DE102008036733A1 - Verfahren zur Diagnose einer Abgasreinigungsvorrichtung - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose einer in einem Abgasstrom eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeuges angeordneten Abgasreinigungsvorrichtung zum Konvertieren von in dem Abgasstrom mitgeführten Schadstoffen. Um eine verbesserte Diagnose zu ermöglichen, ist ein Ermitteln einer eine Anwesenheit zumindest eines Schadstoffs der Schadstoffe NO uind NO2 kennzeichnenden ersten Kenngröße mittels einer der Abgasreinigungsvorrichtung nachgestalteten Sensorvorrichtung sowie ein Ermitteln einer einen Zustand der Abgasreinigungsvorrichtung kennzeichnenden zweiten Kenngröße mittels der ersten Kenngröße vorgesehen.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose einer in einem Abgasstrom eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeuges angeordneten Abgasreinigungsvorrichtung zum Konvertieren von in dem Abgasstrom mitgeführten Schadstoffen.
  • Verfahren zur Diagnose einer Abgasreinigungsvorrichtung sind bekannt. Diese können Bestandteil einer sogenannten Eigendiagnose (On-Board-Diagnose, OBD) sein. Eine solche Diagnose kann eine Aussage über einen Zustand der Abgasreinigungsvorrichtung, beispielsweise einen Katalysator, ermöglichen. Dazu können der Abgasreinigungsvorrichtung beispielsweise Temperatursensoren zum Ermitteln einer Temperaturmessgröße zugeordnet werden.
  • Das Dokument DE 10 2006 034 234 A1 betrifft ein Verfahren zur Überwachung eines Abgasreinigungsbauteils einer Brennkraftmaschine mittels eines Temperaturfühlers. Durch eine Erfassung und Auswertung eines mit einem Modifikationsübergang verbundenen Temperaturübergangs kann das Abgasreinigungsbauteil auf einen Alterungszustand hin überwacht werden.
  • Das Dokument DE 10 2006 016 906 A1 betrifft eine Vorrichtung zur Überwachung eines Abgaskatalysators im Abgassystem einer Brennkraftmaschine. Hierfür ist eine Messanordnung vorgesehen, die derart im Abgassystem angeordnet ist, dass sie im größten Teil des Betriebsbereichs der Brennkraftmaschine eine mit der Temperatur des Abgaskatalysators korrelierende Temperatur annimmt, wobei eine Ursache einer thermischen Schädigung ermittelt werden kann.
  • Das Dokument DE 10 2005 056 312 A1 betrifft ein Verfahren zur Überprüfung der Konvertierungsfähigkeit eines Katalysators einer Brennkraftmaschine hinsichtlich zumindest einer Schadstoffkomponente eines mageren Abgases mit λ > 1. Aus einer Messwertabweichung Δλ eines Sondensignals λSonde einer stromab des Katalysators angeordneten Breitband-λ-Sonde von einem λ-Ist-Wert λist des Abgases stromab des Katalysators wird die Konvertierungsfähigkeit des Katalysators abgeleitet.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte, insbesondere möglichst genaue, Überwachung einer Arbeitsweise und/oder eines Zustandes, insbesondere Alterungszustandes, einer Abgasreinigungsvorrichtung, insbesondere eines Oxidationskatalysators, zu ermöglichen.
  • Die Aufgabe ist mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs gelöst.
  • Danach ist bei einem Verfahren zur Diagnose einer in einem Abgasstrom eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeuges angeordneten Abgasreinigungsvorrichtung zum Konvertieren von in dem Abgasstrom mitgeführten Schadstoffen ein Ermitteln einer eine Anwesenheit zumindest eines Schadstoffs der Schadstoffe NO und NO2 kennzeichnenden ersten Kenngröße mittels einer der Abgasreinigungsvorrichtung nachgeschalteten Sensorvorrichtung und ein Ermitteln einer einen Zustand der Abgasreinigungsvorrichtung kennzeichnenden zweiten Kenngröße mittels der ersten Kenngröße vorgesehen. Bei der Abgasreinigungsvorrichtung kann es sich um einen Oxidationskatalysator handeln, der Stickoxid (NO) zu Stickdioxid (NO2) oxidiert. Mittels der Sensorvorrichtung kann stromabwärts der Abgasreinigungsvorrichtung mittels der ersten Kenngröße auf einen Zustand, beispielsweise eine Aktivität einer Edelmetallbeschichtung, geschlossen werden, so dass sich aus dieser die den Zustand kennzeichnende zweite Kenngröße ableiten lässt.
