DE102007060221B4 - Verfahren zur Reduktionsmittelbereitstellung in einer Abgasnachbehandlungsanlage - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Reduktionsmittelbereitstellung in einer Abgasnachbehandlungsanlage (1) einer Brennkraftmaschine (10) mit einer Abgasführung (20), in der ein SCR-Katalysator (30) vorgesehen ist, wobei gasförmiges Ammoniak als Reduktionsmittel, welches durch Aufheizen eines Speichers (41) mit einem Ammoniak-Speichermedium in einem Reduktionsmittel-Speichersystem (40) erzeugt wird, mittels einer Dosiereinrichtung (50) in die Abgasführung (20) in Strömungsrichtung des Abgases vor dem SCR-Katalysator (30) eingebracht wird, wobei das Aufheizen des Speichers (41) hinsichtlich einer Zielfreisetzungsrate für das gasförmige Ammoniak mittels einer Steuereinheit (100) geregelt und vorgesteuert wird und wobei als Regelgröße (44) ein Massendurchfluss an Reduktionsmitteln durch eine Reduktionsmittel-Zuführung (45) in Richtung Dosiereinrichtung (50), ein Druckanstiegsgradient im Speicher (41) des Reduktionsmittel-Speichersystems (40) und/ oder eine Änderung einer mit dem Speichergrad korrelierbaren Eigenschaft des Speichemediums im Speicher (41) verwendet werden.
Description
- Stand der Technik
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduktionsmittelbereitstellung in einer Abgasnachbehandlungsanlage einer Brennkraftmaschine mit einer Abgasführung, in der ein SCR-Katalysator vorgesehen ist, wobei gasförmiges Ammoniak als Reduktionsmittel, welches durch Aufheizen eines Speichers mit einem Ammoniak-Speichermedium in einem Reduktionsmittel-Speichersystem erzeugt wird, mittels einer Dosiereinrichtung in die Abgasführung in Strömungsrichtung des Abgases vor dem SCR-Katalysator eingebracht wird.
- Im Zusammenhang mit künftigen gesetzlichen Vorgaben bezüglich der Stickoxidemission von Kraftfahrzeugen ist eine entsprechende Abgasnachbehandlung erforderlich. Die selektive katalytische Reduktion (SCR) kann zur Verringerung der NOx-Emission (Entstickung) von Verbrennungsmotoren, insbesondere von Dieselmotoren, mit zeitlich überwiegend magerem, d.h. sauerstoffreichem Abgas eingesetzt werden. Hierbei wird dem Abgas eine definierte Menge eines selektiv wirkenden Reduktionsmittels zugegeben. Dies kann beispielsweise in Form von Ammoniak sein, welches direkt gasförmig zudosiert wird, oder auch aus einer Vorläufersubstanz in Form von Harnstoff oder aus einer Harnstoff-Wasser-Lösung (HWL) gewonnen wird. Derartige HWL-SCR-Systeme sind erstmalig im Nutzfahrzeugsegment eingesetzt worden.
