4 ) on or in the desorption model ( 33 ) is a multiplicative factor that gives the value ( Qde ' ) increased or decreased compared to a basic calculation. As an alternative or in addition, other correction values can be provided which, for example, provide one or more specific adaptations with regard to the above-mentioned influencing parameters.
Das Steuerungskonzept gemäß der vorliegenden Offenbarung sieht vor, dass durch den Vorsteuerwert (Qpre) ein erheblicher Anteil der Soll-Menge (Qi*) des beizugebenden Reduktionsmittels in Abhängigkeit von dem momentanen Vorlauf-Stickoxid-Gehalt (cPre) festgelegt wird. Dies kann bei einer sehr geringen Zeitverzögerung erfolgen. Mit anderen Worten wird stets (fast) so viel Reduktionsmittel gemäß dem Vorsteuerwert (Qpre) beigegeben, dass der Verlust an Reduktionsmittel in dem SCR-Katalysator (16) infolge der chemischen Umwandlung kompensiert wird. Somit erfolgt durch die Vorsteuerung (22) eine Grundanpassung der Reduktionsmittel-Beigabe an den momentanen Bedarf.The control concept according to the present disclosure provides that the pre-control value ( Qpre ) a significant proportion of the target quantity ( Qi * ) of the reducing agent to be added depending on the current nitrogen oxide content ( cPre ) is set. This can be done with a very small time delay. In other words, (almost) as much reducing agent is always used according to the pre-control value ( Qpre ) added that the loss of reducing agent in the SCR catalytic converter ( 16 ) is compensated due to the chemical conversion. Thus, the feedforward control ( 22nd ) a basic adjustment of the addition of reducing agent to the current demand.
Durch die Vorgabe des Speicherführungswerts (Qstr), der in Abhängigkeit von einer Simulation über die Vorgänge in dem SCR-Katalysator (16) festgelegt ist, die zu einer Erhöhung oder Verringerung des momentanen Reduktionsmittel-Gehalts (cRed) führen, kann besonders bei instationären Zuständen des Verbrennungsmotors bzw. des Abgasnachbehandlungssystems (10) eine kompensierende bzw. noch feinere Steuerung der Reduktionsmittel-Beigabe erfolgen. Die zu Grunde liegenden Berechnungen und Schätzungen können infolge der zeitlichen Puffer-Wirkung des SCR-Katalysators (16) mit einer größeren Zeitverzögerung erfolgen.By specifying the storage management value ( Qstr ), which is dependent on a simulation of the processes in the SCR catalytic converter ( 16 ) is set, which leads to an increase or decrease in the current reducing agent content ( cRed ), can lead to unsteady states of the internal combustion engine or the exhaust gas aftertreatment system ( 10 ) a compensating or even finer control of the addition of reducing agent takes place. The underlying calculations and estimates may be due to the temporal buffer effect of the SCR catalytic converter ( 16 ) take place with a longer time delay.
Nachfolgend wird beispielhaft die Durchführung eines Lernvorgangs erläutert.In the following, the implementation of a learning process is explained as an example.
Ein Komparator (26) vergleicht den momentanen Vorlauf-Stickoxid-Gehalt (cPre) (geschätzt und/oder gemessen) und den momentanen Nachlauf-Stickoxid-Gehalt (cPost) (gemessen) und berechnet daraus eine momentane Effizienz der Stickoxid-Reduktion. Der Komparator (26) vergleicht die momentane Effizienz mit einem Sollwert (rEff*) und berechnet daraus eine Effizienz-Abweichung (dEff).A comparator ( 26th ) compares the current nitrogen oxide content ( cPre ) (estimated and / or measured) and the current trailing nitrogen oxide content ( cPost ) (measured) and uses this to calculate an instantaneous efficiency of nitrogen oxide reduction. The comparator ( 26th ) compares the current efficiency with a target value ( rEff * ) and calculates an efficiency deviation from this ( dEff ).
Eine Effizienz-Abweichung tritt insbesondere dann auf, wenn der SCR-Katalysator (16) eine verminderte Wirksamkeit aufweist, überfüllt wird oder leer läuft. Eine verminderte Wirksamkeit kann bspw. auf einer Alterung des SCR-Katalysators (16) beruhen, durch die der Wirkungsgrad herabgesetzt wird. Ein Überfüllen oder Leerlaufen des SCR-Katalysators kann bspw. auf einer temporären oder dauerhaften Abweichung der tatsächlichen Beigabemenge (Qi) von dem Soll-Wert (Qi*), oder auf einer unzureichenden Adsorption (Qad) beruhen.An efficiency discrepancy occurs in particular when the SCR catalytic converter ( 16 ) has a reduced effectiveness, is overfilled or runs empty. Reduced effectiveness can, for example, be due to aging of the SCR catalytic converter ( 16 ), which reduce the efficiency. Overfilling or emptying of the SCR catalytic converter can, for example, be due to a temporary or permanent deviation in the actual amount added ( Qi ) from the target value ( Qi * ), or insufficient adsorption ( Qad ) are based.
Die Effizienz-Abweichung (dEff) wird durch eine Korrekturwert-Anpassung (27) genutzt, um in zumindest zwei der Glieder (31, 32, 33, 34) des Simulationsmodells (21) eine Korrektur vorzunehmen, insbesondere durch Änderung an den Korrekturwerten (W1, W2, W3, W4). Zusätzlich kann eine Korrektur des geschätzten Reduktionsmittel-Gehalts (cRed') erfolgen.The efficiency deviation ( dEff ) is adjusted by a correction value adjustment ( 27 ) used to in at least two of the terms ( 31 , 32 , 33 , 34 ) of the simulation model ( 21 ) to make a correction, in particular by changing the correction values ( W1 , W2 , W3 , W4 ). In addition, a correction of the estimated reducing agent content ( cRed ' ) respectively.
Besonders bevorzugt wird die Effizienz-Abweichung (dEff) gemäß einem Gewichtungsschlüssel (SW) auf zwei oder mehr Korrekturwerte (W1-W4) in den mindestens zwei Gliedern (31-34) des Simulationsmodells (21) verteilt, insbesondere durch Aufteilung des Abweichungswerts (dEff) in zwei oder mehr prozentuale Anteile.The efficiency deviation ( dEff ) according to a weighting key ( SW ) to two or more correction values ( W1-W4 ) in the at least two terms ( 31-34 ) of the simulation model ( 21 ) distributed, in particular by dividing the deviation value ( dEff ) in two or more percentages.
In bzw. für die Korrekturwert-Anpassung (27) sind bevorzugt zwei oder mehr alternative Gewichtungsschlüssel (SW) vordefiniert, aus denen ein geeigneter Gewichtungsschlüssel (SW) ausgewählt wird. Die Auswahl kann auf Basis beliebiger Kriterien erfolgen, beispielsweise auf Basis des Erfolgs eines vorherigen Lernvorgangs. Alternativ oder zusätzlich kann die Auswahl auf Basis weiterer Zustandsparameter des Abgasnachbehandlungssystems (10) erfolgen, beispielsweise einer festgestellten Inkonsistenz zwischen einem modellbasiert ermittelten Wert und einem gemessenen Wert für den Vorlauf-Stickoxid-Gehalt (cPre). Ein Korrekturwert (W1 - w4) kann alternativ oder zusätzlich zu den o.g. Möglichkeiten eine Verstärkung für einen Messwert oder einen berechneten Wert vorsehen, der dem Simulationsmodell (21) zugeführt wird. Dazu gehören insbesondere ein Messwert von einem Vorlauf-Stickoxid-Sensor, einem Nachlauf-Stickoxid-Sensor, einem Abgas-Temperatursensor und einem Katalysator-Temperatursensor.In or for the correction value adjustment ( 27 ) two or more alternative weighting keys are preferred ( SW ) are predefined, from which a suitable weighting key ( SW ) is selected. The selection can be made on the basis of any criteria, for example on the basis of the success of a previous learning process. Alternatively or additionally, the selection can be made on the basis of further status parameters of the exhaust gas aftertreatment system ( 10 ) take place, for example, a determined inconsistency between a model-based determined value and a measured value for the feed nitrogen oxide content ( cPre ). A correction value ( W1 - w4 ) as an alternative or in addition to the above options, a gain for a measured value or a calculated value can be provided, which the simulation model ( 21 ) is supplied. This includes, in particular, a measured value from an upstream nitrogen oxide sensor, a downstream nitrogen oxide sensor, an exhaust gas temperature sensor and a catalytic converter temperature sensor.
Besonders bevorzugt wird durch einen Gewichtungsschlüssel (SW) gleichzeitig eine Adaption zumindest eines Korrekturwerts (W1) in oder an dem Reduktionsmittel-Beigabemodell (31) und zusätzlich eines Korrekturwerts (W2) in oder an dem Reduktionsmittel-Speichermodell (32) vorgenommen.A weighting key ( SW ) at the same time an adaptation of at least one correction value ( W1 ) in or on the reducing agent addition model ( 31 ) and additionally a correction value ( W2 ) in or on the reducing agent storage model ( 32 ) performed.
In dem Beispiel von 16 wird bei der ersten Durchführung (L1) des Lernvorgangs der Korrekturwert (W2) angepasst, bspw. indem ein Offsetwert den geschätzten Reduktionsmittel-Gehalt (cRed') aktualisiert. Mit anderen Worten wird ein Gewichtungsschlüssel angewendet, der 100% Anpassung für den Korrekturwert (W2) vorsieht.In the example of 16 the correction value ( W2 ) adjusted, e.g. by adding an offset value to the estimated reducing agent content ( cRed ') updated. In other words, a weighting key is applied that allows 100% adjustment for the correction value ( W2 ) provides.
Die Darstellung in 16 ist rein exemplarisch gewählt, um mögliche Verläufe der berechneten Größen (cRed*, cRed') im Simulationsmodell gegenüber den tatsächlichen Änderungen der physikalischen Größen zu verdeutlichen und darauf aufbauend ein Beispiel für die mehrfache Durchführung eines Lernvorgangs zu erläutern. Die lokalen Schwankungen des tatsächlichen Reduktionsmittel-Gehalts (cRed) haben rein erläuternden Charakter und geben nicht das Timing oder die Anzahl von Einzel-Injektionen wider.The representation in 16 is chosen purely by way of example in order to show possible courses of the calculated quantities ( cRed * , cRed ' ) to illustrate the actual changes in the physical quantities in the simulation model and, based on this, to explain an example for the multiple implementation of a learning process. The local fluctuations in the actual reducing agent content ( cRed ) are purely explanatory and do not reflect the timing or number of single injections.
Im zweiten Durchgang (L2) des Lernverfahrens wird festgestellt, dass die reine Anpassung des geschätzten Reduktionsmittel-Gehalts (cRed') nicht ausreichend war. Mit einem unerwartet kurzen Zeitverzug wird eine erneute Effizienz-Abweichung ermittelt. Die Effizienz-Abweichung kann nun einerseits zu einer erneuten Anpassung des Korrekturwerts (W2) verwendet werden, um den geschätzten Reduktionsmittel-Gehalt (cRed') durch einen Offset-Wert zu aktualisieren. Hierfür kann eine Gewichtung von bspw. 50% der Effizienz-Abweichung vorgesehen sein. Die anderen 50% der Effizienz-Abweichung können für eine Änderung des Korrekturwerts (W1) genutzt werden, um die geschätzte Beigabemenge (Qi') gegenüber dem Basiswert zu erhöhen. Hierdurch wird kompensiert, dass der Injektor (15) vielleicht gegenüber dem Soll-Wert (Qi*) eine zu große tatsächliche Menge (Qi) beigibt.In the second pass (L2) of the learning procedure it is determined that the pure adjustment of the estimated reducing agent content ( cRed ' ) was not sufficient. Another efficiency deviation is determined with an unexpectedly short time delay. On the one hand, the efficiency deviation can now lead to a renewed adjustment of the correction value ( W2 ) can be used to determine the estimated reducing agent content ( cRed ' ) to update with an offset value. For this purpose, a weighting of, for example, 50% of the efficiency deviation can be provided. The other 50% of the efficiency deviation can be used for a change in the correction value ( W1 ) can be used to calculate the estimated amount added ( Qi ' ) to increase compared to the base value. This compensates for the injector ( 15th ) maybe compared to the target value ( Qi * ) too large an actual amount ( Qi ) adds.
Nach der Anpassung des geschätzten Reduktionsmitte-Gehalts (cRed') wird erneut eine Abweichung gegenüber dem Soll-Wert (cRed*) erfasst. Also wird ein negativer Speicherführungswert (Qstr) erzeugt, durch den eine Absenkung des Reduktionsmittel-Gehalts (cPre, cPre') erreicht wird.After adjusting the estimated reducing agent content ( cRed ' ) there is again a deviation from the target value ( cRed * ) recorded. So a negative memory management value ( Qstr ), through which a lowering of the reducing agent content ( cPre , cPre ' ) is achieved.
Nach der zweiten Durchführung (L2) wird zunächst davon ausgegangen, dass der geschätzte Reduktionsmittel-Gehalt (cRed') dem Soll-Wert (cRed*) entspricht. Tatsächlich tritt aber allmählich ein Reduktionsmittel-Mangel auf, der - nun mit einem etwas größerem Zeitverzug von L2 zu L3 - zu einer erneuten Effizienz-Abweichung der Stickoxid-Reduktion führt.After the second implementation (L2), it is initially assumed that the estimated reducing agent content ( cRed ' ) the target value ( cRed * ) is equivalent to. In fact, however, a reducing agent deficiency gradually occurs, which - now with a somewhat larger time delay from L2 to L3 - leads to a renewed deviation in efficiency of the nitrogen oxide reduction.
