DE102015001231A1 - A method for simultaneously monitoring the various functions of a multi-component exhaust aftertreatment system with a single microwave based measurement system - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine mikrowellenbasierte Vorrichtung zur getrennten Zustandserkennung der einzelnen Funktionen eines kombinierten Abgasnachbehandlungssystems und/oder einer Ortsauflösung durch eine asymmetrische Anordnung des Abgasnachbehandlungssystems. Durch den Einsatz der Erfindung wird die mikrowellenbasierte Katalysatorzustandserkennung verbessert.The invention relates to a microwave-based device for the separate state recognition of the individual functions of a combined exhaust aftertreatment system and / or a spatial resolution by an asymmetric arrangement of the exhaust aftertreatment system. The use of the invention improves the microwave-based catalyst state recognition.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur getrennten Zustandserkennung der einzelnen Funktionen eines kombinierten Abgasnachbehandlungssystems mittels Mikrowellen.The invention relates to a device for the separate state recognition of the individual functions of a combined exhaust aftertreatment system by means of microwaves.

Technischer HintergrundTechnical background

Stöchiometrisch oder mit Luftüberschuss betriebene Verbrennungsmotoren bedienen sich gegenwärtig im Serieneinsatz ausschließlich indirekter Methoden zur Zustandserfassung von mit Gasen, mit Flüssigkeiten oder mit Feststoffen beladenen Abgasnachbehandlungskomponenten.Stoichiometrically or super-powered internal combustion engines currently use only indirect methods for condition detection of gas, liquid or solids laden exhaust aftertreatment components in mass production.

Sauerstoffspeichernde Dreiwegekatalysatoren (z. B. mit stabilisiertem Ceroxid als Sauerstoffspeicherkomponente) werden üblicherweise mittels Gassensoren überwacht und geregelt, die stromauf- und stromabwärts des Katalysators angeordnet sind und das Verbrennungsluftverhältnis λ messen [1]. In grober Näherung benötigt der Dreiwegekatalysator ein stöchiometrisches Verbrennungsluftverhältnis (λ = 1) für einen optimalen Umsatz sowohl der zu oxidierenden als auch der zu reduzierenden Abgaskomponenten. Der Beladungsgrad des Sauerstoffspeichers, der Betriebsschwankungen im instationären Betrieb ausgleicht, kann über Gassensoren nicht direkt ermittelt werden. Vielmehr erfolgt eine sensorgestützte Bilanzierung des Sauerstoffs mittels eines Modells. Eines der vielen Beispiele hierzu findet man in der Schrift DE 10 2009 039929 .Oxygen-storing three-way catalysts (eg, with stabilized ceria as the oxygen storage component) are usually monitored and controlled by gas sensors located upstream and downstream of the catalyst and measuring the combustion air ratio λ [1]. To a rough approximation, the three-way catalyst requires a stoichiometric combustion air ratio (λ = 1) for optimal conversion of both the oxidizing and the reducing exhaust gas components. The degree of loading of the oxygen storage, which compensates for operational fluctuations in transient operation, can not be determined directly via gas sensors. Instead, sensor-based balancing of the oxygen takes place by means of a model. One of the many examples can be found in the Scriptures DE 10 2009 039929 ,

