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DE102010005428A1 - Method for operating exhaust gas cleaning equipment with selective catalytic reduction catalyzer for cleaning exhaust gas of motor vehicle internal combustion engine, involves dosing ammonia-containing reducing agent to exhaust gas - Google Patents

Method for operating exhaust gas cleaning equipment with selective catalytic reduction catalyzer for cleaning exhaust gas of motor vehicle internal combustion engine, involves dosing ammonia-containing reducing agent to exhaust gas Download PDF

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DE102010005428A1
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exhaust gas
controlled
efficiency
metering
scr catalyst
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Application number
DE102010005428A
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German (de)
Inventor
Alexander Dr. 72657 Funk
Matthias Dipl.-Ing. 72119 Grothe
Rabih Dipl.-Ing. 70563 Mokbel
Dirk Dipl.-Ing. 73230 Schwarzenberger
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Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
Daimler AG
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Abstract

The method involves dosing an ammonia-containing reducing agent to the exhaust gas with an adjustable dosing rate by a dosing unit (27). The dosing unit is controllable by a control unit. An exhaust gas is supplied to the selective catalytic reduction catalyzer. The exhaust gas is enriched with ammonia according to the metered addition. The metered addition of reducing agent is conducted depending on a determined actual efficiency factor and predetermined operating parameters of the exhaust gas cleaning equipment such that the actual efficiency factor achieves a reference efficiency factor.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Abgasreinigungsanlage mit einem SCR-Katalysator nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a method for operating an exhaust gas purification system with an SCR catalytic converter according to the preamble of claim 1.

Zur katalytisch unterstützten Entfernung von Stickoxiden (NOx) aus Brennkraftmaschinenabgasen ist es bekannt, dem Abgas der Brennkraftmaschine wässerige Harnstofflösung als ein Ammoniak (NH3) enthaltendes Reduktionsmittel zuzugeben. Im heißen Abgas wird durch Thermolyse und/oder Hydrolyse NH3 als eigentliches selektives Reduktionsmittel in Bezug auf die NOx-Reduktion an einem so genannten SCR-Katalysator freigesetzt. Dabei ergibt sich das Problem, eine für die angestrebte Reinigungswirkung passende Zugaberate für das Reduktionsmittel zu ermitteln, wobei außerdem eine Überdosierung, die einen unerwünschten Schlupf von NH3 zur Folge haben kann, vermieden werden sollte.For the catalytically assisted removal of nitrogen oxides (NOx) from engine exhaust gases, it is known to add aqueous urea solution to the exhaust gas of the internal combustion engine as a reducing agent containing ammonia (NH 3 ). In the hot exhaust gas is released by thermolysis and / or hydrolysis NH 3 as the actual selective reducing agent with respect to the NOx reduction of a so-called SCR catalyst. This results in the problem to determine a suitable for the desired cleaning effect rate of addition of the reducing agent, which also an overdose, which may have an undesirable slippage of NH 3 result, should be avoided.

Zur Lösung dieser Probleme wird in der EP 1 348 477 A1 vorgeschlagen, eine Verbrauchsrate von im Katalysator gespeichertem NH3 und eine NOx-Reinigungsrate zu ermitteln und in Abhängigkeit von diesen Größen im Zusammenhang mit einem Füllstand von im Katalysator gespeichertem NH3 die Reduktionsmittelzugabe zu steuern.To solve these problems will be in the EP 1 348 477 A1 proposed to determine a consumption rate of NH 3 stored in the catalyst and a NOx purification rate and to control the reduction agent addition in dependence on these quantities in connection with a level of NH 3 stored in the catalyst.

Aus der Offenlegungsschrift EP 0 554 766 A1 ist ein Verfahren zur NOx-Minderung in Abgasen durch gesteuerte überstöchiometrische Zugabe von NH3 bekannt, bei welchem stromauf eines Katalysators NH3 so lange zudosiert wird, bis die im Katalysator gespeichert NH3-Menge einen oberen Schwellenwert erreicht hat. Das im Katalysator gespeicherte NH3 wird durch Reaktion mit dem von der Brennkraftmaschine emittierten und dem Katalysator zugeführten NOx verbraucht, wodurch der Schadstoff NOx aus dem Abgas entfernt wird. Die NH3-Zugabe wird wieder aufgenommen, wenn die im Katalysator gespeicherte NH3-Menge einen unteren Schwellenwert erreicht hat.From the publication EP 0 554 766 A1 A method is known for NOx reduction in exhaust gases by controlled superstoichiometric addition of NH 3 , in which upstream of a catalyst NH 3 is metered in until the amount of NH 3 stored in the catalyst has reached an upper threshold value. The NH 3 stored in the catalyst is consumed by reaction with the NOx emitted from the engine and supplied to the catalyst, thereby removing the pollutant NOx from the exhaust gas. The NH 3 addition is resumed when the stored in the catalyst is NH 3 amount has reached a lower threshold value.

In diesen und weiteren bekannten, ähnlichen Verfahren erfolgt meist eine modellbasierte Verknüpfung von Messwerten und gespeicherten Kennwerten, beispielsweise für den SCR-Katalysator. Dabei werden eine NH3-Zuführrate und eine modellierte Verbrauchsrate durch eine laufend durchgeführte Integration bilanziert und die Reduktionsmittel-Dosierrate so gewählt, dass ein angestrebter NH3-Füllstand im Katalysator und damit ein angestrebter Katalysatorwirkungsgrad resultiert. Die indirekte, rechnerische Ermittlung des NH3-Füllstands ist jedoch nicht immer mit der gewünschten Genauigkeit möglich. Beispielsweise können sich durch Parameterveränderungen bedingte Fehler im Laufe der Zeit summieren, so dass der modellierte NH3-Füllstand des Katalysators zunehmend schlechter dem tatsächlichen Wert entspricht und Fehldosierungen in Form einer Unter- oder Überdosierung resultieren. Folge hiervon ist eine verminderte Reinigungswirkung oder ein erhöhter NH3-Schlupf.In these and other known, similar methods, a model-based combination of measured values and stored characteristic values is usually carried out, for example for the SCR catalytic converter. In this case, an NH 3 feed rate and a modeled consumption rate are balanced by a continuously performed integration and the reducing agent metering rate selected so that a desired NH 3 level in the catalyst and thus a desired catalyst efficiency results. The indirect, arithmetic determination of the NH 3 level, however, is not always possible with the desired accuracy. For example, errors caused by parameter changes may accumulate over time, so that the modeled NH 3 content of the catalyst is progressively worse than the actual value and incorrect metering results in the form of under- or overdosing. The consequence of this is a reduced cleaning effect or an increased NH 3 slip.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben einer Abgasreinigungsanlage mit einem SCR-Katalysator anzugeben, welches einen weiter verbesserten Stickoxidumsatz ermöglicht.The object of the invention is to provide a method for operating an emission control system with an SCR catalyst, which allows a further improved nitrogen oxide conversion.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved by a method having the features of claim 1.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt eine Einstellung einer Dosierrate für das Ammoniak enthaltende Reduktionsmittel, die an einen Wirkungsgrad des SCR-Katalysators in Bezug auf einen aktuellen Umsatz von Stickoxiden mit im SCR-Katalysator gespeichertem und/oder dem SCR-Katalysator zugeführtem Ammoniak geknüpft ist. Wie bestätigt werden konnte, ermöglicht eine an den Wirkungsgrad des NOx-Umsatzes geknüpfte Dosierraten-Einstellung praktisch schlupffrei höchste NOx-Umsatzwerte. Dabei ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Einstellung der Dosierrate der entsprechenden Dosiereinheit für das Reduktionsmittel in einem gesteuerten Dosierbetrieb mit einer wirkungsgrad-gesteuerten Einstellung der Dosierrate oder in einem geregelten Dosierbetrieb mit einer wirkungsgrad-geregelten Einstellung der Dosierrate vorgenommen wird. Die Wahl zwischen der wirkungsgrad-gesteuerten oder der wirkungsgrad-geregelten Dosierraten-Einstellung erfolgt wenigstens in Abhängigkeit vom ermittelten Ist-Wirkungsgrad und für vorgebbare Werte vorgebbarer Betriebsparameter der Abgasreinigungsanlage. Dabei wird unter einem Wirkungsgrad des NOx-Umsatzes ein relativer NOx-Umsatz verstanden, der sich als Quotient von in einem Zeitintervall zu unschädlichen Bestandteilen umgesetzter NOx-Menge und im selben Zeitintervall in den SCR-Katalysator einströmender NOx-Menge ergibt. Bei optimaler Betriebsweise des SCR-Katalysators lassen sich NOx-Umsatzwerte bzw. Wirkungsgrade von annähernd 100% erreichen. Unter der Dosierrate ist eine bevorzugt auf dasselbe Zeitintervall bezogene Menge von dem Abgas zugegebenen Reduktionsmittel zu verstehen. Die Dosierung des Reduktionsmittels erfolgt dabei bevorzug zeitlich getaktet, gegebenenfalls mit gewissen Dosierpausen. Wie sich erwiesen hat, ist es durch die erfindungsgemäße Vorgehensweise ermöglicht, auf verfahrenstechnisch einfache und insbesondere zuverlässige Weise überwiegend Wirkungsgrade für den NOx-Umsatz zu erreichen, welche nahe am Maximalwert liegen, der unter den jeweiligen Betriebsbedingungen erzielbar ist. Speziell ist es möglich, dass der Ist-Wirkungsgrad vorgebbare Werte für einen Soll-Wirkungsgrad wenigstens annähernd erreicht.In the method according to the invention, a setting of a metering rate for the ammonia-containing reducing agent, which is linked to an efficiency of the SCR catalyst with respect to a current turnover of nitrogen oxides with stored in the SCR catalyst and / or supplied to the SCR catalyst ammonia. As it could be confirmed, a dosing rate setting linked to the efficiency of the NOx conversion enables the highest NOx conversion values virtually without slippage. In this case, the invention provides that the adjustment of the metering rate of the corresponding metering unit for the reducing agent in a controlled metering operation with an efficiency-controlled adjustment of the metering or in a controlled metering operation with an efficiency-controlled adjustment of the metering rate is made. The choice between the efficiency-controlled or the efficiency-controlled metering rate adjustment takes place at least as a function of the determined actual efficiency and for specifiable values of predefinable operating parameters of the emission control system. In this case, an NOx conversion efficiency is understood as meaning a relative NOx conversion, which is the quotient of the amount of NOx converted into harmless constituents in a time interval and of the amount of NOx flowing into the SCR catalytic converter in the same time interval. With optimum operation of the SCR catalyst, NOx conversion values or efficiencies of approximately 100% can be achieved. The metering rate is to be understood as meaning a quantity of reducing agent preferably added to the same time interval. The metering of the reducing agent takes place preferably timed clocked, optionally with certain metering pauses. As has been found, it is possible by the procedure according to the invention to achieve predominantly efficiencies for the NOx conversion in a process-technically simple and, in particular, reliable manner, which are close to the maximum value that can be achieved under the respective operating conditions. In particular, it is possible that the actual efficiency at least approximately reaches predefinable values for a desired efficiency.