In einem erneuten Lerndurchgang (L3) wird der Reduktionsmittel-Mangel festgestellt und es werden neuerliche Anpassungen im Simulationsmodell ausgeführt. Im vorliegenden Beispiel werden erneut die Korrekturwerte (W1, W2) geändert. Diesmal allerdings mit einem anderen Gewichtungsschlüssel von bspw. 75% Gewichtung für die Anpassung des Korrekturwerts (W2) bzw. des geschätzten Reduktionsmittel-Gehalts (cRed') und 25% für den Korrekturwert (W1) bszw. die geschätzte Beigabemenge (Qi').In a new learning process (L3), the reducing agent shortage is determined and new adjustments are made in the simulation model. In this example, the correction values ( W1 , W2 ) changed. This time, however, with a different weighting key of e.g. 75% weighting for the adjustment of the correction value ( W2 ) or the estimated reducing agent content ( cRed ' ) and 25% for the correction value ( W1 ) or the estimated amount added ( Qi ' ).
Nach dem dritten Durchgang (L3) des Lernverfahrens kehrt das System wieder in den gewünschten Zustand zurück, sodass keine unzulässigen Effizienz-Abweichungen der Stickoxid-Reduktion festgestellt werden.After the third pass (L3) of the learning process, the system returns to the desired state, so that no inadmissible deviations in efficiency of the nitrogen oxide reduction are detected.
Bei der mehrfachen Ausführung des Lernverfahrens können Ergebnisse aus einer vorherigen Durchführung (Adaption war schnell erfolgreich / langsam erfolgreich / nicht erfolgreich) genutzt werden, um die Anpassungen in der aktuellen Durchführung festzulegen. Mit anderen Worten kann die Auswahl eines Gewichtungsschlüssels (SW) in Abhängigkeit von einem Zeitverzug zwischen zwei Durchführungen (L1, L2) des Lernvorgangs bzw. zwischen zwei ermittelten Effizienz-Abweichungen der Stickoxid-Reduktion getroffen werden. Sie kann zusätzlich davon abhängen, ob zwischen zwei Durchführungen (L1, L2, L3) des Lernvorgangs dieselbe oder unterschiedliche Ursachen der Effizienz-Abweichung (Reduktionsmittel-Überschuss oder Reduktionsmittel-Mangel) festgestellt wurden.If the learning process is carried out multiple times, results from a previous implementation (adaptation was quickly successful / slowly successful / unsuccessful) can be used to determine the adaptations in the current implementation. In other words, the selection of a weighting key ( SW ) depending on a time delay between two implementations (L1, L2) of the learning process or between two determined efficiency deviations of the nitrogen oxide reduction. It can also depend on whether the same or different causes of the efficiency deviation (reducing agent excess or reducing agent shortage) were found between two executions (L1, L2, L3) of the learning process.
Die Durchführung eines Lernvorgangs kann zu beliebigen Zeitpunkten erfolgen. Gemäß einer bevorzugten Variante wird ein Lernvorgang nur dann ausgeführt, wenn eine bestimmte Vorbedingung für die Durchführung einer Korrekturwert-Anpassung vorliegt. Eine solche Vorbedingung kann insbesondere sein, dass ein stationärer Zustand des Abgasnachbehandlungssystems (10) und/oder des Verbrennungsmotors vorliegt. Die Parameter für die Feststellung des Vorliegens eines stationären Zustands können von der Art und Ausbildung des Verbrennungsmotors bzw. des Abgasnachbehandlungssystems (10) abhängen. Bevorzugt können vorgegebene absolute Wertebereiche und Zeitintervalle als Maßstab für die nachfolgend genannten Parameter definiert sein, die jeweils einzeln oder in einer beliebigen Kombination zur Definition eines stationären Zustands nutzbar sind:
- - Sensorisch erfasster Vorlauf-Stickoxid-Gehalt (cPre);
- - Temperatur des Abgases, insbesondere in der Vorlauf-Passage;
- - Drehzahl des Verbrennungsmotors;
- - Strömungsgeschwindigkeit des Abgases;
- - Massenstrom des Abgases;
- - Effizienz der Stickoxid-Reduktion;
- - Geschätzte Beigabemenge (Qi') an Reduktionsmittel;
- - Druck im Ansaugkrümmer;
A learning process can be carried out at any point in time. According to a preferred variant, a learning process is only carried out when a specific precondition for carrying out a correction value adjustment is present. Such a precondition can in particular be that a steady state of the exhaust gas aftertreatment system ( 10 ) and / or the internal combustion engine. The parameters for determining the existence of a steady state can depend on the type and design of the internal combustion engine or the exhaust gas aftertreatment system ( 10 ) depend. Preset absolute value ranges and time intervals can preferably be defined as a yardstick for the parameters mentioned below, which can be used individually or in any combination to define a steady state: - - Sensor-recorded feed nitrogen oxide content ( cPre );
- - temperature of the exhaust gas, especially in the flow passage;
- - speed of the internal combustion engine;
- - flow rate of the exhaust gas;
- - mass flow of the exhaust gas;
- - efficiency of nitrogen oxide reduction;
- - Estimated amount added ( Qi ' ) of reducing agent;
- - pressure in the intake manifold;
Die Korrekturwert-Anpassung (27) bzw. die Auswahl eines Gewichtungsschlüssels (SW) kann weiter alternativ oder zusätzlich in Abhängigkeit von der Ursache einer festgestellten Effizienz-Abweichung (dEff) erfolgen. Die Ursache der Effizienz-Abweichung (dEff) kann auf beliebige Weise ermittelt werden. Sie kann zumindest feststellen, ob ein Reduktionsmittel-Mangel oder ein Reduktionsmittel-Überschuss vorliegt, d.h. ob der SCR-Katalysator überfüllt oder leergelaufen ist. Ein Reduktionsmittel-Mangel kann beispielsweise dadurch ermittelt werden, dass ein Stickoxid-Durchbruch festgestellt wird. Ein Reduktionsmittel-Überschuss kann ermittelt werden, wenn ein Reduktionsmittel-Durchbruch festgestellt wird. Dies wird nachfolgend anhand verschiedener Beispiele erläutert. Darüber hinaus können jedoch weitere Ursachen einer festgestellten Effizienz-Abweichung (dEff) vorliegen, die auf andere Weise feststellbar sind. Bspw. kann eine Verminderung des Wirkungsgrads des SCR-Katalysators (16) festgestellt werden, wenn über mehrere Durchgänge des Lernvorgangs hinweg mit einer Anpassung der Korrekturwerte (W1, W2) bzw. des geschätzten Reduktionsmittel-Gehalts (cRed') und der geschätzten Beigabemenge (Qi') zwar hohe Zeitverzüge zwischen dem Erkennen eines Reduktionsmittel-Überschusses oder eines Reduktionsmittel-Mangels erfasst werden, aber dennoch große Effizienz-Abweichung der Stickoxid-Reduktion (dEff) gegenüber dem Soll-Wert (rEff*) vorliegen. Ein weiterer Hinweis auf eine Verminderung des Wirkungsgrads des SCR-Katalysators (16) kann sein, dass in einem Verfahren zu Ermittlung der Ursache einer Effizienz-Abweichung festgestellt wird, dass trotz der Vorgabe eines konservativen Beigabe-Schemas eine Reaktion des Mess-Signals des Nachlauf-Stickoxid-Sensors (41) festgestellt wird, die zu einem aggressiven Beigabe-Schema passen würde, bspw. weil ein Trend zur schleichenden Überfüllung des SCR-Katalysators (16) ermittelt wird.The correction value adjustment ( 27 ) or the selection of a weighting key ( SW ) can further alternatively or additionally depending on the cause of an ascertained efficiency deviation ( dEff ) respectively. The cause of the efficiency discrepancy ( dEff ) can be determined in any way. It can at least determine whether there is a shortage of reducing agent or an excess of reducing agent, ie whether the SCR catalytic converter is overfilled or has run empty. A shortage of reducing agent can be determined, for example, by detecting a nitrogen oxide breakthrough. An excess of reducing agent can be determined when a reducing agent breakthrough is detected. This is explained below using various examples. In addition, however, other causes of an ascertained efficiency discrepancy ( dEff ) that can be determined in other ways. For example, a reduction in the efficiency of the SCR catalytic converter ( 16 ) can be determined if the correction values ( W1 , W2 ) or the estimated reducing agent content ( cRed ') and the estimated amount added ( Qi ' ) Although long delays between the detection of a reducing agent excess or a reducing agent deficiency are recorded, there are still large efficiency deviations in the nitrogen oxide reduction ( dEff ) compared to the target value ( rEff * ) are available. Another indication of a reduction in the efficiency of the SCR catalytic converter ( 16 ) it may be that in a process to determine the cause of an efficiency deviation it is determined that, despite the specification of a conservative addition scheme, a reaction of the measurement signal of the run-on nitrogen oxide sensor ( 41 ) is determined that would fit an aggressive addition scheme, e.g. because there is a trend towards creeping overfilling of the SCR catalytic converter ( 16 ) is determined.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele des Verfahrens zur Ermittlung der Ursache einer Effizienz-Abweichung (dEFF) der Stickoxid-Reduktion gemäß dem zweiten Hauptaspekt der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf 2 bis 15 erläutert. Zunächst werden mit Bezugnahme auf 3, 4A und 4B Vorgänge in einem SCR-Katalysator unter Soll-Bedingungen erläutert.Embodiments of the method for determining the cause of an efficiency deviation (dEFF) of the nitrogen oxide reduction according to the second main aspect of the present disclosure are described below with reference to FIG 2 until 15th explained. First, with reference to FIG 3 , 4A and 4B Processes in an SCR catalytic converter under target conditions explained.
3 zeigt eine vereinfachte Phasendarstellung der Vorgänge im SCR-Katalysator, wenn die Stickoxid-Reduktion und die Reduktionsmittel-Beigabe unter Soll-Bedingungen arbeiten. Ausgehend von diesem Zustand werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die 4 bis 13 abweichende Zustände und deren Auswirkungen auf den Messwert (cPost) des Nachlauf-Stickoxidsensors (41) beschrieben. Die Figuren verwenden dabei eine einheitliche Darstellung, die Phasendiagramme und Reaktionsdiagramme umfasst. Ein Phasendiagramm ist stets durch die jeweilige Phasenzahl 2(P0, P1, P2, P3) gekennzeichnet, durch die die Reihenfolge der Phasen (aber nicht deren Dauer) festgelegt ist. Die Phasendiagramme und Reaktionsdiagramme umfassen Summendarstellungen für Vorgänge, die in einem nicht bekannten Zeitbezug nach und nach stattfinden. In den Figuren sind die Vorgänge als eine fortschreitende Abfolge dargestellt und auf Phasen und nachfolgende Reaktionen verteilt, um das Verständnis zu vereinfachen. Auch wenn die Darstellung der Diagramme in den 3 bis 13 hintereinander angeordnet sind, bedeutet dies nicht, dass die Vorgänge auch in der Realität in dieser Ordnung stattfinden. 3 shows a simplified phase representation of the processes in the SCR catalytic converter when the nitrogen oxide reduction and the addition of reducing agent operate under target conditions. On the basis of this state, reference is made below to 4th until 13th deviating states and their effects on the measured value ( cPost ) of the run-on nitrogen oxide sensor ( 41 ) described. The figures use a uniform representation that includes phase diagrams and reaction diagrams. A phase diagram is always indicated by the respective phase number 2 ( P0 , P1 , P2 , P3 ), which determine the order of the phases (but not their duration). The phase diagrams and reaction diagrams include summary representations for processes that take place gradually in an unknown time reference. In the figures, the processes are shown as a progressive sequence and are divided into phases and subsequent reactions in order to simplify understanding. Even if the presentation of the diagrams in the 3 until 13th are arranged one behind the other, this does not mean that the processes also take place in this order in reality.