- Ein Verfahren zur Reduktionsmittelbereitstellung der eingangs genannten Art ist in der
angegeben. Das Aufheizen des Speichers zum Freisetzen des Ammoniakts wird mittels einer Steuereinheit geregelt.WO 2006/012 903 A2 - Ein derartiges Verfahren zeigt auch die nicht vorveröffentlichte
EP 1 977 817 B1 , wobei zudem eine Vorsteuerung vorhanden ist. - Weitere Verfahren zur Reduktioinsmittelbereitstellung sind in der
DE 10 2006 008 400 A1 und derUS 6 399 034 B1 gezeigt. - In der
DE 101 39 142 A1 ist ein Abgasreinigungssystem einer Brennkraftmaschine beschrieben, bei dem zur Verringerung der NOx-Emission ein SCR-Katalysator eingesetzt ist, der die im Abgas enthaltenen Stickoxide mit dem Reagenzmittel Ammoniak zu Stickstoff reduziert. Das Ammoniak wird in einem stromaufwärts vor dem SCR-Katalysator angeordneten Hydrolyse-Katalysator aus der Harnstoff-Wasser-Lösung (HWL) gewonnen. Der Hydrolyse-Katalysator setzt den in der HWL enthaltenen Harnstoff zu Ammoniak und Kohlendioxid um. In einem zweiten Schritt reduziert das Ammoniak die Stickoxide zu Stickstoff, wobei als Nebenprodukt Wasser erzeugt wird. Der genaue Ablauf ist in der Fachliteratur hinreichend beschrieben worden (vgl. WEISSWELLER in CIT (72), Seite 441-449, 2000). Die HWL wird in einem Reagenzmitteltank bereitgestellt. - Nachteilig bei diesem Verfahren ist, dass HWL beim Betrieb der Brennkraftmaschine verbraucht wird. Dabei liegt der Verbrauch bei ca. 4 % des Kraftstoffverbrauchs. Die Versorgung mit Harnstoff-Wasser-Lösung müsste entsprechend großflächig, zum Beispiel an Tankstellen, sichergestellt sein. Ein weiterer Nachteil des Verfahrens liegt in dem notwendigen Betriebstemperaturbereich. Die Hydrolysereaktion der Harnstoff-Wasser-Lösung findet quantitativ erst ab Temperaturen von 200 °C am Hydrolysekatalysator unter Freisetzung des Ammoniaks statt. Diese Temperaturen im Abgas werden beispielsweise bei Dieselmotoren erst nach längerer Betriebsdauer erreicht. Aufgrund von Abscheidungen kann es bei Temperaturen unterhalb von 200 °C zu Verstopfungen an der Dosiereinheit kommen, welche die Zufuhr der Harnstoff-Wasser-Lösung in den Abgastrakt zumindest behindern. Weiterhin kann eine Zudosierung der Harnstoff-Wasser-Lösung bei Temperaturen unter 200 °C auf Grund einer Polymerisation zur Hemmung der notwendigen katalytischen Eigenschaften am Hydrolysekatalysator oder am SCR-Katalysator führen.
- Um das Mitführen eines weiteren Betriebsstoffes zu vermeiden, wurde inzwischen in einer noch unveröffentlichten Schrift der Anmelderin ein Plasmaverfahren zur On-Board-Generierung von Reduktionsmitteln vorgeschlagen. Dabei wird der zur Reduktion der Stickoxide notwendige Ammoniak aus ungiftigen Substanzen bedarfsgerecht im Fahrzeug hergestellt und anschließend dem SCR-Prozess zugeführt.
- In der
DE 19 728 343 C1 wird ein Verfahren zur selektiven katalytischen NOx-Reduktion in sauerstoffhaltigen Abgasen unter Verwendung von Ammoniak und einem Reduktionskatalysator beschrieben, bei dem der gasförmige Ammoniak durch Aufheizen eines festen Speichermediums, welches in einem Behälter eingebracht ist, zur Verfügung gestellt wird. Ammoniak ist dabei durch Adsorption und/ oder in Form eines chemischen Komplexes an das Speichermedium gebunden. Derartige Ammoniakspeichersubstanzen, aus denen Ammoniak durch thermische Desorption oder Thermolyse, d.h. infolge von Temperatureinwirkung, freigesetzt wird, sind beispielsweise Salze, insbesondere Chloride und/ oder Sulfate eines oder mehrerer Erdalkalielemente, wie MgCl2, CaCl2, und/ oder eines oder mehrerer 3d-Nebengruppenelemente, wie Mangan, Eisen, Kobalt, Nickel, Kupfer und/ oder Zink. Derartige Salze sind beispielsweise in der WO 2006 / 012 903 als Ammoniakspeichermedien beschrieben. Weiterhin sind organische Adsorber und Ammoniumsalze, wie beispielsweise Ammoniumcarbamat, geeignete Ammoniakspeicher-substanzen. - Bei Verfahren zur selektiven katalytischen NOx-Reduktion (SCR-Verfahren), bei denen gasförmiger Ammoniak durch Aufheizung derartiger Speichermedien bereitgestellt wird, ist die Systemdynamik abhängig davon, wie schnell die Freisetzung an den momentanen Bedarf angepasst werden kann.
- Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, bei dem im Hinblick auf eine optimale Abgasreinigung und unter Vermeidung bzw. Mini-mierung eines Ammoniakschlupfes die Bereitstellung von Ammoniak als Reduktionsmittel an den momentanen Bedarf optimal angepasst wird.
- Offenbarung der Erfindung
- Vorteile der Erfindung
- Die Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass das Aufheizen des Speichers hinsichtlich einer Zielfreisetzungsrate für das gasförmige Ammoniak mittels einer Steuereinheit geregelt und vorgesteuert wird. Durch eine Vorsteuerung der Heizleistung kann das Reduktionsmittel schneller verfügbar gemacht werden als bei einer reinen Regelung. Fahrzustandswechsel können frühzeitig erkannt und die Abgasreinigung damit optimiert werden, so dass die Einhaltung von Abgasgrenzwerten auch im dynamischen Betrieb sichergestellt werden kann. Darüber hinaus kann der Verbrauch an Reduktionsmitteln und die Gefahr eines möglichen Ammoniakschlupfes infolge einer möglichen Überdosierung reduziert werden.
- Erfindungsgemäß werden zur Überwachung, Regelung und Adaption der Reduktionsmittelfreisetzung als Regelgröße ein Massendurchfluss an Reduktionsmittel durch eine Reduktionsmittel-Zuführung in Richtung Dosiereinrichtung, ein Druck (-anstiegsgradient) im Speicher des Reduktionsmittel-Speichersystems und/ oder eine Änderung einer mit dem Speichergrad korrelierbaren Eigenschaft des Speichermediums, z.B. eine Änderung der elektrischen Leitfähigkeit, der Wärmeleitfähigkeit oder der Dielektrizitätskonstante, im Speicher verwendet.
- Vorteilhaft ist es, wenn bei der Regelung bzw. Vorsteuerung der Reduktionsmittelbereitstellung eine Korrelation zwischen der Stellgröße Wärmeeinbringung und der Zielgröße Reduktionsmittelfreisetzung nach Betrag und Zeitverhalten ein Modell hinterlegt wird. Damit können auch komplexe physikalische bzw. chemische Zusammenhänge abgebildet werden.
- Eine Überwachung kann erfolgen, wenn ein NOx-Gehalt einer Abgassonde und/ oder ein Temperatursignal eines Temperaturfühlers in Strömungsrichtung des Abgases vor dem SCR-Katalysator und/ oder ein NOx/NH3-Gehalt einer weiteren Abgassonde hinter dem SCR-Katalysator bei der Regelung bzw. Vorsteuerung der Reduktionsmittelbereitstellung berücksichtigt werden. Abhängig von dem NOx-Gehalt vor dem SCR-Katalysator kann die Dosierung des Reduktionsmittels optimal eingestellt werden. Eine Überwachung des NOx/NH3-Gehalts nach dem SCR-Katalysator kann zur Effizienzüberwachung bzw. zur Detektion eines möglichen NH3-Schlupfes genutzt werden.
- Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn in dem Modell der Speicherzustand des Speichers des Reduktionsmittel-Speichersystems berücksichtigt wird. Damit kann eine sehr genaue Prognose für die momentan zu erwartende Reduktionsmittelfreisetzung unter Einbringung einer bestimmten Wärmeenergie erstellt werden, was sich hinsichtlich des Regelverhaltens positiv auswirkt.
- Insbesondere wenn die Reduktionsmittelfreisetzungsrate durch Auswertung von Regelgrößen als Zustandsparameter des Reduktionsmittel-Speichersystems überwacht wird, kann eine optimale Regelung erfolgen. Dabei können auch örtlich aufgelöste Informationen über das Reduktionsmittel-Speichersystem von Interesse sein.
- Hinsichtlich einer einfachen Auswertung der genannten Regelgrößen und Ableiten einer optimalen Heizleistung hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, wenn das Modell des Speicherzustands des Speichers des Reduktionsmittel-Speichersystems sowie die eingangsseitigen Regelgrößen in einem oder mehreren Kennfeldern hinterlegt werden.