Die wirkungsgrad-gesteuerte Einstellung der Reduktionsmittel-Dosierrate erfolgt bevorzugt modellbasiert. Mittels eines Rechenmodells bzw. anhand vorgehaltener Kennlinien und/oder Kennfelder werden in Abhängigkeit von aktuellen Werten vorgebbarer Betriebsgrößen des Verbrennungsmotors und/oder der Abgasanlage Werte für die Reduktionsmitteldosierrate vorgegeben, von denen erwartet werden kann, dass sie einen Wirkungsgrad des SCR-Katalysators ermöglichen, der einen vorgebbaren Soll-Wirkungsgrad wenigstens annähernd erreicht. Dabei wird bei der Dosierraten-Einstellung im gesteuerten Betrieb auf eine Rückführung eines ermittelten aktuellen Ist-Wirkungsgrad zur darauf basierenden Beeinflussung der Dosierraten-Einstellung verzichtet. Hingegen wird beim wirkungsgrad-geregelten Dosierbetrieb der ermittelte aktuelle Wert für den Ist-Wirkungsgrad in klassischer Weise auf die Eingangsseite eines Regelkreises zurückgeführt. Eine Abweichung vom Soll-Wirkungsgrad als Führungsgröße wird als Regelabweichung einem Regler zugeführt, der in einem Regelalgorithmus eine Stellgröße zur geregelten Einstellung der Dosierrate erzeugt. The efficiency-controlled adjustment of the reducing agent metering rate is preferably model-based. Values for the reducing agent metering rate, which can be expected to permit an efficiency of the SCR catalytic converter, which are based on current values of predefinable operating variables of the internal combustion engine and / or the exhaust system, are predefined by means of a computer model or by means of reproved characteristic curves and / or characteristic maps at least approximately achieves a predefinable desired efficiency. In the case of the metering rate setting in the controlled mode, a return of a determined current actual efficiency to the influencing of the metering rate setting based thereon is dispensed with. On the other hand, in the efficiency-controlled dosing operation, the determined current value for the actual efficiency is traced back to the input side of a control loop in a classical manner. A deviation from the desired efficiency as a reference variable is supplied as a control deviation to a controller which generates a manipulated variable for a controlled setting of the metering rate in a control algorithm.

Es ist vorgesehen, dass auch im gesteuerten Betrieb der Ist-Wirkungsgrad für den aktuellen Stickoxid-Umsatz des SCR-Katalysators laufend ermittelt bzw. geschätzt wird. Dabei ist weiter in Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass ein Übergang vom gesteuerten Dosierbetrieb zum geregelten Dosierbetrieb erfolgt, wenn der ermittelte Ist-Wirkungsgrad um mehr als ein vorgebbares Maß vom Soll-Wirkungsgrad abweicht. Die einen Übergang vom gesteuerten Dosierbetrieb zum geregelten Dosierbetrieb triggernde Abweichung kann dabei sowohl positiv, als auch negativ sein, wobei für Abweichungen in unterschiedlichen Richtungen unterschiedlich hohe Triggerschwellen vorgesehen sein können. Häufig wird der gesteuerte Dosierbetrieb ein ausreichend gutes Ergebnis in Bezug auf den NOx-Umsatz liefern. Es können jedoch unvorhergesehene Störeinflüsse auftreten, welche in einem gesteuerten Dosierbetrieb nicht kompensiert werden können.It is envisaged that the actual efficiency for the current nitrogen oxide conversion of the SCR catalyst is also continuously determined or estimated in controlled operation. It is further provided in an embodiment of the invention that a transition from controlled dosing to regulated dosing takes place when the determined actual efficiency deviates from the target efficiency by more than a predetermined amount. The deviation which triggers a transition from the controlled dosing operation to the controlled dosing operation can be both positive and negative, whereby different threshold trigger thresholds can be provided for deviations in different directions. Often the controlled metering operation will provide a sufficiently good NOx performance result. However, unforeseen disturbances can occur, which can not be compensated in a controlled dosing operation.

Infolge der vorgesehenen Überwachung des aktuellen Katalysator-Wirkungsgrads ist es ermöglicht, solche Störeinflüsse festzustellen und darauf zu reagieren. Führen Störungen des gesteuerten Dosierbetriebs zu unerwarteten Abweichungen zwischen Soll-Wirkungsgrad und Ist-Wirkungsgrad oder ergeben sich anderweitige Fehler, wie beispielsweise ein Ausfall oder ein unplausibles Verhalten eines Sensors, so wird in den geregelten Dosierbetrieb übergegangen, in welchem meist ein Ausregeln der auftretenden Störgröße ermöglicht ist. Nach erfolgreichem Ausregeln der Störgröße, beispielsweise bei hinreichend stabilem Verhalten der die Dosierrate bestimmenden Stellgröße als Ausgangsgröße des Reglers oder bei Erzielen einer hinreichend geringen Regelabweichung kann ein Umschalten bzw. Zurückschalten in den gesteuerten Dosierbetrieb vorgesehen sein.As a result of the planned monitoring of the current catalyst efficiency, it is possible to detect and react to such disturbing influences. If faults in the controlled dosing operation lead to unexpected deviations between desired efficiency and actual efficiency, or if other faults occur, such as a failure or an implausible behavior of a sensor, then the controlled dosing operation is initiated, in which usually a compensation of the occurring disturbance variable is possible is. After successful correction of the disturbance variable, for example with sufficiently stable behavior of the dosing rate-determining manipulated variable as the output variable of the regulator or upon achievement of a sufficiently small control deviation, a switchover or downshifting into the controlled dosing operation can be provided.