Auf der linken Seite von 3 ist eine Ausgangs-Phase (P0) gezeigt, in der durch einen Vorlauf-Stickoxidsensor (40) ein Vorlauf-Stickoxid-Gehalt (cPre) erfasst wird. In dem SCR-Katalysator (16) ist eine bestimmte Menge an Reduktionsmittel als momentaner Reduktionsmittel-Gehalt (cRed) enthalten. Ferner wird durch den Injektor (15) in jeder Phase 2(P0, P1) eine tatsächliche Menge an Reduktionsmittel (Qi) beigegeben und durch den Nachlauf-Stickoxidsensor (41) wird in jeder Phase 2(P0, P1) ein momentaner Nachlauf-Stickoxid-Gehalt (cPost) als ein Messwert ermittelt. Der Nachlauf-Stickoxidsensor weist eine Kreuzsensitivität für unreagierte Stickoxide sowie unreagiertes Reduktionsmittel auf. Aus Gründen der vereinfachten Darstellung wird nachfolgend nicht zwischen dem tatsächlichen Nachlauf-Stickoxid-Gehalt und dem vom Nachlauf-Stickoxidsensor (41) ermittelten Wert unterschieden. Aus dem Messwert (cPost) allein ist für die Steuerung ohnehin nicht erkennbar, ob der Nachlauf-Stickoxidsensor (41) nur auf Stickoxide, nur auf unreagiertes Reduktionsmittel oder auf beides reagiert hat.To the left of 3 is an output phase ( P0 ) is shown, in which a feed nitrogen oxide sensor ( 40 ) a forerun nitric oxide content ( cPre ) is recorded. In the SCR catalytic converter ( 16 ) is a certain amount of reducing agent as the current reducing agent content ( cRed ) contain. Furthermore, the injector ( 15th ) in each phase 2 ( P0 , P1 ) an actual amount of reducing agent ( Qi ) and by the run-on nitrogen oxide sensor ( 41 ) in each phase 2 ( P0 , P1 ) a momentary trailing nitrogen oxide content ( cPost ) determined as a measured value. The run-on nitrogen oxide sensor is cross-sensitive for unreacted nitrogen oxides and unreacted reducing agent. For the sake of simplicity, no distinction is made below between the actual post-run nitrogen oxide content and that from the post-run nitrogen oxide sensor ( 41 ) differed. From the measured value ( cPost ) alone is for control anyway not recognizable whether the run-on nitrogen oxide sensor ( 41 ) only reacted to nitrogen oxides, only to unreacted reducing agent, or to both.
In den 3 bis 13 sind Kästchen und Kreise in unterschiedlichen Anzahlen gezeigt, um die verschiedenen Mengeneinheiten an Stickoxiden und Reduktionsmittel zu illustrieren, die in dem SCR-Katalysator in der jeweiligen Phase an einer bestimmten Stelle vorliegen sowie die Änderung dieser Mengen infolge der jeweiligen Maßnahmen. Eine Mengeneinheit an Stickoxiden ist jeweils durch ein quadratisches Kästchen dargestellt. Eine Mengeneinheit an Reduktionsmittel ist jeweils durch einen Kreis dargestellt. Die Anzahl der Mengeneinheiten dient zur Verdeutlichung der ungefähren Mengenänderungen, die eintreten können. In der Praxis können abweichende Mengen und Proportionen auftreten.In the 3 until 13th boxes and circles are shown in different numbers to illustrate the different units of quantity of nitrogen oxides and reducing agents that are present in the SCR catalytic converter in the respective phase at a certain point and the change in these quantities as a result of the respective measures. A unit of quantity of nitrogen oxides is represented in each case by a square box. A unit of quantity of reducing agent is represented by a circle. The number of units of measure is used to clarify the approximate changes in quantity that can occur. In practice, different quantities and proportions may occur.
In dem mittleren Diagramm von 3 sind Reaktionen gezeigt, die bedingt durch die Maßnahmen in der Phase (P0) eintreten. In der Realität finden die Reaktionen nach und nach und bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten bzw. Dynamiken statt. Das Reaktionsdiagramm zeigt eine Zusammenfassung der Reaktionen als Summendarstellung.In the middle diagram of 3 reactions are shown that are caused by the measures in phase ( P0 ) enter. In reality, the reactions take place gradually and at different speeds or dynamics. The reaction diagram shows a summary of the reactions as a summary.
In der rechten Darstellung ist ein Zustand in einer folgenden Phase (P1) gezeigt. Der gezeigte Zustand folgt einerseits aus der Reaktion im SCR-Katalysator auf die Maßnahmen in der Phase (P0). Andererseits erfolgt in der Phase eine erneute momentane Messung des Vorlauf-Stickoxid-Gehalts (cPre) sowie eine erneute Beigabemenge (Qi) an Reduktionsmittel, die im Wesentlichen unabhängig von den Vorgängen in der Phase (P0) sind. Die in dem Reaktionsdiagramm gezeigten Vorgänge der Adsorption, Reaktion (chemischen Umsetzung) und Desorption sowie die dadurch bedingte Änderung des Reduktionsmittel-Gehalts (cRed) im SCR-Katalysator finden bei einer nicht vorhersagbaren Dynamik statt. Somit können die Reaktionen auf die Maßnahmen in der Ausgangs-Phase (P0) bereits zu Beginn der Phase (P1) abgeschlossen sein. Es ist aber ebenso möglich, dass ein Teil der gezeigten Vorgänge erst nach der Phase (P1) stattfinden wird (zur Vereinfachung nicht dargestellt). Die dargestellten Vorgänge zeigen somit lediglich qualitative Abläufe, ohne einen konkreten zeitlichen Bezug festzulegen. Sie helfen dennoch, die Vorgänge im SCR-Katalysator zu verstehen, auf deren Basis die Ermittlung der Ursache einer Effizienz-Abweichung stattfinden kann.In the illustration on the right, a state is in a following phase ( P1 ) shown. The state shown follows on the one hand from the reaction in the SCR catalytic converter to the measures in phase ( P0 ). On the other hand, a new momentary measurement of the lead nitrogen oxide content takes place in the phase ( cPre ) as well as an additional amount ( Qi ) of reducing agents, which are essentially independent of the processes in phase ( P0 ) are. The processes of adsorption, reaction (chemical conversion) and desorption shown in the reaction diagram as well as the resulting change in the reducing agent content ( cRed ) in the SCR catalytic converter take place with unpredictable dynamics. Thus, the reactions to the measures in the initial phase ( P0 ) already at the beginning of the phase ( P1 ) to be finished. But it is also possible that some of the processes shown only after the phase ( P1 ) will take place (not shown for the sake of simplicity). The processes shown thus only show qualitative processes without specifying a specific time reference. Nevertheless, they help to understand the processes in the SCR catalytic converter, on the basis of which the cause of an efficiency deviation can be determined.
Der (tatsächliche) Reduktionsmittel-Gehalt (cRed) liegt unter Soll-Bedingungen gemäß Phase (P0) in 3 auf dem Soll-Wert (cRed*). Die tatsächliche Beigabemenge (Qi) entspricht dem Soll-Wert (Qi*), d.h. der nominalen Beigabemenge (Qn). Es wird vorliegend angenommen, dass die nominale Beigabemenge (Qn) gemäß dem konservativen Beigabeschema der geschätzten Reaktionsmenge (Qr') entspricht. Ferner wird angenommen, dass infolge eines korrekt arbeitenden Simulationsmodells die geschätzte Reaktionsmenge (Qr') der tatsächlichen Reaktionsmenge (Qr) entspricht.The (actual) reducing agent content ( cRed ) is below target conditions according to phase ( P0 ) in 3 on the target value ( cRed * ). The actual amount added ( Qi ) corresponds to the target value ( Qi * ), ie the nominal amount added (Qn). It is assumed here that the nominal addition amount (Qn) according to the conservative addition scheme of the estimated reaction amount ( Qr ' ) is equivalent to. It is also assumed that, as a result of a correctly working simulation model, the estimated reaction quantity ( Qr ' ) the actual amount of reaction ( Qr ) is equivalent to.
Das Reaktionsdiagramm von 3 umfasst im oberen Bereich eine Darstellung der zugeführten Menge an Stickoxiden, d.h. diejenige Menge, die in der vorhergehenden Phase (P0) durch den Vorlauf-Stickoxidsensor erfasst worden ist. Darunter ist die zugeführte Menge an Reduktionsmittel (Qi) als Block dargestellt, d.h. diejenige Menge, die in der vorhergehenden Phase (P0) durch den Injektor (15) beigegeben worden ist. Im unteren Bereich des Reaktionsdiagramms ist die gespeicherte Menge an Reduktionsmittel im SCR-Katalysator dargestellt. Schwarz gefüllte Kästchen im Reaktionsdiagramm kennzeichnen reagierte Stickoxide (NR), d.h. die Menge an Stickoxiden, die durch chemische Reaktion mit dem Reduktionsmittel reduziert wird. Schwarz gefüllte Kreise kennzeichnen die tatsächlich durch Reaktion umgewandelte Menge an Reduktionsmittel (Qr). Ungefüllte Kästchen im Reaktionsdiagramm kennzeichnen die nicht reagierten Stickoxide, die entsprechend in der folgenden Phase (P1) zu einem Stickoxid-Durchbruch führen.The reaction diagram of 3 includes in the upper area a representation of the supplied amount of nitrogen oxides, i.e. the amount that was used in the previous phase ( P0 ) has been detected by the flow nitrogen oxide sensor. Below this is the amount of reducing agent added ( Qi ) represented as a block, i.e. the amount that was used in the previous phase ( P0 ) through the injector ( 15th ) has been added. The amount of reducing agent stored in the SCR catalytic converter is shown in the lower area of the reaction diagram. Boxes filled with black in the reaction diagram indicate reacted nitrogen oxides ( NO ), ie the amount of nitrogen oxides that is reduced by chemical reaction with the reducing agent. Black filled circles indicate the amount of reducing agent actually converted by the reaction ( Qr ). Unfilled boxes in the reaction diagram indicate the unreacted nitrogen oxides, which will be used in the following phase ( P1 ) lead to a nitric oxide breakthrough.
In dem Beispiel von 3 wird die Menge (Qi) an Reduktionsmittel, die in der Phase (P0) beigegeben wird, in dem mittleren Reaktionsdiagramm vollständig an der katalytischen Wandung adsorbiert. Somit ist die tatsächliche Adsorptionsmenge (Qad) gleich der tatsächlichen beigegebenen Menge (Qi). Ferner wird im Übergang von der Phase (P0) zur Phase (P1) genau so viel Reduktionsmittel (Qad) adsorbiert, wie in der Summenbetrachtung durch Reaktion (Qr) aus dem SCR-Katalysator entnommen wird. Aus diesem Grund ist der Reduktionsmittel-Gehalt (cRed) in den Phasen (P0) und (P1) gleich.In the example of 3 will the amount ( Qi ) of reducing agents in the phase ( P0 ) is added, completely adsorbed on the catalytic wall in the middle reaction diagram. Thus the actual amount of adsorption is ( Qad ) equal to the actual added amount ( Qi ). Furthermore, in the transition from the phase ( P0 ) to phase ( P1 ) just as much reducing agent ( Qad ) adsorbed, as in the sum consideration by reaction ( Qr ) is taken from the SCR catalytic converter. For this reason, the reducing agent content ( cRed ) in the phases ( P0 ) and ( P1 ) equal.
Die Effizienz der Stickoxid-Reduktion beträgt in dem Beispiel zur vereinfachten Darstellung 80%, d.h. von den in der Phase (P0) zugeführten zehn Mengeneinheiten an Stickoxid werden acht Mengeneinheiten reagiert (NR) und zwei Mengeneinheit (NS) werden in der Phase (P1) als Nachlauf-Stickoxid-Gehalt (cPost) erfasst.The efficiency of the nitrogen oxide reduction is 80% in the example for a simplified representation, ie of the in phase ( P0 ) supplied ten units of nitrogen oxide, eight units of measure are reacted ( NO ) and two units of measure ( NS ) are in the phase ( P1 ) as trailing nitrogen oxide content ( cPost ) recorded.
Im Weiteren wird rein exemplarisch davon ausgegangen, dass der Wirkungsgrad von 80% der Soll-Wirkungsgrad des SCR-Katalysators ist und in den gezeigten Darstellungen jeweils den Soll-Wert (rEff*) für die Stickoxid-Reduktion angibt. In der Praxis können andere Werte vorkommen.In the following, it is assumed, purely as an example, that the efficiency of 80% is the target efficiency of the SCR catalytic converter and that the target value ( rEff * ) for the nitrogen oxide reduction. In practice other values can occur.
Wie aus der Darstellung in 3 hervorgeht, kann bei Fortbestehen eines stationären Zustands mit im Wesentlichen kontinuierlicher Zuführung von zehn Mengeneinheiten an Stickoxiden und Beigabe von acht Mengeneinheiten an Reduktionsmittel immer wieder dasselbe stabile Ergebnis erreicht werden.As shown in 3 As can be seen, the same stable result can be achieved again and again if a steady state continues with an essentially continuous supply of ten units of quantity of nitrogen oxides and the addition of eight units of quantity of reducing agent.
4A und 4B zeigen mögliche Reaktionen auf einen positiven und einen negativen Injektionspuls, wenn dieser an einem SCR-Katalysator (16) unter Soll-Bedingungen ausgeführt wird. Es wird weiterhin angenommen, dass der Reduktionsmittel-Gehalt (cRed) in der Phase (P0) dem Soll-Wert (cRed*) entspricht. Ferner wird angenommen, dass nach dem konservativen Beigabe-Schema die nominale Einspritzmenge (Qn) grundsätzlich der geschätzten Reaktionsmenge (Qr') entspricht, die wiederum unter der Annahme des Vorliegens von Soll-Bedingungen mit der tatsächlichen Reaktionsmenge (Qr) übereinstimmt. 4A and 4B show possible reactions to a positive and a negative injection pulse when it is connected to an SCR catalytic converter ( 16 ) is executed under target conditions. It is also assumed that the reducing agent content ( cRed ) in the phase ( P0 ) the target value ( cRed * ) is equivalent to. It is also assumed that, according to the conservative addition scheme, the nominal injection quantity (Qn) basically corresponds to the estimated reaction quantity ( Qr ' ), which in turn, assuming the existence of target conditions with the actual reaction amount ( Qr ) matches.