- Wird beim dynamischen Wechsel zwischen zwei Zielfreisetzungsraten ein stationärer Vorsteuerwert gezielt übersteuert, kann die Anstiegszeit zusätzlich verkürzt werden.
- Der aktuelle Betriebszustand der Brennkraftmaschine kann optimal bei der Dosierung des Reduktionsmittels berücksichtigt werden, wenn die Zielfreisetzungsrate des Reduktionsmittels der momentanen Dosiermenge entspricht und die Dosiermenge aus einem modellbasierten Algorithmus unter Berücksichtigung von Betriebszustandsparametern, wie beispielsweise Motordrehzahl oder Moment, einer Motorsteuerung der Brennkraftmaschine sowie einer Beladungsstrategie für den SCR-Katalysator ermittelt wird.
- Vorteilhaft kann es zudem sein, wenn die Zielfreisetzungsrate im Rahmen der Vorsteuerung zusätzlich von einem prognostizierten Fahrzustand beeinflusst wird. So können beispielsweise Konstantfahrt, Beschleunigung oder Verzögerung bei der Vorsteuerung berücksichtigt werden. Werden für den prognostizierten Fahrzustand Ortsdaten aus einem GPS-Empfänger herangezogen, kann das zukünftige Streckenprofil, eventuell auch das Höhenprofil der Fahrstrecke vorhergesagt und somit die Prognose angepasst werden.
- Hinsichtlich einer weiteren Optimierung der Vorsteuerung der Reduktionsmittelfreisetzung können in einer Verfahrensvariante für den prognostizierten Fahrzustand Daten zur Verkehrssituation und/ oder Daten zum Abstand zu vorausfahrenden Fahrzeugen herangezogen werden. Solche Daten können beispielsweise aus TMC-Daten gewonnen werden. Der Traffic Message Channel (TMC) ist ein digitaler Radio-Datendienst, der zur Übertragung von Verkehrsstörungen an ein geeignetes Empfangsgerät verwendet wird.
- Eine bevorzugte Anwendung des Verfahrens mit den zuvor beschriebenen Merkmalen sieht den Einsatz bei Reduktionsmittel-Speichersystemen vor, bei denen Ammoniak durch Desorption und/ oder Thermolyse aus Salzen und/ oder organischen Adsorbern freigesetzt wird. Insbesondere können hier die teils recht komplexen chemischen und physikalischen Zusammenhänge bei der Desorption bzw. Thermolyse besonders gut prognostiziert und somit die Ammoniakfreisetzung exakt vorgesteuert bzw. geregelt werden.
- Figurenliste
- Die Erfindung wird im Folgenden anhand des in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt:
-
1 eine schematische Darstellung einer Abgasnachbehandlungsanlage einer Brennkraftmaschine mit einem Reduktionsmittel-Speichersystem. - Ausführungsformen der Erfindung
-
1 zeigt schematisch das technische Umfeld in dem das erfindungsgemäße Verfahren angewendet werden kann. - Dargestellt ist eine Abgasnachbehandlungsanlage 1 für eine Brennkraftmaschine
10 , deren Abgase über eine Abgasführung20 geführt werden, wobei in Strömungsrichtung des Abgases im gezeigten Beispiel zunächst eine Abgassonde70 zur Ermittlung eines NOx-Gehalts71 im Abgas, ein Temperaturfühler80 , welcher ein Temperatursignal81 liefert und ein SCR-Katalysator30 vorgesehen sind. Zur Reduktion von Stickoxiden ist vor dem SCR-Katalysator30 von einem Reduktionsmittel-Speichersystem40 über eine Reduktionsmittel-Zuführung45 und eine Dosiereinrichtung50 Ammoniak als Reduktionsmittel zuführbar. SCR-Katalysatoren30 arbeiten dabei nach dem Prinzip der selektiven katalytischen Reduktion, bei dem mittels des Reduktionsmittels Ammoniak in sauerstoffhaltigen Abgasen Stickoxide zu Stickstoff und Wasser reduziert werden. - Die Brennkraftmaschine