Erfindungsgemäß ist es in weiterer Ausgestaltung des Verfahrens vorgesehen, zumindest dann vom geregelten Dosierbetrieb zum gesteuerten Dosierbetrieb überzugehen, wenn im geregelten Dosierbetrieb einem zeitlichen Verlauf mit im Wesentlichen zunehmender Dosierrate ein zeitlicher Verlauf mit im Wesentlichen abnehmendem Ist-Wirkungsgrad zugeordnet ist. Wie von den Erfindern festgestellt wurde, entspricht einem abnehmenden Ist-Wirkungsgrad bei gleichzeitig zunehmender Reduktionsmitteldosierrate einem Verhalten der Regelstrecke, welches für eine Überdosierung mit Oxidation des überschüssigen Ammoniaks typisch ist. Wie festgestellt werden konnte, kann ein solches unerwünschtes Störverhalten häufig nicht oder nur unbefriedigend ausgeregelt werden. Infolge des erfindungsgemäß vorgesehenen Übergangs zu einem gesteuerten Dosierbetrieb kann in dem beschriebenen Fall jedoch wieder eine für hohe NOx-Umsatzwerte geeignete Dosierrate eingestellt werden.According to the invention, it is provided in a further embodiment of the method, at least then to move from the controlled dosing to controlled dosing, if in the controlled dosing a time course with substantially increasing dosing rate is associated with a temporal course with substantially decreasing actual efficiency. As determined by the inventors, a decreasing actual efficiency with simultaneously increasing reducing agent metering rate corresponds to a behavior of the controlled system which is typical for an overdose with oxidation of the excess ammonia. As could be found, such unwanted interference behavior can often not or only be corrected unsatisfactory. As a result of the transition to a controlled dosing operation provided according to the invention, however, a dosing rate suitable for high NOx conversion values can again be set in the described case.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Dosierrate im gesteuerten Dosierbetrieb und/oder der Soll-Wirkungsgrad in Abhängigkeit vom Stickoxidmassenstrom in den SCR-Katalysator und von einer Temperatur des SCR-Katalysators vorgegeben werden. Dabei kann der Stickoxidmassenstrom in den SCR-Katalysator seinerseits wieder aus Kennfeldern für Motorbetriebsparameter wie Last, Drehzahl, Aufladegrad, Abgasrückführrate usw. ermittelt werden. Es ist jedoch bevorzugt, wenn der Stickoxidmassenstrom in den SCR-Katalysator aus Messwerten eines vor dem SCR-Katalysator angeordneten Stickoxidsensors ermittelt wird, wobei bevorzugt zugleich ein Abgasmassenstrom, ermittelt aus angesaugtem Luftmassenstrom und Kraftstoffverbrauchsstrom berücksichtigt wird. Eine Berücksichtigung einer gegebenenfalls im Laufe der Betriebszeit auftretenden alterungsbedingten Verschlechterung des Katalysator Wirkungsgrads kann bei der Festlegung der Dosierrate und/oder des Soll-Wirkungsgrads ebenfalls vorgesehen sein.In a further embodiment of the invention, it is provided that the metering rate in the controlled metering operation and / or the desired efficiency as a function of the nitrogen oxide mass flow in the SCR catalyst and a temperature of the SCR catalyst are specified. In this case, the nitrogen oxide mass flow into the SCR catalytic converter can in turn be determined from characteristic diagrams for engine operating parameters such as load, rotational speed, degree of turbocharging, exhaust gas recirculation rate, etc. However, it is preferred if the nitrogen oxide mass flow into the SCR catalytic converter is determined from measured values of a nitrogen oxide sensor arranged upstream of the SCR catalytic converter, whereby preferably an exhaust gas mass flow determined from aspirated air mass flow and fuel consumption flow is taken into account. A consideration of an aging-related deterioration of the catalyst efficiency which possibly occurs during the operating time can likewise be provided when determining the metering rate and / or the desired efficiency.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird der Ist-Wirkungsgrad aus Signalen eines stromaufwärts des SCR-Katalysators und Signalen eine stromabwärts des SCR-Katalysators angeordneten Stickoxidsensors ermittelt. Aus der Differenz der von dem stromaufwärtigen und dem stromabwärtigen Stickoxidsensor gelieferten Werte für die NOx-Konzentration im Abgas kann der NOx-Umsatz bzw. der Ist-Wirkungsgrad des SCR-Katalysators zuverlässig ermittelt werden. Wie festgestellt werden konnte, ist mit einer messtechnischen Ermittlung der eingangsseitig des SCR-Katalysators vorhandenen NOx-Konzentration im Abgas eine zuverlässigere Wirkungsgradermittlung ermöglicht als mit einer modellbasiert ermittelten NOx-Konzentration. Durch die messtechnische Bestimmung des Ist-Wirkungsgrad ist daher eine erhöhte Genauigkeit der Dosierraten-Einstellung und ein verbesserter NOx-Umsatz ermöglicht.In a further embodiment of the invention, the actual efficiency is determined from signals of an upstream of the SCR catalyst and signals downstream of the SCR catalyst arranged nitrogen oxide sensor. From the difference between the values for the NOx concentration in the exhaust gas supplied by the upstream and the downstream nitrogen oxide sensor, the NOx conversion or the actual efficiency of the SCR catalytic converter can be reliably determined. As could be determined, with a metrological determination of the input side of the SCR catalyst existing NOx concentration in the exhaust gas a more reliable determination of efficiencies allows as a model-based determined NOx concentration. The metrological determination of the actual efficiency therefore allows increased accuracy of the metering rate adjustment and improved NOx conversion.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist unter vorgebbaren Kaltstartbedingungen ein gesteuerter Kaltstart-Dosierbetrieb vorgesehen, bei welchem eine im Vergleich zum normalen gesteuerten Dosierbetrieb erhöhte Dosierrate eingestellt wird. Mit dieser Vorgehensweise wird der Erkenntnis Rechnung getragen, dass bei einem Kaltstart bzw. bei im Vergleich zum Normalbetrieb kaltem SCR-Katalysator einerseits dessen Wirksamkeit aus Temperaturgründen und andererseits aufgrund einer üblicherweise geringen Menge an eingespeichertem Ammoniak vermindert ist. Infolge der erhöhten Dosierrate kann eine für einen hohen NOx-Umsatz erforderliche Ammoniakspeichermenge rasch aufgebaut werden. Bevorzugt werden bei einem Kaltstart bzw. Warmlauf gleichzeitig insbesondere motorische Maßnahmen zur raschen Abgas- bzw. Katalysatoraufheizung ergriffen. Auf diese Weise steht nach einem Kaltstart in kurzer Zeit ein wirksamer SCR-Katalysator zur Verfügung. Als erhöhte Dosierrate kann beispielsweise vorübergehend die maximal mögliche Dosierrate oder ein vorgebbarer Anteil der maximal möglichen Dosierrate eingestellt werden. Dabei ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass in einer Betriebsphase mit ununterbrochenem Betrieb des Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotors der Zustand eines gesteuerten Kaltstart-Dosierbetriebs höchstens einmal eingestellt wird. Sind die vorgebbaren Kaltstartbedingungen nicht mehr vorhanden, so wird bevorzugt in den normalen gesteuerten Dosierbetrieb übergegangen und eine erneute Einstellung des Kaltstart-Dosierbetriebs für die anschließende Betriebszeit verboten. Erst nach Abstellen des Motors wird dieser wieder freigeschalten. Damit wird der Tatsache Rechnung getragen, dass die für einen Kaltstart bzw. einen Motorwarmlauf typischen Bedingungen im Allgemeinen lediglich einmal in einer Betriebsphase mit ununterbrochenem Motorbetrieb auftreten.In a further embodiment of the invention, a controlled cold start metering operation is provided under predeterminable cold start conditions, in which a compared to the normal controlled metering operation increased metering rate is set. With this approach, the knowledge is taken into account that in a cold start or when compared to the normal operation cold SCR catalyst on the one hand its effectiveness is reduced for temperature reasons and on the other hand due to a usually small amount of stored ammonia. Due to the increased metering rate, an ammonia storage amount required for high NOx conversion can be rapidly established. In particular, in a cold start or warm-up, engine measures for rapid exhaust gas or catalyst heating are preferably taken at the same time. In this way, after a cold start in a short time an effective SCR catalyst available. As an increased metering rate, for example, temporarily the maximum possible metering rate or a predefinable portion of the maximum possible metering rate can be set. It is provided in a further embodiment of the invention that in an operating phase with uninterrupted operation of the motor vehicle internal combustion engine, the state of a controlled cold-start metering operation is set at most once. If the predefinable cold start conditions are no longer present, it is preferable to switch to the normal controlled dosing mode and to prohibit a new setting of the cold start dosing operation for the subsequent operating time. Only after switching off the engine will this be released again. This takes into account the fact that the typical conditions for a cold start or engine warm-up generally occur only once in an operating phase with uninterrupted engine operation.

Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen veranschaulicht und werden nachfolgend beschrieben. Dabei sind die vorstehend genannten und nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Merkmalskombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.Advantageous embodiments of the invention are illustrated in the drawings and described below. In this case, the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the respectively specified combination of features, but also in other combinations or alone, without departing from the scope of the present invention.

