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Dokumentenidentifikation DE10041891A1 19.04.2001
Titel Abgasreinigungsanlage mit interner Reduktionsmittelerzeugung
Anmelder DaimlerChrysler AG, 70567 Stuttgart, DE
Erfinder Lehrer, Horst, 73614 Schorndorf, DE;
Weirich, Marko, Dipl.-Ing., 70374 Stuttgart, DE
DE-Anmeldedatum 25.08.2000
DE-Aktenzeichen 10041891
Offenlegungstag 19.04.2001
Veröffentlichungstag im Patentblatt 19.04.2001
IPC-Hauptklasse B01D 53/88
IPC-Nebenklasse B01D 53/94   F01N 3/08   
Zusammenfassung Die Erfindung bezieht sich auf eine Abgasreinigungsanlage zur Reinigung des Abgases einer Verbrennungsquelle mit einem Reduktionsmittelerzeugungskatalysator und einem nachgeschalteten Reduktionsmittelspeicher- und Stickoxidreduktionskatalysator sowie mit einer Steuereinheit zum umsteuerbaren Betrieb der Verbrennungsquelle in einer Magerbetriebsart oder einer Reduktionsmittelerzeugungs-Fettbetriebsart.
Erfindungsgemäß sind Mittel zur sensorischen und/oder modellbasierten Erfassung der im Reduktionsmittelspeicher- und Stickoxidreduktionskatalysator zwischengespeicherten Reduktionsmittelmenge vorgesehen, und die Steuereinheit ist so ausgelegt, dass sie die Verbrennungsquelle zwischen der Magerbetriebsart und der Reduktionsmittelerzeugungs-Fettbetriebsart wenigstens in Abhängigkeit von der erfassten zwischengespeicherten Reduktionsmittelmenge umsteuert.
Verwendung z. B. in Kraftfahrzeugen.

Beschreibung[de]

Die Erfindung bezieht sich auf eine Abgasreinigungsanlage zur Reinigung des Abgases einer Verbrennungsquelle mit einem Reduktionsmittelerzeugungskatalysator, einem nachgeschalteten Reduktionsmittelspeicher- und Stickoxidreduktionskatalysator und einer Steuereinheit zum umsteuerbaren Betrieb der Verbrennungsquelle in einer Magerbetriebsart oder einer Reduktionsmittelerzeugungs-Fettbetriebsart.

Abgasreinigungsanlagen dieser Art werden beispielsweise zur Abgasreinigung bei vorwiegend mager betriebenen Kraftfahrzeug- Verbrennungsmotoren verwendet, wobei üblicherweise Ammoniak als das intern erzeugte Reduktionsmittel fungiert. Verschiedene Beispiele solcher Abgasreinigungsanlagen für einen Kraftfahrzeug-Verbrennungsmotor sind in der Offenlegungsschrift WO 97/17532 A1 beschrieben. Der Verbrennungsmotor wird aus Kraftstoffeinsparungsgründen in möglichst langen Zeitintervallen mager betrieben, während durch kurzzeitige Ammoniakerzeugungs- Fettbetriebsphasen dafür gesorgt wird, dass Ammoniak erzeugt und zwischengespeichert werden kann, mit dem dann die im anschließenden Magerbetrieb anfallenden Stickoxide reduziert werden können. Unter Reduktionsmittelerzeugungs-Fettbetrieb ist hierbei vorliegend nicht zwingend ein insgesamt fetter, d. h. mit überstöchiometrischem Kraftstoffanteil arbeitender Betrieb des Verbrennungsmotors gemeint, vielmehr kann es hierfür genügen, nur einen oder einen Teil von mehreren Brennräumen des Verbrennungsmotors oder einer anderen abgasemittierenden Verbrennungsquelle mit fettem Kraftstoff/Luft-Gemisch zu betreiben.