  • Bei einer Ausführungsform des Verfahrens ist ein Generieren eines Diagnosesignals zur Anzeige einer Alterung der Abgasreinigungsvorrichtung mittels der zweiten Kenngröße und/oder ein Generieren des Diagnosesignals mittels eines Vergleichs der zweiten Kenngröße mit einem Schwellwert und/oder ein Setzen des Diagnosesignals bei Überschreiten des Schwellwerts vorgesehen. Bei einem Diagnosesignal kann es sich beispielsweise um ein binäres Signal handeln, welches die Abgasreinigungsvorrichtung als in Ordnung oder nicht in Ordnung kennzeichnet. Die zweite Kenngröße kann, insbesondere über eine Rechenvorschrift, dem Diagnosesignal zugeordnet sein, wobei über die Rechenvorschrift das Diagnosesignal setzbar, insbesondere auch rücksetzbar, ist. Bei der Rechenvorschrift kann es sich beispielsweise um den Vergleich der zweiten Kenngröße mit einem Schwellwert handeln, wobei das Diagnosesignal bei Überschreiten des Schwellwerts setzbar ist. Es ist möglich, das Diagnosesignal bei einmaligem Überschreiten des Schwellwertes gesetzt zu halten. Es ist jedoch auch möglich, bei nur einmaligem, beispielsweise kurzzeitigem Überschreiten des Schwellwertes dieses auch wieder zurückzusetzen.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist ein Ermitteln einer eine Anwesenheit zumindest eines Schadstoffs der Schadstoffe NO und NO2 kennzeichnenden dritten Kenngröße mittels einer der Abgasreinigungsvorrichtung vorgeschalteten weiteren Sensorvorrichtung und/oder ein Ermitteln der zweiten Kenngröße mittels der ersten Kenngröße und der dritten Kenngröße vorgesehen. Die Schadstoffe NO und/oder NO2 können stromauf- und stromab der Abgasreinigungsvorrichtung ermittelt beziehungsweise mittels der weiteren Sensorvorrichtung und der Sensorvorrichtung gemessen werden. Bei der dritten Kenngröße und der ersten Kenngröße kann es sich beispielsweise jeweils um das Sensorsignal der Sensorvorrichtungen handeln. Es ist jedoch auch möglich, die Sensorsignale in eine weitere Größe, beispielsweise eine Konzentration der Schadstoffe, umzurechnen. Bei den Kenngrößen kann es sich also um eine beliebige eine Anwesenheit der Schadstoffe kennzeichnende Kenngröße handeln, beispielsweise um Sensorrohsignale, und/oder um abgeleitete Größen, beispielsweise eine Konzentration oder um absolute Größen, beispielsweise in Gramm oder Mol, beispielsweise pro Zeiteinheit oder Fahrstrecke eines vorgebbaren Fahrzyklus. Vorteilhaft können die erste und die dritte Kenngröße miteinander verrechnet werden, beispielsweise durch einen Vergleich, wobei auf eine Aktivität der Abgasreinigungsvorrichtung beziehungsweise den Zustand der Abgasreinigungsvorrichtung zum Ermitteln der dritten Kenngröße geschlossen werden kann. Unter Zustand kann insbesondere ein Funktionszustand und/oder ein Alterungszustand der Abgasreinigungsvorrichtung verstanden werden. Eine Alterung kann beispielsweise durch eine Vergiftung und/oder ein Auswaschen eines katalytisch aktiven Materials in die Abgasreinigungsvorrichtung hervorgerufen werden. Thermische Überlastungen können ebenfalls zu einer Alterung beziehungsweise zu einer Herabsetzung einer Konvertierungsfähigkeit der Abgasreinigungsvorrichtung führen.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist ein Ermitteln der dritten Kenngröße mittels eines hinterlegten Kennfelds des Verbrennungsmotors vorgesehen. Vorteilhaft können mittels des Kennfeldes bekannten Betriebszuständen des Verbrennungsmotors, beispielsweise einer bekannten Gemischbildung und/oder Last Emissionswerte der Schadstoffe zugeordnet werden. Die zugeordneten Werte können in die dritte Kenngröße Eingang finden.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens sind ein Ermitteln einer Korrelationsbeziehung der ersten Kenngröße mit der dritten Kenngröße zum Ermitteln der zweiten Kenngröße und/oder ein Berücksichtigen einer Temperatur der Abgasreinigungsvorrichtung in der Korrelationsbeziehung und/oder ein Berücksichtigen eines Vergangenheitswerts der zweiten Kenngröße vorgesehen. Die Temperatur der Abgasreinigungsvorrichtung beeinflusst die Konvertierungsfähigkeit. Vorteilhaft kann dieser Einfluss mittels der Korrelationsbeziehung berücksichtigt werden. Vorteilhaft können zusätzlich mittels des Vergangenheitswerts der zweiten Kenngröße bereits festgestellte Veränderungen des Zustands der Abgasreinigungsvorrichtung, beispielsweise eine bereits teilweise eingetretene Alterung, ebenfalls in der Korrelationsbeziehung berücksichtigt werden. Vorteilhaft ist dadurch eine präzisere Ermittlung des Zustands, beispielsweise eine langsam fortschreitende Alterung, ermittelbar.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist ein Ermitteln der zweiten Kenngröße in Abhängigkeit eines Betriebspunktes des Verbrennungsmotors vorgesehen. Vorteilhaft kann beim Ermitteln der zweiten Kenngröße eine von dem Betriebspunkt des Verbrennungsmotors abhängige Konvertierungsleistung berücksichtigt beziehungsweise kompensiert werden. Vorteilhaft kann dadurch eine genauere Aussage über den Zustand der Abgasreinigungsvorrichtung getroffen werden. Bei einem Betriebspunkt kann es sich beispielsweise um einen stationä ren Betrieb des Verbrennungsmotors, beispielsweise mit einer vorgebbaren Drehzahl und Last, handeln. Unter Betriebspunkt kann jedoch auch ein vorgebbarer Last- und Drehzahlbereich verstanden werden. Ferner können mittels eines Betriebspunkts auch weitere Umweltparameter, wie beispielsweise eine Temperatur und/oder ein Luftdruck definiert werden. Im weitesten Sinne kann unter Betriebspunkt auch eine vorgebbare Betriebsweise des Verbrennungsmotors, beispielsweise wie sie während einer Beschleunigungsphase oder einem Schubbetrieb des Kraftfahrzeugs auftreten, verstanden werden.