AT510572A4 - Verfahren zur bestimmung der nh3-beladung eines scr-katalysators - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der NH3-Beladung eines SCR-Katalysators im Abgasstrang einer Brennkraftmaschine, wobei mit zumindest einem Sensor, vorzugsweise einem NOx-Sensor, stromabwärts des SCR-Katalysators die NH3-Konzentration im Abgas ermittelt wird. Um die Genauigkeit von dynamischen Modellen zur NH3-Füllstandsbestimmung eines SCR-Katalysators zu verbessern, ist vorgesehen, dass auf Basis einer gemessenen NH3-Konzentration nach dem SCR-Katalysator über das dynamische Gleichgewicht zwischen NH3-Adsorption und NH3-Desorption direkt der aktuelle NH3-Füllstand des SCR-Katalysators berechnet wird, wobei vorzugsweise zur Ermittlung des dynamischen Gleichgewichtes zumindest ein physikalisches Modell basierend auf Adsorptionsisothermen verwendet wird.

Description

- 1 - 56124
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der NH3-Beladung eines SCR-Katalysators im Abgasstrang einer Brennkraftmaschine, wobef mit zumindest einem Sensor, vorzugsweise einem NOx-Sensor, stromabwärts des SCR-Katalysators die NH3-Konzentration im Abgas ermittelt wird.
Aus den Veröffentlichungen DE 10 347 130 Al, DE 10 347 131 Al und DE 10 347 132 Al sind Verfahren zur modellbasierten Regelung eines SCR-Katalysators einer Brennkraftmaschine bekannt, wobei das jeweils verwendete dynamische Modell die NH3-Beladung des SCR-Katalysators berücksichtigt. Ein modellierter NOx-Wert des dynamischen Modells wird kontinuierlich mittels eines stromabwärts des SCR-Katalysators angeordneten NOx-Sensors gemessenen NOx-Wert abgeglichen.
Dynamischen Füllstandsmodellen zur SCR Regelung liegt ein Modell des SCR Katalysators zugrunde, welches anhand von Massenbilanzen die aktuelle NH3 Beladung des Katalysators modelliert. Aufgrund von Ungenauigkeiten in der Sensorik und Aktuatorik, kann diese modellierte NH3 Beladung im Zuge des Betriebs vom realen Wert abdriften. Deshalb muss in bestimmten Intervallen, die modellierte NH3 Beladung mit der realen Beladung abgeglichen werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, auf einfache Weise die Genauigkeit von Füllstandsmodellen zu verbessern.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass auf Basis einer gemessenen NH3-Konzentration nach dem SCR-Katalysator über das dynamische Gleichgewicht zwischen NH3-Adsorption und NH3-Desorption direkt der aktuelle NH3-Füll-stand des SCR-Katalysators berechnet wird, wobei vorzugsweise zur Ermittlung des dynamischen Gleichgewichtes zumindest ein physikalisches Modell basierend auf Adsorptionsisothermen verwendet wird. Für den Modellabgleich muss zunächst der Füllstand des SCR-Katalysators bzw. die NH3-Konzentration nach dem SCR-Katalysator bekannt sein bzw. messtechnisch erfasst werden. Dies kann auf unterschiedliche Arten erfolgen, wie zum Beispiel durch direkte Messung mittels NH3-Sensor oder durch Ausnützung der Querempfindlichkeit herkömmlicher NOx-Sensoren zu NH3- über einen NOx-Sensor. In der Literatur sind Verfahren bekannt, um zuverlässig NH3 detektieren zu können, wie zum Beispiel im Schubbetrieb (siehe DE 10 20^505 0709 Al).
O - 2 - - 2 - Θ
Ist die NH3-Konzentration nach dem realen SCR-Katalysator bekannt, kann in weiterer Folge über eine Adsorptionsisotherme der statische NH3-Füllstand im SCR-Katalysator analytisch berechnet werden.
Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass als Adsorptionsisotherme eine Lang-muir-Adsorptionsisotherme der Form NHJ — verwendet wird, wobei 0,^, die aktuelle NH3-Beladung, KU die Adsorptionsgleichgewichtskonstante und CNH3 die Konzentration des Bestandteiles NH3 im Abgas stromabwärts des SCR-Katalysator ist. die Adsorptionsgleichgewichtskonstante KA kann aus Kennfeldern oder Kennlinien ermittelt werden. Sind Parameter für die Reaktionskinetiken der Ad- und Desorption bekannt, so kann die Adsorptionsgleichgewichtskonstante KA auch mittels dieser aus der Gleichung
K vod •e
A de berechnet werden, wobei kad [m/s] ein präexponentieller Term für die Adsorption und kde [m/s] ein präexponentieller Term für die Desorption, Ead [J/kmol]die Aktivierungsenergie für die Adsorption und Ecie [J/kmol]die Aktivierungsenergie für die Desorption ist.
Alternativ zur Langmuir-Adsorptionsisotherme kann als Adsorptionsisotherme 0^ auch eine BET-Isotherme der Form Θ =
K ’ ffmax ’ ^NHJ 1 + verwendet werden, wobei die aktuelle NH3-Beladung, K der
Adsorptionskoeffizient, qmax die maximale Konzentration des NH3 in einer Schicht an der Oberfläche des Abgases, Csat die Löslichkeit des NH3 und CNh3 die Konzentration des Bestandteiles NH3 im Abgas stromabwärts des SCR-Katalysator ist.
Weiters ist es auch möglich, als Adsorptionsisotherme eine Freundlich-Isotherme der Form - 3 - k θ = Κ ·Γη WNH3 Λ/ lJVW3 zu verwenden, wobei die aktuelle NH3-Beladung, Kf der Freundlich-Koeffi- zlent, Cmh3 die Konzentration des IMH3 im Abgas stromabwärts des SCR-Katalysa-tor und n der Freundlich-Exponent ist.
Durch das beschriebene Verfahren kann ein rascher und genauer Abgleich des .··*·. NH3-Füllstands des Modells mit dem realen System erfolgen (statisches Verfah- ****** ren). Dadurch wird eine robuste Regelung realisiert, welche hohe NOx Umsätze ;·*** bei geringem NH3 Schlupf am SCR Katalysator erreichen kann. Dies ermöglicht ;·. es, die Genauigkeit von dynamischen Füllstandsmodellen signifikant zu verbes- .·*!*. sern.