10 ist mit einer Motorsteuerung60 in der Art verknüpft, dass Betriebszustandsparameter61 , wie beispielsweise Drehzahl, Drehmoment, Luftmenge, Temperatur, etc., von Sensoren im Motorblock bzw. im Ansaugsystem bzw. im Kraftstoffzudosierungssystem der Brennkraftmaschine10 übermittelt und innerhalb der Motorsteuerung erfasst, verarbeitet und zur weiteren Auswertung bereitgestellt werden können. Weiterhin ist im gezeigten Beispiel noch eine weitere Abgassonde90 in Strömungsrichtung des Abgases hinter dem SCR-Katalysator30 angeordnet, mit der ein NOx/NH3-Gehalt91 ermittelt werden kann. - Das Reduktionsmittel-Speichersystem
40 umfasst als wesentliche Komponenten einen Speicher41 für Ammoniakspeichersubstanzen der eingangs erwähnten Art, bei denen Ammoniak durch Desorption und/ oder Thermolyse aus Salzen und/ oder organischen Adsorbern freigesetzt wird, und eine Heizeinrichtung42 , welche über einen Leistungsregler43 , der im einfachsten Fall ein Schaltrelais sein kann, hinsichtlich der Leistung gesteuert und mittels einer Fahrzeugbatterie120 mit Energie versorgt werden kann. - Der Speicher
41 kann als monolithischer Block, segmentiert in einem Behältnis oder in mehreren Kartuschen ausgeführt sein. Die Wärmeeinbringung erfolgt entweder im gesamten Speichervolumen gleichmäßig oder lokal begrenzt in einzelnen Sektionen mit Wechsel des Einbringungsortes in oder am Speichermedium in Abhängigkeit vom Speicherbeladungsgrad. Die Energie zur Temperatursteigerung kann elektrisch, mittels Heizleiter, als elektromagnetische Strahlung geeigneter Wellenlänge, z.B. Mikrowelle, oder elektromagnetisch, durch metallische Dotierung des Speichermediums eingebracht werden. Denkbar ist auch die Einbringung von mechanischer Energie, z.B. durch Reibung oder durch Druckschwingungen. Eine weitere, insbesondere bei Fahrzeugen effektive Heizmethode stellt das Aufheizen mit einem Brenner, gas-, öl- und/ oder benzinbefeuert, dar. Auch eine chemische Reaktion an Behälterwand oder in Aussparungen des Speichers oder Phasenübergänge von Medien, die zwischen dem Speicher und einer Abwärmequelle zirkulieren, können zur Aufheizung dienen. - Zur Steuerung bzw. Regelung des Reduktionsmittel-Speichersystems
40 ist eine Steuereinheit100 vorgesehen, in der das erfindungsgemäße Verfahren zur Reduktionsmittelbereitstellung implementiert ist. Bestandteil der Steuereinheit100 sind im Wesentlichen vier Funktionseinheiten, eine Vorsteuereinheit101 , eine Regeleinheit103 , ein SCR-Katalysator-Modell102 sowie eine Korrelationseinheit104 , mit denen eine Dosiervorgabe105 für die Dosiereinrichtung50 bestimmt bzw. die Zielfreisetzungsrate für das gasförmige Ammoniak durch Einwirkung auf den Leistungsregler43 des Reduktionsmittel-Speichersystems40 geregelt und vorgesteuert wird. - Innerhalb der Vorsteuereinheit
101 ist vorgesehen, dass die Zielfreisetzungsrate der momentanen Dosiermenge entspricht und die Dosiermenge aus einem modellbasierten Algorithmus unter Berücksichtigung von Betriebszustandsparametern61 der Motorsteuerung60 der Brennkraftmaschine10 sowie einer Beladungsstrategie für den SCR-Katalysator30 ermittelt wird. Zusätzlich kann im gezeigten Beispiel die Zielfreisetzungsrate im Rahmen der Vorsteuerung von einem prognostizierten Fahrzustand110 beeinflusst werden. - Eine Regelung der Reduktionsmittelbereitstellung erfolgt innerhalb der Regeleinheit