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist ein Verrechnen einer eine Anwesenheit eines ersten Schadstoffs NO der Schadstoffe in dem Abgasstrom kennzeichnenden ersten Teilgröße cNO und einer eine Anwesenheit eines zweiten Schadstoffs NO2 der Schadstoffe in dem Abgasstrom kennzeichnenden zweiten Teilgröße cNO2 mittels einer Rechenvorschrift und einem auf eine der Teilgrößen angewendeten inversen Operator der Rechenvorschrift zum Ermitteln der zweiten Kenngröße und/oder ein Ermitteln der zweiten Kenngröße mittels Dividieren der zweiten Teilgröße cNO2 durch die erste Teilgröße cNO (cNO2/cNO) und/oder ein Ermitteln der zweiten Kenngröße mittels Dividieren der zweiten Teilgröße durch die erste Teilgröße addiert mit der zweiten Teilgröße (cNO2/(cNO + cNO2)) vorgesehen. Vorteilhaft ist die zweite Kenngröße mittels Anwendung des inversen Operators ein Maß für eine Konvertierungsfähigkeit der Abgasreinigungsvorrichtung. Falls es sich bei der Abgasreinigungsvorrichtung um einen Oxidationskatalysator handelt, kann dieser NO in NO2 konvertieren, wobei beispielsweise bei zunehmender Alterung, also abnehmender Konvertierungsfähigkeit der NO2-Anteil im Abgasstrom abnimmt. Mithin wird bei zunehmender Alterung eine Vergrößerung der zweiten Kenngröße beobachtbar. Vorteilhaft kann, beispielsweise bei Erreichen beziehungsweise Überschreiten des Schwellwerts das Diagnosesignal gesetzt werden. Unter einem inversen Operator kann eine Rechenoperation verstanden werden, die bezüglich der zugehörigen Rechenvorschrift und angewendet bei identischen Operanden als Ergebnis das neutrale Element der Rechenvorschrift liefert. Im Falle einer Addition liefern dann die Rechenvorschrift und der inverse Operator in Form einer Multiplikation einer der Operanden mit (–1) als Ergebnis das neutrale Element Null und im Falle einer Multiplikation bei einer Kehrbruchbildung das neutrale Element 1.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist ein Ermitteln zumindest einer der Kenngrößen mittels eines Festkörper-Elektrolyts bei zumindest einer der Sensorvorrichtungen nach einem Nernst-Prinzip vorgesehen. Vorteilhaft können Sensorvorrichtungen nach dem Nernst-Prinzip auch zur Überwachung weiterer, der Abgasreinigungsvorrichtung nachgeschalteter Komponenten zum Konvertieren von dem Abgasstrom mitgeführten Schadstoffen verwendet werden. Der Abgasreinigungsvorrichtung können beispielsweise ein Speicherkatalysator und/oder ein auf dem Prinzip einer selektiven katalytischen Reduktion (SCR) basierender Katalysator nachgeschaltet sein. Vorteilhaft kann die Sensorvorrichtung zur Regelung, Steuerung und/oder Überwachung der nachgeschalteten Komponenten vorgesehen sein. Vorteilhaft kann das Sensorsignal gleichzeitig auch zur Diagnose der vorgeschalteten Abgasreinigungsvorrichtung, beispielsweise eines Oxidationskatalysators, verwendet werden. Zusätzliche Sensoren sind nicht notwendig.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezug auf die Zeichnung ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen:
  • 1 eine schematische Ansicht einer in einem Abgasstrom eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeuges angeordneten Abgasreinigungsvorrichtung;
  • 2 ein Blockschaltbild der in 1 gezeigten Anordnung;
  • 3 ein weiteres Blockschaltbild der in 2 gezeigten Anordnung, jedoch mit einem Kennfeld;
  • 4 ein weiteres Blockschaltbild der in 2 gezeigten Anordnung, jedoch mit der Abgasreinigungsvorrichtung vor- und nachgeschalteten Sensorvorrichtungen; und
  • 5 ein Schaubild eines NO2-Anteils des Abgasstroms nach der Abgasreinigungsvorrichtung in % über einer Temperatur der Abgasreinigungsvorrichtung.
  • 1 zeigt eine schematische Ansicht eines teilweise dargestellten Kraftfahrzeuges 1 mit einem Verbrennungsmotor 3 sowie eine diesem nachgeschaltet angeordnete Abgasreinigungsvorrichtung 5. Die Abgasreinigungsvorrichtung 5 weist einen Oxidationskatalysator 7 auf. Der Oxidationskatalysator 7 ist einem mittels Pfeilen 9 symbolisierten Abgasstrom des Verbrennungsmotors 3 zugeordnet und zum Konvertieren von in dem Abgasstrom mitgeführten Schadstoffen ausgelegt.
  • Bei den Schadstoffen kann es sich beispielsweise um Kohlenwasserstoffe (HC) sowie Stickoxide (NOX) handeln. Bei dem Verbrennungsmotor 3 kann es sich um einen überstöcheometrisch, also mit λ-Werten > 1, betreibbaren Verbrennungsmotor handeln. Mittels des Oxidationskatalysators 7 können die Schadstoffe mit dem ebenfalls in dem Abgasstrom mitgeführten Restsauerstoff katalytisch konvertiert, oxidiert werden. Insbesondere kann mittels des Oxidationskatalysators 7 ein erster Schadstoff NO in einen zweiten Schadstoff NO2 konvertiert werden. In weite ren, in 1 nicht näher dargestellten Komponenten zum Konvertieren von in dem Abgasstrom mitgeführten Schadstoffen können die Schadstoffe NO und NO2 aus dem Abgasstrom entfernt werden. Bei diesen Komponenten kann es sich beispielsweise um einen NOX-Speicherkatalysator und/oder einen SCR-Katalysator, der nach dem Prinzip der selektiven katalytischen Reduktion arbeitet, handeln.