Dabei zeigen:Showing:

1 ein schematisches Blockbild eines Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotors mit einer angeschlossenen Abgasreinigungsanlage und 1 a schematic block diagram of a motor vehicle internal combustion engine with an attached emission control system and

2 ein Blockdiagramm zur Verdeutlichung der erfindungsgemäß vorgesehenen Verfahrensführung beim Betreiben der Abgasreinigungsanlage. 2 a block diagram to illustrate the inventively provided process management when operating the emission control system.

1 zeigt beispielhaft ein schematisches Blockbild eines Verbrennungsmotors 1 eines nicht dargestellten Kraftfahrzeugs mit zugehöriger Abgasreinigungsanlage. Der Verbrennungsmotor 1 ist vorzugsweise als luftverdichtende Brennkraftmaschine, nachfolgend vereinfacht als Dieselmotor bezeichnet, ausgebildet. Das vom Dieselmotor 1 ausgestoßene Abgas wird von einer Abgasleitung 2 aufgenommen und durchströmt nacheinander einen Oxidationskatalysator 3, einen Partikelfilter 4 und einen NOx-Reduktionskatalysator 5. Oxidationskatalysator 3 und Partikelfilter 4 können auch eng benachbart in einem gemeinsamen Gehäuse, gegebenenfalls zusammen mit dem NOx-Reduktionskatalysator 5 angeordnet sein. Der Partikelfilter 4 ist vorzugsweise mit einer einen Rußabbrand und/oder eine NO-Oxidation fördernden katalytischen Beschichtung versehen. Stromab des NOx-Reduktionskatalysator 5 kann eine weiterer, nicht dargestellter Oxidationskatalysator zur Oxidation von durch den NOx-Reduktionskatalysator 5 schlüpfendem Reduktionsmittel vorgesehen sein. 1 shows an example of a schematic block diagram of an internal combustion engine 1 a motor vehicle, not shown, with associated emission control system. The internal combustion engine 1 is preferably designed as an air-compressing internal combustion engine, hereinafter referred to simply as a diesel engine. That from the diesel engine 1 Exhaust gas emitted is from an exhaust pipe 2 taken and flows through an oxidation catalyst in succession 3 , a particle filter 4 and a NOx reduction catalyst 5 , oxidation catalyst 3 and particle filters 4 may also be closely adjacent in a common housing, optionally together with the NOx reduction catalyst 5 be arranged. The particle filter 4 is preferably provided with a Rußabbrand and / or a NO oxidation promoting catalytic coating. Downstream of the NOx reduction catalyst 5 may be another, not shown, oxidation catalyst for the oxidation of the NOx reduction catalyst 5 be provided slipping reducing agent.

Zur Beheizung des Oxidationskatalysators 3 bzw. des Abgases kann wie dargestellt eine Heizeinrichtung 26 eingangsseitig des Oxidationskatalysators 3 in der Abgasleitung 2 angeordnet sein. Die Heizeinrichtung 26 kann als elektrisches Heizelement oder auch als ein Wärme liefernder Reformer oder Vorverbrenner ausgebildet sein. Eine Aufheizung des Abgases kommt insbesondere bei einer Regeneration des Partikelfilters 4 durch Rußabbrand in Betracht. Zur Feststellung der Notwendigkeit einer solchen Regeneration ist dem Partikelfilter 4 ein Differenzdrucksensor 22 zugeordnet, welcher ein bezüglich einer Partikelbeladung auswertbares Signal liefert. Ferner ist ein Abgasturbolader 6 vorgesehen, dessen Turbine vom Abgasstrom angetrieben wird und dessen Verdichter über eine Ansaugluftleitung 7 angesaugte Luft über eine Luftzufuhrleitung 11 dem Dieselmotor 1 zuführt. Der Abgasturbolader 6 ist vorzugsweise als so genannter VTG-Lader mit einer variablen Einstellung seiner Turbinenschaufeln oder als Wastegate-Lader ausgebildet. Zur Einstellung der dem Dieselmotor 1 zugeführten Luftmenge ist in der Luftzufuhrleitung 11 eine Drosselklappe 12 angeordnet. Zur Reinigung der Ansaugluft bzw. zur Messung der Ansaugluftmenge sind ein Luftfilter 8 bzw. ein Luftmassenmesser 9 in der Ansaugluftleitung 7 angeordnet. Ein in der Luftzufuhrleitung angeordneter Ladeluftkühler 10 dient zur Kühlung der verdichteten Ansaugluft. Weiterhin ist eine nicht dargestellte, über ein Abgasrückführventil einstellbare Abgasrückführung vorgesehen, mit welcher eine vorgebbare Menge rückgeführten Abgases der Ansaugluft zugegeben werden kann. Rückgeführtes Abgas kann über einen stromaufwärts von der Turbine des Abgastruboladers 6 abzweigenden Hochdruck-AGR-Pfad und/oder von einem stromabwärts des Partikelfilters 4 abzweigenden Niederdruck-AGR-Pfad zur Einlassseite des Dieselmotors 1 geführt werden. Dabei kann in vorteilhafter Weise zur Einstellung der NOx-Rohemission des Dieselmotors 1 bzw. der dem NOx-Reduktionskatalysator 5 zugeführten Abgasmenge das Verhältnis der über Hochdruck-AGR-Pfad und Niederdruck-AGR-Pfad abgezweigten Abgasmengen in einem vorgebbaren Verhältnis einstellbar sein.For heating the oxidation catalyst 3 or the exhaust gas can, as shown, a heater 26 on the input side of the oxidation catalyst 3 in the exhaust pipe 2 be arranged. The heater 26 can be designed as an electric heating element or as a heat-supplying reformer or Vorverbrenner. A heating of the exhaust gas comes in particular in a regeneration of the particulate filter 4 by Rußabbrand into consideration. To determine the need for such regeneration is the particulate filter 4 a differential pressure sensor 22 assigned, which provides a signal relative to a particle loadable signal. Further, an exhaust gas turbocharger 6 provided, the turbine is driven by the exhaust stream and the compressor via an intake air line 7 sucked air through an air supply line 11 the diesel engine 1 supplies. The turbocharger 6 is preferably designed as a so-called VTG loader with a variable setting of its turbine blades or as a wastegate loader. To adjust the diesel engine 1 amount of air supplied is in the air supply line 11 a throttle 12 arranged. For cleaning the intake air or for measuring the intake air amount are an air filter 8th or an air mass meter 9 in the intake air line 7 arranged. An intercooler arranged in the air supply line 10 serves to cool the compressed intake air. Furthermore, an exhaust gas recirculation, not shown, via an exhaust gas recirculation valve is provided, with which a predetermined amount of recirculated exhaust gas of the intake air can be added. Returned exhaust gas may be via an upstream of the turbine of the turbine Abgastruboladers 6 branching high pressure EGR path and / or downstream of the particulate filter 4 branching low pressure EGR path to the inlet side of the diesel engine 1 be guided. In this case, advantageously for adjusting the NOx raw emissions of the diesel engine 1 or the NOx reduction catalyst 5 the amount of exhaust gas branched off via the high-pressure EGR path and the low-pressure EGR path can be set in a predefinable ratio.

Stromauf des NOx-Reduktionskatalysators 5 ist eine Zugabestelle mit einer Dosiereinheit 27 zur Zugabe eines Reduktionsmittels in das Abgas angeordnet. Die Versorgung der Dosiereinheit 27 mit dem Reduktionsmittel erfolgt aus einem hier nicht dargestellten Behälter. Nachfolgend wird davon ausgegangen, dass es sich bei dem Reduktionsmittel um wässrige Harnstofflösung handelt, die dem Abgas über die Dosiereinheit 27 dosiert zugegeben wird. Im heißen Abgas wird durch Thermolyse und/oder Hydrolyse NH3 freigesetzt, welches selektiv bezüglich der Reduktion von im Abgas enthaltenem NOx wirkt. Dementsprechend ist vorliegend der NOx-Reduktionskatalysators 5 als klassischer SCR-Katalysator auf V2O5/WO3-Basis oder als Zeolith-beschichteter, geträgerter SCR-Katalysator ausgebildet. Das erfindungsgemäße Verfahren ist jedoch auch zur Dosierung anderer Reduktionsmittel, die vorzugsweise Ammoniak in freier oder gebundener Form enthalten mit Vorteil anwendbar. Insbesondere bei Einsatz von wässriger Harnstofflösung als Reduktionsmittel kann zwischen der Dosiereinheit 27 und dem NOx-Reduktionskatalysator 5 eine nicht dargestellte Mischeinheit in der Abgasleitung 2 angeordnet sein, mit welcher durch die Dosiereinheit 27 bereits bevorzugt fein verteilt ins Abgas gesprühtes Reduktionsmittel mit Abgas zu einer möglichst homogenen Mischung vermischt wird.Upstream of the NOx reduction catalyst 5 is an addition point with a dosing unit 27 arranged for adding a reducing agent in the exhaust gas. The supply of the dosing unit 27 with the reducing agent takes place from a container, not shown here. In the following, it is assumed that the reducing agent is aqueous urea solution, which is the exhaust gas via the metering unit 27 metered added. In the hot exhaust gas is released by thermolysis and / or hydrolysis NH 3 , which selectively acts with respect to the reduction of NOx contained in the exhaust gas. Accordingly, the present invention is the NOx reduction catalyst 5 as a classic SCR catalyst based on V 2 O 5 / WO 3 or formed as a zeolite-coated, supported SCR catalyst. However, the method according to the invention is also advantageously applicable to the dosing of other reducing agents which preferably contain ammonia in free or bound form. In particular, when using aqueous urea solution as a reducing agent can between the metering unit 27 and the NOx reduction catalyst 5 a mixing unit, not shown in the exhaust pipe 2 be arranged, with which through the metering unit 27 already preferred dispersed finely sprayed into the exhaust gas reducing agent is mixed with exhaust gas to a homogeneous mixture as possible.