Stickoxidspeichernde Katalysatoren für mit Luftüberschuss betriebene Motoren speichern die bei Luftüberschuss (mager, überstöchiometrisch) verstärkt entstehenden Stickoxide (NOx) in einem Speichermaterial, das vor Einspeicherung als Karbonat und nach Einspeicherung als Nitrat vorliegt. Sobald der Speicher gefüllt ist, ist eine Speicherregeneration notwendig, die durch einen kurzzeitigen Betriebszustand mit Luftmangel (fett, unterstöchiometrisch) erfolgt und mit erhöhtem Kraftstoffverbrauch verbunden ist. Der Speichergrad des Katalysators kann nur indirekt bei bekanntem Massenstrom und bekannter NOx-Konzentration vor Katalysator modellbasiert aus einer NOx-Bilanz bestimmt werden, wobei NOx-Sensoren stromabwärts nur dann ein NOx-Signal anzeigen werden, wenn der Katalysator bereits gefüllt ist und ein NOx-Durchbruch vorliegt [2].Nitrogen oxide-storing catalysts for engines operated with excess air store the nitrogen oxides (NO x ), which are increasingly produced in the presence of excess air (lean, superstoichiometric) in a storage material which is present as carbonate before being stored and after storage as nitrate. Once the reservoir is filled, a memory regeneration is necessary, which is due to a short-term operating state with lack of air (rich, stoichiometric) and is associated with increased fuel consumption. The storage degree of the catalyst can be determined model-based from a NO x balance only indirectly with known mass flow and known NO x concentration before catalyst, wherein NO x sensors downstream only a NO x signal will indicate when the catalyst is already filled and a NO x breakthrough is present [2].

Ammoniak-SCR-Katalysatoren (SCR: selektive katalytische Reduktion), i. A. für mit Luftüberschuss betriebene Motoren, verwenden Ammoniak als Reduktionmittel für die NOx-Reduktion. Der benötigte Ammoniak wird z. B. aus einer mitgeführten Harnstoffwasserlösung bereitgestellt und muss vor der NOx-Reduktion am SCR-Katalysator gespeichert werden. Die Funktion des Katalysator wird indirekt über NOx-Sensoren stromabwärts überwacht, die zum einen bei zu wenig Umsatz den Anstieg an Stickoxiden detektieren und zum anderen, bei einer Überdosierung an Ammoniak, diesen durch ihre Querempfindlichkeit auf letzteren ebenfalls erkennen [3].Ammonia SCR catalysts (SCR: selective catalytic reduction), i. A. For excess-pressure engines, use ammonia as the NO x reduction agent. The required ammonia is z. B. provided from a entrained urea water solution and must be stored before the NO x reduction in the SCR catalyst. The function of the catalyst is monitored indirectly downstream via NO x sensors which, on the one hand, detect the increase in nitrogen oxides in the case of too little conversion and, on the other hand, in the event of an overdose of ammonia, also recognize this by their cross-sensitivity to the latter [3].

Der Beladungsgrad von Partikelfiltern beispielsweise mit Ruß oder Asche wird modellgestützt unter Zuhilfenahme von Differenzdrucksensoren indirekt ermittelt [2]. Steigt dieser über einen Schwellwert durch die angestiegene Beladung mit Feststoffen an, so muss eine Regeneration, die mit erhöhtem Kraftstoffverbrauch verbunden ist, eingeleitet werden. Daher ist es vorteilhaft, die Zahl an Regenerationsvorgängen möglichst gering zu halten. Um dies zu erreichen, muss die Ruß- bzw. Aschebeladung im Partikelfilter möglichst gut bekannt sein.The degree of loading of particulate filters, for example with soot or ash, is indirectly determined model-supported with the help of differential pressure sensors [2]. If this increases above a threshold value due to the increased loading of solids, then regeneration, which is associated with increased fuel consumption, must be initiated. Therefore, it is advantageous to keep the number of regeneration processes as low as possible. To achieve this, the soot or ash charge in the particulate filter must be known as well as possible.

Durch eine rein indirekte Zustandsbestimmung der Abgaskatalysatoren bzw. -filter entsteht der offensichtliche Nachteil, dass keine direkte Regelung möglich ist und so, um in transienten Vorgängen einen ausreichenden Umsatz zu gewährleisten, die Katalysatoren in der Regel überdimensioniert werden müssen. So ist es möglich, durch eine hochfrequenzgestützte Zustandssensorik die Abgasnachbehandlungskomponenten besser zu dimensionieren und teures und seltenes Material sowie Bauraum und Kosten einzusparen. Ebenso sind Differenzdrucksensoren für Partikelfilter nicht in der Lage zwischen Ruß und beispielweise Asche zu unterscheiden.By a purely indirect determination of the state of the catalytic converters or filters, the obvious disadvantage that no direct control is possible and so in order to ensure a sufficient turnover in transient processes, the catalysts must be oversized as a rule. Thus, it is possible to dimension the exhaust aftertreatment components better by means of a high-frequency-based state sensor system and to save expensive and rare material as well as installation space and costs. Likewise, differential pressure sensors for particulate filters are not able to distinguish between soot and, for example, ashes.