  • Zur Steuerung, Überwachung und/oder Regelung dieser nicht dargestellten Komponenten kann dem Oxidationskatalysator 7 eine Sensorvorrichtung 11 nachgeschaltet sein. Die Sensorvorrichtung 11 ist ebenfalls dem mittels der Pfeile 9 angedeuteten Abgasstrom des Verbrennungsmotors 3 zugeordnet. Die Sensorvorrichtung 11 ist zum Detektieren zumindest eines der Schadstoffe NO und NO2 ausgelegt. Vorteilhaft ist es möglich, mittels der Sensorvorrichtung 11 nicht nur Messwerte zur Steuerung, Überwachung und/oder Regelung nachgeschalteter Komponenten zu gewinnen, sondern auch eine Diagnose des Oxidationskatalysators 7 zu ermöglichen. Alternativ ist es jedoch auch denkbar, die Sensorvorrichtung 11 lediglich zur Diagnose des Oxidationskatalysators 7 zu nutzen und unabhängig davon für nachgeschaltete Komponenten weitere Sensoren vorzusehen. Vorteilhaft kann die Sensorvorrichtung 11 zwischen dem ersten Schadstoff NO und dem zweiten Schadstoff NO2 differenzieren und ein entsprechendes Sensorsignal 13 an eine Steuereinheit 15 weiterleiten.
  • Mittels der Steuereinheit 15 kann aus dem Sensorsignal beispielsweise eine erste Teilgröße cNO und eine zweite Teilgröße cNO2 ermittelt werden, die eine entsprechende Konzentration des ersten Schadstoffs NO und des zweiten Schadstoffs NO2 repräsentieren. Vorteilhaft ist es beispielsweise möglich, die Teilgrößen in Beziehung zueinander zu setzen und daraus auf einen Alterungszustand des Oxidationskatalysators 7 zu schließen. Die Sensorvorrichtung 11 kann als sogenannte Verhältnissonde ausgebildet sein, wobei bereits das Sensorsignal 13 ein Verhältnis der Schadstoffe NO und NO2 wiedergibt. Es ist jedoch auch denkbar, dieses Verhältnis erst in der nachgeschalteten Steuereinheit 15 zu bilden, wobei die Sensorvorrichtung für jeden einzelnen der Schadstoffe sensibel ist. Bei einer minimalen Auslegung kann die Sensorvorrichtung 11 lediglich für zumindest einen der Schadstoffe NO und NO2 sensibel sein.
  • Der Verbrennungsmotor 3 kann einen Abgasturbolader 17, eine Ladeluftkühlung 19, eine Gemischbildungseinheit 21 zum Befüllen eines Brennraums 23 mit einem zündfähigen Kraftstoff-Luft-Gemisch aufweisen. Dem Brennraum 23 ist eine Abgasanlage 25 nachgeschaltet, in die der Abgasturbolader 17 sowie der Oxidationskatalysator 7 und die Sensorvorrichtung 11 geschaltet sind. Außerdem kann der Verbrennungsmotor 3 eine Abgasrückführung 27 mit einer Abgasrückführungskühlung 29 aufweisen. Dem Abgasturbolader 17 ist eine Ansaugeinheit 31 zum Ansaugen von Frischluft vorgeschaltet.
  • 2 zeigt ein Blockschaltbild der in 1 gezeigten Anordnung des Verbrennungsmotors 3 sowie der diesem nachgeschalteten Abgasanlage 25 des Kraftfahrzeuges 1. Der Sensorvorrichtung 11 ist eine Einheit 33 der Steuereinheit 15 zur Verarbeitung des Sensorsignals 13 nachgeschaltet. Bei der Einheit 33 kann es sich beispielsweise um eine Steuerung und/oder Regelung zumindest eines Parameters des Abgasstroms des Verbrennungsmotors 3 handeln. Die Einheit 33 kann beispielsweise eine λ-Regelung realisieren. Alternativ und/oder zusätzlich ist es denkbar, mittels der Einheit 33 eine Steuerung und/oder Regelung nachgeschalteter Komponenten, beispielsweise eine Dosierung eines zusätzlichen Reaktionsmittels, beispielsweise für eine selektive katalytische Reduktion, zu realisieren. Dementsprechend kann die Einheit 33 zur Verarbeitung eines Soll-Werts 35 ausgelegt sein. Der Einheit 33 ist eine Gemischsteuerung 36, insbesondere zum Ansteuern der Gemischbildungseinheit 21, der Steuereinheit 15 nachgeschaltet. Die Einheit 33 kann steuernd auf die Gemischsteuerung 36 einwirken. Gemischbildungseinheit 21 ist Teil des Verbrennungsmotors 3 beziehungsweise diesem vorgeschaltet zugeordnet und steuert eine Gemischzusammensetzung des Verbrennungsmotors 3.
  • Mittels der Gemischzusammensetzung des Verbrennungsmotors 3 kann auch eine Zusammensetzung des Abgasstroms 3 des Verbrennungsmotors 3 beeinflusst werden. Im weitesten Sinne kann die Gemischsteuerung 36 der Steuereinheit 15 sämtliche zur Gemischaufbereitung des Verbrennungsmotors 3 relevante Einheiten beziehungsweise Parameter steuern. Dies können beispielsweise der Abgasturbolader 17, die Gemischbildungseinheit 21, die Abgasrückführung 27 und/oder die Ansaugeinheit 31 sein. Mittels der Gemischsteuerung 3 kann eine Zusammensetzung des Abgasstroms des Verbrennungsmotors 3 eingestellt beziehungsweise beeinflusst werden.