Zur Ermittlung eines günstigen Zeitpunktes zur Umschaltung vom Reduktionsmittelerzeugungs-Fettbetrieb auf den Magerbetrieb kommt als eine Möglichkeit in Betracht, durch einen Reduktionsmittelsensor stromabwärts des Reduktionsmittelspeicher- und Stickoxidreduktionskatalysators festzustellen, ab wann dort ein Durchbruch an nicht mehr einspeicherbarem Reduktionsmittel auftritt. Dies erlaubt allerdings keine Umschaltung schon vor Auftreten eines solchen Reduktionsmitteldurchbruchs. Analog kommt zur Erkennung eines geeigneten Zeitpunkts zur Umschaltung vom Reduktionsmittelerzeugungs-Fettbetrieb auf Magerbetrieb in Betracht, durch einen Stickoxidsensor stromabwärts des Reduktionsmittelspeicher- und Stickoxidreduktionskatalysators einen dort auftretenden Stickoxiddurchbruch zu detektieren, wobei auch in diesem Fall die Umschaltung nicht vor Auftreten des Stickoxiddurchbruchs erfolgen kann.

Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstellung einer neuartigen Abgasreinigungsanlage der eingangs genannten Art zugrunde, die sich im Vergleich zu herkömmlichen Anlagen in verbesserter Weise und insbesondere abgestimmt auf die jeweils aktuell zwischengespeicherte Reduktionsmittelmenge betreiben lässt.

Die Erfindung löst dieses Problem durch die Bereitstellung einer Abgasreinigungsanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Diese Anlage beinhaltet charakteristischerweise Mittel zur sensorischen und/oder modellbasierten Erfassung der im Reduktionsmittelspeicher- und Stickoxidreduktionskatalysator zwischengespeicherten Reduktionsmittelmenge, d. h. die dort jeweils aktuell vorhandene Reduktionsmittelmenge kann sowohl in den Magerbetriebsphasen als auch in den Reduktionsmittelerzeugungs-Fettbetriebsphasen quantitativ zeitabhängig ermittelt werden. Die Steuereinheit ist darauf ausgelegt, zwischen der Magerbetriebsart und der Reduktionsmittelerzeugungs-Fettbetriebsart wenigstens in Abhängigkeit von der so erfassten zwischengespeicherten Reduktionsmittelmenge umzuschalten. Durch die quantitative Erfassung der jeweils im Reduktionsmittelspeicher- und Stickoxidreduktionskatalysator bereitstehenden Reduktionsmittelmenge kann diese Betriebsartumschaltung präzise darauf abgestimmt erfolgen, d. h. die Steuereinheit kann rechtzeitig vor Auftreten eines Reduktionsmitteldurchbruchs auf Magerbetrieb und rechtzeitig vor Auftreten eines Stickoxiddurchbruchs auf den Reduktionsmittelerzeugungs-Fettbetrieb umschalten.

Eine nach Anspruch 2 weitergebildete Abgasreinigungsanlage ermöglicht eine Umschaltung auf Magerbetrieb speziell dann, wenn die erfasste zwischengespeicherte Reduktionsmittelmenge während einer Reduktionsmittelerzeugungs-Fettbetriebsphase einen oberen Mengenschwellwert überschreitet, der geeignet vorgegeben werden kann, insbesondere so, dass rechtzeitig vor Auftreten eines Reduktionsmitteldurchbruchs auf Magerbetrieb umgeschaltet wird. Dazu ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 3 eine von der Temperatur des Reduktionsmittelspeicher- und Stickoxidreduktionskatalysators abhängige Vorgabe des oberen Mengenschwellwertes vorgesehen, wodurch die Tatsache berücksichtigt werden kann, dass die Reduktionsmittelspeicherkapazität dieses Katalysators üblicherweise mit steigender Temperatur abnimmt.