Eine weitere Möglichkeit, um Bauraum und Trägermaterial, und somit Kosten, einzusparen, ist die Kombination mehrerer Abgasnachbehandlungssysteme auf einem Substrat. Eine Ausführungsform ist bspw. die katalytische Beschichtung von Partikelfiltern, z. B. mit SCR-aktiven Materialien [5], oft auch als SCRF bezeichnet. Die Kombination von Partikelfiltern mit Drei-Wege-Katalysator-Beschichtung ist ebenfalls bereits bekannt [6]. Schon seit längerem gibt es auch mit NOx-Speicherkatalysatoren beschichtete Partikelfilter.Another way to save installation space and substrate, and thus costs, is the combination of multiple exhaust aftertreatment systems on a substrate. An embodiment is, for example, the catalytic coating of particulate filters, for. With SCR-active materials [5], often referred to as SCRF. The combination of particle filters with three-way catalyst coating is also already known [6]. For a long time, particle filters have also been coated with NO x storage catalytic converters.

Zur Überwachung solch kombinierter Systeme sind in der Regel die oben beschriebenen Überwachungssysteme für jedes einzelne System anzuwenden, um die Funktion aller Komponenten zu überprüfen. Dabei beeinflussen sich die o. g. Sensoren teilweise gegenseitig, so dass es zu einer verfälschten Diagnose oder zu einer fehlerhaften Regelung der einzelnen Komponenten führen kann.In order to monitor such combined systems, the monitoring systems described above for each individual system are generally to be used to verify the function of all components. The o. G. Sensors partially mutually, so that it can lead to a falsified diagnosis or incorrect control of the individual components.

Stand der Technik bzgl. der mikrowellenbasierten Messtechnik im Automobilabgas State of the art with respect to the microwave-based measurement technology in automobile exhaust

Eine alternative Möglichkeit, die Beladung (bzw. den Zustand) solcher Abgasnachbehandlungseinrichtungen zu bestimmen, bietet die mikrowellenbasierte Messtechnik im Automobilabgas. Offenbarungen, die den Stand der Technik hierzu darstellen, finden sich z. B. in der DE 10358495 , der DE 10 2008 012050 , der DE 10 2010 034983 , der DE 10 2011 018226 oder der DE 10 2011 107784 . Für Diesel-Partikelfilter kann man die umfangreiche Patentfamilie der US 2013 0127478 A1 zu Rate ziehen.An alternative way to determine the loading (or the state) of such exhaust aftertreatment devices, provides the microwave-based measurement technology in automobile exhaust. Revelations that represent the state of the art for this, are found, for. B. in the DE 10358495 , of the DE 10 2008 012050 , of the DE 10 2010 034983 , of the DE 10 2011 018226 or the DE 10 2011 107784 , For diesel particulate filters one can see the extensive patent family of US 2013 0127478 A1 consult.