Dadurch können eine Tröpfchenverdampfung und die Freisetzung von NH3 gefördert werden.This can promote droplet evaporation and the release of NH 3 .

Zur Steuerung des Betriebs der Abgasreinigungsanlage sowie des Dieselmotors 1 ist eine in 1 nicht dargestellte Steuereinheit vorgesehen, die Informationen über Betriebsgrößen des Dieselmotors 1 und der Abgasreinigungsanlage erhält. Informationen über Motorbetriebsgrößen können z. B. ein abgegebenes Drehmoment oder eine Drehzahl betreffen. Die Steuereinheit umfasst vorzugsweise eine Recheneinheit und eine Speichereinheit sowie eine Ein-Ausgabeeinheit. Dadurch ist die Steuereinheit in der Lage, komplexe Signalverarbeitungsvorgänge vorzunehmen und den Betrieb des Dieselmotors 1 sowie der Abgasreinigungsanlage zu erfassen und zu steuern bzw. zu regeln. Hierfür notwendige Kennfelder sind vorzugsweise in der Speichereinrichtung abgelegt, wobei auch eine adaptive Anpassung der Kennfelder vorgesehen sein kann. Die Kennfelder betreffen hauptsächlich die maßgeblichen Betriebsgrößen des Abgases, wie Massenstrom, Rohemission, Temperatur in Abhängigkeit der Betriebsgrößen des Dieselmotors 1 wie Last, Drehzahl, Luftverhältniszahl etc. Ferner sind Kennfelder für die maßgeblichen Betriebsgrößen des Oxidationskatalysators 3, des Partikelfilters 4 und des SCR-Katalysators 5 vorgesehen. Hinsichtlich des SCR-Katalysators 5 betreffen diese Kennfelder insbesondere den NOx-Umsatz bzw. den Wirkungsgrad in Bezug auf den NOx-Umsatz und die NH3-Speicherfähigkeit in Abhängigkeit von den hierfür maßgebenden Einflussgrößen, wie beispielsweise Katalysatortemperatur, Abgasmassenstrom bzw. NOx-Massenstrom und NH3- bzw. Harnstoffdosierrate.To control the operation of the emission control system and the diesel engine 1 is an in 1 not shown control unit provided, the information about operating variables of the diesel engine 1 and the emission control system receives. Information about engine operating variables can, for. B. concern a delivered torque or speed. The control unit preferably comprises a computing unit and a memory unit as well as an input-output unit. As a result, the control unit is able to perform complex signal processing operations and the operation of the diesel engine 1 and the emission control system to capture and control or regulate. Necessary maps for this purpose are preferably stored in the memory device, wherein an adaptive adaptation of the maps can be provided. The maps relate mainly to the relevant operating variables of the exhaust gas, such as mass flow, raw emissions, temperature depending on the operating variables of the diesel engine 1 such as load, speed, air ratio, etc. Furthermore, maps for the relevant operating variables of the oxidation catalyst 3 , the particulate filter 4 and the SCR catalyst 5 intended. With regard to the SCR catalyst 5 These maps relate in particular to the NOx conversion or the efficiency with respect to the NOx conversion and the NH 3 storage capacity as a function of the variables influencing this, such as catalyst temperature, exhaust gas mass flow or NOx mass flow and NH 3 or urea dosing rate ,

Die Erfassung von Betriebszuständen bzw. Betriebsgrößen des Dieselmotors 1 sowie der Abgasreinigungsanlage und der zugeordneten Einheiten erfolgt vorzugsweise wenigstens teilweise mittels geeigneter Sensoren. Beispielhaft sind in 1 Drucksensoren 13 und 15 für einen Druck vor dem Verdichter und einen Druck vor der Turbine des Turboladers 6 sowie Temperatursensoren 14, 16, 18, 19, 21, 23 und 24 für jeweils eine Temperatur nach dem Ladeluftkühler 10, vor der Turbine, vor dem Oxidationskatalysator 3, vor und nach dem Partikelfilter 4 sowie vor und nach dem SCR-Katalysator 5 dargestellt. Weitere Sensoren, insbesondere zur Erfassung von Abgaskomponenten können ebenfalls vorgesehen sein. Beispielsweise sind ein Lambdasensor 17 sowie Sensoren 20 und 25 für den Stickoxid- und/oder NH3-Gehalt im Abgas vorgesehen. Die Signale der Sensoren werden von der Steuereinheit verarbeitet, so dass die wesentlichen Betriebsgrößen wertemäßig jederzeit vorliegen und der Betriebspunkt des Dieselmotors 1 falls notwendig so verändert werden kann, dass ein optimaler bzw. gewünschter Betrieb der Abgasreinigungsanlage ermöglicht ist.The detection of operating conditions or operating variables of the diesel engine 1 as well as the emission control system and the associated units is preferably carried out at least partially by means of suitable sensors. Exemplary are in 1 pressure sensors 13 and 15 for a pressure in front of the compressor and a pressure in front of the turbine of the turbocharger 6 as well as temperature sensors 14 . 16 . 18 . 19 . 21 . 23 and 24 for each one temperature after the intercooler 10 , in front of the turbine, before the oxidation catalyst 3 , before and after the particle filter 4 as well as before and after the SCR catalyst 5 shown. Other sensors, in particular for the detection of exhaust gas components may also be provided. For example, a lambda sensor 17 as well as sensors 20 and 25 provided for the nitrogen oxide and / or NH 3 content in the exhaust gas. The signals of the sensors are processed by the control unit, so that the essential operating variables are present value-wise at all times and the operating point of the diesel engine 1 if necessary, can be changed so that an optimal or desired operation of the emission control system is possible.

Kern der Erfindung ist eine Festlegung einer Dosierrate für die Harnstofflösung derart, dass ein möglichst hoher, zumindest jedoch ein den Anforderungen entsprechender NOx-Umsatz durch den SCR-Katalysator 5 ermöglicht ist. Es ist vorgesehen, dass ein Ist-Wirkungsgrad des SCR-Katalysators 5 für einen aktuellen NOx-Umsatz mit im SCR-Katalysator 5 gespeichertem und/oder dem SCR-Katalysator 5 zugeführtem NH3 ermittelt wird. Hierzu werden vorliegend die Signale der Stickoxidsensoren 20 und 25 stromauf und stromab des SCR-Katalysators 5 ausgewertet. Die Zudosierung des Reduktionsmittels erfolgt erfindungsgemäß wenigstens in Abhängigkeit vom ermittelten Ist-Wirkungsgrad und für vorgebbare Werte vorgebbarer Betriebsparameter der Abgasreinigungsanlage in einem gesteuerten Dosierbetrieb mit einer wirkungsgrad-gesteuerten Einstellung der Dosierrate oder in einem geregelten Dosierbetrieb mit einer wirkungsgradgeregelten Einstellung der Dosierrate derart, dass der Ist-Wirkungsgrad einen vorgebbaren Soll-Wirkungsgrad wenigstens annähernd erreicht. Vorzugebende Werte für den Soll-Wirkungsgrad in Bezug auf den NOx-Umsatz des SCR-Katalysators 5 werden bevorzugt vorab empirisch in Abhängigkeit der wesentlichen Betriebsgrößen wie Abgasmassenstrom, NOx-Massenstrom, Temperatur des SCR-Katalysators 5 und gegebenenfalls weiteren Größen ermittelt und in Form eines Kennfeldes vorgehalten. Zur Realisierung der wirkungsgradgesteuerten bzw. wirkungsgradgeregelten Dosierraten-Einstellung wird auf einen Steuer- bzw. Regelalgorithmus zurückgegriffen, welche bevorzugt als Programme in der Steuereinheit gespeichert sind.The core of the invention is a definition of a metering rate for the urea solution such that the highest possible, but at least a requirement of the corresponding NOx conversion through the SCR catalyst 5 is possible. It is envisaged that an actual efficiency of the SCR catalyst 5 for a current NOx conversion with in the SCR catalyst 5 stored and / or the SCR catalyst 5 supplied NH 3 is determined. For this purpose, the signals of the nitrogen oxide sensors are present 20 and 25 upstream and downstream of the SCR catalyst 5 evaluated. According to the invention, the reductant is metered in at least as a function of the determined actual efficiency and for specifiable values of predefinable operating parameters of the emission control system in a controlled dosing operation with an efficiency-controlled dosing rate adjustment or in a regulated dosing operation with an efficiency-adjusted dosing rate adjustment such that the actual Efficiency one predetermined target efficiency at least approximately achieved. Specified values for the target efficiency with respect to the NOx conversion of the SCR catalytic converter 5 are preferred in advance empirically depending on the main operating variables such as exhaust gas mass flow, NOx mass flow, temperature of the SCR catalyst 5 and optionally determined further sizes and maintained in the form of a map. In order to realize the efficiency-controlled or efficiency-controlled metering rate setting, use is made of a control or regulating algorithm which is preferably stored as programs in the control unit.