In dem Beispiel von 4A wird ein positiver Injektionspuls (I+) zu Testzwecken ausgeführt. Bei dem positiven Injektionspuls (I+) ist die Einspritzmenge (Qi) in der Phase (P0) um ein erhebliches Maß (dQ) größer als die nominale Einspritzmenge (Qn). Zur vereinfachten Darstellung wird vorliegend keine Unterscheidung zwischen geschätzten und tatsächlichen Werten der Beigabemenge getroffen.In the example of 4A a positive injection pulse ( I + ) for test purposes. With the positive injection pulse ( I + ) is the injection quantity ( Qi ) in the phase ( P0 ) by a considerable amount (dQ) greater than the nominal injection quantity (Qn). For the sake of simplicity, no distinction is made here between estimated and actual values of the added amount.
Wie in dem nachfolgenden Reaktionsdiagramm dargestellt, werden die zugeführten zehn Mengeneinheiten an Stickoxiden zum gleichen Anteil reagiert (NR) wie in der Darstellung nach 3, obwohl mehr Reduktionsmittel im SCR-Katalysator vorliegt, als im Zustand nach 3. Der Grund dafür ist, dass die Reduktions-Reaktion im SCR-Katalysator in erster Linie von der gespeicherten Menge an Reduktionsmittel (cRed) abhängt und nur mittelbar durch die beigegebene Menge (Qi) beeinflusst wird. Dementsprechend bleiben bei dem Beispiel von 4A in der Phase (P1) ebenfalls zwei nicht reagierte Mengeneinheiten (NS) an Stickoxid als Nachlauf-Stickoxid-Gehalt (cPost) übrig. Da der Reduktionsmittel-Gehalt (cRed) den Soll-Wert (cRed*) entspricht und damit geringer ist als die maximale Speicherkapazität (cMax), kann der Überschuss (dQ) an beigegebenem Reduktionsmittel (hier sechs Mengeneinheiten) vollständig im SCR-Katalysator (16) adsorbiert werden (Qad=Qi). Im Ergebnis führt der positive Injektionspuls (I+) in der Phase (P1) nicht zu einer erkennbaren Änderung der Effizienz der Stickoxid-Reduktion. Der Messwert (cPost) des Nachlauf-Stickoxidsensors (41) bleibt also im Wesentlichen unverändert. Dies verdeutlicht die Pufferwirkung, die durch den Speichereffekt im SCR-Katalysator bewirkt wird.As shown in the reaction diagram below, the ten units of quantity supplied are reacted in the same proportion of nitrogen oxides ( NO ) as shown in the illustration 3 , although there is more reducing agent in the SCR catalytic converter than in the state after 3 . The reason for this is that the reduction reaction in the SCR catalytic converter primarily depends on the amount of reducing agent stored ( cRed ) and only indirectly through the added amount ( Qi ) being affected. Accordingly, stay with the example of 4A in phase ( P1 ) also two unresponsive units of measure ( NS ) of nitrogen oxide as trailing nitrogen oxide content ( cPost ) left over. Since the reducing agent content ( cRed ) the target value ( cRed * ) and is therefore less than the maximum storage capacity (cMax), the excess (dQ) of added reducing agent (here six units of quantity) can be completely absorbed in the SCR catalytic converter ( 16 ) are adsorbed (Qad = Qi). As a result, the positive injection pulse ( I + ) in the phase ( P1 ) does not lead to a noticeable change in the efficiency of the nitrogen oxide reduction. The measured value ( cPost ) of the run-on nitrogen oxide sensor ( 41 ) remains essentially unchanged. This illustrates the buffer effect that is brought about by the storage effect in the SCR catalytic converter.
4B zeigt analog einen negativen Injektionspuls (I-), der unter denselben Ausgangsbedingungen ausgeführt wird. Hier ist also in der Phase (P0) die beigegebene Menge (Qi) an Reduktionsmittel um ein bestimmtes Maß (dQ) geringer als die nominale Beigabemenge (Qn). Wie an dem Reaktionsdiagramm ersichtlich ist, kann auch hier die beigegebene Menge (Qi) an Reduktionsmittel vollständig adsorbiert werden (Qad=Qi) und die Reduktions-Reaktion erfolgt bei der erwarteten (maximalen) Effizienz, sodass sich der Messwert (cPost) des Nachlauf-Stickoxidsensors (41) nicht ändert. 4B analogously shows a negative injection pulse ( I- ), which is carried out under the same starting conditions. So here is in the phase ( P0 ) the added amount ( Qi ) of reducing agent by a certain amount (dQ) less than the nominal amount added (Qn). As can be seen from the reaction diagram, the added amount ( Qi ) are completely adsorbed on reducing agent (Qad = Qi) and the reduction reaction takes place at the expected (maximum) efficiency, so that the measured value ( cPost ) of the run-on nitrogen oxide sensor ( 41 ) does not change.
Aus den Darstellungen von 3, 4A und 4B lässt sich eine erste Entscheidungsregel ableiten, die wie folgt zusammengefasst werden kann: Wenn auf einen positiven oder negativen Injektionspuls (I+,I-) in einem stationären Zustand keine wesentliche Änderung des Nachlauf-Stickoxid-Gehalts (cPost) feststellbar ist, indiziert dies, dass der tatsächliche Reduktionsmittel-Gehalt (cRed) nicht unzulässig von dem Soll-Wert (cRed*) abweicht. Wenn dennoch eine Effizienz-Abweichung (dEff) der Stickoxid-Reduktion festgestellt wird, könnten hierfür andere Ursachen als ein Reduktionsmittel-Überschuss oder ein Reduktionsmittel-Mangel in Frage kommen, insbesondere eine Sensor-Drift des Vorlauf-Stickoxid-Sensors oder des Nachlauf-Stickoxid-Sensors oder eine generelle Minderung des Wirkungsgrads des SCR-Katalysators. Diese Erkenntnis lässt sich für sich allein oder in Kombination mit den Ergebnissen anderer Durchgänge des Prüfverfahrens nutzen, um eine geeignete Änderung am Simulationsmodell vorzunehmen.From the representations of 3 , 4A and 4B a first decision rule can be derived, which can be summarized as follows: If there is a positive or negative injection pulse ( I + , I- ) in a steady state no significant change in the tail nitrogen oxide content ( cPost ) can be determined, this indicates that the actual reducing agent content ( cRed ) not inadmissible from the target value ( cRed * ) differs. If there is nevertheless an efficiency deviation ( dEff ) the nitrogen oxide reduction is determined, causes other than a reducing agent excess or a reducing agent shortage could come into question, in particular a sensor drift of the leading nitrogen oxide sensor or the trailing nitrogen oxide sensor or a general reduction in efficiency of the SCR catalytic converter. This knowledge can be used on its own or in combination with the results of other runs of the test method in order to make a suitable change to the simulation model.
Wie oben bereits dargelegt wurde, sind die Kinetik der Vorgänge im SCR-Katalysator und die daraus folgende Dynamik der Änderung des Messwerts (cPost) des Nachlauf-Stickoxidsensors (41) nicht hinreichend konstant oder vorhersagbar. Aus diesem Grund ist es in der Regel nicht möglich, eine klare Trennung zwischen den Phasen (P0, P1) und den dazwischen erfolgenden Reaktionen zu treffen. So ist es beispielsweise möglich, dass die Adsorption (Qad) des beigegebenen Reduktionsmittels sehr schnell erfolgt. In diesem Fall kommt es zu einer prompten und leicht erfassbaren Änderung des Messwerts (cPost) des Nachlauf-Stickoxidsensors (41). In einem solchen Fall können die aus dem Stand der Technik bekannten Interpretationen angewendet werden, die in 2 als einfache Entscheidungsregeln (42) dargestellt sind. Diese können wie folgt zusammengefasst werden:
- Wenn auf einen positiven Injektionspuls (I+) eine (eindeutige) negative Änderung des Messwerts (cPost) des Nachlauf-Stickoxidsensors (41) folgt, kann auf einen Reduktionsmittel-Mangel (cRed--) geschlossen werden. Ist hingegen eine (eindeutige) positive Änderung des Messwerts (cPost) feststellbar, kann auf einen Reduktionsmittel-Überschuss (cRed++) geschlossen werden.
As already explained above, the kinetics of the processes in the SCR catalytic converter and the resulting dynamics of the change in the measured value ( cPost ) of the run-on nitrogen oxide sensor ( 41 ) not sufficiently constant or predictable. For this reason it is usually not possible to establish a clear separation between the phases ( P0 , P1 ) and the reactions that take place in between. For example, it is possible that adsorption ( Qad ) of the added reducing agent takes place very quickly. In this case there is a prompt and easily detectable change in the measured value ( cPost ) of the run-on nitrogen oxide sensor ( 41 ). In such a case, the interpretations known from the prior art can be used that in 2 as simple decision rules ( 42 ) are shown. These can be summarized as follows: - If on a positive injection pulse ( I + ) a (clear) negative change in the measured value ( cPost ) of the run-on nitrogen oxide sensor ( 41 ) follows, it can be concluded that there is a deficiency of reducing agent (cRed--). If, on the other hand, there is a (clear) positive change in the measured value ( cPost ) can be determined, it can be concluded that there is an excess of reducing agent (cRed ++).
Bei einem negativen Injektionspuls (I-) ist die Interpretation genau umgekehrt. Wird eine (eindeutige) negative Messwertänderung festgestellt, kann auf einen Reduktionsmittel-Überschuss (cRed++) geschlossen werden, während eine (eindeutige) positive Messwertänderung auf einen Reduktionsmittel-Mangel (cRed--) schließen lässt.If the injection pulse is negative ( I- ) the interpretation is exactly the opposite. If a (unambiguous) negative change in the measured value is determined, it can be concluded that there is an excess of reducing agent (cRed ++), while a (unambiguous) positive change in the measured value indicates a shortage of reducing agent (cRed--).
Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die 5 bis 12 weitere Vorgänge im SCR-Katalysator erläutert, die bei einem Reduktionsmittel-Mangel oder einem Reduktionsmittel-Überschuss auftreten können, jedoch nicht den einfachen Entscheidungsregeln nach 2 bzw. dem Stand der Technik genügen.With reference to the 5 until 12th further processes in the SCR catalytic converter explained, which can occur in the event of a shortage of reducing agent or an excess of reducing agent, but not according to the simple decision rules 2 or the state of the art.
Die 5 bis 8 gehen jeweils in der Phase (P0) von einem Reduktionsmittel-Mangel (cRed--) aus und zeigen mögliche Reaktionen auf einen negativen Reaktionspuls (I-) und einen positiven Reaktionspuls (I+) mit nachfolgender Beigabe von Reaktionsmittel (Qi) nach einem konservativen Beigabe-Schema (Qn=Qr) (5 und 7) sowie nach einem aggressiven Beigabe-Schema (Qn=Qs) (6 und 8) .the 5 until 8th go to the phase ( P0 ) assume a reducing agent deficiency (cRed--) and show possible reactions to a negative reaction pulse ( I- ) and a positive reaction pulse ( I + ) with subsequent addition of reagent ( Qi ) according to a conservative addition scheme (Qn = Qr) ( 5 and 7th ) as well as according to an aggressive addition scheme (Qn = Qs) ( 6th and 8th ).
Gezeigt sind jeweils in Analogie zu den Darstellungen von 3, 4A und 4B eine Ausgangssituation in der Ausgangs-Phase (P0) mit nachfolgendem Reaktionsdiagramm und anschließendem Zustand in der Phase (P1). Darüber hinaus sind Folgeänderungen in jeweils einem weiteren Reaktionsdiagramm und einer weiteren Phase (P2), (P3) mit den jeweiligen Auswirkungen auf den Messwert (cPost) des Nachlauf-Stickoxidsensors (41) dargestellt.Shown are in analogy to the representations of 3 , 4A and 4B an initial situation in the initial phase ( P0 ) with the following reaction diagram and subsequent state in the phase ( P1 ). In addition, subsequent changes are to be made in a further reaction diagram and a further phase ( P2 ), ( P3 ) with the respective effects on the measured value ( cPost ) of the run-on nitrogen oxide sensor ( 41 ) shown.
Links unten in den Figuren ist jeweils zur besseren Übersicht dargestellt, ob ein positiver oder negativer Injektionspuls (I+, I-) vorliegt. Weiterhin sind in dem unteren Balkendiagramm die absoluten Messwerte (cPost) des Nachlauf-Stickoxidsensors (41) in den Phasen (P0) bis (P3) gezeigt. In dem darüber liegenden Balkendiagramm sind die relativen Änderungen (dC) des Messwerts (cPost) gegenüber dem Vor-Puls Wert (cAvg) gezeigt. Der Vor-Puls Wert ist hier jeweils der Messwert (cPost) des Nachlauf-Stickoxidsensors (41) in der Phase (P0).At the bottom left of the figures, for a better overview, it is shown whether a positive or negative injection pulse ( I + , I- ) is present. Furthermore, the absolute measured values ( cPost ) of the run-on nitrogen oxide sensor ( 41 ) in the phases ( P0 ) until ( P3 ) shown. The bar chart above shows the relative changes (dC) in the measured value ( cPost ) compared to the pre-pulse value ( cAvg ) shown. The pre-pulse value is the measured value ( cPost ) of the run-on nitrogen oxide sensor ( 41 ) in the phase ( P0 ).