Eine nach Anspruch 4 weitergebildete Anlage ermöglicht eine Umschaltung auf den Reduktionsmittelerzeugungs-Fettbetrieb, wenn die erfasste zwischengespeicherte Reduktionsmittelmenge einen vorgebbaren unteren Mengenschwellwert unterschreitet und die angeforderte Leistung der Verbrennungsquelle in einem vorgebbaren Teilbereich ihres gesamten Leistungsbereichs liegt. Damit lässt sich erreichen, dass schon rechtzeitig auf Reduktionsmittelerzeugungs-Fettbetrieb umgeschaltet werden kann, bevor die zwischengespeicherte Ammoniakmenge völlig verbraucht ist, die Umschaltung aber nur erfolgt, wenn dies beim momentanen Betriebszustand der Verbrennungsquelle sinnvoll ist. Beispielsweise kann die Umschaltung unterbleiben, solange sich die Verbrennungsquelle in einem Zustand sehr geringer angeforderter Leistung befindet. In einer weiteren Ausgestaltung dieser Maßnahme wird gemäß Anspruch 5 als umschaltrelevantes Maß für die angeforderte Leistung der Verbrennungsquelle, wenn letztere ein Verbrennungsmotor ist, ein von der Motordrehzahl abhängig gewählter Schwellwert für das indizierte, d. h. angeforderte Drehmoment vorgegeben.

Bei einer nach Anspruch 6 weitergebildeten, mit Ammoniak als Reduktionsmittel arbeitenden Anlage ist ein NOx/NH3-Sensor zwischen den beiden Katalysatoren vorgesehen, der im Magerbetrieb die NOx-Konzentration und im Ammoniakerzeugungs-Fettbetrieb die Konzentration an erzeugtem Ammoniak im Abgas erfasst, woraus dann unter Erfassung weiterer hierfür benötigter Parameter, wie Luft- und Kraftstoffmassenstrom, die anfallenden Mengen an zu reduzierenden Stickoxiden und erzeugtem Ammoniak quantitativ ermittelt werden können.

Bei einer nach Anspruch 7 weitergebildeten Anlage stellt die Steuereinheit im Reduktionsmittelerzeugungs-Fettbetrieb geeignete Betriebsparameter für einen die Verbrennungsquelle bildenden Verbrennungsmotor ein, um ein gewünschtes fettes Luftverhältnis einzuregeln und durch zusätzliche luftmassen- und drehzahlabhängige Frühverstellung des Zündzeitpunktes möglichst viel Reduktionsmittel zu erzeugen.

Eine nach Anspruch 8 weitergebildete Anlage weist einen NOx/NH3-Sensor stromabwärts des Reduktionsmittelspeicher- und Stickoxidreduktionskatalysators auf. Dieser Sensor eignet sich besonders zur Funktionsüberwachung einer mit Ammoniak als Reduktionsmittel arbeitenden Anlage, da mit ihm eventuelle Stickoxid- und Ammoniakdurchbrüche detektiert werden können.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Hierbei zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Blockdiagramm einer Abgasreinigungsanlage mit interner Ammoniakerzeugung mit zugehörigem Verbrennungsmotor und

Fig. 2 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung der Betriebsweise der Anlage von Fig. 1.

Die in Fig. 1 gezeigte Anlage dient zur Reinigung des Abgases eines Verbrennungsmotors 1 beispielsweise in einem Kraftfahrzeug. Die Anlage beinhaltet im Abgasstrang 2 einen relativ motornah angeordneten ersten Katalysator K1 und diesem nachgeschaltet einen zweiten Katalysator K2, der z. B. im Unterbodenbereich des Kraftfahrzeugs angeordnet sein kann. Der erste Katalysator K1 ist als Ammoniakerzeugungskatalysator ausgelegt, der in einer Ammoniakerzeugungs-Fettbetriebsart des Verbrennungsmotors 1, in welcher eine fette Abgaszusammensetzung mit darin enthaltenem Wasserstoff und Stickstoffmonoxid vorliegt, aus dem Wasserstoff und dem Stickstoffmonoxid Ammoniak unter zusätzlicher Bildung von Wasser synthetisiert. Dazu enthält der erste Katalysator K1 als katalytisch aktives Material eines oder mehrere Edelmetalle, wie Pt, Pd oder Rh. Der zweite Katalysator K2 ist als Ammoniakspeicher- und Stickoxidreduktionskatalysator ausgelegt und enthält eine hierfür geeignete aktive Schicht z. B. aus V2O5.

