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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.
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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.
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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.
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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.
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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 λ
Sonde einer stromab des Katalysators angeordneten Breitband-λ-Sonde
von einem λ-Ist-Wert λ
ist des
Abgases stromab des Katalysators wird die Konvertierungsfähigkeit
des Katalysators abgeleitet.
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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.
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Die
Aufgabe ist mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs
gelöst.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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:
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1 eine
schematische Ansicht einer in einem Abgasstrom eines Verbrennungsmotors
eines Kraftfahrzeuges angeordneten Abgasreinigungsvorrichtung;
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2 ein
Blockschaltbild der in 1 gezeigten Anordnung;
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3 ein
weiteres Blockschaltbild der in 2 gezeigten
Anordnung, jedoch mit einem Kennfeld;
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4 ein
weiteres Blockschaltbild der in 2 gezeigten
Anordnung, jedoch mit der Abgasreinigungsvorrichtung vor- und nachgeschalteten Sensorvorrichtungen;
und
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5 ein
Schaubild eines NO2-Anteils des Abgasstroms
nach der Abgasreinigungsvorrichtung in % über einer Temperatur
der Abgasreinigungsvorrichtung.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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 1–4 gezeigten
Oxidationskatalysators 7 wieder.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die
Sensorvorrichtung 11 kann spezifisch zwischen NO und NO2 unterscheiden.
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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 1–4 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]