Nachfolgend wird eine bevorzugte Vorgehensweise anhand eines in 2 dargestellten Blockdiagramms näher erläutert. Nach einem Start des Dieselmotors 1 wird, nachdem das Vorliegen vorgegebener Dosierfreigabebedingungen festgestellt wurde, ein wirkungsgrad-gesteuerter Dosierbetrieb 30 eingestellt. Für eine Dosierfreigabe kann beispielsweise ein ordnungsgemäßer Umlauf der Harnstofflösung, ein Einhalten eines vorgebbaren Dosierdrucks und eine Betriebsbereitschaft des Dosiersystems und der Abgassensoren abgeprüft werden.The following is a preferred procedure using an in 2 illustrated block diagram explained in more detail. After a start of the diesel engine 1 After determining the presence of predetermined metered release conditions, an efficiency controlled metering operation is initiated 30 set. For a dosing release, for example, a proper circulation of the urea solution, a compliance with a predefinable dosing pressure and a readiness for operation of the dosing system and the exhaust gas sensors can be checked.

Im wirkungsgrad-gesteuerten Dosierbetrieb 30 wird sodann zunächst geprüft, ob vorgebbare Kaltstartbedingungen vorliegen und sofern dies der Fall ist, ein Zustandswechsel 33 vorgenommen und in einen Kaltstart-Dosierbetrieb 32 gewechselt. Zu diesen maßgebenden Bedingungen für einen Zustandswechsel 33 gehören beispielsweise ein Unterschreiten vorgebbarer Mindesttemperaturen im Abgassystem bzw. Kühlmittel- und/oder Schmierölversorgungssystem des Dieselmotors 1. Vorliegend werden die Kaltstartbedingungen zumindest dann als erfüllt angesehen, wenn die Temperatur des SCR-Katalysators 5 unterhalb einer vorgebbaren unteren Grenztemperatur von etwa 200°C liegt und gleichzeitig der ermittelte Ist-Wirkungsgrad des SCR-Katalysators 5 den Soll-Wirkungsgrad für den vorliegenden Betriebszustand der Abgasreinigungsanlage um mehr als ein vorgebbares Maß unterschreitet. Zur Beurteilung des letzteren Kriteriums kann eine Differenz oder ein Verhältnis von Ist-Wirkungsgrad und Soll-Wirkungsgrad ausgewertet werden. Werden die vorgebbaren Kaltstartbedingungen als erfüllt angesehen, so wird der gesteuerte Kaltstart-Dosierbetrieb 32 eingestellt. Dabei ist vorgesehen, die Dosierrate auf einen vorgebbaren, vergleichsweise hohen Kaltstartdosierratenwert einzustellen. Die Kaltstartdosierrate wird um ein vorgebbares Maß höher als die Dosierrate im normalen wirkungsgrad-gesteuerten Dosierbetrieb 30 eingestellt. Bevorzugt ist der Kaltstartdosierratenwert durch eines separates Kennfeld in Abhängigkeit des in den SCR-Katalysator 5 einströmenden NOx-Massenstroms und der Temperatur des SCR-Katalysators 5 vorgegeben. Vorzugsweise entspricht der Kaltstartdosierratenwert einer in Bezug auf den NOx-Massenstrom überstöchiometrischen Zugabe von Harnstoff. Auf diese Weise ist es ermöglicht, rasch eine ausreichende Ammoniakmenge im SCR-Katalysator 5 einzuspeichern. Nach Erreichen seiner Anspringtemperatur ist daher ein den Bedingungen entsprechender maximaler NOx-Umsatz zumindest annähernd ermöglicht. Dabei kann es vorgesehen sein, durch motorische Maßnahmen, wie beispielsweise Umgehung des Ladeluftkühlers 10 und/oder eines AGR-Kühlers, Betätigung der Heizeinrichtung 26, Durchführung einer Kraftstoffnacheinspritzung, Drosselung der Ansaugluftmenge eine rasche Erwärmung des SCR-Katalysators 5 zu unterstützen.In the efficiency-controlled metering mode 30 is then first checked whether predefinable cold start conditions are present and, if so, a change of state 33 made and in a cold start metering operation 32 changed. These decisive conditions for a change of state 33 For example, fall below specified minimum temperatures in the exhaust system or coolant and / or lubricating oil supply system of the diesel engine 1 , In the present case, the cold start conditions are considered to be satisfied at least when the temperature of the SCR catalyst 5 Below a predetermined lower limit temperature of about 200 ° C and at the same time the determined actual efficiency of the SCR catalyst 5 the target efficiency for the present operating state of the emission control system by more than a predetermined amount. To assess the latter criterion, a difference or ratio of actual efficiency and target efficiency can be evaluated. If the specified cold start conditions are considered to be fulfilled, the controlled cold start metering operation 32 set. It is provided to set the metering rate to a predetermined, comparatively high Kaltstartdosierratenwert. The cold start metering rate is higher than the metering rate in the normal efficiency-controlled metering operation by a predeterminable amount 30 set. Preferably, the Kaltstartdosierratenwert by a separate map as a function of the in the SCR catalyst 5 inflowing NOx mass flow and the temperature of the SCR catalyst 5 specified. Preferably, the cold start metering rate value corresponds to a higher than stoichiometric addition of urea with respect to the NOx mass flow. In this way, it is possible to quickly a sufficient amount of ammonia in the SCR catalyst 5 einzuspeichern. After reaching its light-off temperature, therefore, a maximum NOx conversion corresponding to the conditions is at least approximately possible. It may be provided by motorized measures, such as bypassing the intercooler 10 and / or an EGR cooler, actuation of the heater 26 Performing a post fuel injection, throttling the intake air amount, a rapid heating of the SCR catalyst 5 to support.

Werden vorgebbare Sprungbedingungen festgestellt, so wird in einem Zustandswechsel 34 in den normalen wirkungsgrad-gesteuerten Dosierbetrieb 30 gewechselt. Insbesondere ist es für einen Wechsel 34 in den normalen wirkungsgrad-gesteuerten Dosierbetrieb 30 zumindest erforderlich, dass der Ist-Wirkungsgrad des SCR-Katalysators 5 um weniger als ein vorgebbares geringes Maß vom Soll-Wirkungsgrad abweicht. Es ist vorgesehen, dass nach Verlassen eines einmalig eingestellten Kaltstart-Dosierbetriebs 32 eine nochmalige Aktivierung dieser Betriebsart beim weiteren Motorbetrieb blockiert wird.If predefinable jump conditions are detected, then a state change takes place 34 in the normal efficiency-controlled metering operation 30 changed. In particular, it is for a change 34 in the normal efficiency-controlled metering operation 30 at least required that the actual efficiency of the SCR catalyst 5 differs from the target efficiency by less than a specifiable low level. It is intended that after leaving a cold start dosing operation that has been set once 32 a renewed activation of this mode is blocked during further engine operation.