Ein Motorsteuergerät 3 dient zur Steuerung des Verbrennungsmotors 1 und der zugehörigen Abgasreinigungsanlage. Dazu empfängt sie Eingangssignale von diversen, am Verbrennungsmotor 1 und der Abgasreinigungsanlage angeordneten Sensoren, und zwar ein Luftmassen-Eingangssignal E1 von einem Luftmassensensor 9, ein Motordrehzahl-Eingangssignal E2 von einem Drehzahlsensor 4, ein Abgasluftverhältnis-Eingangssignal E3 von einer im Abgasstrang 2 zwischen dem Motor 1 und dem ersten Katalysator K1 angeordneten Lambdasonde 5, ein erstes NOx/NH3-Eingangssignal E4 von einem ersten, zwischen den beiden Katalysatoren K1, K2 angeordneten NOx/NH3-Sensor 6, ein Katalysatortemperatur- Eingangssignal E5 über die im zweiten Katalysator K2 herrschende Temperatur von einem dort positionierten Temperatursensor 7 und ein zweites NOx/NH3-Eingangssignal E6 von einem stromabwärts des zweiten Katalysators K2 im Abgasstrang 2 angeordneten NOx/NH3-Sensor 8 sowie je nach Bedarf weitere, hier nicht näher interessierende Eingangssignale. Das Motorsteuergerät 3 verarbeitet die Eingangssignale E1 bis E6 und ermittelt daraus anhand entsprechend programmierter Algorithmen und gegebenenfalls abgelegter Kennlinien Steuersignale als Ausgangsgrößen, die zur Steuerung des Verbrennungsmotors 1 und der Abgasreinigungsanlage dienen und von denen als hier explizit interessierende Ausgangsgrößen ein Einspritzzeitsignal A1 und ein Zündzeitpunktsignal A2 für den Verbrennungsmotor 1 gezeigt sind.

Zwecks Minimierung des Kraftstoffverbrauchs wird der Verbrennungsmotor 1 insbesondere in Betriebszuständen mit niedriger bis mittlerer Motorlast im Magerbetrieb gefahren, in welchem das Motorsteuergerät 3 mit Hilfe des Lambdasondensignals E3 eine magere Zusammensetzung des Kraftstoff/Luft-Gemischs für den Motor 1 und damit des von ihm emittierten Abgases einregelt. In dieser Magerbetriebsart ist der erste Katalysator K1 nicht in der Lage, die im Abgas enthaltenen Stickoxide zu reduzieren. Letztere werden vielmehr im zweiten Katalysator K2 mit dort zuvor eingelagertem Ammoniak zu Stickstoff reduziert.

Deshalb wird in zeitweiligen Ammoniakerzeugungs-Fettbetriebsphasen für einen oder mehrere Zylinder des mehrzylindrischen Verbrennungsmotors 1 ein fettes Gemisch eingestellt, so dass das emittierte Abgas unter anderem merkliche Mengen an H2 und NO enthält, die im ersten Katalysator K1 zu NH3 unter zusätzlicher Bildung von H2O synthetisiert werden. Der im ersten Katalysator K1 erzeugte Ammoniak gelangt über den ersten NOx/NH3- Sensor 6, der hierbei die NH3-Konzentration im Abgas erfasst, in den zweiten Katalysator K2 und wird dort zwischengespeichert. Im Magerbetrieb steht dann der dort eingespeicherte Ammoniak in O2-haltiger Abgasatmosphäre zur Reduktion sowohl von NO als auch von NO2 zu Stickstoff unter zusätzlicher Bildung von Wasser zur Verfügung. Im Magerbetrieb ist der erste NOx/NH3-Sensor 6 in der Lage, die NOx-Konzentration im Abgas zu messen. Mit dem zweiten NOx/NH3-Sensor 8 wird die fehlerfreie Funktion des Abgasreinigungssystems überwacht, d. h. über dessen Signal E6 ist das Motorsteuergerät 3 in der Lage, einen auf eine Fehlfunktion hindeutenden Durchbruch von Stickoxiden oder Ammoniak zu erkennen.

Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf das entsprechende Flussdiagramm von Fig. 2 näher auf die Funktionsweise der in Fig. 1 gezeigten Abgasreinigungsanlage eingegangen, wobei der Betrieb des Motors 1 und der Abgasreinigungsanlage primär von dem hierzu entsprechend ausgelegten Motorsteuergerät 3 gesteuert wird.

Zunächst wird festgestellt, ob momentan der Magerbetrieb oder der Ammoniakerzeugungs-Fettbetrieb eingestellt ist (Schritt 1). Wenn der Ammoniakerzeugungs-Fettbetrieb vorliegt, erfasst die Steuereinheit 3 laufend die Konzentration an im ersten Katalysator K1 erzeugtem Ammoniak (Schritt 2). Dazu wertet sie das Signal des ersten NOx/NH3-Sensors 4 aus. Dieser Sensor 6 herkömmlicher Bauart weist bekanntermaßen eine Querempfindlichkeit für NH3 auf. Da in der Ammoniakerzeugungs-Fettbetriebsart alle vom Motor 1 emittierten Stickoxide im ersten Katalysator K1 reduziert werden, und zwar zum größten Teil zu Ammoniak, ist in dieser Betriebsart das Ausgangssignal E4 dieses Sensors 6 ein Maß für die NH3-Konzentration im Abgas. Speziell ist die Sensorausgangsspannung im wesentlichen proportional zur NH3-Konzentration. Anhand von entsprechend abgelegten Kennlinien für die NH3-Konzentration in Abhängigkeit vom NOx/NH3-Sensorsignal E4 und dem von der Lambdasonde 5 gemessenen Lambdawert E3 ermittelt das Steuergerät somit laufend die momentane NH3-Konzentration im Abgas. Diese multipliziert sie mit der anhand der entsprechenden Eingangssignale feststellbaren Summe aus Frischluft- und Kraftstoffmassenstrom und erhält daraus den NH3-Massenstrom im Abgas. Diesen zeitabhängigen NH3- Massenstrom addiert das Steuergerät 3 zu der bislang im zweiten Katalysator K2 vorliegenden NH3-Menge und bestimmt so die jeweils aktuell im zweiten Katalysator K2 eingespeicherte NH3- Menge (Schritt 3).

Alternativ zu dieser sensorbasierten Ermittlung der jeweils momentan eingespeicherten NH3-Menge kann eine modellbasierte Bestimmung derselben vorgesehen sein, bei der ein zugehöriges Rechenmodell verwendet wird, welches die erzeugte NH3-Menge in Abhängigkeit von den diesbezüglich relevanten Systemparametern liefert, insbesondere in Abhängigkeit von den hierfür relevanten Motorbetriebsparametern wie Luftmasse E1, Drehzahl E2 und Luftverhältnis E3.