Claims (5)

  1. - 4 - PATENTANSPRÜCHE Verfahren zur Bestimmung der NH3-Beladung eines SCR-Katalysators im Abgasstrang einer Brennkraftmaschine, wobei mit zumindest einem Sensor, vorzugsweise einem NOx-Sensor, stromabwärts des SCR-Katalysators die NH3-Konzentration im Abgas ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass auf Basis einer gemessenen NH3-Konzentration nach dem SCR-Kataiy-sator über das dynamische Gleichgewicht zwischen NH3-Adsorption und NH3-Desorption direkt der aktuelle NH3-Füllstand des SCR-Katalysators berechnet wird, wobei vorzugsweise zur Ermittlung des dynamischen Gleichgewichtes zumindest ein physikalisches Modell basierend auf Adsorptionsisothermen verwendet wird. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Adsorptionsisotherme eine Langmuir-Adsorptionsisotherme der Form 0 Ka'Cnh3 WNII3 — verwendet wird, wobei die aktuelle NH3-Beladung, KA die Adsorptionsgleichgewichtskonstante und CNh3 die Konzentration des Bestandteiles NH3 stromabwärts des SCR-Katalysator im Abgas ist.
  2. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Adsorptionsgleichgewichtskonstante aus Kennfeldern oder Kennlinien ermittelt wird.
  3. 4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Adsorptionsgleichgewichtskonstante KA mit Parametern für die Reaktionskinetiken für die Ad- und Desorption aus l°L 5.« r. berechnet wird, wobei kad [m/s] ein präexponentieller Term für die Adsorption und kde [m/s] ein präexponentieller Term für die Desorption, Ead [J/kmol]die Aktivierungsenergie für die Adsorption und Ede [J/kmol]die Aktivierungsenergie für die Desorption ist. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Adsorptionsisotherme eine BET-Isotherme der Form - 5 - Θ = ^ΝΗ3 Κ •ql___'C, tnax '-NHi (c* Cnhi) 1 + (K-pc, cr NH 3 verwendet wird, wobei die aktuelle NH3-Beladung, K der Adsorptionskoeffizient, qmax die maximale Konzentration des NH3 in einer Schicht an der Oberfläche des Abgases, CMt die Löslichkeit des NH3 und Cnhs die Konzentration des Bestandteiles NH3 im Abgas ist.
  4. 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Adsorptionsisotherme eine Freundlich-Isotherme der Form FD = κ -C n ^NH3 Λ/ '-NHi verwendet wird, wobei die aktuelle NH3-Beladung, Kf der Freundlich-Koeffizient, CNH3 die Konzentration des NH3 im Abgas stromabwärts des SCR-Katalysators und n der Freundlich-Exponent ist.
  5. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein dynamisches NH3-Füllstandsmodei mit der statischen NH3-Beladung abgegiichen wird.
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