Bei dem mikrowellenbasierten Verfahren dient die elektrisch leitfähige metallische Ummantelung („das Canning”) der Katalysatoren oder Filter als Berandung eines Hohlleiters bzw. oder Hohlraumresonators. Durch eine Einkopplung elektromagnetischer Wellen mittels eines oder mehrerer Koppelelemente (oft auch vereinfacht als Antennen bezeichnet) werden Resonanzmoden angeregt, bei denen die Resonanzfrequenz und/oder die Güte ausgewertet werden können. Als Messeffekt dient hierzu eine Änderung der dielektrischen Eigenschaften der Katalysatormaterialien bei Speicherung oder Freigabe von gasförmigen Abgasbestandteilen, beispielsweise Sauerstoff, Stickoxiden oder Ammoniak, oder bei Filtern die Anlagerung von verlustbehafteten Medien, wie beispielsweise Ruß, wodurch die Ausbildung der Resonanzen beeinflusst wird.In the microwave-based method, the electrically conductive metallic cladding ("canning") of the catalysts or filters serves as the boundary of a waveguide or cavity resonator. By coupling electromagnetic waves by means of one or more coupling elements (often also referred to simply as antennas) resonant modes are excited, in which the resonance frequency and / or the quality can be evaluated. As a measuring effect this serves to change the dielectric properties of the catalyst materials during storage or release of gaseous exhaust gas constituents, for example oxygen, nitrogen oxides or ammonia, or in filters the accumulation of lossy media, such as soot, whereby the formation of the resonances is affected.

Nach dem Stand der Technik kann das System mit nur einer Antenne in einem reinen Reflexionsmodus oder mit zwei Antennen in einem Reflexions- und/oder Transmissionsmodus betrieben werden mit maximal vier gleichzeitig auswertbaren Parametern, wobei die Antennen als kapazitive Stiftkoppler oder als induktive Schleifenantennen ausgeführt sein können. Eine beispielhafte Prinzipdarstellung nach Literaturquelle [4] mit zwei Koppelelementen findet sich in 1. Das Abgasnachbehandlungssystem 2 besteht aus einem kombinierten Katalysator/Filtersystem K/F, der sich in einem metallischen Gehäuse G befindet. Das Gehäuse G und somit auch das kombinierte Katalysator/Filtersystem K/F werden vom schadstoffhaltigen Abgas 3 durchströmt. Zusätzlich sind hier Drahtgittern 6 und 7 eingebracht. Zusammen mit dem metallischen Gehäuse G definieren sie einen Hohlraum 1, wobei die Drahtgitter bevorzugt aber nicht unbedingt notwendig sind. Als Mikrowellenzuführung sind hier zwei Koppelelemente (auch als Antennen bezeichnet) 4 und 5 vorhanden.According to the prior art, the system can be operated with only one antenna in a pure reflection mode or with two antennas in a reflection and / or transmission mode with a maximum of four simultaneously evaluable parameters, the antennas can be designed as a capacitive pin coupler or as inductive loop antennas , An exemplary schematic representation according to literature source [4] with two coupling elements can be found in 1 , The exhaust aftertreatment system 2 consists of a combined catalyst / filter system K / F, which is located in a metallic housing G. The housing G and thus also the combined catalyst / filter system K / F are the pollutant-containing exhaust gas 3 flows through. In addition, here are wire mesh 6 and 7 brought in. Together with the metallic housing G they define a cavity 1 , wherein the wire mesh are preferred but not essential. As a microwave feed are here two coupling elements (also referred to as antennas) 4 and 5 available.

Nachteile des Standes der TechnikDisadvantages of the prior art

Bei der Kombination mehrerer Abgasnachbehandlungssysteme auf einem gemeinsamen Träger gestaltet sich die Unterscheidung der einzelnen Funktionen mit den bisher bekannten mikrowellenbasierten Methoden als schwierig, da sich die elektromagnetischen Wellen im gesamten zur Verfügung stehenden Hohlraum ausbreiten. Somit ist z. B. eine lokale Unterscheidung zwischen Filtersubstrat und SCR-Beschichtung nicht möglich.In the combination of multiple exhaust aftertreatment systems on a common carrier, the distinction of the individual functions with the previously known microwave-based methods designed as difficult because the electromagnetic waves propagate throughout the available cavity. Thus, z. B. a local distinction between filter substrate and SCR coating not possible.