  • Die Einheit 33 kann auch zur Verarbeitung eines Temperatursignals 37 des Oxidationskatalysators 7 ausgelegt sein. Das Temperatursignal 37 kann mit einer Temperatur des Oxidationskatalysators 7 und/oder des durch diesen hindurchgeleiteten Abgasstroms des Verbrennungsmotors 3 korrelieren. Zur Ermittlung des Temperatursignals 37 kann ein in 2 nicht näher dargestellter Temperatursensor dem Oxidationskatalysator 7 zugeordnet sein.
  • Die Steuereinheit 15 weist außerdem eine Diagnoseeinheit 39 auf, die auf Daten 41 der Steuereinheit 15 zugreifen kann. Alternativ und/oder zusätzlich ist es möglich, die Diagnoseeinheit 39 unabhängig von der Steuereinheit 15 als separate Einheit zu realisieren. Die Diagnoseeinheit 39 kann beispielsweise das Sensorsignal 13 und/oder das Temperatursignal 37 auswerten. Insbesondere aus dem Sensorsignal 13 kann eine eine Anwesenheit zumindest eines Schadstoffes der Schadstoffe NO und NO2 kennzeichnende erste Kenngröße ermittelt werden. Das Sensorsignal 13 kann diese Kenngröße darstellen. Es ist jedoch auch möglich, das Sensorsignal 13 zunächst weiter zu verarbeiten und daraus die erste Kenngröße abzuleiten. Mittels dieser ersten Kenngröße kann mittels der Diagnoseeinheit 39 eine zweite Kenngröße generiert werden, die einen Zustand des Oxidationskatalysators 7 kennzeichnet, beispielsweise einen Funktionszustand oder Alterungszustand. Bei der zweiten Kenngröße kann es sich beispielsweise um ein Diagnosesignal 43 handeln, welches im Sinne einer On-Board-Diagnose (OBD) einen über ein nicht mehr tolerierbares Maß gealterten Oxidationskatalysator 7 anzeigt. Bei der zweiten Kenngröße kann es sich jedoch auch um eine abgeleitete Größe handeln, die beispielsweise mittels eines Vergleichs mit einem Schwellwert ein Setzen des Diagnosesignals 43 auslösen kann.
  • 3 zeigt ein weiteres Blockschaltbild der in 2 gezeigten Anordnung, jedoch zusätzlich mit einem Kennfeld 45 des Verbrennungsmotors 3. Mittels des Kennfeldes 45 des Verbrennungsmotors 3 können der Diagnoseeinheit 39 zusätzliche Größen zur Verfügung gestellt werden. Dabei kann es sich beispielsweise um errechnete, insbesondere mittels des Kennfeldes 45 ermittelbare, Konzentrationen der Schadstoffe NO und NO2 stromaufwärts des Oxidationskatalysators 7 handeln. Durch einen Vergleich der Werte des Kennfelds 45 mit dem gemessenen Sensorsignal 13 und einer Rechenvorschrift kann die zweite Kenngröße ermittelt werden.
  • 4 zeigt ein weiteres Schaubild der in den 2 und 3 gezeigten Anordnung, jedoch im Unterschied mit einer weiteren Sensorvorrichtung 47. Die weitere Sensorvorrichtung 47 ist ebenfalls dem in der Abgasanlage 25 geführten Abgasstrom des Verbrennungsmotors 3 zugeordnet. Die weitere Sensorvorrichtung 47 generiert ein weiteres Sensorsignal 49, das eine Anwesenheit zumindest eines Schadstoffes der Schadstoffe NO und NO2 kennzeichnet. Im Vergleich zur Darstellung gemäß 3 kann also die Anwesenheit der Schadstoffe NO und/oder NO2 stromaufwärts des Oxidationskatalysators 7 mittels der weiteren Sensorvorrichtung 47 gemessen werden. Zusätzlich ist es möglich, die gemessenen Werte der weiteren Sensorvorrichtung 47 auch mit den mittels des Kennfeldes 45 gemäß 3 ermittelbaren Werten zu vergleichen, insbesondere zu verrechnen, beziehungsweise beide gleichermaßen zu berücksichtigen und der Diagnoseeinheit 39 zu ermittelnden zweiten Kenngröße verfügbar zu machen.
  • 5 zeigt ein Diagramm 51 mit einer x-Achse 53 und einer y-Achse 59. Das Diagramm 51 gibt gemessene Werte einer Abgasreinigungsvorrichtung 5, beispielsweise des in den 14 gezeigten Oxidationskatalysators 7 wieder.
  • Auf der x-Achse 53 ist eine Temperatur des Abgasstroms des Verbrennungsmotors 3 und/oder des Oxidationskatalysators 7 aufgetragen, wie beispielsweise mittels des Temperatursignals 37 gewinnbar. Die Temperatur kann auf der x-Achse 53 beispielsweise zwischen 0° und 700° Celsius aufgetragen sein. Auf der y-Achse ist ein Anteil des Schadstoffes NO2 nach dem Oxidati onskatalysator dargestellt, beispielsweise in einem Bereich zwischen 0 und 100 Prozent. Dabei kann der NO2-Anteil auf eine Gesamtheit der Schadstoffe NO2 + NO bezogen sein.
  • Ein Graph 61, der in 5 mittels einer durchgezogenen Linie symbolisiert ist, zeigt, dass der NO2-Anteil temperaturabhängig ist und bei ca. 380°C ein Maximum annimmt. Der Graph 61 kann beispielsweise mittels des Sensorsignals 13 mittels der Diagnoseeinheit 39 der Steuereinheit 15 ermittelbar sein. Zumindest können abhängig von einem Betriebspunkt des Verbrennungsmotors 3 einzelne Punkte des Graphs 61 ermittelbar sein.