Im wirkungsgrad-gesteuerten Dosierbetrieb 30 wird anhand eines Kennfeldes, welches eine Dosierrate in Abhängigkeit wesentlicher Betriebsparameter des Dieselmotors 1 und der Abgasanlage wiedergibt, die Dosierrate eingestellt. Es ist vorgesehen, dass diese Betriebsparameter wenigstens den in den SCR-Katalysator 5 einströmenden NOx-Massenstrom und die Temperatur des SCR-Katalysators 5 umfassen. Das entsprechende Kennfeld für die Dosierrate im wirkungsgrad-gesteuerten Betrieb 30 wird bevorzugt vorab empirisch ermittelt. Die im Kennfeld abgelegte Dosierrate ist dabei so ermittelt, dass bei den maßgebenden Bedingungen ein vorgebbarer Soll-Wirkungsgrad des SCR-Katalysators 5 erreicht wird. Bevorzugt ist eine Dosierrate, welche einer höchstens stöchiometrischen Dosierung von Harnstoff derart entspricht, dass eingangsseitig des SCR-Katalysators 5 gleiche Werte für die NOx-Konzentration und die NH3-Konzentration vorliegen. Eine adaptive Anpassung bzw. Korrektur des Kennfeldes, beispielsweise aufgrund einer im Laufe der Betriebszeit erfolgenden alterungsbedingten Degradation des SCR-Katalysators 5 kann vorgesehen sein. Dadurch kann ein alterungsbedingter Aktivitätsverlust des SCR-Katalysators 5 bei der Dosierratenermittlung berücksichtigt werden, wodurch Überdosierungen aufgrund des Aktivitätsverlustes vermieden werden. Je nach vorherrschenden Betriebsbedingungen wird die zugeordnete Dosierrate für die Harnstofflösung aus dem Kennfeld ausgelesen und eingestellt. Es ist vorgesehen, dass der Ist-Wirkungsgrad des SCR-Katalysators 5 in Bezug auf den NOx-Umsatz fortlaufend ermittelt und mit dem Soll-Wirkungsgrad verglichen wird. Der Ist-Wirkungsgrad wird dabei anhand der stromauf und stromab des SCR-Katalysators 5 vorliegenden NOx-Konzentrationen bzw. -Massenströme ermittelt. Dabei kann der in den SCR-Katalysator 5 einströmende NOx-Massenstrom aus einem Motorbetriebskennfeld ausgelesen werden oder sensorisch aus dem Signal des NOx-Sensors 20 in Verbindung mit dem Abgasmassenstrom ermittelt werden. Die NOx-Konzentration bzw. der NOx-Massenstrom stromab des SCR-Katalysators 5 wird bevorzugt aus den Signalen des stromabwärtigen NOx-Sensors 25 ermittelt.In the efficiency-controlled metering mode 30 is based on a map, which is a dosing rate in response to essential operating parameters of the diesel engine 1 and the exhaust system, the dosing rate is set. It is envisaged that these operating parameters at least those in the SCR catalyst 5 inflowing NOx mass flow and the temperature of the SCR catalyst 5 include. The corresponding characteristic diagram for the dosing rate in the efficiency-controlled mode 30 is preferably determined empirically in advance. The metering rate stored in the map is determined in such a way that, under the relevant conditions, a predefinable target efficiency of the SCR catalytic converter 5 is reached. Preference is given to a metering rate which corresponds to an at most stoichiometric metering of urea in such a way that the input side of the SCR catalyst 5 the same values for the NOx concentration and the NH 3 concentration. An adaptive adaptation or correction of the characteristic map, for example due to an aging-related degradation of the SCR catalytic converter occurring during the operating time 5 can be provided. This can cause an aging-related loss of activity of the SCR catalyst 5 be taken into account during Dosierratenermittlung, which overdoses are avoided due to the loss of activity. Depending on the prevailing operating conditions, the assigned metering rate for the urea solution is read from the map and set. It is envisaged that the actual efficiency of the SCR catalyst 5 with regard to NOx conversion, and with the target Efficiency is compared. The actual efficiency is based on the upstream and downstream of the SCR catalyst 5 present NOx concentrations or mass flows determined. It can be in the SCR catalyst 5 inflowing NOx mass flow can be read from a motor operating map or sensory from the signal of the NOx sensor 20 be determined in conjunction with the exhaust gas mass flow. The NOx concentration and the NOx mass flow downstream of the SCR catalyst 5 is preferred from the signals of the downstream NOx sensor 25 determined.

Wird bei wirkungsgrad-gesteuertem Dosierbetrieb 30 festgestellt, dass vorgebbare Sprungbedingungen vorliegen, so wird in einem Zustandswechsel 35 in den wirkungsgrad-geregelten Dosierbetrieb 31 gewechselt. Die Sprungbedingungen für den Zustandswechsel 35 umfassen dabei zumindest eine Betriebsbereitschaft des Reglers bzw. eine Verfügbarkeit von für den Reglerbetrieb erforderlichen Betriebsgrößen bzw. Sensorsignalen. Ferner wird in den wirkungsgrad-geregelten Dosierbetrieb 31 vorliegend nur dann gewechselt, wenn der ermittelte Ist-Wirkungsgrad um mehr als ein vorgebbares Maß vom Soll-Wirkungsgrad abweicht. Im wirkungsgrad-geregelten Dosierbetrieb 31 erfolgt eine geregelte Einstellung der Harnstoffdosierrate, bevorzugt gemäß einem im Steuergerät abgelegten Regelalgorithmus. Dem bevorzugt softwaretechnisch implementierten Regelkreis wird als Führungsgröße der analog zum wirkungsgrad-gesteuerten Dosierbetrieb 30 ermittelte Soll-Wirkungsgrad für den NOx-Umsatz am SCR-Katalysator 5 zugeführt. Außerdem erfolgt analog zum wirkungsgrad-gesteuerten Dosierbetrieb 30 eine fortlaufende Ermittlung des Ist-Wirkungsgrads des SCR-Katalysators 5. Eine aus dem Soll-Wirkungsgrad und dem Ist-Wirkungsgrad ermittelte Differenz wird dem vorzugsweise als PID-Regler arbeitenden Regelalgorithmus als Regelabweichung zugeführt und eine Stellgröße für die einzustellende Dosierrate ausgegeben und der Dosiereinheit 27 zugeführt. Der Regelalgorithmus kann dabei auch die Einstellung eines Vorsteuerwertes für die Dosierrate vorsehen, wodurch Schwingungen der Stellgröße vermindert werden und die Einstellgeschwindigkeit erhöht wird.Used with efficiency-controlled metering operation 30 determined that predefinable jump conditions are present, it is in a state change 35 in the efficiency-controlled metering operation 31 changed. The jump conditions for the state change 35 In this case, at least one operating readiness of the controller or an availability of operating variables or sensor signals required for controller operation comprise. Further, in the efficiency-controlled metering operation 31 in the present case only changed when the determined actual efficiency deviates from the target efficiency by more than a predefinable measure. In the efficiency-controlled metering operation 31 there is a regulated setting of the urea dosing rate, preferably in accordance with a control algorithm stored in the control unit. The preferably implemented by software control loop is used as a reference variable analogous to the efficiency-controlled dosing 30 determined target efficiency for the NOx conversion at the SCR catalytic converter 5 fed. In addition, it is analogous to the efficiency-controlled dosing 30 a continuous determination of the actual efficiency of the SCR catalyst 5 , A difference determined from the setpoint efficiency and the actual efficiency is supplied to the control algorithm, which preferably operates as a PID controller, as a control deviation, and a control variable for the dosing rate to be set is output and the dosing unit 27 fed. The control algorithm can also provide for the setting of a pre-control value for the metering rate, whereby vibrations of the manipulated variable are reduced and the setting speed is increased.