103 durch Berücksichtigung des NOx-Gehaltes71 der Abgassonde70 und/ oder des Temperatursignals81 des Temperaturfühlers80 vor dem SCR-Katalysator30 und/ oder des NOx/NH3-Gehaltes91 der Abgassonde90 hinter dem SCR-Katalysator30 . In dem SCR-Katalysator-Modell102 sind dabei u.a. der NOx-Gehalt nach dem SCR-Katalysator30 , ein Ammoniak-Füllstand und ein Ammoniak-Schlupf modellhaft hinterlegt. - Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass in dem Modell der Speicherzustand des Speichers
41 des Reduktionsmittel-Speichersystems40 berücksichtigt wird. Zusätzlich kann die Reduktionsmittelfreisetzungsrate durch Auswertung von Regelgrößen44 als Zustandsparameter des Reduktionsmittel-Speichersystems40 überwacht werden. Als Regelgröße44 kann ein Massendurchfluss an Reduktionsmitteln durch die Reduktionsmittel-Zuführung45 in Richtung Dosiereinrichtung50 , ein Druckanstiegsgradient im Speicher41 des Reduktionsmittel-Speichersystems40 und/ oder eine Änderung einer mit dem Speichergrad korrelierbaren Eigenschaft des Speichermediums im Speicher41 verwendet werden. Idealerweise ist das Modell des Speicherzustands des Speichers41 des Reduktionsmittel-Speichersystems40 sowie die eingangsseitigen Regelgrößen44 in ein oder mehreren Kennfeldern hinterlegt. - Bei der Regelung bzw. Vorsteuerung der Reduktionsmittelbereitstellung ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass innerhalb der Korrelationseinheit
104 eine Korrelation zwischen der Stellgröße Wärmeeinbringung (bzw. der elektrischen Heizleistung Pel) und der Zielgröße Reduktionsmittelfreisetzung (nAmmoniak) nach Betrag und Zeitverhalten in einem Modell hinterlegt wird. - Die Funktionseinheiten innerhalb der Steuereinheit
100 können als Software und/ oder Hardware implementiert sein und können, wie im gezeigten Beispiel, in einer separaten Einheit hinterlegt oder zumindest Teil einer übergeordneten Motorsteuerung sein.
Claims (12)
- Verfahren zur Reduktionsmittelbereitstellung in einer Abgasnachbehandlungsanlage (1) einer Brennkraftmaschine (10) mit einer Abgasführung (20), in der ein SCR-Katalysator (30) vorgesehen ist, wobei gasförmiges Ammoniak als Reduktionsmittel, welches durch Aufheizen eines Speichers (41) mit einem Ammoniak-Speichermedium in einem Reduktionsmittel-Speichersystem (40) erzeugt wird, mittels einer Dosiereinrichtung (50) in die Abgasführung (20) in Strömungsrichtung des Abgases vor dem SCR-Katalysator (30) eingebracht wird, wobei das Aufheizen des Speichers (41) hinsichtlich einer Zielfreisetzungsrate für das gasförmige Ammoniak mittels einer Steuereinheit (100) geregelt und vorgesteuert wird und wobei als Regelgröße (44) ein Massendurchfluss an Reduktionsmitteln durch eine Reduktionsmittel-Zuführung (45) in Richtung Dosiereinrichtung (50), ein Druckanstiegsgradient im Speicher (41) des Reduktionsmittel-Speichersystems (40) und/ oder eine Änderung einer mit dem Speichergrad korrelierbaren Eigenschaft des Speichemediums im Speicher (41) verwendet werden.