Grundgedanke der ErfindungBasic idea of the invention

Die Erfindung betrifft die geometrische Anordnung eines kombinierten Abgasnachbehandlungssystems im Hohlraumresonator bzw. der Begrenzungen des Hohlraumresonators bezüglich des Abgasnachbehandlungssystems. Damit wird eine lokale Unterscheidung der im kombinierten Katalysator/Filtersystem K/F ablaufenden Prozesse ermöglicht.The invention relates to the geometric arrangement of a combined exhaust aftertreatment system in the cavity and the limitations of the cavity resonator with respect to the exhaust aftertreatment system. This allows a local differentiation of the processes taking place in the combined catalyst / filter system K / F.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Die Erfindung bietet den Vorteil, dass mit nur einem Messsystem die einzelnen Funktionen eines kombinierten Katalysator/Filtersystem zeitgleich getrennt voneinander überwacht werden können. Außerdem kann eine Ortsauflösung eines kombinierten oder einzelnen Abgasnachbehandlungssystems erreicht werden.The invention offers the advantage that with just one measuring system, the individual functions of a combined catalyst / filter system can be monitored separately from one another at the same time. In addition, a spatial resolution of a combined or individual exhaust aftertreatment system can be achieved.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

Eine Ausgestaltung der Erfindung ist in 2 dargestellt und zeichnet sich dahingehend aus, dass das kombinierte Katalysator/Filtersystem K/F asymmetrisch zwischen den Drahtgittern 6 und 7 platziert wird. Diese Anordnung ermöglicht es, mit einer Messung unterschiedlicher Resonanzmoden nur einen gewissen axialen Bereich des Abgasnachbehandlungssystems zu analysieren. Die gezeigte Anordnung ist bei Verwendung einer Mode, deren normierte Sensitivität S über die Länge Ort des kombinierten Katalysator/Filtersystem K/F wie für die Mode 8 skizziert verläuft, besonders empfindlich für Änderungen am abgaseinlassseitigen Ende des Systems, da die Sensitivität dort ihren Maximalwert annimmt. Es sei darauf hingewiesen, dass bei dieser Ausführungsform die Drahtgitter zwar das Modenbild vereinfachen, aus prinzipieller Sicht aber nicht notwendiger vorhanden sein müssen. Im Falle, dass das kombinierte Katalysator/Filtersystem K/F beispielsweise aus einem Partikelfilter mit SCR-Beschichtung besteht, ermöglicht die gezeigte Anordnung eine Überwachung der SCR-Funktionalität, da die Ammoniak-Anlagerung axial gleichmäßig oder von der Einlassseite her beginnt, wohingegen die Rußbeladung vom Auslass her startet. Auch beim Dreiwegekatalysator beginnt die Sauerstoffbeladung bzw. die Sauerstoffausspeicherung entweder über die Länge des kombinierten Katalysator/Filtersystems K/F gleichmäßig oder am Eingang. Also kann das kombinierte Katalysator/Filtersystem K/F auch für einen mit einer Dreiwegekatalysatorbeschichtung versehenen Filter eingesetzt werden. Das gleiche gilt für mit stickoxidspeichernden Katalysatorbeschichtungen versehene Filter. Bei Verwendung einer weiteren Mode, wie in 9 beispielhaft skizziert, liegt das zweite Sensitivitätsmaximum an der Auslassseite. Diese Mode kann somit für die Beobachtung der beginnenden Rußbeladung herangezogen werden, da im Bereich des ersten Maximums dieser Mode keine Veränderungen stattfinden. Die Auswertung der Moden kann mittels verschiedenster Parameter erfolgen, z. B. Resonanzfrequenz, Halbwertsbreite, Güte oder anderer Signalmerkmale. Auch eine Kombination dieser Parameter kann angewendet werden, insbesondere, aber nicht ausschließlich, z. B. eine Resonanzfrequenz und ein über einen Frequenzbereich gemittelter Transmissionsparameter, die bei verschiedenen Beladungsgraden des kombinierten Katalysator/Filtersystems unterschiedlich sensitiv reagieren. Die gezeigte Anordnung ist auch für jedes andere Abgasnachbehandlungssystem oder eine Kombinationen aus mehreren anwendbar, die eine unterschiedliche lokale Änderung der Materialeigenschaften aufweisen. Besonders gut lassen sich die verschiedenen Effekte unterscheiden, wenn die Be- bzw. Entladevorgänge unterschiedlich schnell sind. So finden die Be- bzw. Entladevorgänge des Sauerstoffspeichers eines kombinierten Katalysator/Filtersystems K/F, das aus einem mit einer Dreiwegekatalysatorbeschichtung versehenen Filter besteht, im Sekundenbereich statt, wohingegen der Filter sich im Bereich mehrerer zehn Minuten belädt.An embodiment of the invention is in 2 and is characterized in that the combined catalyst / filter system K / F is asymmetric between the wire meshes 6 and 7 is placed. This arrangement makes it possible to analyze only a certain axial region of the exhaust aftertreatment system with a measurement of different resonance modes. The arrangement shown is when using a mode whose normalized sensitivity S over the length location of the combined catalyst / filter system K / F as for the mode 8th Outlined runs, especially sensitive to changes at the exhaust gas inlet end of the system, since the sensitivity there assumes its maximum value. It should be noted that in this embodiment, the wire mesh Although simplify the mode image, but from a fundamental point of view need not necessarily be present. For example, in the case where the combined catalyst / filter system K / F consists of a particulate filter with SCR coating, the arrangement shown allows monitoring of the SCR functionality as the ammonia addition commences axially evenly or from the inlet side, whereas soot loading from the outlet starts. Also in the case of the three-way catalyst, the oxygen loading or the oxygen storage begins either over the length of the combined catalyst / filter system K / F uniformly or at the entrance. So can the combined catalyst / filter system K / F for one with a Three-way catalyst coating provided filter can be used. The same applies to filters provided with nitrogen oxide-storing catalyst coatings. When using another mode, as in 9 outlined by way of example, the second sensitivity maximum lies on the outlet side. This mode can thus be used for the observation of the beginning soot load, since no changes take place in the region of the first maximum of this mode. The evaluation of the modes can be done by means of various parameters, eg. B. resonant frequency, half-width, quality or other signal characteristics. A combination of these parameters may be used, in particular, but not exclusively, e.g. B. a resonant frequency and averaged over a frequency range transmission parameters that react differently sensitive at different loading levels of the combined catalyst / filter system. The arrangement shown is also applicable to any other exhaust aftertreatment system or combinations of several that have a different local change in material properties. The various effects can be distinguished particularly well if the loading and unloading processes are different speeds. Thus, the loading and unloading operations of the oxygen storage of a combined catalyst / filter system K / F, consisting of a filter provided with a three-way catalyst coating, take place in the seconds range, whereas the filter charges in the range of several tens of minutes.