5 zeigt eine Ausgangssituation in der Phase (P0) mit Reduktionsmittel-Mangel (cRed--). Es wird ein negativer Injektionspuls (I-) ausgeführt. Im Reaktionsdiagramm zwischen den Phasen (P0) und (P1) kann wegen der unzureichenden Menge an gespeichertem Reduktionsmittel nur eine geringe Menge an Stickoxiden (NR) reagiert werden. Ein erheblicher Anteil (NS) der Stickoxide wird nicht reagiert und tritt aus dem SCR-Katalysator aus. Es ist entsprechend ein deutlich erhöhter Messwert (cPost) in der Phase (P1) erfassbar. 5 shows an initial situation in the phase ( P0 ) with reducing agent deficiency (cRed--). A negative injection pulse ( I- ) executed. In the reaction diagram between the phases ( P0 ) and ( P1 ) Due to the insufficient amount of stored reducing agent, only a small amount of nitrogen oxides ( NO ) respond. A significant proportion ( NS ) the nitrogen oxides are not reacted and emerge from the SCR catalytic converter. Accordingly, it is a significantly increased measured value ( cPost ) in the phase ( P1 ) detectable.
In der Phase (P1) wird wieder die nominale Beigabemenge (Qn) an Reduktionsmittel durch den Injektor (15) eingespritzt. Der Reduktionsmittel-Gehalt (cRed) ist infolge der geringen Beigabemenge (Qi = Qn-dQ) in der Phase (P0) noch weiter gesunken, d.h. der Reduktionsmittel-Mangel hat sich noch verstärkt. Dementsprechend wird in der nachfolgenden Phase (P2) ein noch höherer Messwert (cPost) des Nachlauf-Stickoxidsensors festgestellt. Allerdings führt die in der Phase (P1) wieder erhöhte Beigabemenge (Qi = Qn = Qr) an Reduktionsmittel auch zu einer relativen Erholung des Reduktionsmittel-Gehalts (cRed) im SCR-Katalysator. Dementsprechend wird bis zur nachfolgenden Phase (P3) bereits eine höhere Menge an Stickoxiden (NR) reagiert, und der Messwert (cPost) des Nachlauf-Stickoxidsensors (41) fällt in der Phase (P3) wieder ab, allerdings auf einen Wert, der höher als unter Soll-Bedingungen gemäß 2 zu erwarten ist. Auch der Reduktionsmittel-Gehalt (cRed) kann sich von der Phase (P2) zur Phase (P3) noch etwas erholt haben.In the phase ( P1 ) the nominal amount (Qn) of reducing agent added by the injector ( 15th ) injected. The reducing agent content ( cRed ) is due to the small amount added (Qi = Qn-dQ) in the phase ( P0 ) fell even further, ie the shortage of reducing agents has increased. Accordingly, in the following phase ( P2 ) an even higher measured value ( cPost ) of the run-on nitrogen oxide sensor. However, in phase ( P1 ) again increased added amount (Qi = Qn = Qr) of reducing agent also to a relative recovery of the reducing agent content ( cRed ) in the SCR catalytic converter. Accordingly, until the following phase ( P3 ) already have a higher amount of nitrogen oxides ( NO ) reacts and the measured value ( cPost ) of the run-on nitrogen oxide sensor ( 41 ) falls in the phase ( P3 ) again, but to a value that is higher than under the setpoint conditions 2 is to be expected. The reducing agent content ( cRed ) can differ from the phase ( P2 ) to phase ( P3 ) have recovered a little.
6 zeigt zu 5 analoge Vorgänge unter der Annahme eines aggressiven Beigabe-Schemas, d.h., dass die nominale Beigabemenge hier der stöchiometrischen Gleichgewichtsmenge (Qn = Qs) entspricht. 6th shows to 5 analogous processes assuming an aggressive addition scheme, ie that the nominal addition amount here corresponds to the stoichiometric equilibrium amount (Qn = Qs).
Ein Vergleich der 5 und 6 zeigt, dass die Ergebnisse im Wesentlichen identisch zur 5 sind. Es kann lediglich eine etwas schnellere Erholung des Reduktionsmittel-Gehatls (cRed) im SCR-Katalysator stattfinden, die sich allerdings in dem gezeigten Beispiel nicht in einer Änderung der Messwerte (cPost) des Nachlauf-Stickoxidsensors (41) niederschlägt.A comparison of the 5 and 6th shows that the results are essentially identical to 5 are. It can only be a somewhat faster recovery of the reducing agent content ( cRed ) take place in the SCR catalytic converter, but in the example shown this does not result in a change in the measured values ( cPost ) of the run-on nitrogen oxide sensor ( 41 ) is reflected.
7 zeigt Vorgänge in Reaktion auf einen positiven Injektionspuls (I+) unter der Annahme eines konservativen Beigabe-Schemas (Qn = Qr). Die Ausgangssituation in der Phase (P0) entspricht den Darstellungen in 5 und 6. 7th shows processes in response to a positive injection pulse ( I + ) assuming a conservative addition scheme (Qn = Qr). The initial situation in the phase ( P0 ) corresponds to the representations in 5 and 6th .
In der Phase (P0) wird zwar eine erhöhte Menge an Reduktionsmittel (Qi = Qn + dQ) beigegeben. Diese führt jedoch wegen der zeitverzögerten Adsorption noch nicht zu einer Verbesserung der Stickoxid-Reduktion. Dementsprechend ist in der Phase (P1) zunächst ein erhöhter Messwert (cPost) des Nachlauf-Stickoxidsensors (41) festzustellen. Allerdings führt die erhöhte Beigabemenge (Qi = Qn + dQ) im weiteren Verlauf zu einer deutlich schnelleren Erholung des Reduktionsmittel-Gehalts (cRed) im SCR-Katalysator. Dementsprechend kann im Übergang zur Phase (P2) bereits ein erheblich größerer Anteil (NR) der Stickoxide umgewandelt werden, sodass in der Phase (P2) der Messwert (cPost) des Nachlauf-Stickoxidsensors (41) erheblich sinkt. Es ist jedoch weiterhin ein Reduktionsmittel-Mangel vorhanden, sodass in der Phase (P3) noch immer der im Wesentlichen selbe Messwert (cPost) vorliegt.In the phase ( P0 ) an increased amount of reducing agent (Qi = Qn + dQ) is added. However, because of the delayed adsorption, this does not yet lead to an improvement in the nitrogen oxide reduction. Accordingly, in the phase ( P1 ) initially an increased measured value ( cPost ) of the run-on nitrogen oxide sensor ( 41 ). However, the increased amount added (Qi = Qn + dQ) leads to a significantly faster recovery of the reducing agent content in the further course ( cRed ) in the SCR catalytic converter. Accordingly, in the transition to phase ( P2 ) already a considerably larger proportion ( NO ) the nitrogen oxides are converted so that in the phase ( P2 ) the measured value ( cPost ) of the run-on nitrogen oxide sensor ( 41 ) drops considerably. However, there is still a shortage of reducing agents, so that in phase ( P3 ) still essentially the same measured value ( cPost ) is present.
8 zeigt das zu 7 analoge Szenario unter der Annahme einer aggressiven Reduktionsmittel-Beigabe (Qn = Qs). Hier findet eine noch schnellere und etwas stärkere Erholung des Reduktionsmittel-Gehalts (cRed) statt, sodass in der Phase (P3) im Vergleich zu 7 ein noch geringerer Messwert (cPost) des Nachlauf-Stickoxidsensors (41) erreicht wird. Ansonsten sind die Vorgänge im Wesentlichen identisch. 8th shows that too 7th analogous scenario assuming an aggressive addition of reducing agent (Qn = Qs ). Here there is an even faster and somewhat stronger recovery of the reducing agent content ( cRed ) instead, so that in phase ( P3 ) compared to 7th an even lower reading ( cPost ) of the run-on nitrogen oxide sensor ( 41 ) is achieved. Otherwise, the processes are essentially identical.
9 zeigt in der Phase (P0) eine Ausgangssituation mit Reduktionsmittel-Überschuss (cRed++). Es wird ein negativer Injektionspuls (I-, Qi = Qn - dQ) ausgeführt, woraufhin nachfolgend eine nominale Menge (Qn = Qr') nach dem konservativen Beigabe-Schema beigegeben wird. 9 shows in phase ( P0 ) an initial situation with excess reducing agent (cRed ++). A negative injection pulse (I-, Qi = Qn - dQ) is carried out, whereupon a nominal amount (Qn = Qr ') is added according to the conservative addition scheme.
Da der SCR-Katalysator in der Phase (P0) gut gefüllt ist, kann die Reduktion von Stickoxiden im ersten Reaktionsdiagramm bei der maximalen Effizienz erfolgen. Somit werden in Analogie zu den Vorgängen in 2 acht Mengeneinheiten Stickoxid (NR) reagiert, wobei auch die Reaktionsmenge (Qr) des gespeicherten Reduktionsmittels acht Mengeneinheiten beträgt. Allerdings stehen nur die zwei gemäß dem negativen Induktionspuls beigegebenen Mengeneinheiten an Reduktionsmittel zur Adsorption bereit. Somit wird mehr Reduktionsmittel im Übergang von Phase (P0) zur Phase (P1) im SCR-Katalyator abgebaut, als durch Adsorption wieder aufgenommen wird. Hierdurch wird der Reduktionsmittel-Überschuss reduziert. In der Phase (P1) beträgt der Messwert (cPost) des Nachlauf-Stickoxidsensors (41) zwei Mengeneinheiten. In der vorhergehenden Phase (P0) hatte er noch vier Mengeneinheiten getragen, weil dort infolge des Reduktionsmittel-Überschusses auch ein Reduktionsmittel-Durchbruch erfasst worden ist.Since the SCR catalytic converter is in phase ( P0 ) is well filled, the reduction of nitrogen oxides in the first reaction diagram can take place at maximum efficiency. Thus, in analogy to the processes in 2 eight units of nitric oxide ( NO ) reacts, whereby the reaction amount ( Qr ) of the stored reducing agent is eight units of measure. However, only the two units of quantity of reducing agent added according to the negative induction pulse are available for adsorption. Thus, more reducing agent is used in the transition from phase ( P0 ) to phase ( P1 ) degraded in the SCR catalytic converter than is absorbed again by adsorption. This reduces the excess of reducing agent. In the phase ( P1 ) the measured value is ( cPost ) of the run-on nitrogen oxide sensor ( 41 ) two units of measure. In the previous phase ( P0 ) he had still carried four units of measure because a reducing agent breakthrough was recorded there as a result of the excess reducing agent.
Im Übergang zu den weiteren Phasen (P2, P3) wird infolge der konservativen Reduktionsmittel-Beigabe im Wesentlichen der Reduktionsmittel-Gehalt (cRed) auf einem konstanten Niveau gehalten, der geringer ist als in der Ausgangs-Phase (P0). Der Messwert (cPost) verbleibt somit auf dem niedrigen Niveau.In the transition to the further phases ( P2 , P3 ) as a result of the conservative addition of reducing agent, essentially the reducing agent content ( cRed ) kept at a constant level, which is lower than in the initial phase ( P0 ). The measured value ( cPost ) thus remains at the low level.
In dem Beispiel von 10 findet ausgehend von einem Reduktionsmittel-Überschuss (cRed++) ein negativer Injektionspuls (I-) statt, wobei allerdings ein aggressives Beigabe-Schema (Qn=Qs) angewendet wird.In the example of 10 based on an excess of reducing agent (cRed ++) finds a negative injection pulse ( I- ), although an aggressive addition scheme (Qn = Qs) is used.
Durch den negativen Injektionspuls (I-) wird zunächst in der Phase (P1) in Analogie zum vorherigen Beispiel der Reduktionsmittel-Überschuss abgebaut, weil die Reaktionsmenge (Qr) größer ist als die beigegebene und damit absorbierbare Menge (Qad=Qi). Der Reduktionsmittel-Gehalt (cRed) verbleibt jedoch auf einem erhöhten Niveau, weshalb durch die weitere aggressive Beigabe bis zur Phase (P3) erneut ein solcher Reduktionsmittel-Überschuss entsteht, dass eine Mengeneinheit (Qde) der in Phase (P2) beigegebenen Menge (Qi) nicht mehr adsorbiert werden kann und in der Phase (P3) als Reduktionsmittel-Durchbruch den Messwert (cPost) wieder erhöht. Somit liegt ein tendenziell höherer Messwert (cPost) des Nachlauf-Stickoxidsensors (41) vor, als im Beispiel von 9. The negative injection pulse ( I- ) is initially in the phase ( P1 ) In analogy to the previous example, the excess reducing agent is reduced because the amount of reaction ( Qr ) is greater than the added and thus absorbable amount (Qad = Qi). The reducing agent content ( cRed ), however, remains at an increased level, which is why the further aggressive addition up to the phase ( P3 ) there is again such a reducing agent excess that a unit of quantity ( Qde ) in phase ( P2 ) added amount ( Qi ) can no longer be adsorbed and in the phase ( P3 ) as the reducing agent breakthrough the measured value ( cPost ) increased again. This means that the measured value tends to be higher ( cPost ) of the run-on nitrogen oxide sensor ( 41 ) than in the example of 9 .
11 zeigt erneut ein Beispiel ausgehend von einem Reduktionsmittel-Überschuss in der Phase (P0). Hier wird ein positiver Injektionspuls (I+) bei einem konservativen Beigabe-Schema (Qn=Qr') ausgeführt. 11 again shows an example based on an excess of reducing agent in phase ( P0 ). A positive injection pulse ( I + ) with a conservative addition scheme (Qn = Qr ').