- Verfahren nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass bei der Regelung bzw. Vorsteuerung der Reduktionsmittelbereitstellung eine Korrelation zwischen der Stellgröße Wärmeeinbringung und der Zielgröße Reduktionsmittelfreisetzung nach Betrag und Zeitverhalten in einem Modell hinterlegt wird. - Verfahren nach
Anspruch 1 oder2 , dadurch gekennzeichnet, dass ein NOx-Gehalt (71) einer Abgassonde (70) und/ oder ein Temperatursignal (81) eines Temperaturfühlers (80) in Strömungsrichtung des Abgases vor dem SCR-Katalysator (30) und/ oder ein NOx/NH3-Gehalt (91) einer weiteren Abgassonde (90) hinter dem SCR-Katalysator (30) bei der Regelung bzw. Vorsteuerung der Reduktionsmittelbereitstellung berücksichtigt werden. - Verfahren nach einem der
Ansprüche 1 bis3 , dadurch gekennzeichnet, dass in dem Modell der Speicherzustand des Speichers (41) des Reduktionsmittel Speichersystems (40) berücksichtigt wird. - Verfahren nach einem der
Ansprüche 1 bis4 , dadurch gekennzeichnet, dass die Reduktionsmittelfreisetzungsrate durch Auswertung von Regelgrößen (44) als Zustandsparameter des Reduktionsmittel-Speichersystems (40) überwacht wird. - Verfahren nach einem der
Ansprüche 1 bis5 , dadurch gekennzeichnet, dass das Modell des Speicherzustands des Speichers (41) des Reduktionsmittel Speichersystems (40) sowie die eingangsseitigen Regelgrößen (44) in ein oder mehreren Kennfeldern hinterlegt werden. - Verfahren nach einem der
Ansprüche 1 bis6 , dadurch gekennzeichnet, dass beim dynamischen Wechsel zwischen zwei Zielfreisetzungsraten ein stationärer Vorsteuerwert gezielt übersteuert wird. - Verfahren nach einem der
Ansprüche 1 bis7 , dadurch gekennzeichnet, dass die Zielfreisetzungsrate der momentanen Dosiermenge entspricht und die Dosiermenge aus einem modellbasierten Algorithmus unter Berücksichtigung von Betriebszustandsparametern (61) einer Motorsteuerung (60) der Brennkraftmaschine (10) sowie einer Beladungsstrategie für den SCR-Katalysator (30) ermittelt wird. - Verfahren nach einem der
Ansprüche 1 bis8 , dadurch gekennzeichnet, dass die Zielfreisetzungsrate im Rahmen der Vorsteuerung zusätzlich von einem prognostizierten Fahrzustand (110) beeinflusst wird. - Verfahren nach
Anspruch 9 , dadurch gekennzeichnet, dass für den prognostizierten Fahrzustand (110) Ortsdaten aus einem GPS-Empfänger herangezogen werden. - Verfahren nach
Anspruch 9 , dadurch gekennzeichnet, dass für den prognostizierten Fahrzustand (110) Daten zur Verkehrssituation und/ oder Daten zu Abstand zu vorausfahrenden Fahrzeugen herangezogen werden. - Anwendung des Verfahrens nach einem der
Ansprüche 1 bis11 bei Reduktionsmittel-Speichersystemen (40), bei denen Ammoniak durch Desorption und/ oder Thermolyse aus Salzen und/ oder organischen Adsorbern freigesetzt wird.
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Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19728343C1 (de) | 1997-07-03 | 1999-04-15 | Bosch Gmbh Robert | Verfahren und Vorrichtung zur selektiven katalytischen NOx-Reduktion |
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|---|---|---|---|---|
| US6399034B1 (en) | 1997-05-14 | 2002-06-04 | Hjs Fahrzeugtechnik Gmbh & Co. | Process for reducing nitrogen oxides on SCR catalyst |
| DE19728343C1 (de) | 1997-07-03 | 1999-04-15 | Bosch Gmbh Robert | Verfahren und Vorrichtung zur selektiven katalytischen NOx-Reduktion |
| DE10139142A1 (de) | 2001-08-09 | 2003-02-20 | Bosch Gmbh Robert | Abgasbehandlungseinheit und Messvorrichtung zur Ermittlung einer Konzentration einer Harnstoff-Wasser-Lösung |
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Non-Patent Citations (2)
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| WEISSWELLER in CIT (72), Seite 441-449, 2000 |
| WEISWEILER, D : Entfernung von Stickstoffoxiden aus Sauer-stoff enthaltenden Automobil-Abgasen : In: Chemieingenieurtechnik (5 / 2000), S. 441 - 449 |
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