Bei mittigem Einbau des Abgasnachbehandlungssystems zwischen den Gittern, wie für den Stand der Technik in 1 skizziert, ist eine derartige lokale Auflösung aufgrund der Symmetrie der Moden nicht möglich. Die Koppelelemente können kapazitiv oder induktiv ausgeführt sein. Sie können wie in 1 beispielhaft gezeigt platziert oder auch an anderen beliebigen Stellen im Resonator angebracht werden.With central installation of the exhaust aftertreatment system between the grids, as for the prior art in 1 sketched, such a local resolution is not possible due to the symmetry of the modes. The coupling elements can be designed to be capacitive or inductive. You can like in 1 placed as an example or attached to other arbitrary locations in the resonator.

Eine weitere Ausführungsform ist in 3 und 4 skizziert. Diese zeichnet sich dadurch aus, dass die asymmetrische Einbaulage des Abgasnachbehandlungssystems bezüglich der axialen Resonatorberandungen dadurch erreicht wird, dass das kombinierte Katalysator/Filtersystem K/F zwar axial mittig im Canning platziert ist, die Drahtgitter 6 und 7, welche den Resonator begrenzen, aber im Vergleich zu 2 versetzt sind. Dabei können die Einbaupositionen fest vorgegeben sein, je nachdem, ob z. B. mit Mode 8 der Einlass, wie in 3, oder der Auslass, siehe 4, überwacht werden soll.Another embodiment is in 3 and 4 outlined. This is characterized by the fact that the asymmetric mounting position of the exhaust aftertreatment system with respect to the axial Resonatorberandungen is achieved in that the combined catalyst / filter system K / F is indeed placed axially centered in the canning, the wire mesh 6 and 7 , which limit the resonator, but compared to 2 are offset. The installation positions can be fixed, depending on whether z. With fashion 8th the inlet, as in 3 , or the outlet, see 4 , should be monitored.