Aufgrund der Überfüllung des SCR-Katalysators kann ein erheblicher Teil (Qde > 0) der in der Phase (P0) beigegebenen Menge (Qi) nicht adsorbiert (Qad < Qi) werden und verlässt in einem Reduktionsmittel-Durchbruch den SCR-Katalysator. Dementsprechend kommt es in der Phase (P1) zu einem Anstieg des Messwerts (cPost). Durch die nachfolgende konservative Beigabe (Qi=Qn) wird auch in den folgenden Phasen (P2, 3) ein Reduktionsmittel-Durchbruch auftreten, der entweder auf einer unvollständigen Adsorption (der beigegebenen Menge (Qad<Qi) oder auf einem erneuten Ablösen bzw. Desorbieren einer bereits eingespeicherten Mengeneinheit des Reduktionsmittels beruht. Dementsprechend wird auch in den Phasen (P2, P3) ein erhöhter Messwert (cPost) festgestellt.Due to the overfilling of the SCR catalytic converter, a considerable part (Qde> 0) of the in phase ( P0 ) added amount ( Qi ) are not adsorbed (Qad <Qi) and leaves the SCR catalytic converter in a reducing agent breakthrough. Accordingly, in the phase ( P1 ) to an increase in the measured value ( cPost ). The subsequent conservative addition (Qi = Qn) also results in the following phases ( P2 , 3) a reducing agent breakthrough occurs, either due to incomplete adsorption (the added amount (Qad <Qi) or due to renewed detachment or desorption of an already stored unit of measure of the reducing agent is based. Accordingly, the phases ( P2 , P3 ) an increased reading ( cPost ) detected.
12 zeigt ebenfalls einen Reduktionsmittel-Überschuss (cRed++) im Ausgangs-Zustand (P0) und einen positiven Injektionspuls (I+). In den folgenden Phasen (P1-P3) wird allerdings ein aggressives Beigabe-Schema (Qn=Qs) angewendet. Die Folge ist qualitativ ähnlich zu dem vorherigen Beispiel von 11. Allerdings wird im Beispiel von 12 in den Phasen (P2, P3) ein noch stärker erhöhter Messwert (cPost) festgestellt, der auf der relativ höheren Beigabemenge (Qs > Qr) basiert. Denn der in der Phase (P1) bereits deutlich überfüllte SCR-Katalysator kann die leicht überdimensionierte Beigabemenge (Qi=Qs) nicht mehr aufnehmen, sodass die Desorptionsmenge (Qde) noch weiter steigt. 12th also shows an excess of reducing agent (cRed ++) in the initial state ( P0 ) and a positive injection pulse ( I + ). In the following phases (P1-P3), however, an aggressive addition scheme (Qn = Qs) is used. The result is qualitatively similar to the previous example of 11 . However, in the example of 12th in the phases ( P2 , P3 ) an even more increased reading ( cPost ), which is based on the relatively higher amount added (Qs> Qr). Because the one in the phase ( P1 ) already significantly overfilled SCR catalytic converter can no longer absorb the slightly oversized amount added (Qi = Qs), so that the desorption amount ( Qde ) continues to rise.
13 zeigt einen Sonderfall der möglichen Vorgänge im SCR-Katalysator, der bei Anwendung eines konservativen Beigabe-Schemas festgestellt wurde. In der Phase (P0) liegt ein Ausgangszustand vor, bei dem der Reduktionsmittel-Gehalt (cRed) im SCR-Katalysator zwar deutlich über dem als gestrichelte Linie dargestellten Soll-Wert (cRed*) liegt. Allerdings ist der SCR-Katalysator noch nicht überfüllt. Dieser Zustand kann als mäßiger Reduktionsmittel-Überschuss aufgefasst werden. 13th shows a special case of the possible processes in the SCR catalytic converter, which was determined when a conservative addition scheme was used. In the phase ( P0 ) there is an initial state in which the reducing agent content ( cRed ) in the SCR catalytic converter is well above the target value shown as a dashed line ( cRed * ) lies. However, the SCR catalytic converter is not yet overfilled. This condition can be viewed as a moderate excess of reducing agent.
Bei der Verwendung eines konservativen Schemas für die Festlegung des Soll-Werts (cRed*) für den Reduktionsmittel-Gehalt (cRed) im SCR-Katalysator kann ein Zustand eintreten, in dem der Soll-Wert für die Effizienz der Stickoxid-Reduktion (rEff*) unter dem maximalen Wirkungsgrad liegt. In der Phase (P0) wird ein positiver Injektionspuls (I+) ausgeführt. Erstaunlicherweise findet gemäß dem Reaktionsdiagramm im Übergang von Phase (P0) zur Phase (P1) schon sehr früh eine erhöhte Reduktion von Stickoxiden statt, deren Ursache bisher ungeklärt ist (etwaig lokaler Reduktionsmittel-Mangel und schnelle Adsorption, die Umwandlungs-Effizienz erhöht). Im Vergleich zu dem Beispiel von 11 und 12 erhöht sich also die Anzahl (NR) der reagierten Mengeneinheiten an Stickoxid. Dementsprechend werden durch den Nachlauf-Stickoxidsensor (41) in der Phase (P1) weniger Stickoxide festgestellt als in der Phase (P0), sodass der Messwert (cPost) sinkt. Ferner wird etwaig ein Teil der in der Phase (P0) beigegebenen Menge (Qi) nicht adsorbiert (Qad < Qi), sondern bewirkt einen Reduktionsmittel-Durchbruch (Qde) (lokaler Reduktionsmittel-Überschuss), der zu einer Erhöhung des Messwerts (cPost) führt. In den Phasen (P1, P2) wird gemäß dem konservativen Beigabe-Schema die nominale Beigabemenge (Qn=Qr') eingespritzt, die ebenfalls wegen dem andauernden Reduktionsmittel-Überschusses zu einem Reduktionsmittel-Durchbruch führen kann, der in den Phasen (P2, P3) zu einer Erhöhung des Messwerts (cPost) führt.When using a conservative scheme for determining the target value ( cRed * ) for the reducing agent content ( cRed ) A state can occur in the SCR catalytic converter in which the target value for the efficiency of the nitrogen oxide reduction ( rEff * ) is below the maximum efficiency. In the phase ( P0 ) a positive injection pulse ( I + ) executed. Amazingly, according to the reaction diagram in the transition from phase ( P0 ) to phase ( P1 ) an increased reduction of nitrogen oxides takes place very early, the cause of which has not yet been clarified (possible local reducing agent deficiency and rapid adsorption, which increases the conversion efficiency) Compared to the example of 11 and 12th so the number increases ( NO ) of the reacted units of nitrogen oxide. Accordingly, the run-on nitrogen oxide sensor ( 41 ) in the phase ( P1 ) fewer nitrogen oxides found than in phase ( P0 ) so that the measured value ( cPost ) sinks. In addition, some of the activities in phase ( P0 ) added amount ( Qi ) is not adsorbed (Qad <Qi), but causes a reducing agent breakthrough ( Qde ) (local excess of reducing agent), which leads to an increase in the measured value ( cPost ) leads. In the phases ( P1 , P2 ) according to the conservative addition scheme, the nominal addition quantity (Qn = Qr ') is injected, which can also lead to a reducing agent breakthrough due to the constant excess of reducing agent, which occurs in the phases ( P2 , P3 ) to an increase in the measured value ( cPost ) leads.
Die dargestellte Änderung (dC) des Messwerts (cPost) in 13 kann noch ausgeprägter sein. Infolge der nicht vorhersehbaren Kinetik der Vorgänge kann es vorkommen, dass ausgehend von dem Zustand in der Phase (P0) bei der Ausführung des positiven Injektionspulses (I+) zunächst ein sehr markanter Abfall des Messergebnisses (cPost) stattfindet, während nachfolgend ein noch höherer Reduktionsmittel-Durchbruch stattfindet. Dies könnte etwaig auf eine nur zeitweise Einspeicherung der in der Phase (P0) zu viel eingespritzten Mengenanteile an Reduktionsmittel zurückzuführen sein, zunächst eine übermäßige Adsorption stattfindet, die nachfolgend durch eine schleichende Desorption ausgeglichen wird.The change (dC) shown in the measured value ( cPost ) in 13th can be even more pronounced. As a result of the unpredictable kinetics of the processes, it can happen that, based on the state in phase ( P0 ) when executing the positive injection pulse ( I + ) initially a very marked drop in the measurement result ( cPost ) takes place, while subsequently an even higher reduction agent breakthrough takes place. This could possibly be due to only temporary storage of the data in phase ( P0 ) be due to too much injected proportions of reducing agent, initially an excessive adsorption takes place, which is then compensated by a creeping desorption.
Ein Vergleich der möglichen Änderungen (dC) des Messwerts (cPost) in den 5 bis 13, die tatsächlich bei einem Reduktionsmittel-Mangel oder einem Reduktionsmittel-Überschuss bzw. mäßigen Reduktionsmittel-Überschuss auftreten können, mit den Entscheidungsregeln aus 2 verdeutlich das oben genannte Risiko von Fehlinterpretationen. Eine erste Reaktion des Mess-Signals (cPost) kann (bspw. infolge von Speichereffekten im SCR-Katalysator) zu einer Interpretation führen, die dem tatsächlichen Zustand entgegengesetzt ist.A comparison of the possible changes (dC) in the measured value ( cPost ) in the 5 until 13th that can actually occur in the event of a shortage of reducing agent or an excess of reducing agent or moderate excess of reducing agent, with the decision rules 2 illustrates the risk of misinterpretation mentioned above. A first reaction of the measurement signal ( cPost ) can (e.g. as a result of storage effects in the SCR catalytic converter) lead to an interpretation that is contrary to the actual state.
14 zeigt die relativen Änderungen des Messwerts (cPost) für die in den 5 bis 13 dargestellten Fälle als mögliche Reaktionen auf einen negativen Injektionspuls (I-) sowie einen positiven Injektionspuls (I+) unter Anwendung eines konservativen Beigabe-Schemas (Qn=Qr') oder eines aggressiven Beigabe-Schemas (Qn=Qs). 14th shows the relative changes in the measured value ( cPost ) for those in the 5 until 13th cases presented as possible reactions to a negative injection pulse ( I- ) and a positive injection pulse ( I + ) using a conservative addition scheme (Qn = Qr ') or an aggressive addition scheme (Qn = Qs).
Zusätzlich sind Teilantworten als sukzessive Erhöhungen des Messwertes (cPost) dargestellt, die nachfolgend im Detail erläutert werden.In addition, partial responses are presented as successive increases in the measured value ( cPost ), which are explained in detail below.
15 zeigt beispielhafte Verläufe eines Vorlauf-Stickoxidgehalts (cPre), einer Beigabemenge (Qi), eines Messwerts (cPost) des Nachlauf-Stickoxidsensors (41) sowie eine Antwort-Charakteristik (R). 15th shows exemplary curves of a feed nitrogen oxide content ( cPre ), an additional amount ( Qi ), a measured value ( cPost ) of the run-on nitrogen oxide sensor ( 41 ) as well as a response characteristic ( R. ).
In dem Beispiel von 15 liegt ein stationärer Zustand vor. Der Vorlauf-Stickoxidgehalt (cPre) liegt während des stationären Zustands innerhalb eines Toleranzbandes (T). Wenn der Vorlauf-Stickoxid-Gehalt (cPre) das Toleranzband (T) verlassen würde, könnte dies als Ende des stationären Zustands erfasst werden.In the example of 15th a steady state is present. The feed nitrogen oxide content ( cPre ) lies within a tolerance band during the steady state ( T ). If the feed nitrogen oxide content ( cPre ) the tolerance band ( T ) would leave, this could be recorded as the end of the steady state.
Wie an dem Verlauf der Beigabemenge (Qi) zu erkennen ist, wird ein positiver Injektionspuls (I+) als erster Injektionspuls (I1) ausgeführt. Der positive Injektionspuls (I+) kann durch eine einzige erhöhte Beigabe oder durch eine zusammenhängende Gruppe von Injektionen mit erhöhter Injektionsrate ausgeführt werden. Ein Vor-Puls Wert (cAvg) des Nachlauf-Stickoxidgehalts (cPost) wird erfasst, der einen Messwert des Nachlauf-Stickoxidsensors (41) vor oder zu Beginn der Ausführung des ersten Injektionspulses (I1) wiedergibt. Bevorzugt kann der Vor-Puls Wert (cAvg) ein Mittelwert sein, der in einem Zeitfenster vor der Ausführung des Injektionspulses (I1) erfasst wird. Dieses Zeitfenster ist in 15 als Mittelwertbildungszone (Zavg) markiert.As in the course of the added amount ( Qi ) can be seen, a positive injection pulse ( I + ) as the first injection pulse ( I1 ) executed. The positive injection pulse ( I + ) can be performed with a single increased dose or with a contiguous group of injections at an increased injection rate. A pre-pulse value ( cAvg ) the trailing nitrogen oxide content ( cPost ) is recorded, which takes a measured value from the run-on nitrogen oxide sensor ( 41 ) before or at the beginning of the execution of the first injection pulse ( I1 ) reproduces. The pre-pulse value ( cAvg ) be a mean value obtained in a time window prior to the execution of the injection pulse ( I1 ) is recorded. This time window is in 15th as averaging zone ( Zavg ) marked.