Das Steuergerät 3 prüft dann anhand der festgestellten, aktuell eingespeicherten NH3-Menge, ob der zweite Katalysator K2 wieder ausreichend mit Ammoniak beladen wurde und auf Magerbetrieb umgeschaltet werden kann. Dazu ermittelt das Steuergerät zunächst einen aktuell gültigen Wert für einen oberen Mengenschwellwert SGo in Abhängigkeit vom Signal E5 des Katalysatortemperatursensors 7 (Schritt 4). Dadurch wird berücksichtigt, dass die NH3-Speicherkapazität des zweiten Katalysators K2 bei gegebener Katalysatorgröße mit steigender Temperatur abnimmt. Eine entsprechende temperaturabhängige Kennlinie für die NH3- Speicherkapazität des zweiten Katalysators K2 wird im Steuergerät 3 abgelegt, das somit anhand dieser Kennlinie und der aktuell gemessenen Katalysatortemperatur E5 die aktuelle NH3- Speicherkapazität ermitteln kann und dementsprechend den oberen Mengenschwellwert SGo auf diesen Wert oder einen demgegenüber um einen vorgebbaren Toleranzabstand kleineren Wert festlegt. Dann vergleicht das Steuergerät 3 laufend die ermittelte, aktuell zwischengespeicherte NH3-Menge mit dem aktuellen oberen Mengenschwellwert SGo (Schritt 5). Solange letzterer nicht überschritten wird, kann der Ammoniakerzeugungs-Fettbetrieb beibehalten werden, wenn auch der Systemzustand im übrigen nicht dagegen spricht.

Stellt das Steuergerät 3 hingegen fest, dass die eingespeicherte NH3-Menge den aktuell geltenden oberen Mengenschwellwert SGo überschritten hat, steuert es den Anlagenbetrieb auf die Magerbetriebsart um (Schritt 6), indem sie durch entsprechende Änderung des Einspritzzeitsignals A1 das Luftverhältnis λ in den mageren Bereich λ ≥ 1 einstellt und eine Zündwinkel-Frühverstellung, die im Fettbetrieb erfolgt, durch entsprechende Änderung des Zündwinkelsignals A2 wieder zurücknimmt.

In den Zeiträumen, in denen die Magerbetriebsart vorliegt, erfasst das Steuergerät 3 die im Abgas enthaltene NOx-Menge (Schritt 7), um auch während einer Magerbetriebsphase Kenntnis über die jeweils noch im zweiten Katalysator K2 vorhandene Ammoniakmenge zu haben. Speziell ermittelt sie diese NOx-Menge anhand des Ausgangssignals E4 des ersten NOx/NH3-Sensors 6, das in dieser Magerbetriebsphase mangels im Abgas vorhandenem Ammoniak für die NOx-Konzentration im Abgas indikativ ist, und des Lambdawertes E3 unter Verwendung einer zugehörigen abgelegten Kennlinie. Aus der NOx-Konzentration kann dann unter Kenntnis des Frischluft- und Kraftstoffmassenstroms der NOx- Massenstrom im Abgas bestimmt werden. Daraus ermittelt das Steuergerät 3 den zur Reduktion dieses NOx-Massenstroms erforderlichen NH3-Massenstrom und subtrahiert letzteren laufend von der jeweiligen NH3-Restmenge im zweiten Katalysator K2 und berechnet so die in diesem jeweils noch eingespeicherte NH3-Menge (Schritt 8).

Das Steuergerät 3 stellt dann fest, ob die ermittelte NH3- Restmenge im zweiten Katalysator K2 einen vorgegebenen unteren Mengenschwellwert SGu unterschritten hat (Schritt 9). Dieser wird auf einen ausreichend über null liegenden Wert gesetzt, um einen NOx-Durchbruch aufgrund Ammoniakmangels zu vermeiden. Wenn die zwischengespeicherte NH3-Menge den unteren Mengenschwellwert SGu unterschritten hat, prüft das Steuergerät 3 weiter, ob das indizierte Drehmoment Mindiz des Motors 1, d. h. der z. B. von einem Fahrer eines Kraftfahrzeugs über ein Gaspedal angeforderte Leistungsbedarf des Kraftfahrzeugmotors, über einem vorgegebenen Drehmomentschwellwert MG liegt (Schritt 10). Dieser Drehmomentschwellwert MG wird vorzugsweise drehzahlabhängig dergestalt vorgegeben, dass er mit höherer Drehzahl des Motors 1 sinkt.