Eine weitere, hier nicht skizzierte Ausführungsform beinhaltet einen schrägen Einbau der Gitter und/oder weitere elektrisch leitfähige Einbauteile im Resonator mit geeigneter Geometrie, um das elektromagnetische Feld in der Art zu beeinflussen, dass die Sensitivitätsmaxima des Mikrowellensignals an gewünschter Stelle des kombinierten Katalysator/Filtersystems K/F liegen.Another, not outlined embodiment includes an oblique installation of the grid and / or other electrically conductive components in the resonator with suitable geometry to influence the electromagnetic field in such a way that the sensitivity maxima of the microwave signal at the desired location of the combined catalyst / filter system K /Fly.

Um eine Beladung eines kombinierten Abgasnachbehandlungssystems, z. B. SCR auf Partikelfilter mit unterschiedlichen Komponenten, z. B. Ammoniak und Ruß, simultan zu messen, können des Weiteren unterschiedliche Reaktionen der Einzelkomponenten auf eine Temperaturänderung betrachtet werden. Das Signal jedes einzelnen Abgasnachbehandlungssystems ist temperaturabhängig. Diese Abhängigkeiten können unterschiedlich stark ausgeprägt und/oder gegenläufig sein. So kann durch Betrachtung der Signalantwort eines kombinierten Katalysator/Filtersystems auf eine Temperaturvariation auf die Beladung mit den jeweiligen Einzelkomponenten geschlossen werden. Beispielweise bewirkt eine Temperaturerhöhung eine erhöhte Leitfähigkeit von Ruß, was im Falle eines Dieselpartikelfilters eine je nach Beladungsgrad unterschiedlich starke Änderung der Hochfrequenz-Parameter hervorruft. Hinsichtlich eines SCR-Katalysators wirkt sich eine Temperaturerhöhung entgegengesetzt aus. Die Erhöhung der Temperatur führt zu einer gesteigerten Desorption des angelagerten Ammoniaks und somit zu einer Erniedrigung der Leitfähigkeit des Materials. So kann im Falle eines mit SCR-Material beschichteten DPF aus der Temperaturantwort auf die Beladung mit den Einzelkomponenten geschlossen werden. Hierfür können die gemessenen Hochfrequenzparameter zusätzlich mit Kennfeldern, geeigneten Kalibrationen und Fahrzeug- und Motordaten verglichen werden, beispielhaft seien hier Massenströme und die Ammoniak-(bzw. Harnstoffwasserlösungs-)Dosierung oder die definierten Bedingungen beim Rußabbrand genannt.In order to load a combined exhaust aftertreatment system, for. B. SCR on particulate filter with different components, eg. As ammonia and soot, to measure simultaneously, different reactions of the individual components to a temperature change can be further considered. The signal of each individual exhaust aftertreatment system is temperature dependent. These dependencies can have different degrees of severity and / or in opposite directions. Thus, by considering the signal response of a combined catalyst / filter system to a temperature variation on the load with the respective individual components can be concluded. For example, a temperature increase causes an increased conductivity of soot, which in the case of a diesel particulate filter causes a change in the high-frequency parameters of varying intensity depending on the degree of loading. With regard to an SCR catalyst, an increase in temperature has the opposite effect. The increase in temperature leads to an increased desorption of the accumulated ammonia and thus to a lowering of the conductivity of the material. For example, in the case of a DPF coated with SCR material, the temperature response to the loading of the individual components can be deduced from the temperature response. For this purpose, the measured high-frequency parameters can additionally be compared with characteristic diagrams, suitable calibrations and vehicle and engine data, examples being mass flows and the ammonia (or urea water solution) metering or the defined conditions during soot combustion.