Das Mess-Signal (cPost) des Nachlauf-Stickoxidsensors (41) wird in einem (in der Dauer unbestimmten) Zeitabschnitt nach dem Injektionspuls oder ab dem Beginn des Injektionspulses (I+) und vor einem etwaigen weiteren Injektionspuls (12) mit mehreren separaten Teilantworten (R1-R13) bewertet. Die Teilantworten können nach einem beliebigen Bewertungsschema gesetzt werden, um eine sukzessive relative Änderung des Messwerts (cPost) zu erfassen. Gemäß einer bevorzugten Ausführung wird eine erste Teilantwort (R1) gesetzt, wenn das Mess-Signal (cPost) gegenüber dem Vor-Puls Wert (cAvg) um ein bestimmtes Maß ansteigt oder abfällt. Jeweils eine weitere Teilantwort (R2-R13) wird gesetzt, wenn das Mess-Signal (cPost) gegenüber dem Wert des Mess-Signals (cPost) zum Ende der vorherigen Teilantwort (R1) um ein bestimmtes Maß, insbesondere dasselbe Maß, ansteigt oder abfällt.The measurement signal ( cPost ) of the run-on nitrogen oxide sensor ( 41 ) is given in a (indefinite duration) period of time after the injection pulse or from the start of the injection pulse ( I + ) and before any further injection pulse ( 12th ) with several separate partial answers ( R1-R13 ) rated. The partial answers can be set according to any evaluation scheme in order to ensure a successive relative change in the measured value ( cPost ) capture. According to a preferred embodiment, a first partial answer ( R1 ) set when the measurement signal ( cPost ) compared to the pre-pulse value ( cAvg ) increases or decreases by a certain amount. Another partial answer each time ( R2-R13 ) is set when the measurement signal ( cPost ) compared to the value of the measurement signal ( cPost ) to the end of the previous partial answer ( R1 ) increases or decreases by a certain amount, in particular the same amount.
In dem Beispiel von 15 werden bei jeder sukzessiven fallenden Änderung des Mess-Signals (cPost) eine negative Teilantwort (R1-R5) und bei jeder sukzessiven positiven Änderung des Mess-Signals (cPost) eine positive Teilantwort (R6-R13) gesetzt.In the example of 15th are used for each successive falling change in the measurement signal ( cPost ) a negative partial answer ( R1-R5 ) and with every successive positive change in the measurement signal ( cPost ) a positive partial answer ( R6-R13 ) set.
Nach demselben Bewertungsschema sind in den 5 bis 13 repräsentative Verläufe der Teilantworten für die dargestellten Vorgänge im SCR-Katalysator dargestellt. Die repräsentativen Verläufe der Teilantworten sind auch in den Entscheidungsmustern in 2 und 14 gezeigt.The 5 until 13th Representative courses of the partial responses for the processes shown in the SCR catalytic converter are shown. The representative courses of the partial responses are also in the decision patterns in 2 and 14th shown.
Aus der Bewertung des Mess-Singals (cPost) mit Teilantworten kann eine leicht analysierbare qualitative Änderung des Mess-Signals (cPost) abgeleitet werden, die weitgehend unabhängig von der Dynamik der Änderung ist. Aus der Reihenfolge, der Verteilung und ggf. dem Verhältnis von negativen und positiven Teilantworten ist ein Muster erkennbar, das zur Ermittlung der Ursache der Effizienz-Abweichung auswertbar ist.From the evaluation of the measuring signal ( cPost ) with partial responses, an easily analyzable qualitative change in the measurement signal ( cPost ), which is largely independent of the dynamics of the change. A pattern can be identified from the sequence, the distribution and, if applicable, the ratio of negative and positive partial responses, which can be evaluated to determine the cause of the efficiency deviation.
Bevorzugt werden die mehreren Teilantworten (R1-R13) mit Entscheidungsmustern (42) verglichen (vgl. 2 und 14), die repräsentative Verläufe von Teilantworten und/oder Änderungen (dC) des Mess-Signals (cPost) einer Ursache (Reduktionsmittel-Überschuss (cRed++), Reduktionsmittel-Mangel (cRed--) zuordnen. Aus dem Mustervergleich können auch bei Ausführung lediglich eines einzigen Injektionspulses (I1) oder weniger Injektionspulse (11, 12) Interpretationen über die Ursache einer Effizienz-Abweichung über das Vorliegen eines Reduktionsmittel-Überschusses oder eines Reduktionsmittel-Mangels getroffen werden. Die Ergebnisse des Mustervergleichs sind in der Regel genauer und verlässlicher als diejenigen Ergebnisse, die mit bisher bekannten Analyseverfahren erzielt werden. Bspw. kann erfasstes Muster einem aggressiven Beigabe-Schema entsprechen, obwohl von der Steuerung ein konservatives Beigabe-Schema vorgesehen war. Dies kann darauf hindeuten, dass die Festlegung der nominalen Beigabemenge (Qn) fehlerhaft erfolgt, d.h. bei einem Wert, der über der Reaktionsmenge (Qr) liegt. Zur Kompensation kann eine Korrekturwertanpassung in der Vorsteuerung vorgenommen werden, ggfs. gepaart mit einer Änderung des geschätzten Reduktionsmittelgehalts (cRed') durch einen Offset-Wert.The multiple partial answers are preferred ( R1-R13 ) with decision patterns ( 42 ) compared (cf. 2 and 14th ), the representative curves of partial responses and / or changes (dC) of the measurement signal ( cPost ) to a cause (reducing agent excess (cRed ++), reducing agent deficiency (cRed--). From the pattern comparison, even if only a single injection pulse ( I1 ) or fewer injection pulses ( 11 , 12th ) Interpretations are made about the cause of an efficiency discrepancy, whether there is an excess of reducing agent or a shortage of reducing agent. The results of the pattern comparison are usually more precise and reliable than those results that can be achieved with previously known analysis methods. For example, the detected pattern can correspond to an aggressive addition scheme, although the control system provided a conservative addition scheme. This can indicate that the nominal addition amount (Qn) was incorrectly determined, i.e. at a value that is greater than the reaction amount ( Qr ) lies. To compensate, a correction value adjustment can be made in the feedforward control, if necessary paired with a change in the estimated reducing agent content ( cRed ') by an offset value.
Der Analysezeitraum für die Bewertung des Mess-Signals (cPost) nach bzw. ab Beginn eines Injektionspulses (I1) braucht nicht festgelegt und insbesondere nicht nach Zeitregeln in Phasen unterteilt zu werden. Es ist vielmehr möglich, eine Bewertung so lange auszuführen, bis entweder der stationäre Zustand endet, ein Mustervergleich wegen zu großer Abweichungen endgültig unmöglich wird, oder ein erneuter Injektionspuls (12) ausgeführt wird. Der Bewertungszeitraum kann also variabel sein und beispielsweise bis zu 15s (Sekunden) oder 30s oder noch länger sein. Somit können selbst besonders träge Adsorptions- und Desorptionsvorgänge und damit besonders starke Speichereffekte des SCR-Katalysators mit ausgewertet werden.The analysis period for the evaluation of the measurement signal ( cPost ) after or from the start of an injection pulse ( I1 ) does not need to be defined and, in particular, does not need to be divided into phases according to time rules. Rather, it is possible to carry out an assessment until either the steady state ends, a pattern comparison is finally impossible due to excessive deviations, or a new injection pulse ( 12th ) is performed. The evaluation period can therefore be variable and, for example, up to 15s (seconds) or 30s or even longer. This means that even particularly sluggish adsorption and desorption processes and thus particularly strong storage effects of the SCR catalytic converter can also be evaluated.
Andererseits ist es möglich, bereits auf Basis einer oder mehrerer früherer Teilantworten (R1-R5) eine Vorabentscheidung (D1) über die Ursache zu treffen. Dies kann insbesondere dann erfolgen, wenn zunächst eine der einfachen Entscheidungsregeln gemäß 2 eine hohe Übereinstimmung zur Antwortcharakteristik (R) aufweist. Wenn der stationäre Zustand früh endet, kann die Vorabentscheidung als finale Entscheidung übernommen werden, was für eine erhebliche Anzahl der auftretenden Fälle eine korrekte Entscheidung sein kann.On the other hand, it is possible to use one or more previous partial answers ( R1-R5 ) a preliminary ruling ( D1 ) to meet about the cause. This can take place in particular if one of the simple decision rules is initially in accordance with 2 a high level of agreement with the response characteristics ( R. ) having. If the steady state ends early, the preliminary decision can be adopted as the final decision, which can be a correct decision for a significant number of the cases that occur.
Wenn der stationäre hingegen Zustand fortbesteht und weitere Teilantworten (R6-R13) nicht mehr mit dem Entscheidungsmuster übereinstimmen, das der Vorabentscheidung (D1) zugrunde lag, kann eine abweichende finale Entscheidung (D2) getroffen werden, wenn im Weiteren eine Übereinstimmung zu einem der anderen Entscheidungsmuster (42) erfasst wird. Dies ist beispielhaft in 15 dargestellt. In dem dortigen Beispiel weisen die ersten fünf Teilantworten (R1-R5) eine Übereinstimmung mit einem Entscheidungsmuster aus 2 auf. Ab der Teilantwort (R6) geht die Übereinstimmung verloren. Etwa ab der Teilantwort (R9/R10) wird eine neue Übereinstimmung mit einem Entscheidungsmuster aus 14 ermittelt, das zu den in 13 beschriebenen Vorgängen gehört. Dementsprechend wird die finale Entscheidung (D2) getroffen, dass die festgestellte Ursache in dem vorliegenden Beispiel ein moderater Reduktionsmittel-Überschuss (cRed>cRed*) ist.If, on the other hand, the steady state persists and further partial answers ( R6-R13 ) no longer match the decision pattern that the preliminary ruling ( D1 ), a different final decision ( D2 ) are made if there is also a match to one of the other decision patterns ( 42 ) is recorded. This is exemplified in 15th shown. In the example there, the first five partial answers ( R1-R5 ) a match with a decision pattern 2 on. From the partial answer (R6) the match is lost. From around the partial answer (R9 / R10) onwards, a new match with a decision pattern emerges 14th determines that to the in 13th operations described. Accordingly, the final decision ( D2 ) that the identified cause in the present example is a moderate excess of reducing agent (cRed> cRed *).
Ein Entscheidungsmuster (42) kann also vorsehen, dass eine oder mehrere frühe Teilantworten (R1-R5) in einer ersten Richtung und eine oder mehrere späte Teilantworten (R6-R13) in der Gegenrichtung vorliegen. Gegebenenfalls können Verhältnisangaben für die jeweilige Anzahl der Teilantworten in der ersten Richtung und in der Gegenrichtung vorgesehen sein.A decision pattern ( 42 ) can therefore provide that one or more early partial answers ( R1-R5 ) in a first direction and one or more late partial answers ( R6-R13 ) are available in the opposite direction. If necessary, ratios can be provided for the respective number of partial responses in the first direction and in the opposite direction.
Darüber hinaus kann ein Entscheidungsmuster vorsehen, dass das Mess-Signal (cPost) im Bereich der mindestens einen späten Teilantwort (R6-R13), die in der Gegenrichtung zu den ein oder mehreren Teilantworten (R1-R5 vorliegt, um einen Grenzwert (K) von dem Vor-Puls Wert (cAvg) abweichen muss, wobei die Abweichung in der Richtung der späten Teilantwort vorliegen muss. Mit anderen Worten kann in manchen Fällen bei einem frühen Abfallen des Mess-Werts (cPost), das zu einer Übereinstimmung mit einem ersten Entscheidungsmuster führt, eine Abkehr zu einem anderen Entscheidungsmuster nur dann erfolgen, wenn im weiteren Verlauf ein so starkes Ansteigen des Messwerts (cPost) erfolgt, dass der Messwert (cPost) um einen festlegbaren Grenzwert (K) über das Niveau des Vor-Puls Werts (cAvg) hinaus ansteigt - und umgekehrt.In addition, a decision pattern can provide that the measurement signal ( cPost ) in the area of at least one late partial answer ( R6-R13 ), which go in the opposite direction to the one or more partial answers ( R1-R5 is present to a limit value ( K ) from the pre-pulse value ( cAvg ) must deviate, whereby the deviation must be in the direction of the late partial answer. In other words, in some cases with an early drop in the measured value ( cPost ), which leads to a match with a first decision pattern, a turn to another decision pattern can only take place if, in the further course, such a sharp increase in the measured value ( cPost ) occurs that the measured value ( cPost ) by a definable limit value ( K ) above the level of the pre-pulse value ( cAvg ) increases - and vice versa.
Gegebenenfalls können ein oder mehrere folgende Injektionspulse (12, 13) ausgeführt werden, bevorzugt innerhalb desselben stationären Zustands, wobei die Test-Beigabemenge (Qi) bzw. die Richtung des folgenden Injektionspulses (I2= I- oder I2 = I+) sowie gegebenenfalls die Dauer des folgenden Injektionspulses (12) in Abhängigkeit von dem Ergebnis des vorhergehenden Injektionspulses (I1) festgelegt werden. So kann bspw. kann nach einer ersten positiven Erkennung einer Ursache eine gezielte Gegenprobe oder eine gezielte Bestätigungsprobe ausgeführt werden. Infolge der zielgerichteten Vorgabe kann die Anzahl der insgesamt notwendigen Injektionspulse deutlich verringert werden, sodass das Risiko der Erzeugung eines Reduktionsmittel-Durchbruches durch das Testverfahren minimiert wird. If necessary, one or more subsequent injection pulses ( 12th , 13th ), preferably within the same steady state, with the test addition amount ( Qi ) or the direction of the following injection pulse (I2 = I- or I2 = I +) and, if applicable, the duration of the following injection pulse ( 12th ) depending on the result of the previous injection pulse ( I1 ) be determined. For example, after a first positive detection of a cause, a specific cross-check or a specific confirmation test can be carried out. As a result of the targeted specification, the total number of injection pulses required can be significantly reduced, so that the risk of generating a reducing agent breakthrough is minimized by the test method.