Sobald auch diese Drehmomentbedingung erfüllt ist, steuert das Steuergerät 3 den Anlagenbetrieb auf die Durchführung einer kurzzeitigen Ammoniakerzeugungs-Fettbetriebsphase um (Schritt 11.) Dazu stellt das Steuergerät 3 hierfür geeignete Betriebsparameter für den Motor 1 ein, insbesondere regelt sie über das Einspritzzeitsignal A1 ein gewünschtes, fettes Luftverhältnis von z. B. λ = 0,9 durch Einstellung einer entsprechenden Kraftstoffeinspritzdauer ein und nimmt anhand des Zündzeitpunkt- bzw. Zündwinkelsignals A2 eine Frühverstellung des Zündzeitpunkts bzw. Zündwinkels vor, wobei das Maß an Zündwinkel-Frühverstellung abhängig von der Luftmasse E1 und der Motordrehzahl E2 so gewählt wird, dass sich eine möglichst hohe emittierte Stickoxidmasse und somit eine möglichst hohe erzeugte Ammoniakmasse ergibt.

Sollten aufgrund einer nicht mehr optimalen Wahl der verschiedenen Schwellwerte oder aufgrund einer Fehlfunktion unbeabsichtigt NOx- oder NH3-Durchbrüche im Magerbetrieb bzw. im Ammoniakerzeugungs-Fettbetrieb hinter dem zweiten Katalysator K2 auftreten, können diese vom Steuergerät 3 über den zweiten NOx/NH3-Sensor 8 erkannt werden, so dass geeignete Korrekturmaßnahmen vorgenommen werden können.

Wie aus der obigen Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung deutlich wird, ermöglicht die erfindungsgemäße Abgasreinigungsanlage eine kontinuierliche Überwachung der aktuellen Reduktionsmittelmenge im Reduktionsmittelspeicher- und Stickoxidreduktionskatalysator und folglich einen darauf abgestimmten Anlagenbetrieb mit jeweils rechtzeitiger Umschaltung zwischen Magerbetrieb und Reduktionsmittelerzeugungs-Fettbetrieb unter Vermeidung von NH3- und NOx-Durchbrüchen bei gleichzeitig möglichst niedrigem Gesamtkraftstoffverbrauch der abgasemittierenden Verbrennungsquelle. Zur effektiven Reduktionsmittelerzeugung werden geeignete Betriebsparameter während der Reduktionsmittelerzeugungs-Fettbetriebsphasen gewählt, wobei als Kriterium für die jeweilige Aktivierung einer Reduktionsmittelerzeugungs-Fettbetriebsphase bevorzugt neben der noch vorhandenen zwischengespeicherten Reduktionsmittel-Restmenge auch der momentane Leistungsbedarf der Verbrennungsquelle, im Fall eines Verbrennungsmotors z. B. das indizierte Drehmoment, berücksichtigt wird.

Es versteht sich, dass je nach Anwendungsfall Modifikationen der gezeigten Abgasreinigungsanlage möglich sind. So können je nach Bedarf einer oder mehrere weitere Katalysatoren vorgesehen sein. Des weiteren können weitere Sensoren vorgesehen sein, oder es kann ein Teil der gezeigten Sensoren entfallen. Soweit keine Sensoren vorhanden sind, erfolgt die laufende Erfassung der zwischengespeicherten Reduktionsmittelmenge auf der Basis eines entsprechenden implementierten Rechenmodells der hierfür relevanten physikalischen Größen der Anlage. Als weitere Modifikation kann der Reduktionsmittelspeicher- und Stickoxidreduktionskatalysator statt wie gezeigt aus einem einzigen Katalysatorkörper alternativ aus zwei hintereinandergeschalteten Katalysatorkörpern bestehen, von denen der stromaufwärtige spezifisch die Reduktionsmittelspeicherfunktion und der stromabwärtige spezifisch die Stickoxidreduktionsfunktion erfüllt.