Auch unterschiedliche zeitliche Dynamiken der Vorgänge im jeweiligen System können berücksichtigt werden. Im Fall, dass das Abgasnachbehandlungssystem aus einem Partikelfilter mit SCR-Beschichtung ausgeführt ist, verläuft die Beladung des Partikelfilters mit Ruß relativ langsam und stetig (ausgenommen bei Regenerationspunkten) wohingegen die Be- und Entladung der SCR-Schicht mit Ammoniak vergleichsweise schnell abläuft und die eingespeicherte Menge an Ammoniak während eines einzigen Rußbeladungszyklus durch den normalen SCR-Betrieb häufig zu- und abnimmt.Also different temporal dynamics of the processes in the respective system can be considered. In the case that the exhaust aftertreatment system is made of a particulate filter with SCR coating, the loading of the particulate filter with soot is relatively slow and steady (except at regeneration points) whereas the loading and unloading of the SCR layer with ammonia runs comparatively fast and the stored Frequency of ammonia frequently increases and decreases during a single soot loading cycle through normal SCR operation.

Zitierte NichtpatentliteraturQuoted non-patent literature

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Claims (8)

Vorrichtung zur Überwachung eines kombinierten Katalysator/Filtersystems K/F mittels Mikrowellen, das sich in einem Hohlraumresonator befindet, dadurch gekennzeichnet, dass das kombinierte Katalysator/Filtersystem K/F asymmetrisch im Hohlraumresonator angeordnet ist.Device for monitoring a combined catalyst / filter system K / F by means of microwaves, which is located in a cavity resonator, characterized in that the combined catalyst / filter system K / F is arranged asymmetrically in the cavity. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraumresonator durch das Gehäuse des kombinierten Katalysator/Filtersystems definiert ist.Apparatus according to claim 1, characterized in that the cavity resonator is defined by the housing of the combined catalyst / filter system. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraumresonator zusätzlich durch ein oder mehrere Drahtgitter definiert ist.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the cavity resonator is additionally defined by one or more wire mesh. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch Auswertung von mindestens zwei Resonanzmoden oder Frequenzbereichen eine ortsaufgelöste Überwachung erreicht werden kann.Device according to one of the preceding claims, characterized in that a spatially-resolved monitoring by evaluating at least two resonance modes or frequency bands can be achieved. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Ortsauflösung verschiedene Komponenten des kombinierten Katalysator/Filtersystems K/F je nach Reaktionsmechanismus separat überwacht werden.Device according to one of the preceding claims, characterized in that different components of the combined catalyst / filter system K / F are monitored separately depending on the reaction mechanism by the spatial resolution. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drahtgitter asymmetrisch verbaut sind.Device according to one of the preceding claims, characterized in that the wire mesh are installed asymmetrically. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur gleichzeitigen Detektion der verschiedenen spezifischen Beladungen des kombinierten Katalysator/Filtersystems K/F unterschiedliche Temperatureinflüsse der einzelnen Reaktionsmechanismen und eine ortsaufgelöste Messung benutzt werden.Device according to one of the preceding claims, characterized in that for the simultaneous detection of the different specific loadings of the combined catalyst / filter system K / F different temperature influences of the individual reaction mechanisms and a spatially resolved measurement are used. Vorrichtung nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur gleichzeitigen Detektion der Beladungen des kombinierten Katalysator/Filtersystems K/F unterschiedliche zeitliche Dynamiken der einzelnen Reaktionsmechanismen und eine ortsaufgelöste Messung benutzt werden.Device according to one of the preceding claims, characterized in that for the simultaneous detection of the loadings of the combined catalyst / filter system K / F different temporal dynamics of the individual reaction mechanisms and a spatially resolved measurement are used.
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