Abwandlungen der Erfindung sind in verschiedener Weise möglich. Insbesondere können alle zu den Ausführungsbeispielen beschriebenen, gezeigten, beanspruchten oder in sonstiger Weise offenbarten Merkmale in beliebiger Weise miteinander kombiniert, gegeneinander ersetzt oder weggelassen werden.Modifications of the invention are possible in various ways. In particular, all of the features described, shown, claimed or otherwise disclosed in relation to the exemplary embodiments can be combined with one another in any way, replaced with one another or omitted.
Der Verbrennungsmotor kann bevorzugt ein Dieselmotor mit Direkteinspritzung sein.The internal combustion engine can preferably be a direct injection diesel engine.
Die Festlegung des Vorsteuerwerts (Qpre) kann auf beliebige Weise erfolgen. Sie kann bevorzugt in Abhängigkeit von einem Beigabe-Schema angepasst sein, insbesondere nach einem konservativen Beigabe-Schema. Dann wird der Vorsteuerwert (Qpre) so gewählt, dass er niedriger ist als die stöchiometrische Gleichgewichtsmenge. Mit anderen Worten wird bei einem konservativen Beigabe-Schema etwas weniger Reduktionsmittel auf Basis des Vorsteuerwerts (Qpre) beigegeben, als für die vollständige Reduktion der Stickoxidmenge erforderlich wäre, die gemäß dem Vorlauf-Stickoxid-Gehalt (cPre) momentan dem SCR-Katalysator (15) zugeführt wird. Bei einem konservativen Beigabe-Schema kann der Vorsteuerwert (Qpre) noch unter der geschätzten Reaktionsmenge (Qr’) festgelegt sein.The definition of the pre-tax value ( Qpre ) can be done in any way. It can preferably be adapted as a function of an addition scheme, in particular according to a conservative addition scheme. Then the pre-control value ( Qpre ) chosen so that it is lower than the stoichiometric equilibrium amount. In other words, with a conservative addition scheme, slightly less reducing agent is used on the basis of the pre-control value ( Qpre ) added than would be necessary for the complete reduction of the amount of nitrogen oxide, which according to the feed nitrogen oxide content ( cPre ) currently the SCR catalytic converter ( 15th ) is supplied. With a conservative addition scheme, the pre-control value ( Qpre ) still be set below the estimated reaction amount (Qr ').
Alternativ kann der Vorsteuerwert (Qpre) gemäß einem ausgeglichenen Beigabe-Schema 95% bis 100% der stöchiometrischen Gleichgewichtsmenge entsprechen, die gemäß dem momentanen Vorlauf-Stickoxid-Gehalt (cPre) ermittelt ist. Bei einem aggressiven Beigabe-Schema kann der Vorsteuerwert (Qpre) bei oder über der stöchiometrischen Gleichgewichtsmenge liegen, was ebenfalls erfordern kann, dass ein Ammonia slip Katalysator oder eine ähnliche Komponente stromabwärts zu dem SCR-Katalysator (16) angeordnet wird.Alternatively, the pre-control value ( Qpre ) according to a balanced addition scheme, 95% to 100% of the stoichiometric equilibrium amount correspond to the current nitrogen oxide content ( cPre ) is determined. In the case of an aggressive addition scheme, the pre-control value ( Qpre ) are at or above the equilibrium stoichiometric amount, which may also require an ammonia slip catalyst or similar component to be installed downstream of the SCR catalyst ( 16 ) is arranged.
Das Beigabe-Schema kann in Abhängigkeit von einem Betriebszustand des Verbrennungsmotors und/oder des Abgasnachbehandlungssystems angepasst sein. Beispielsweise kann bei Feststellung eines stationären Zustands ein konservatives Beigabe-Schema gewählt werden. Wenn ein instationärer Zustand in Richtung einer steigenden Last oder in Richtung erhöhter Verbrennungstemperaturen festgestellt wird, kann hingegen temporär ein ausgeglichenes oder aggressives Beigabe-Schema vorgesehen werden.The addition scheme can be adapted as a function of an operating state of the internal combustion engine and / or the exhaust gas aftertreatment system. For example, if a steady state is determined, a conservative addition scheme can be selected. If an unsteady state in the direction of an increasing load or in the direction of increased combustion temperatures is determined, however, a balanced or aggressive addition scheme can be provided temporarily.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
1010
AbgasnachbehandlungssystemExhaust aftertreatment system
Exhaust gas after treatment systemExhaust gas after treatment system
1111
Vorlauf-PassageForward passage
Upstream passageUpstream passage
1212th
Katalyse-AbschnittCatalysis section
Catalytic sectionCatalytic section
1313th
Nachlauf-PassageFollow-up passage
Downstream passageDownstream passage
1414th
Diesel OxidationsKatalysatorDiesel oxidation catalyst
Diesel oxidation catalystDiesel oxidation catalyst
1515th
Reduktionsmittel-InjektorReducing agent injector
Reductant injectorReductant injector
1616
SCR-KatalysatorSCR catalytic converter
SCR CatalystSCR Catalyst
1717th
Filterfilter
Filterfilter
1818th
Vorlauf-NOx-SensorForward NOx sensor
Upstream NOx SensorUpstream NOx sensor
1919th
Nachlauf-NOx-SensorRun-on NOx sensor
Downstream NOx SensorDownstream NOx sensor
2020th
SteuereinheitControl unit
Control UnitControl unit
2121
Mehrgliedriges SimulationsmodellMulti-part simulation model
Multi-segment simulation modelMulti-segment simulation model
2222nd
VorsteuerungFeedforward
Pre controlPre control
2323
Sollwert-BerechnungSetpoint calculation
Target value calculationTarget value calculation
2424
Injektor-TreiberInjector driver
Injector DriverInjector Driver
2525th
SummationsgliedSummation term
Summation segmentSummation segment
2626th
KomparatorComparator
ComparatorComparator
2727
Gewichtungsglied / Korrekturwert-AnpassungWeighting element / correction value adjustment
Weighting segment / correction value adaptionWeighting segment / correction value adaptation
2828
BedingungsprüfungConditional check
Condition checkCondition check
3131
Reduktionsmittel-BeigabemodellReducing agent addition model
Reductant addition modelReductant addition model
3232
Reduktionsmittel-SpeichermodellReducing agent storage model
Reductant storage modelReductant storage model
3333
Reaktions-ModellReaction model
Reaction modelReaction model
3434
Desorptions-ModellDesorption model
Desorption modelDesorption model
4040
Vorlauf-StickoxidsensorFeed nitrogen oxide sensor
Upstream nitrogen oxide sensorUpstream nitrogen oxide sensor
4141
Nachlauf-StickoxidsensorRun-on nitrogen oxide sensor
Downstream nitrogen oxide sensorDownstream nitrogen oxide sensor
4242
EntscheidungsmusterDecision pattern
Decision patternDecision pattern
cAvgcAvg
Vor-Puls Wert / Vor-Puls MittelwertPre-pulse value / pre-pulse mean value
Pre-pulse value / pre-pulse average valuePre-pulse value / pre-pulse average value
cPrecPre
Vorlauf-Stickoxid-GehaltLead nitric oxide content
Upstream nitrogen oxide contentUpstream nitrogen oxide content
cPostcPost
Nachlauf-Stickoxid-GehaltFollow-up nitrogen oxide content
Downstream nitrogen oxide contentDownstream nitrogen oxide content
cRedcRed
Tatsächlicher Reduktionsmittel-GehaltActual reducing agent content
Actual reductant contentActual reductant content
cRed'cRed '
Geschätzter Reduktionsmittel-GehaltEstimated reducing agent content
Estimated reductant contentEstimated reductant content
cRed*cRed *
Sollwert für Reduktionsmittel-GehaltSetpoint for reducing agent content
Target value for reductant contentTarget value for reductant content
dEffdEff
Effizienz-Abweichung der Stickoxid-ReduktionEfficiency deviation of the nitrogen oxide reduction
Efficiency deviation of Nitrogen oxide reductionEfficiency deviation of nitrogen oxide reduction
rEff*rEff *
Soll-Wert für Stickoxid-ReduktionTarget value for nitrogen oxide reduction
Target-value for nitrogen oxide reductionTarget value for nitrogen oxide reduction
CondCond
Vorbedingung für Lernvorgang / Korrekturwert-AnpassungPrecondition for learning process / correction value adjustment
Precondition for learning cycle / correction value adaptionPrecondition for learning cycle / correction value adaptation
CQCQ
Injektions-KommandoInjection command
Injection commandInjection command
D1D1
VorabentscheidungPreliminary ruling
Preliminary decisionPreliminary decision
D2D2
Finale Entscheidungfinal decision
Final decisionFinal decision
1 +1 +
Positiver InjektionspulsPositive injection pulse
Positive injection pulsePositive injection pulse
I-I-
Negativer InjektionspulsNegative injection pulse
Negative injection pulseNegative injection pulse
KK
Grenzwert (gegenüber cAvg)Limit value (compared to cAvg)
Threshold (wrt cAvg)Threshold (wrt cAvg)
NOxNOx
StickoxideNitrogen oxides
Nitrogen oxidesNitrogen oxides
NRNO
Reagierte StickoxideReacted nitrogen oxides
Reacted nitrogen oxidesReacted nitrogen oxides
NSNS
Nicht reagierte Stickoxide / Stickoxid-DurchbruchUnreacted nitrogen oxides / nitrogen oxide breakthrough
Non-reacted nitrogen oxides / Nitrogen oxide break throughNon-reacted nitrogen oxides / nitrogen oxide break through
P0-P4P0-P4
PhasenPhases
PhasesPhases
QadQad
Tatsächliche AdsorptionsmengeActual amount of adsorption
Actual adsorbed quantityActual adsorbed quantity
Qad'Qad '
Schätzwert für AdsorptionsmengeEstimated amount of adsorption
Estimated value for adsorbed quantityEstimated value for adsorbed quantity
QdeQde
Tatsächliche DesorptionsmengeActual amount of desorption
Actual desorbed quantityActual desorbed quantity
Qde'Qde '
Geschätzte DesorptionsmengeEstimated amount of desorption
Estimated desorbed quantityEstimated desorbed quantity
QiQi
Tatsächliche Reduktionsmittel-BeigabemengeActual amount of reducing agent added
Actual Reductant addition quantityActual reductant addition quantity
Qi*Qi *
Sollwert für Reduktionsmittel-BeigabemengeSetpoint for the amount of reducing agent added
Target value for reductant addition quantityTarget value for reductant addition quantity
Qi'Qi '
Schätzwert für Reduktionsmittel-BeigabemengeEstimated value for the amount of reducing agent added
Estimation value for reductant addition quantityEstimation value for reductant addition quantity
QpreQpre
Vorsteuerwert für Reduktionsmittel-BeigabePre-control value for adding reducing agent
pre control value for reductant additionpre control value for reductant addition
QrQr
Tatsächlich durch Reaktion umgewandelte Menge an Reduktionsmittel / ReaktionsmengeAmount of reducing agent actually converted by reaction / amount of reaction
Actual quantity of reductant converted by chemical reaction / reaction quantityActual quantity of reductant converted by chemical reaction / reaction quantity
Qr'Qr '
Schätzwert für ReaktionsmengeResponse amount estimate
Estimated value for reacted quantityEstimated value for reacted quantity
QsQs
Stöchiometrische GleichgewichtsmengeStoichiometric equilibrium amount
Stoichiometric balance quantityStoichiometric balance quantity
QstrQstr
Speicherführungswert für Reduktionsmittel-BeigabeStorage management value for adding reducing agent
Storage guidance value for reductant additionStorage guidance value for reductant addition
RR.
Antwort-CharakteristikResponse characteristics
Response characteristicResponse characteristic
R1-R13R1-R13
separierte Teilantworten auf Injektionspulsseparated partial responses to injection pulse
Separated section responses to injection pulseSeparated section responses to injection pulse
S1S1
Erster stationärer ZustandFirst steady state
First steady stateFirst steady state
S2S2
Zweiter stationärer ZustandSecond steady state
Second steady stateSecond steady state
S3S3
Dritter stationärer ZustandThird steady state
Third steady stateThird steady state
SWSW
GewichtungsschlüsselWeighting key
Weighting ratioWeighting ratio
TT
ToleranzbandTolerance band
Tolerance bandTolerance band
W1W1
Erster KorrekturwertFirst correction value
First correction valueFirst correction value
W2W2
Zweiter KorrekturwertSecond correction value
Second correction valueSecond correction value
W3W3
Dritter KorrekturwertThird correction value
Third correction valueThird correction value
W4W4
Vierter KorrekturwertFourth correction value
Forth correction valueForth correction value
ZavgZavg
MittelwertbildungszoneAveraging zone
Averaging zoneAveraging zone