  • Mittels gepunkteter Linien sind in dem Diagramm 51 eine obere Grenzkurve 63 sowie eine untere Grenzkurve 65 eingezeichnet. Zwischen den Grenzkurven 63 und 65 ergibt sich ein mittels eines Doppelpfeils 67 angedeuteter Streubereich 69, in dem der Graph 61 streut. Die Streuung hängt dabei von produktionsbedingt unterschiedlichen Konvertierungsfähigkeiten des Oxidationskatalysators 7 ab. Die untere Grenzkurve 65 kann beispielsweise einem Grenzkatalysator entsprechen, dessen Abweichung bei einer Produktion des Oxidationskatalysators 7 gerade noch akzeptiert wird. Es kann sich jedoch auch um eine davon unabhängige untere Grenzkurve 65 handeln, wobei bei deren Unterschreiten das Diagnosesignal 43 gesetzt wird.
  • Die untere Grenzkurve 65 stellt somit eine Vielzahl von unteren Schwellwerten dar, wobei bei Unterschreiten eines entsprechenden Punktes des Graphes 61 das Diagnosesignal 43 auslösbar ist. Mittels eines Pfeiles 71 ist ein Alterungsbereich 73 des Diagramms 51 angedeutet. Der Alterungsbereich 73 liegt unterhalb der unteren Grenzkurve 65 und wird von dieser sowie von der x-Achse 53 begrenzt. Sobald für eine gegebene Temperatur des Oxidationskatalysators 7 ein gemessener Ist-Wert 55 des Graphen 61 den mittels der unteren Grenzkurve 65 vorgegebenen Schwellwert 57 unterschreitet, kann das Diagnosesignal 43 gesetzt werden. Das Setzen des Diagnosesignals 43 ist gleichbedeutend mit einer nicht mehr hinnehmbaren Alterung, also Verschlechterung der Konvertierungsleistung des Oxidationskatalysators 7.
  • Vorteilhaft kann eine Eigendiagnose beziehungsweise On-Board-Diagnose beziehungsweise OBD des Oxidationskatalysators 7 mittels der Sensorvorrichtung 11 und/oder der weiteren Sensorvorrichtung 47 erfolgen. Vorteilhaft wird die Konvertierungsleistung beziehungsweise ein Alterungsverhalten des Oxidationskatalysators 7 direkt anhand von Abgaskomponenten des Abgasstroms des Verbrennungsmotors 3 gemessen und bestimmt.
  • Vorteilhaft können dazu die Sensorvorrichtung 11 und/oder die weitere Sensorvorrichtung 47 so ausgelegt sein, dass diese zwischen NO und NO2 unterscheiden können. Die Sensorvorrichtung 11 ist dazu stromab des Oxidationskatalysators 7 angeordnet und kann in Abhängigkeit der Temperatur des Oxidationskatalysators 7 die NO/NO2-Konvertierung, das heißt, die Umset zung von NO zu NO2, bestimmen. Vorteilhaft ist dieser Konvertierungsgrad des Oxidationskatalysators 7 ein sehr genaues Maß für den Zustand des Oxidationskatalysators 7, insbesondere den Alterungszustand beziehungsweise einen Vergiftungszustand des Oxidationskatalysators 7.
  • Bei dem Verbrennungsmotor 3 kann es sich beispielsweise um einen Dieselmotor handeln, dessen Abgasstrom im Praxisbetrieb vergleichsweise große Temperaturschwankungen aufweist. Vorteilhaft kann im Vergleich einer alleinigen Temperaturmessung mittels der Auswertung des Sensorsignals 13 der Sensorvorrichtung 11 und/oder des weiteren Sensorsignals 49 der weiteren Sensorvorrichtung 47 eine sehr viel genauere Bestimmung des Zustandes des Oxidationskatalysators 7 erfolgen. Vorteilhaft kann eine sehr genaue Aussage über den Zustand des Oxidationskatalysators 7 gewonnen werden, so dass auch strengste Abgasnormen einhaltbar sind. Vorteilhaft kann auf aufwändige Katalysatortemperaturmodelle verzichtet werden. Alternativ und/oder zusätzlich ist es jedoch möglich, diese zusätzlich zu berücksichtigen.
  • Über das Verhältnis der Schadstoffe NO2/NO oder NO2/NOX kann auf den Alterungszustand des Oxidationskatalysators 7 rückgeschlossen werden. Zur Generierung des Verhältnisses kann das Sensorsignal 13 der Sensorvorrichtung 11 herangezogen werden. Vorteilhaft kann die Bestimmung des Alterungszustandes sehr genau erfolgen, da die Alterung des Oxidationskatalysators 7 direkt gemessen und ausgewertet wird. Ferner können mittels der sehr genauen Alterungserkennung unnötige und/oder falsche Fehlerspeichereinträge vermieden werden. Vorteilhaft können gegebenenfalls zusätzliche Temperatursensoren eingespart werden, falls ein ohnehin notwendiger NOX-Sensor serienmäßig dem Oxidationskatalysator 7 nachgeschaltet angeordnet ist.