Anspruch[de]
  1. 1. Abgasreinigungsanlage zur Reinigung des Abgases einer Verbrennungsquelle, insbesondere eines Kraftfahrzeug- Verbrennungsmotors, mit
    1. - einem Reduktionsmittelerzeugungskatalysator (K1) und einem nachgeschalteten Reduktionsmittelspeicher- und Stickoxidreduktionskatalysator (K2) und
    2. - einer Steuereinheit (3) zum umsteuerbaren Betrieb der Verbrennungsquelle (1) in einer Magerbetriebsart oder einer Reduktionsmittelerzeugungs-Fettbetriebsart,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    1. - Mittel (3 bis 9) zur sensorischen und/oder modellbasierten Erfassung der im Reduktionsmittelspeicher- und Stickoxidreduktionskatalysator (K2) zwischengespeicherten Reduktionsmittelmenge vorgesehen sind und
    2. - die Steuereinheit (3) so ausgelegt ist, dass sie die Verbrennungsquelle (1) zwischen der Magerbetriebsart und der Reduktionsmittelerzeugungs-Fettbetriebsart wenigstens in Abhängigkeit von der erfassten zwischengespeicherten Reduktionsmittelmenge umsteuert.
  2. 2. Abgasreinigungsanlage nach Anspruch 1, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (3) auf die Magerbetriebsart umsteuert, wenn die erfasste zwischengespeicherte Reduktionsmittelmenge während einer Reduktionsmittelerzeugungs-Fettbetriebsphase einen vorgebbaren oberen Mengenschwellwert (SGo) überschreitet.
  3. 3. Abgasreinigungsanlage nach Anspruch 2, weiter dadurch gekennzeichnet, dass der obere Mengenschwellwert (SGo) in Abhängigkeit von der Temperatur des Reduktionsmittelspeicher- und Stickoxidreduktionskatalysators (K2) vorgegeben ist.
  4. 4. Abgasreinigungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (3) auf die Reduktionsmittelerzeugungs- Fettbetriebsart umsteuert, wenn die erfasste zwischengespeicherte Reduktionsmittelmenge einen vorgebbaren unteren Mengenschwellwert (SGu) unterschreitet und die angeforderte Leistung der Verbrennungsquelle (1) in einem vorgebbaren Leistungsteilbereich liegt.
  5. 5. Abgasreinigungsanlage nach Anspruch 4, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungsquelle ein Verbrennungsmotor (1) ist und der vorgebbare Leistungsteilbereich von demjenigen Teilbereich des indizierten Drehmomentes des Verbrennungsmotors gebildet ist, der über einem motordrehzahlabhängig vorgegebenen Drehmomentschwellwert (MG) liegt.
  6. 6. Abgasreinigungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die Reduktionsmittelmengen-Erfassungsmittel einen NOx/NH3- Sensor (6) zwischen dem Reduktionsmittelerzeugungskatalysator (K1) und dem Reduktionsmittelspeicher- und Stickoxidreduktionskatalysator (K2) beinhalten.
  7. 7. Abgasreinigungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 6, weiter dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungsquelle ein Verbrennungsmotor (1) ist und die Steuereinheit (3) in der Reduktionsmittelerzeugungs- Fettbetriebsart für wenigstens einen Brennraum des Verbrennungsmotors ein fettes Luft/Kraftstoff-Gemisch einstellt und den Zündzeitpunkt luftmassen- und drehzahlabhängig in Richtung früh verstellt.
  8. 8. Abgasreinigungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 7, weiter gekennzeichnet durch einen NOx/NH3-Sensor (8) stromabwärts des Reduktionsmittelspeicher- und Stickoxidreduktionskatalysators (K2).






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