Liegen vorgebbare Rücksprungbedingungen vor, so wird in einem Zustandswechsel 36 aus dem wirkungsgrad-geregelten Dosierbetrieb 31 wieder in den wirkungsgrad-gesteuerten Dosierbetrieb 30 zurückgesprungen. Der Zustandswechsel 36 wird vorzugsweise dann vorgenommen wenn Sensorsignalwerte eines oder mehrerer der Sensoren 14, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 23, 24 und 25 vorgebbaren Grenzen unter- bzw. überschreiten oder ein Ausfall eines oder mehrerer der genannten Sensoren detektiert wird. Bei einem erkannten schwerwiegenden Fehler, wie beispielsweise dem Ausfall einer Komponente des Dosiersystems kann auch in eine Fehlerbehandlungsroutine bzw. in einen Notlauf gesprungen werden. Vorliegend ist ein Zustandswechsel 36 aus dem wirkungsgradgeregelten Dosierbetrieb 31 in den wirkungsgrad-gesteuerten Dosierbetrieb 30 zumindest dann vorgesehen, wenn im geregelten Dosierbetrieb 31 einem zeitlichen Verlauf mit im Wesentlichen zunehmender Dosierrate ein zeitlicher Verlauf mit im Wesentlichen abnehmendem Ist-Wirkungsgrad zugeordnet ist. Ein solches Verhalten kann beispielsweise bei einem Fehler eines der NOx-Sensoren 20, 25 auftreten. Im Falle eines auf Ammoniak querempfindlichen NOx-Sensors 25 kann die genannten Rücksprungbedingung auch durch eine Überdosierung versacht sein, bei welcher bei zunehmender Dosierrate ein zunehmender Ammoniakschlupf auftritt, welcher fälschlicherweise als zunehmender Stickoxidkonzentrationswert und damit als abnehmender Wirkungsgrad interpretiert wird. Durch den Zustandswechsel 36 ist somit ein eventuell mögliches „Weglaufen” der Regelung verhindert und es können im erneut eingenommenen wirkungsgrad-gesteuerten Betrieb erneut definierte Bedingungen für hohe NOx-Umsatzwerte eingestellt werden.If predefinable return conditions exist, then a change of state occurs 36 from the efficiency-controlled metering operation 31 back into the efficiency-controlled metering operation 30 jumps back. The state change 36 is preferably performed when sensor signal values of one or more of the sensors 14 . 16 . 17 . 18 . 19 . 20 . 21 . 23 . 24 and 25 falls below or exceed predetermined limits or a failure of one or more of said sensors is detected. In case of a recognized serious error, such as the failure of a component of the dosing system can also be jumped into an error handling routine or in an emergency. In the present case is a change of state 36 from the efficiency-controlled metering operation 31 in the efficiency-controlled metering operation 30 provided at least when in the regulated metering operation 31 a temporal course with substantially increasing metering rate is associated with a time course with substantially decreasing actual efficiency. Such behavior may be, for example, in the event of a failure of one of the NOx sensors 20 . 25 occur. In the case of an ammonia-sensitive NOx sensor 25 the said return condition may also be obscured by overdosing in which, as the dosing rate increases, an increasing ammonia slip occurs, which is erroneously interpreted as an increasing nitrogen oxide concentration value and thus as a decreasing efficiency. By the state change 36 Thus, any possible "runaway" of the control is prevented and it can be set in the re-assumed efficiency-controlled operation again defined conditions for high NOx conversion values.

Insgesamt ist insbesondere durch den erfindungsgemäß unter vorgebbaren Bedingungen vorgenommenen Wechsel von wirkungsgrad-gesteuertem Dosierbetrieb 30 und wirkungsgrad-geregelten Dosierbetrieb 31 eine Erzielung von hohen, überwiegend sogar optimalen Stickoxidumsätzen am SCR-Katalysator 5 ermöglicht. Es versteht sich, dass für einen Zustandswechsel 33, 34, 35, 36 bevorzugt eine zeitliche Entprellung vorgesehen ist. Diese kann beispielsweise derart gestaltet sein, dass ein Zustandswechsel 33, 34, 35, 36 nur dann vorgenommen wird, wenn die für einen Zustandswechsel maßgebenden Bedingungen für eine vorgebbare Zeitspanne anliegen.Overall, in particular by the present invention under specifiable conditions change of efficiency-controlled metering operation 30 and efficiency-controlled metering operation 31 Achieving high, predominantly optimal nitrogen oxide conversions on the SCR catalyst 5 allows. It is understood that for a state change 33 . 34 . 35 . 36 preferably a temporal Entprellung is provided. This can for example be designed such that a state change 33 . 34 . 35 . 36 is only made if the conditions prevailing for a state change conditions for a predeterminable period.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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  • EP 0554766 A1 [0004] EP 0554766 A1 [0004]

Claims (7)

Verfahren zum Betreiben einer Abgasreinigungsanlage mit einem SCR-Katalysator (5) zur Reinigung eines Abgases eines Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotors (1), bei welchem von einer durch eine Steuereinheit ansteuerbaren Dosiereinheit (27) ein Ammoniak enthaltendes Reduktionsmittel mit einer einstellbaren Dosierrate dem Abgas zudosiert wird und dem SCR-Katalysator (5) ein entsprechend der Zudosierung mit Ammoniak angereichertes Abgas zugeführt wird, wobei ein Ist-Wirkungsgrad des SCR-Katalysators (5) für einen aktuellen Umsatzes von Stickoxid mit im SCR-Katalysator (5) gespeichertem und/oder dem SCR-Katalysator (5) zugeführtem Ammoniak ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Zudosierung des Reduktionsmittels wenigstens in Abhängigkeit vom ermittelten Ist-Wirkungsgrad und für vorgebbare Werte vorgebbarer Betriebsparameter der Abgasreinigungsanlage in einem gesteuerten Dosierbetrieb (30) mit einer wirkungsgrad-gesteuerten Einstellung der Dosierrate oder in einem geregelten Dosierbetrieb (31) mit einer wirkungsgrad-geregelten Einstellung der Dosierrate derart vorgenommen wird, dass der Ist-Wirkungsgrad einen Soll-Wirkungsgrad wenigstens annähernd erreicht.Method for operating an emission control system with an SCR catalytic converter ( 5 ) for cleaning an exhaust gas of a motor vehicle internal combustion engine ( 1 ), in which by a controllable by a control unit dosage unit ( 27 ) an ammonia-containing reducing agent is added to the exhaust gas at an adjustable metering rate and the SCR catalyst ( 5 ) an exhaust gas enriched in accordance with the metered addition with ammonia, wherein an actual efficiency of the SCR catalyst ( 5 ) for a current conversion of nitrogen oxide with in the SCR catalyst ( 5 ) and / or the SCR catalyst ( 5 ) supplied ammonia, characterized in that the metered addition of the reducing agent at least in dependence on the determined actual efficiency and for specifiable values of specifiable operating parameters of the emission control system in a controlled dosing ( 30 ) with an efficiency-controlled adjustment of the metering rate or in a controlled metering operation ( 31 ) is performed with an efficiency-controlled adjustment of the metering rate such that the actual efficiency reaches a target efficiency at least approximately. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Übergang vom gesteuerten Dosierbetrieb (30) zum geregelten Dosierbetrieb (31) erfolgt, wenn der ermittelte Ist-Wirkungsgrad im gesteuerten Dosierbetrieb (30) um mehr als ein vorgebbares Maß vom Soll-Wirkungsgrad abweicht.Method according to claim 1, characterized in that a transition from the controlled metering operation ( 30 ) to the regulated dosing operation ( 31 ) takes place when the determined actual efficiency in the controlled metering operation ( 30 ) differs from the target efficiency by more than a predetermined amount. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Übergang vom geregelten Dosierbetrieb (31) zum gesteuerten Dosierbetrieb (30) erfolgt, wenn im geregelten Dosierbetrieb (31) einem zeitlichen Verlauf mit im Wesentlichen zunehmender Dosierrate ein zeitlicher Verlauf mit im Wesentlichen abnehmendem Ist-Wirkungsgrad zugeordnet ist.A method according to claim 1 or 2, characterized in that a transition from the regulated dosing ( 31 ) to the controlled dosing operation ( 30 ) takes place when in the controlled metering operation ( 31 ) is associated with a temporal course with a substantially increasing metering rate a time course with substantially decreasing actual efficiency. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Dosierrate im gesteuerten Dosierbetrieb (30) und/oder der Soll-Wirkungsgrad in Abhängigkeit vom Stickoxidmassenstrom in den SCR-Katalysator (5) und von einer Temperatur des SCR-Katalysators (5) vorgegeben werden.Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the metering rate in the controlled metering operation ( 30 ) and / or the desired efficiency as a function of the nitrogen oxide mass flow into the SCR catalyst ( 5 ) and a temperature of the SCR catalyst ( 5 ). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Ist-Wirkungsgrad aus Signalen eines stromaufwärts des SCR-Katalysators (5) und eines stromabwärts des SCR-Katalysators (5) angeordneten Stickoxidsensors (20, 25) ermittelt wird.Method according to one of claims 1 to 4, characterized in that the actual efficiency of signals from an upstream of the SCR catalyst ( 5 ) and one downstream of the SCR catalyst ( 5 ) arranged nitrogen oxide sensor ( 20 . 25 ) is determined. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass unter vorgebbaren Kaltstartbedingungen ein gesteuerter Kaltstart-Dosierbetrieb (32) vorgesehen ist, bei welchem eine im Vergleich zum normalen gesteuerten Dosierbetrieb (30) erhöhte Dosierrate eingestellt wird.Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that under predefinable cold start conditions, a controlled cold start metering ( 32 ), in which a compared to the normal controlled dosing ( 30 ) Increased dosing rate is set. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Betriebsphase mit ununterbrochenem Betrieb des Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotors (1) der Zustand eines gesteuerten Kaltstart-Dosierbetriebs (32) höchstens einmal eingestellt wird.A method according to claim 6, characterized in that in an operating phase with uninterrupted operation of the motor vehicle internal combustion engine ( 1 ) the state of a controlled cold start metering operation ( 32 ) is set at most once.
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