  • Vorteilhaft ist auch eine Bestimmung während einer gesamten Betriebsdauer des Verbrennungsmotors 3 und für alle Betriebspunkte möglich, wobei vorteilhaft unabhängig von der Messung von Temperaturen bei transienten Betriebszuständen oder von einem Light-Off-Verhalten die Bestimmung des Zustandes der Abgasreinigungsvorrichtung 5 möglich ist. Vorteilhaft kann die Sensorvorrichtung 11, die beispielsweise zur Überwachung und zum Betreiben eines nicht näher dargestellten NOX-Nachbehandlungssystems vorhanden sein kann, auch zur Überwachung des stromauf angeordneten Oxidationskatalysators 7 verwendet werden. Vorteilhaft kann mittels der Sensorvorrichtung 11 zur Überwachung beziehungsweise Diagnose der Arbeitsweise beziehungsweise Aktivität der Abgasreinigungsvorrichtung 5 beziehungsweise des Oxidationskatalysators 7 stromab der Abgasreinigungsvorrichtung 5 eine Konzentration zumindest einer der Abgaskomponenten NO und/oder NO2 im Abgasstrom des Verbrennungsmotors 3 gemessen und aus der gemessenen Konzentration ein Zustand, insbesondere Funktionszustand, beziehungsweise Alterungszustand, des Oxidationskatalysators 7 bestimmt werden.
  • Vorteilhaft kann der Zusammenhang benutzt werden, dass über einen Oxidationskatalysator 7 NO zu NO2 oxidiert wird. Das Verhältnis von NO2 zu NOX, wie in 5 dargestellt stromab des Oxidationskatalysators 7, kann messtechnisch über die Sensorvorrichtung 11, insbesondere ausgelegt als NOX-Sensor und/oder NOX-Sensor-Verhältnissensor, erfasst und ausgewertet werden. Mit zunehmender Alterung oder Vergiftung des Oxidationskatalysators 7 nimmt das Verhältnis NO2/NO beziehungsweise. NO2/NOX aufgrund der abnehmenden Aktivität einer Edelmetallbeschichtung des Oxidationskatalysators 7 stetig ab. Der NO2-Anteil stromab des Oxidationskatalysators 7 ist von den spezifischen Eigenschaften der Edelmetallbeschichtung sowie der Temperatur abhängig. Vorteilhaft kann einmalig eine Korrelation vermessen und mittels einer Kennlinie beziehungsweise des Kennfelds 45 in der Steuereinheit 15 abgelegt werden. Die untere Grenzkurve 65 kann beispielsweise eine solche Korrelation darstellen. Da mittels der Sensorvorrichtung 11 direkt die Aktivität der Edelmetallbeschichtung messbar ist, kann vorteilhaft eine genauere und sehr viel verlässlichere Bestimmung des Zustandes des Oxidationskatalysators 7 erfolgen, als dies beispielsweise bei einer Bestimmung von charakteristischen Temperaturgrößen möglich wäre.
  • Die Sensorvorrichtung 11 kann spezifisch zwischen NO und NO2 unterscheiden.
  • Vorteilhaft kann eine weitere Erhöhung der Genauigkeit erreicht werden, wenn stromauf des Oxidationskatalysators 7 die Konzentration zumindest einer der Abgaskomponenten NO und NO2 mittels der weiteren Sensorvorrichtung 47 gemessen und zusätzlich zur Bestimmung des Zustandes beziehungsweise Alterungsbestimmung des Oxidationskatalysators 7 herangezogen wird, da somit auch eine relative Änderung der NO- und/oder NO2-Konzentration direkt gemessen und ermittelt werden kann (4).
  • Eine kostengünstige Alternative besteht darin, die Konzentration beziehungsweise den Anteil zumindest einer der Abgaskomponenten NO oder NO2 im Motorabgas beziehungsweise dem Abgasstrom des Verbrennungsmotors 3 mittels des Kennfelds 45 zu ermitteln (3).
  • Vorteilhaft ist es denkbar, zur Bestimmung des Zustandes des Oxidationskatalysators 7 eine Korrelationsbeziehung zwischen einer NO-Konzentration (cNO) vor und nach dem Oxidationskatalysator 7 in Abhängigkeit der Katalysatortemperatur und/oder einer Raumgeschwindigkeit heranzuziehen. Es ist beispielsweise möglich, eine relative Konzentration von NO2 zu NOX in Abhängigkeit der Katalysatortemperatur bezogen auf das Katalysatorvolumen zu bestimmen. Vorteilhaft entspricht dann einem ermittelten NO2:NOX-Verhältnis ein damit korrelierender Wert des Zustands des Oxidationskatalysators 7 beziehungsweise einer Katalysatoralterung. Vorteil haft kann diese Korrelation für einen gegebenen Katalysator einmalig vermessen und beispielsweise in der Steuereinheit 15 hinterlegt werden.
  • Ferner ist es vorteilhaft denkbar, um eine erhöhte Genauigkeit zu erreichen, eine Abhängigkeit des Anteils NO2:NOX im Abgasstrom des Verbrennungsmotors 3 zusätzlich von Betriebspunkten des Verbrennungsmotors 3 zu berücksichtigen. Vorteilhaft wird dadurch auch eine betriebspunktabhängige Veränderung einer NOX-Rohemission des Verbrennungsmotors 3 berücksichtigbar. Insbesondere kann vorteilhaft bei einer Vermessung der Korrelationsbeziehung zwischen NO und/oder NO2 vor und nach dem Oxidationskatalysator 7 eine Bestimmung für verschiedene Betriebszustände vorgenommen und damit eine an den dynamischen In-stationär-Betrieb des Verbrennungsmotors 3 angepasste Korrelationsbeziehung aufgebaut werden.
  • Vorteilhaft kann das Verfahren mit einem beliebigen selektiven NO- oder NO2-Sensor durchgeführt werden. Beispielsweise kann ein nach dem Nernst-Prinzip arbeitender Sensor für die Sensorvorrichtung 11 und/oder weitere Sensorvorrichtung 47 vorgesehen werden. Vorteilhaft kann insbesondere ein nach dem Nernst-Prinzip arbeitender Sensor eingesetzt werden, der eine Festkörper-Elektrolyt-Membran aufweist, die selektiv sensitiv für NO2 in einem ppm-Konzentrationsbereich ist.
  • Die 14 zeigen eine Vorrichtung zur Überwachung der Arbeitsweise beziehungsweise des Zustandes des dem Abgasstrang beziehungsweise der Abgasanlage 25 des Verbrennungsmotors 3 angeordneten Oxidationskatalysators 7 beziehungsweise der Abgasreinigungsvorrichtung 5. Vorteilhaft ist in der Abgasanlage 25 stromab des Oxidationskatalysators 7 die Sensorvorrichtung 11 zur Messung der Konzentration NO und/oder NO2 angeordnet, die der Steuereinheit 15 vorgeschaltet ist, die aus dem Sensorsignal 13 den Zustand, insbesondere Funktionszustand und/oder Alterungszustand des Oxidationskatalysators 7, bestimmt.
  • 1
    Kraftfahrzeug
    3
    Verbrennungsmotor
    5
    Abgasreinigungsvorrichtung
    7
    Oxidationskatalysator
    9
    Pfeil
    11
    Sensorvorrichtung
    13
    Sensorsignal
    15
    Steuereinheit
    17
    Abgasturbolader
    19
    Ladeluftkühlung
    21
    Gemischbildungseinheit
    23
    Brennraum
    25
    Abgasanlage
    27
    Abgasrückführung
    29
    Abgasrückführungskühlung
    31
    Ansaugeinheit
    33
    Einheit
    35
    Soll-Wert
    36
    Gemischsteuerung
    37
    Temperatursignal
    39
    Diagnoseeinheit
    41
    Daten
    43
    Diagnosesignal
    45
    Kennfeld
    47
    Sensorvorrichtung
    49
    Sensorsignal
    51
    Diagramm
    53
    x-Achse
    55
    Ist-Wert
    57
    Schwellwert
    59
    y-Achse
    61
    Graph
    63
    obere Grenzkurve
    65
    untere Grenzkurve
    67
    Doppelpfeil
    69
    Streubereich
    71
    Pfeil
    73
    Alterungsbereich
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 102006034234 A1 [0003]
    • - DE 102006016906 A1 [0004]
    • - DE 102005056312 A1 [0005]

Claims (8)

  1. Verfahren zur Diagnose einer in einem Abgasstrom eines Verbrennungsmotors (3) eines Kraftfahrzeuges (1) angeordneten Abgasreinigungsvorrichtung (5) zum Konvertieren von in dem Abgasstrom mitgeführten Schadstoffen, mit – Ermitteln einer eine Anwesenheit zumindest eines Schadstoffs der Schadstoffe Stickoxid (NO) und Stickdioxid (NO2) kennzeichnenden ersten Kenngröße mittels einer der Abgasreinigungsvorrichtung (5) nachgeschalteten Sensorvorrichtung (11), – Ermitteln einer einen Zustand der Abgasreinigungsvorrichtung (5) kennzeichnenden zweiten Kenngröße mittels der ersten Kenngröße.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, mit zumindest einem des Folgenden: – Generieren eines Diagnosesignals (43) zum Anzeigen einer Alterung der Abgasreinigungsvorrichtung (5) mittels der zweiten Kenngröße, – Generieren des Diagnosesignals (43) mittels eines Vergleichs der zweiten Kenngröße mit einem Schwellwert, – Setzen des Diagnosesignals (43) bei Überschreiten des Schwellwerts.
  3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit zumindest einem des Folgenden: – Ermitteln einer eine Anwesenheit zumindest eines Schadstoffes der Schadstoffe NO und NO2 kennzeichnenden dritten Kenngröße mittels einer der Abgasreinigungsvorrichtung (5) vorgeschalteten weiteren Sensorvorrichtung (47), – Ermitteln der zweiten Kenngröße mittels der ersten Kenngröße und der dritten Kenngröße.
  4. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, mit – Ermitteln der dritten Kenngröße mittels eines hinterlegten Kennfelds (45) des Verbrennungsmotors (3).
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit zumindest einem des Folgenden: – Ermitteln einer Korrelationsbeziehung der ersten Kenngröße mit der dritten Kenngröße zum Ermitteln der zweiten Kenngröße, – Berücksichtigen einer Temperatur der Abgasreinigungsvorrichtung (5) in der Korrelationsbeziehung, – Berücksichtigen eines Vergangenheitswertes der zweiten Kenngröße.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit: – Ermitteln der zweiten Kenngröße in Abhängigkeit eines Betriebspunkts des Verbrennungsmotors (3).
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit zumindest einem des Folgenden: – Verrechnen einer eine Anwesenheit eines ersten Schadstoffs der Schadstoffe in dem Abgasstrom kennzeichnenden ersten Teilgröße (cNO) und einer eine Anwesenheit eines zweiten Schadstoffs der Schadstoffe in dem Abgasstrom kennzeichnenden zweiten Teilgröße (cNO2) mittels einer Rechenvorschrift und einem auf eine der Teilgrößen angewendeten inversen Operator der Rechenvorschrift zum Ermitteln der zweiten Kenngröße, – Ermitteln der zweiten Kenngröße mittels Dividieren der zweiten Teilgröße durch die erste Teilgröße (cNO2/cNO), – Ermitteln der zweiten Kenngröße mittels Dividieren der zweiten Teilgröße durch die erste Teilgröße addiert mit der zweiten Teilgröße (cNO2/(cNO + cNO2)).
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit: – Ermitteln zumindest einer der Kenngrößen mittels eines Festkörper-Elektrolyts zumindest einer der Sensorvorrichtungen (11, 47) nach einem Nernst-Prinzip.
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